一种高压IGBT变流器模块制造技术

本发明专利技术公开了一种高压IGBT变流器模块，该变流器模块采用抽屉或立式结构，各个部件层叠安装在其内。散热器设置在变流器模块的底部，高压IGBT元件设置在散热器上方，均匀排列在散热器的上表面。高压低感母排设置在高压IGBT元件上方，并与高压IGBT元件导电连接。交流母排设置在高压低感母排的水平侧上方，并与高压IGBT元件导电连接。控制盒设置在交流母排的上方，并固定在散热器上。门极驱动电源设置在控制盒旁的电源盒内。高压门极驱动电路设置在变流器模块上层的驱动安装盒内。本发明专利技术变流器模块结构简洁，外观美观，安全可靠，各方面性能优越，可维护性和互换性好，能满足城际动车组、磁悬浮列车、机车等高压大功率应用场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子变流
，具体涉及一种应用于轨道机车车辆的新型高压IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)牵引变流器模块结构设计。
技术介绍
随着交流传动技术的发展，IGBT变流器模块作为牵引变流器的一个重要部件，正在向模块化、系列化方向发展，应用IGBT变流器模块也日益广泛。国内有企业做过相关尝试，但因为技术不成熟等问题，与国外同类产品相比，存在较大差距。因此，IGBT变流器模块技术问题成为当前制约我国动车组发展的瓶颈之一。受功率半导体技术水平的限制以及IGBT串、并联技术的不完善，要想提高变流器模块的功率等级，就必须使用高压IGBT元件。 现有的IGBT变流器模块都装有一个支撑电容，这样使得每个变流器模块都显得十分笨重，组装、拆卸以及维护都极不方便。另外，受功率半导体技术水平的限制，以前研制的系列IGBT牵引变流器模块主要采用3300V或1700V的IGBT元件，对应的直流回路工作电压为1500V和750V，其应用的范围主要集中在动车组、地铁、磁浮等城轨领域。而铁路机车直流回路工作电压通常为2600V或更高，主要采用了 GTO (Gate Turn-Off Thyristor,可关断晶闸管)元件,也可采用多个IGBT元件串连或三点式电路，但这会增加变流器的复杂性，降低系统的可靠性。由于使用和发展时间不长，IGBT变流器模块还存在很多不完善的地方，就中大功率的IGBT变流器模块来说，目前国内普遍使用的情形是 (1)模块化、通用化程度不高。用于交流传动牵引变流器一般分为四象限整流器和逆变器两类。没有进行模块化、通用化的考虑，产品是按照客户提供的尺寸单独设计的。由于两者电路结构和控制不同，因而一般两者不能互换或互换性较差； (2)功率等级增加困难。受功率半导体技术水平的限制，以前研制的系列牵引变流器模块主要采用3300V或1700V的元件，对应中间直流回路的电压等级为1500V和750V。因此如要提高功率等级，就必须对元件进行串、并联使用，这样往往导致变流器的电路和结构上需要很大程度的改动； (3)安装维修不方便。许多变流器由于结构设计缺乏模块化、方便性的考虑，给安装维修带来很大不便。常常为了要维修一个部件或元件而需拆卸很多别的部件或元件，这样除了工作量大以外，还给系统的可靠性及整体寿命带来严重的影响。因为每拆卸一次，相应部件的可靠性都降低一些，如一般接插件的插拔次数是有规定的，超过此数目后该接插件将不再可靠； (4)元件布局不合理，电气性能受到影响。由于一般变流器的模块化、集成化程度不高或元器件布置不合理，如没有采用低感母排或相关部件布置太远，造成布线电感或线路电感太大等，使整个变流器的电气性能受到了影响，从而不能充分发挥变流器的潜力； (5)散热方式复杂或者不佳。目前大功率变流器使用较多的散热方式主要是水冷散热器，此类散热器虽然散热量大，效果好，但整个系统制造工艺复杂，价格贵且容易出现漏水的情形。另一种散热方式就是热管散热器的走行风冷方式，原理是利用车行走时产生的风对散热器进行冷却或自然冷却。该方式散热效果较差，由于裸露在车体下面，受环境影响较大，需定期进行维护。再有一种散热方式就是强迫风冷，相对于其它散热方式，它的优点是散热器的设计相对简单，工艺难度较低，成本不高。该方式虽然不如水冷的好，但制造工艺相对来说简单得多，成本较低，也不需要为此设计专门的水循环及冷却系统；相对走行风冷的热管散热器来说，除了散热器效果更好外，可靠性及可维护性也更好，受外界环境影响也小。在现有技术中，与本专利技术相关的有以下内容 现有技术I为株洲时代集团公司于2003年12月5日申请，并于2004年11月17日公开，公开号为CN1546340A的中国专利技术专利申请《一种通用化、集成化、模块化IGBT牵引变流器模块》。该申请公开了一种IGBT牵引变流器模块，该模块为抽屉式结构，由变流单元、直流支撑电容单元、门极驱动单元和控制盒等部件组成，集成度高、通用性强，适用于直流回路工作电压不超过2000V的牵引变流器。