适用于大电流的牵引逆变斩波复合母排的制作方法

本实用新型属于大电流传输部件，具体为一种适用于大电流的牵引逆变斩波复合母排。

背景技术：

随着我国城市化进程的日益发展，城市轨道交通因其绿色环保、方便快捷等特点在国内得到了广泛应用，而新一代低地板车的出现，以其投资小、见效快的优点，越来越受到国内城市的关注，并逐渐进入快速发展时期，但我国城市由于地势原因，涉及不同爬坡路段，在爬坡工况时为满足正常运行要求，供电设备会输出较大电流，其中复合母排是大电流传输的关键部件，因此复合母排的设计合理性是保证整个供电系统正常运行的重要因素，在此，从复合母排结构进行剖析，详细阐述复合母排的技术特点。

现行技术方案中，牵引逆变+斩波功率模块IGBT为单面布局，复合母排安装于IGBT上方，因此复合母排也是单面布局，母排导体的厚度为3mm，母排的输入输出端均位于模块底部，母排侧边引出两端与中间支撑电容连接，母排分为三层，每层间采用绝缘层进行绝缘处理。

现有复合母排虽可满足设计要求，但存在以下缺点：

1、由于模块IGBT在散热器为单面布局，复合母排安装于IGBT上方，因此增加了复合母排设计长度，导致母排的重量和设计成本增加。

2、由于复合母排外形尺寸及结构设计原因，导致母排自身杂散电感偏高，影响IGBT的正常关断，增加了IGBT的损坏概率。

3、复合母排导体厚度为3mm，当出现上坡工况时，由于大电流引起母排温升过大，导致母排烧损的概率提高。

从现有技术方案的缺点中可以看出，现有方案造成了复合母排设计成本增加、杂散电感偏高、电密设计无法满足大电流工况条件。

技术实现要素：

本实用新型目的是优化复合母排结构设计布局，减小复合母排整体设计成本，降低复合母排自身杂散电感，提高复合母排电密，可以有效提升复合母排整体性能。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种适用于大电流的牵引逆变斩波复合母排，包括复合母排A和复合母排B；所述复合母排A和复合母排B均由三层导体合成，每层导体双面设置绝缘层。

所述复合母排A的外层导体延伸有正极连接端、中层导体延伸有负极连接端、内层导体延伸有斩波连接端和W相连接端。

所述复合母排B的外层导体延伸有正极连接端、中层导体延伸有负极连接端、内层导体延伸有U相连接端和V相连接端。

所述复合母排A和复合母排B分别安装于水冷基板正反面IGBT的两侧，复合母排的连接端位于IGBT上方，从左到右依次为正极连接端、负极连接端、斩波连接端、U相连接端、V相连接端、W相连接端；其中，复合母排A和复合母排B的正极连接端、负极连接端叠加布置。

目前，牵引逆变+斩波功率模块输入电压为750V，主电路拓扑采用直-交变换， IGBT在水冷基板为正反面对称布局，每面安装4支IGBT，双排布置。复合母排采用双面布置，两个复合母排分别安装于水冷基板正反面IGBT两侧，母排外部接线方式为上进上出，两个复合母排的正极和负极叠加安装，为模块提供直流电源，其中复合母排A为斩波相和W相输出端，复合母排B为U相和V相输出端。复合母排为三层结构设计，每层的导体厚度为5mm（不含绝缘层），每层导体双面热压绝缘层，带有绝缘层的导体再经热压工艺合成为三层结构的复合母排，复合母排与外部机械连接方式均采用M8螺栓进行紧固。

复合母排满足以下基本技术参数

额定输入电压 DC750V

额定输出电压 AC0~600V

额定输出电流 233.6A

最大输出电流 600A

IGBT工作频率 2000Hz

斩波功率 40kW

斩波最大功率 341 kW(30s)

斩波电压 900~1000V

本复合母排相对于现有结构存在以下明显效果：

1、空间上，复合母排在水冷基板上采用双面布局方式，减小了模块整体外形尺寸，同时节省了变流器中模块的安装空间。

2、经济上，由于复合母排导体材质选用5mm厚度紫铜，可保证模块在大电流工况条件下长期使用，避免了使用其他厚度导体材质在大电流工况时烧损后需重新采购的费用，为公司节约了成本，大大提升了经济效益。

