一种用于电力电子牵引变压器的高压模块制造技术

本发明专利技术提供了一种用于电力电子牵引变压器的高压模块，包括：绝缘外壳，所述绝缘外壳的上下左右四个面全部封闭，后表面的至少一部分为开放面，所述前表面和所述后表面的外侧边缘均有回型槽结构；内部变频机芯，所述内部变频机芯与所述绝缘外壳为嵌套结构，所述内部变频模块至少包括水冷散热组件、IGBT组件及母排、驱动组件、直流电容器、控制部件、水电一体快速插拔连接器；其中，所述水电一体快速插拔连接器从所述后表面引出；所述水冷散热组件位于所述高压模块的中间部位，将所述高压模块分为左右两个区域，所述IGBT组件中的级联侧高压IGBT和逆变侧高压IGBT分别置于所述水冷散热组件的两侧，所述水冷散热组件向左右两侧向外布置的部件依次为所述IGBT组件、所述母排以及所述IGBT驱动组件。

A high voltage module for power electronic traction transformer

【技术实现步骤摘要】
一种用于电力电子牵引变压器的高压模块
本专利技术涉及电力电子牵引变压器变流技术，尤其涉及一种用于电力电子牵引变压器的高压模块。
技术介绍
随着大功率电力电子元器件及控制技术的发展，一种通过电力电子变换技术实现电压变换和能量传递的新型变压器——电力电子牵引变压器PETT(powerelectronictractiontransformer)越来越得到关注，它可用于替换重量和体积庞大的工频牵引变压器。由于牵引设备安装空间局限，且铁路供电网压非常高，PETT装置的设计存在较大难度。目前国内还没有PETT的应用业绩，国外厂商设计制造的PETT装置仅应用于15kV，16.67Hz的线路上；我国的铁路供电网为25kV,50Hz线路，电压和频率更高，绝缘设计难度极大，频率提高而带来的减重减体积收益却相对变小，PETT装置的设计极具挑战性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于电力电子牵引变压器的高压模块，能够保持模块的统一化、通用化，需要使高压模块自身对大地的隔离绝缘电压达到25kV，从而简化柜体的绝缘设计。本专利技术的用于电力电子牵引变压器的高压模块包括：绝缘外壳，所述绝缘外壳的上下左右四个面全部封闭，后表面的至少一部分为开放面，所述前表面和所述后表面的外侧边缘均有回型槽结构；内部变频机芯，所述内部变频机芯与所述绝缘外壳为嵌套结构，所述内部变频模块至少包括水冷散热组件、IGBT组件及母排、驱动组件、直流电容器、控制部件、水电一体快速插拔连接器；其中，所述水电一体快速插拔连接器从所述后表面引出；所述水冷散热组件位于所述高压模块的中间部位，将所述高压模块分为左右两个区域，所述IGBT组件中的级联侧高压IGBT和逆变侧高压IGBT分别置于所述水冷散热组件的两侧，所述水冷散热组件向左右两侧向外布置的部件依次为所述IGBT组件、所述母排以及所述IGBT驱动组件。在一个实施例中，所述绝缘外壳的材料为SMC片状模塑料复合绝缘材料。在一个实施例中，所述内部变频机芯为单相变流器。在一个实施例中，所述前表面设有光纤通道口，并配有回型凹槽的绝缘盖。在一个实施例中，所述绝缘外壳的绝缘电压达85kV。在一个实施例中，水冷散热组件采取双面散热形式，所述高压模块左右两侧结构基本镜像布置。在一个实施例中，所述母排为U型低感复合母排。在一个实施例中，所述内部变频机芯包括前半区域和后半区域；所述前半区域为弱电区域，包括所述控制部件、所述直流电容器、取电电源、采集电路；所述后半区域为强电区域，包括所述水冷散热组件、所述IGBT组件、所述驱动组件和所述水电一体快速插拔连接器；所述水冷散热组件设置在所述后半区域中间部位；所述级联侧高压IGBT和逆变侧高压IGBT通过U型低感复合母排耦接至主电路并与所述直流电容器连接。在一个实施例中，所述绝缘外壳的内腔底部设有导向筋，所述内部变频机芯顺着所述导向筋滑入所述绝缘外壳内部，再通过所述前表面和所述后表面上的螺栓紧固。在一个实施例中，所述水电一体快速插拔连接器集成了所述高压模块的整体对外主电路和水路接口。在一个实施例中，所述绝缘外壳的底部设有导轨。在一个实施例中，所述内部变频机芯的上表面设有锁紧螺杆。本专利技术提供的用于电力电子牵引变压器的高压功率模块，其具有如下极为有益的技术效果：1)本专利技术的高压模块总体结构分为外部绝缘外壳和内部变频机芯组件两部分，两个组件为抽屉嵌套式结构，使模块总体结构非常紧凑，并且保证高电压隔离。2)外部绝缘外壳2前后表面均设计有回型槽结构(参见3a和3b)，有限的空间内大大增加了爬电距离，实现高电压的隔离功能。3)内部变频机芯1采取双面水冷散热结构，IGBT组件、驱动组件、控制部件等零部件分别按照在水冷散热组件两侧，充分利用了内部空间；机芯的长方体式紧凑式设计，简化了绝缘外壳的接口设计。4)变频机芯通过绝缘外壳内腔的导向筋，滑入腔体内部，再通过前后表面的螺栓紧固，模块组装简单方便可靠。5)模块整体对外主电路和水路接口，全部集中在模块后表面，采取水电一体快插设计；模块绝缘外壳底部设计导轨；模块变频机芯上表面设计锁紧螺杆，使得整个模块的柜体安装简单方便。附图说明本专利技术的以上
技术实现思路
