新型制动斩波功率单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电气技术领域，具体是一种新型制动斩波功率单元。
【背景技术】
[0002]地铁牵引系统的主要功能就是从中间直流回路取电，经过牵引逆变功率单元上IGBT组成的三相电路进行逆变后，为列车的牵引电机供电，驱动地铁车辆运行，同时通过制动斩波功率单元解决制动过程中或网压波动时造成中间电压过高，以致损害IGBT器件。地铁牵引系统是地铁车辆的核心，是地铁车辆的动力源泉，由于地铁站与站之间运行时间仅有几分钟，这就要求整个地铁牵引系统动态响应要迅速、起停要快，并且要求平稳，这就对牵引系统技术提出了更高要求。随着人们生活水平的提高，出行时会优先选择安全、快捷、绿色环保的出行工具，对于大都市人们来说，地铁是出行的最佳选择，这就要求现有的地铁运行间隔更短，承载客人更多，使得单位面积上的功率密度增大，这就要求一方面要求增大牵引功率，另一方面又要求压缩牵引系统所占的空间。
[0003]与之相关的现有技术有:一、地铁车辆的制动斩波功率单元两套分别设计在两个散热器上，属于两套独立的制动斩波功率单元，主电路间采用普通铜排和电缆连接，散热器一般采用传统铝制散热器，外加强迫风冷。该技术存在的缺点是:1)功率电路的结构复杂，功率电路出现故障时，不利于维护和更换；2)采用普通铜排连接，电路寄生电感大，功率器件容易损坏，电路可靠性差、效率低；整个主电路结构臃肿，电气间隙距离要求大，占据空间大；3)功率增大时，扩容困难或不能实现。二、制动斩波功率单元一个散热器上有两套主电路。该技术的主要缺点是:虽然两套主电路安装在同一个散热器上，但没采用完全简统化设计，不便于部件的更换、存储，产品的成本较高。三、干线机车或地铁中，一般制动功率单元和斩波功率单元是分开的，独立工作的两个产品。该技术的缺点是:制动功率单元和斩波功率单元各自独立工作，在有限的机车或地铁空间上占有很大体积，不便于安装，并且设计成本高。
[0004]本实用新型针对上述现有技术中存在问题，设计一种新型制动斩波功率单元，并应用在地铁牵引系统的制动斩波装置中，通过采用简统化的主电路，高效的热管散热技术，实现了主电路的高度集成，不仅提高了功率密度，而且提高了功率变换电路的可靠性。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种新型制动斩波功率单元。本实用新型应用在地铁牵引系统的制动斩波装置中，通过采用简统化的主电路，高效的热管散热技术，实现了主电路的高度集成，不仅提高了功率密度，而且提高了功率变换电路的可靠性。
[0006]本实用新型是通过如下技术方案实现的:
[0007]—种新型制动斩波功率单元，包括散热器和复合母排；所述散热器包括上下两段热管散热器单体，每段热管散热器单体包括散热基板、若干根L型热管和若干片散热翅，其中，若干根L型热管的竖管与散热基板平行设置且直接并排的嵌入固定在散热基板内，若干片散热翅逐片相邻的插装固定在若干根L型热管的横管上，若干根L型热管的横管端部共同安装固定有安装板，安装板两侧压接有铆接螺母；两段热管散热器单体的两个散热基板上下对齐连接固定，在两个散热基板整体的表面固定有垫板框，在两个散热基板及垫板框的整体外部套装固定有支撑框架；两段热管散热器单体的两组L型热管及散热翅的整体外部安装有保护架，保护架的一端与散热基板固定、另一端与安装板固定；所述的复合母排包括三个形状为L型扁平状且叠放在一起的母排，三个母排从上到下依次为O母排、N母排和P母排，相邻母排之间设有高绝缘强度材料；0母排、N母排和P母排的短板顶部分别向外延设有与短板垂直设置的O连接部、N连接部和P连接部，O连接部、N连接部和P连接部错开布置，其中O连接部位于中间位置，N连接部和P连接部分置于两侧位置；三个母排作为一个整体，在其整体长板上从整体短板一侧开始沿整体长板长度方向依次设有一对O接线端子、一对P接线端子、一对N接线端子和一对O接线端子，其中，O接线端子贯穿整体长板且通过焊接或冷压的方法与O母排连接，同时O接线端子在穿过P母排和N母排的位置都设有绝缘环，绝缘环外包覆有有机聚酯薄膜；P接线端子贯穿整体长板且通过焊接或冷压的方法与P母排连接，同时P接线端子在穿过O母排和N母排的位置都设有绝缘环，绝缘环外包覆有有机聚酯薄膜#接线端子贯穿整体长板且通过焊接或冷压的方法与N母排连接，同时N接线端子在穿过O母排和P母排的位置都设有绝缘环，绝缘环外包覆有有机聚酯薄膜；