随着牵引变流器输出功率的持续增加，直流回路 工作电压不断升高，原有的IGBT牵引变流器模块无法满足高压运行要求。现有技术2为株洲南车时代电气股份有限公司于2008年01月02日申请，并于2008年07月16日公开，公开号为CN101222173A的中国专利技术专利申请《一种高压IGBT变流器模块》。该申请公开了一种通用化的高压IGBT变流器模块，包括散热器、高压IGBT元件、高压低感母排、交流母排、高压支撑电容器、高压门极驱动电路、门极驱动电源以及控制盒，各部件层叠安装在抽屉式结构中。该变流器模块由于高压支撑电容器的存在，显得比较笨重，组装、拆卸及维护都不方便。在大功率牵引变流器模块的设计当中，合理设计变流器模块的母排，抑制IGBT元件的开关过电压，科学地布置IGBT元件和驱动电路，优化热设计以及选择合适的散热方式，如何做到变流器模块的简统化，模块化，提高变流器模块的可靠性，可维护性等以上几方面对于牵引动力的核心一变流器模块来说非常重要。而就目前现有的各种变流器模块来看，主要存在以下方面的不足 (1)一般的变流器模块没有使用低感母排技术或使用了一些简单的母排技术，但它们没有达到抑制功率器件的开关过电压的作用或是效果不是很理想； (2)一般变流器模块的IGBT驱动电路安装采用两种方式。一种是直接安装在IGBT元件上，这样驱动电路引线电感最小，但是在变流器模块上，其检测维护非常困难。另一种方式就是为了安装，更换方便，将驱动电路安装在离IGBT元件较远的空间，但这样会引起引线电感较大，对IGBT元件驱动不利，影响变流器模块的安全运行； (3)用于交流传动的变流器模块一般分为四象限整流器模块和逆变器模块两类，由于两者电路结构和控制方式不同，因而一般两者不能互换或互换性较差； (4)受功率半导体技术水平的限制，以前研制的系列变流器模块主要采用3300V或1700V的元件，对应中间直流回路的电压等级为1500V和750V，因此如想提高功率等级，就必须对元件进行串、并联使用，这样往往导致变流器模块的电路和结构上需要很大程度的改动，可靠性相应降低； (5)由于电路和结构的复杂性，变流器模块在进行检修维护时，拆卸和安装非常不方便，而且操作时需要特殊的装备工具。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种模块化的高压IGBT变流器模块，该模块能够做到结构简洁，外观美观，安全可靠，而且各方面性能优越，可维护性和互换性好，能满足城际动车组、磁悬浮列车、机车等高压大功率的应用场合。为了实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了一种高压IGBT变流器模块的技术实现方案，一种高压IGBT变流器模块，高压IGBT变流器模块采用抽屉式或立式结构，包括散热器、门极驱动电源、高压低感母排、驱动安装盒、高压IGBT元件、交流母排、高压门极驱动电路、电源盒和控制盒在内的各个部件层叠安装在抽屉式或立式结构中。散热器设置在高压IGBT变流器模块的底部； 高压IGBT元件设置在散热器的上方，均匀排列在散热器的上表面； 高压低感母排设置在高压IGBT元件的上方，并与高压IGBT元件导电连接； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压IGBT变流器模块，其特征在于，所述高压IGBT变流器模块采用抽屉式或立式结构，包括散热器（1）、门极驱动电源（9）、高压低感母排（11）、驱动安装盒（12）、高压IGBT元件（13）、交流母排、高压门极驱动电路（20）、电源盒（21）和控制盒（22）在内的各个部件层叠安装在抽屉式或立式结构中；所述散热器（1）设置在高压IGBT变流器模块的底部；所述高压IGBT元件（13）设置在散热器（1）的上方，均匀排列在散热器（1）的上表面；所述高压低感母排（11）设置在高压IGBT元件（13）的上方，并与高压IGBT元件（13）导电连接；所述交流母排设置在高压低感母排（11）的水平侧上方，并与高压IGBT元件（13）导电连接；所述控制盒（22）设置在交流母排的上方，并且固定在散热器（1）上；所述门极驱动电源（9）设置在控制盒（22）旁的电源盒（21）内；所述高压门极驱动电路（20）设置在高压IGBT变流器模块上层的驱动安装盒（12）内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：忻力，马伯乐，陈燕平，陈玉其，杨光，陈明翊，杨涛，欧阳柳，唐威，
申请(专利权)人：株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：