以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的专利技术的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。图1示出根据本专利技术一实施例的用于电力电子牵引变压器的高压模块的总体结构分解图；图1a示出根据本专利技术一实施例的绝缘外壳的后表面结构图；图1b示出根据本专利技术一实施例的绝缘外壳的前表面结构图；图2示出根据本专利技术一实施例的用于电力电子牵引变压器的高压模块示意图；图3示出根据本专利技术一实施例的用于电力电子牵引变压器的高压模块变频机芯示意图；图4示出根据本专利技术一实施例的用于电力电子牵引变压器的高压模块绝缘外壳示意图。附图标记说明1：变频机芯；2：绝缘外壳；3：绝缘外壳腔体；3a：前端回型槽；3b：后端回型槽；3c：底部导轨；3d：内腔导向筋；4：绝缘外壳前盖板；5：拉手；6：水冷散热组件；6a：水电一体快插；7：IGBT组件及复合母排；8：电容器；9：驱动组件；10：控制部件；11：模块骨架；12：锁紧螺杆具体实施方式以下在具体实施方式中详细叙述本专利技术的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本专利技术的
技术实现思路
并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本专利技术相关的目的及优点。电力电子牵引变压器中，高压模块的前端为25kV电网级联，后端为中间隔离变压器，所以整个高压模块相对大地的电压非常高。考虑到PETT装置安装在车辆的底部，对柜体与模块的尺寸有严格的限制，柜体内部没有足够的空间实现架空高压隔离。为简化电力电子牵引变压器(PETT)的结构，设计了一款高压IGBT功率模块，其器件电压等级达6.5kV，并应用软开关技术，使高压IGBT的开关频率达到1.8kHz以上；模块外壳采取绝缘材料模具压制，绝缘电压达85kV，有效解决了高电压的绝缘隔离问题；模块机芯采取抽屉式的紧凑结构，同时水电接口一体化，模块整体可实现快速插拔，提高了模块的功率密度。图1示出根据本专利技术一实施例的用于电力电子牵引变压器的高压模块的总体结构分解图。图2示出根据本专利技术一实施例的用于电力电子牵引变压器的高压模块示意图。参考图1和图2，该高压模块总体结构包括外部绝缘外壳2和内部变频机芯1。两个组件为抽屉嵌套式结构。外部绝缘外壳2采用SMC片状模塑料复合绝缘材料，为方形桶状结构(如图1所示)，外部绝缘外壳2的上下左右4个面全部封闭。外壳的后表面为开放面，高压模块的主电路接口和冷却水接口全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电力电子牵引变压器的高压模块，其特征在于，所述高压模块包括：/n绝缘外壳，所述绝缘外壳的上下左右四个面全部封闭，后表面的至少一部分为开放面，所述前表面和所述后表面的外侧边缘均有回型槽结构；/n内部变频机芯，所述内部变频机芯与所述绝缘外壳为嵌套结构，所述内部变频模块至少包括水冷散热组件、IGBT组件及母排、驱动组件、直流电容器、控制部件、水电一体快速插拔连接器；/n其中，所述水电一体快速插拔连接器从所述后表面引出；所述水冷散热组件位于所述高压模块的中间部位，将所述高压模块分为左右两个区域，所述IGBT组件中的级联侧高压IGBT和逆变侧高压IGBT分别置于所述水冷散热组件的两侧，所述水冷散热组件向左右两侧向外布置的部件依次为所述IGBT组件、所述母排以及所述IGBT驱动组件。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于电力电子牵引变压器的高压模块，其特征在于，所述高压模块包括：
绝缘外壳，所述绝缘外壳的上下左右四个面全部封闭，后表面的至少一部分为开放面，所述前表面和所述后表面的外侧边缘均有回型槽结构；
内部变频机芯，所述内部变频机芯与所述绝缘外壳为嵌套结构，所述内部变频模块至少包括水冷散热组件、IGBT组件及母排、驱动组件、直流电容器、控制部件、水电一体快速插拔连接器；
其中，所述水电一体快速插拔连接器从所述后表面引出；所述水冷散热组件位于所述高压模块的中间部位，将所述高压模块分为左右两个区域，所述IGBT组件中的级联侧高压IGBT和逆变侧高压IGBT分别置于所述水冷散热组件的两侧，所述水冷散热组件向左右两侧向外布置的部件依次为所述IGBT组件、所述母排以及所述IGBT驱动组件。


2.如权利要求1所述的用于电力电子牵引变压器的高压模块，其特征在于，所述绝缘外壳的材料为SMC片状模塑料复合绝缘材料。


3.如权利要求1所述的用于电力电子牵引变压器的高压模块，其特征在于，所述内部变频机芯是一单相变流器。


4.如权利要求1所述的用于电力电子牵引变压器的高压模块，其特征在于，所述前表面设有光纤通道口，并配有回型凹槽的绝缘盖。


5.如权利要求1所述的用于电力电子牵引变压器的高压模块，其特征在于，所述绝缘外壳的绝缘电压达85kV。


6.如权利要求1所述的用于电力电子牵引变压器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭凯，范伟，许浩，张东辉，李雪荣，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43