电气车辆的逆变装置制造方法及图纸

一种电气车辆用的逆变装置，使用了三电平逆变器。三电平逆变器包括串接到直流电源端子Ｐ和Ｎ上的四个半导体开关组件，把由第一和第二半导体开关组件组成的一对和由第三和第四半导体开关组件组成的一对分别固定到分别为各对共同的不同的受热板上，冷却器固定到定到受热板上，由此，均衡冷却器的热负荷，因而缩小了冷却器的体积。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电气车辆的逆变装置，尤其涉及一种适用于例如电气有轨机动车和电气机车的电气车辆的逆变装置。在实践中，已经把利用逆变装置以可变的速度来驱动感应电动机的驱动系统用作驱动电气车辆的动力系统。例如，当把这种逆变装置应用于把多台电动机分布在多个轮轴之间的电气有轨机动车上时，不得不把它们安装在地板下有限的空间内，所以这就要求它们尽可能地小。类似地，在电气机车内，要求减小每个逆变装置的尺寸，以增加能被安装在单个机车内的逆变装置的总容量。如日本技术公开(JapaneseUtilityModelLaid-Open)第2-75738号或者“用于机车的GTO整流器”(西门子公司出版的单行本，取自ZEV-Glasers年刊113，1989年6月/7月，第259页至272页)所描述，GTO(栅极关断)半导体晶闸管已经在逆变器主电路中常被用作半导体开关器件来驱动电气车辆。这是由于与例如BT(双极晶体管)或IGBT(绝缘栅双极晶体管)等其它类型的半导体开关器件相比，GTO晶闸管提供电压和电流的能力相当大。因此，GTO晶闸管能减小逆变器主电路部分的尺寸。为减小输出波形的高次谐波分量，已经提出了一种通过开关动作把三电平直流电流转换成交流输出的所谓的三电平逆变器(也称作“中间箝位逆变器”)。在这种三电平逆变器中，对应于逆变器一个相的逆变器主电路包括一对与直流电源相连的直流输入端子;一对与直流电源中间点相连的中间点端子;连接在一对串联输入端子之间的第一至第四半导体开关器件的串联电路;分别连接在第一和第二半导体开关器件的节点和中间点端子之间以及在第三和第四半导体开关器件的节点和中间点端子之间的箝位二极管;以及与第二和第三半导体开关器件的节点相连的交流输出端子。GTO晶闸管包含有大的开关损耗。鉴于这一点，如上面提到的官方公报和上面提到的文件中描述的，为加强其冷却效果，把GTO晶闸管做成盘形，其两侧构成主电极，密封有起泡制冷剂的冷却传导块紧贴在这些主电极上。为保证在GTO晶闸管各侧上的冷却块之间以及制冷剂的冷凝部分和GTO晶闸管之间的绝缘性能，使用了绝缘制冷剂。通常把具有极好的冷却性能和绝缘特性的Flon用作冷剂，以满足上述要求。但上面的已有技术存在下列问题因为其大的器件开关损耗，缓冲电容器容量较大以及有抑制电压上升到截止电压的缓冲电阻等原因，GTO晶闸管的开关频率不能提高。实践中通常使用的GTO的开关频率约为500Hz。因此，如果用GTO晶闸管来制作逆变器，在减小输出波形谐波失真方面受到限制，在电动机电流中产生较大的脉动，在电动机中导致有大的电磁噪声。鉴于这一点，可以采用由高频脉冲门信号驱动的半导体开关器件(此后一般称作半导体高频开关器件)，例如能增加开关频率的双极晶体管，IGBT(绝缘栅双极晶体管)、MOS栅极控制晶闸管等。然而，用作这种半导体高频开关器件的器件一般耐压电平较低(例如，普通使用的IGBT耐压电平为1200V)，所以它们不能应用于要在直流1500V的架空线电压下运行的电气车辆。而且，一般地说，在实际中使用的半导体高频开关具有相当小的电流容量，所以当把它们应用在大容量的逆变装置上(例如用于驱动单台容量为200KW或更大的电动机)时，不得不并联多个这样的半导体器件。因此，在把如IGBT等半导器高频开关器件应用于电气车辆的逆变装置的情况下，逆变器主电路部分的尺寸变得相当大，所以需要对结构作一些设计以减小整个装置的体积。而且，从控制flon污染的观点出发，需要采用一种flon蒸发/冷却交替的冷却系统。本专利技术的目的在于提供一种用于电气车辆的逆变装置，它使用能以比GTO晶闸管更高的频率来驱动的半导体开关器件，并且它能被做得较小。