3、应用性，本复合母排杂散电感小，已在四方有限低地板车装车进行试运行调试，应用性能效果良好，即将投入城市轨道交通使用。

附图说明

图1a表示复合母排正视图。

图1b表示复合母排背视图。

图1c表示复合母排侧视图。

图1d表示复合母排俯视图。

图2表示牵引逆变+斩波功率模块原理图。

图中：1-复合母排A，2-复合母排B，3-导体，4-正极连接端，5-负极连接端，6-斩波连接端，7-W相连接端，8-U相连接端，9-V相连接端，10-M8螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。

一种适用于大电流的牵引逆变斩波复合母排，如图1a、1b所示，包括复合母排A1和复合母排B2；复合母排A1和复合母排B2均由三层导体3合成，每层导体3双面设置绝缘层，如图1c所示。

如图1d所示，复合母排A1的外层导体延伸有正极连接端4、中层导体延伸有负极连接端5、内层导体延伸有斩波连接端6和W相连接端7。

如图1d所示，复合母排B2的外层导体延伸有正极连接端4、中层导体延伸有负极连接端5、内层导体延伸有U相连接端8和V相连接端9。

复合母排A1和复合母排B2分别安装于水冷基板正反面IGBT的两侧，复合母排的连接端位于IGBT上方，如图1d所示，从左到右依次为正极连接端4、负极连接端5、斩波连接端6、U相连接端8、V相连接端9、W相连接端7；其中，复合母排A1和复合母排B2的正极连接端4、负极连接端5叠加布置。

具体应用如下：

从图2可以看出，牵引逆变+斩波功率模块由三相逆变回路和斩波回路组成，根据模块IGBT结构布局，复合母排双面安装于水冷基板两侧，对产品结构做如下详细描述：

（1）、复合母排外形部分

复合母排的每层导体材料选用了厚度为5mm 的紫铜，绝缘层通过热压工艺将三层导体结合为叠层复合母排。复合母排与IGBT连接开孔处压装金属通孔垫柱，保证母排与IGBT的连接及紧固。

（2）、组装部分

复合母排双面对称安装于牵引逆变+斩波模块水冷基板两侧。

（3）、高压接口部分

复合母排的接口位于牵引逆变+斩波功率模块上方，从左到右依次为DC+（正极连接端）、DC-（负极连接端）、斩波输出（斩波连接端）、U相（U相连接端）、V相（V相连接端）、W相（W相连接端）。

（4）、杂散电感

复合母排自身杂散电感与母排结构设计有关，本复合母排杂散电感小于50nH，在对牵引逆变+斩波功率模块进行双脉冲试验中，IGBT反向关断电压小于设定最高值，表明复合母排自身杂散电感值满足设计要求。

（5）、电密

复合母排导体材质厚度为5mm，为验证其适用于大电流工况条件，将引用导体厚度分别为3mm和4mm母排进行对比分析。

通过对导体厚度3mm、4mm和5mm三种厚度复合母排电密对比，结论如下：按电流回路路径分析，3mm和4mm厚度复合母排流经母排回路的电密大于5A/mm²以上区域面积较大，高于电工安全电流，使用过程中会有明显温升，容易导致母排烧损；5mm厚度复合母排只有小部分回路超过5A/mm²，符合电工安全使用电流，使用过程中不会有明显温升，可长期工作于600A状态下。

（6）、集肤效应、温升

复合母排中的交流电流会引起集肤效应，集肤效应可由电流沿导体表面开始到达导体的径向深度来表示，此深度值与工作频率、导体磁导率、导体电导率相关参数有关，当工作频率不变时，深度值与导体磁导率、导体电导率成反比关系，因此，降低导体磁、电导率，可以增加电流通过导体的有效截面积，降低复合母排自身损耗，从而有效降低温升。

本次复合母排导体选用5mm厚的紫铜，在符合安规情况下，通过优化引脚距母排表面的距离，以及缩小了绝缘层间热压时的层间距离，有效减小了电磁离散性，提高了电流通过的有效截面积，到达了降低温升的设计要求。

本实施例所述复合母排的特点如下：

1、复合母排采用双面布局，结构紧凑、维修方便、便于维护。

2、降低了主回路杂散电感，使模块取消了吸收电路，简化模块结构，减小了IGBT故障率。

3、复合母排的导体厚度设计为5mm，保证了大电流工况下的正常使用。通过对三种复合母排电密的分析比较，现行5mm导体厚度母排为最优方案，可以满足大电流工况条件下的正常使用，若在现行方案上继续增加导体厚度，同样可以满足设计要求，但会导致设计成本的增加。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照本实用新型实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的技术方案的精神和范围，其均应涵盖权利要求保护范围中。