[0008]散热器上安装有两路完全相同并相互独立的制动斩波主电路，每路制动斩波主电路块包括一个IGBT、一个二极管、一个温度继电器、一个配置板和一个驱动板；每路制动斩波主电路中的IGBT、二极管和温度继电器安装固定在散热器的两个散热基板整体的表面上，配置板安装在对应的IGBT上，每路中的IGBT和二极管共同连接一个复合母排；两个复合母排并排设置，每个复合母排上的O连接部、N连接部和P连接部通过复合母排支撑绝缘子连接固定在垫板框框顶处；两个复合母排的整体长板上方共同设有一个支撑板，支撑板的两侧分别通过支撑柱固定在散热器的散热基板上，支撑板的中间位置安装有转换板，两路制动斩波主电路中的两个驱动板分置于转换板的两侧；在垫板框框底处安装有连接器。
[0009]一、本实用新型中的散热器
[0010]本实用新型制动斩波功率单元以高效的热管散热器为基础，为了达到高效的散热效果，散热器采用L型热管，每个热管的一端直接嵌入散热基板，另一端伸出，和散热翅片相连。为了便于组装和运输，本实用新型中的散热器设计采用上下两段结构，两段散热器在生产制造和运输时都是各自独立的，在功率模块组装时才通过框架将它们拼在一起。
[0011]由于热管散热器一般借助运行过程中的走行风或空气自然冷却，同时散热功耗又较大，为了达到良好的散热效果，势必体积相对较大，整个高效热管散热器质量较重，因此在实际设计中，根据实际需要，一般采用标准的热管，减少模具的投入，降低设计成本，缩短设计周期；把整个高效热管散热器分解成上下两段热管散热器，质量和体积均减少很多，这样便于运输和组装。
[0012]若干片散热翅逐片相邻的均匀插装固定在若干根L型热管的横管上，有利于热管内冷却液体在液相和汽相间的转化，冷却液体一般采用纯净水，热管内抽成真空，以降低水的沸点；为了保护热管散热器中的L型热管及散热翅，在若干根L型热管的末端共同安装有安装板，并且在安装板两侧压接有四个铆接螺母，便于与散热管的保护架进行紧固，有利保护整个散热管组不受到损坏，而影响散热效果。
[0013]组装本实用新型散热器时，先将框架通过螺栓固定在产品专用工装台上，为了保证密封性良好，在上/下段散热基板与框架连接的指定位置垫上涂有专用胶的垫板框，然后通过螺栓将框架和上/下段散热基板固定成一体，固定螺栓灌装密封胶，螺栓的顶端套上螺帽；最后将两组L型热管的竖管安装固定在对应的散热基板内，横管的末端固定在保护架上的安装板上，这样就完成了分体式高效热管散热器组的组装。
[0014]本实用新型中的散热器有效解决了在机车、动车及地铁系统中，由于空间有限，系统无法提供水冷却系统或强迫风冷却系统，但又要求散热功率较大，散热效率高的条件下的散热问题；减小了冷却系统的体积；本实用新型通过采用高效的分体式热管散热器组技术，省去了系统提供额外的水冷或强迫风冷系统，减小了冷却系统的体积，利用运行中的走行风或空气冷却，并且散热效率较高，采用标准的热管，缩短设计周期，简化装置结构，减轻重量，缩小体积，降低了设计和运用维护成本，取得了较好的经济效益；本实用新型安装维护方便，安全性高，对提高功率模块及整个机车动车系统的运行稳定性和寿命具有重要的意义。
[0015]进一步的，所述的散热器中，每段热管散热器单体上安装有17根L型热管，L型热管的竖管与横管之间的夹角为97°。
[0016]二、本实用新型中的复合母排
[0017]本实用新型制动斩波复合母排融合了主电路中开关器件IGBT和二极管的电路功能，将高压部分通过母排实现了电气连接。根据电磁场理论，把连接导线做成扁平截面，在同样截面下做的越薄越宽，它的寄生电感越小；相邻导线内流过相反的电流，其磁场抵消，也可使寄生电感减小；而且相邻导体间距离越小，寄生电感越小；正负极重叠区域越多，寄生电感越小。因此，本实用新型将母排设