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种用于电气车辆的逆变装置，在该装置中，构成逆变器的每一相的主电路包含一对与直流电源相连的直流输入端子;与直流电源中间点相连的中间点端子;连接在一对直流输入端子之间的第一至第四半导体开关组件的串联电路;分别连接在第一和第二半导体开关组件的节点和中间点端子以及在第三和第四半导体开关组件的节点和中间点端子之间的箝位二极管;以及连接到第二和第三半导体开关组件的节点上的交流输出端子，其中，第一至第四半导体开关组件由半导体开关器件组成，每个能以比GTO晶闸管更高的频率被驱动，并通过居间的绝缘构件设置在热传导基板上，第一至第四半导体开关组件分为两对，一对由第一和第四半导体开关组件之一与第二和第三半导体开关组件之一组合而成，另一对由第一和第四半导体开关组件中剩下的一个与第二和第三半导体开关组件中剩下的一个组合而成，并且以每对半导体开关组件固定在单独的或共用的受热板上的方式固定到受热板上;半导体开关组件具有冷却装置，与受热板相连，藉热量传递来冷却受热板。在此，半导体开关器件可以由下面类型之一组成双极晶体管、绝缘栅双极晶体管和MOS栅极控制晶闸管。两对半导体开关组件与受热板之间的固定可以采用把不同的组件对固定到不同的受热板上的方式，或者把所有的组件对都固定到同一个受热板上的方式来实现。还可以对逆变器不同的相构成不同的受热板，或者构成一个受热板，由逆变器的各相共用。最理想的是如此来把受热板可拆卸地安装在密封地容纳逆变器部件的罩壳的垂直外壁开口上，使得半导体开关器件安装在表面的内侧。在此，最理想的是固定到受热板上的半导体开关组件应当以它们串联的顺序排列。为现实缩小体积，最好把散热片安装到整体地固定到每个受热板上的热量传递元件的一部分上来构成冷却装置。热量传递元件最好采用热量传递管。热管的一部分嵌入每个受热板内，而散热片固定到热管的外露部分构成冷却装置。把散热片直接固定到与固定半导体开关组件的表面相对的每个受热板上也是可以的。在那种情况下散热片和受热板可以构成一个整体。鉴于上面描述的结构，按照本专利技术可以依靠如下的作用来达到上述目的。在本专利技术中，由于基本上使用了三电平逆变电路，因此有可能减少高次谐波。而且，由于使用了能在比GTO晶闸管更高的频率下使用的半导体开关器件，因此有可能通过提高开关频率来减小高次谐波和输出电流的脉动，由此进一步减小了电磁噪声。例如，如果把IGBT用作半导体高频开关器件，最理想的是在500至3KHz范围内选择开关效率。如果用双极晶体管，则开关频率可以是1KHz，或者更高。构成三电平逆变器主电路的第一至第四半导体开关器件的损耗(热量值)的变化与相关的电气车辆的电动机工作模式(动力行进，滑行和制动)有关。已经发现，第一第四半导体开关器件的损耗在动力行进期间有一个峰值，而第二和第三半导体开关器的损耗在制动期间有一个峰值。因此，通过把第一和第二半导体开关组件组合或第三和第四半导体开关组件的组合，即把每个损耗峰值不同的组合固定在同一个受热板上，并把冷却器固定在受热板上，就有可能在时间上来均衡冷却器的热负荷。因此，可以减小冷却器的体积，由此使整个装置的体积减小。此外，通过把箝位二极管与半导体开关组件固定在同一个受热板上，可以把产生热量的半导体器件及其冷却系统做得更紧凑，由此，使整个装置的体积减小。构成半导体开关组件的半导体开关器件和自由转动(freewheeling)二极管通过一居间的绝缘构件而布置在基片上。由于有了绝缘构件，因此能保证组件内半导体开关器件等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电气车辆的逆变装置，其中构成逆变器的每一相的逆变主电路包含：一对与直流电源相连的直流输入端子；一与所述直流电源的中间点相连的中间点端子；连接在所述直流输入端对之间的第一至第四半导体开关组件的串联电路；连接在所述第一和第二半导体开关组件节点和所述中间点端子之间以及在所述第三和第四半导体开关组件的节点和所述中间点端子之间的箱位二极管；以及连接到所述第二和第三半导体开关组件节点的交流输出端子， 其特征在于，所述第一至第四半导体开关组件由半导体开关器件组成，每个半导体开关器件比起ＧＴＯ晶闸管来可以用更高的频率驱动，并且通过一个居间的绝缘部件设置在热传导基板上，所述第一至第四半导体开关组件被分为两对，一对由所述第一和第四半导体开关组件之一和所述第二和第三半导体开关组件之一组成，而另一对由所述第一和第四半导体开关组件中剩下的一个和所述第二和第三半导体开关组件中剩下的一个组成，并且以每对半导体开关组件固定在单独的或共用的受热板上的方式固定到受热板上，并且所述半导体开关组件具有冷却装置，与所述受热板相连用于热量传递以冷却受热板。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐藤秀治，坪井孝，堀江哲，安藤武，丰田瑛一，松井孝行，高久敏彦，仲田清，中村清，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]