一种变流器功率模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种变流器功率模块，包括散热器、IGBT元件、低感母排、交流母排、驱动组件以及控制组件，所述IGBT元件贴合在所述散热器上，所述低感母排安装于所述IGBT元件并与IGBT元件电连接，所述交流母排安装于低感母排上方并与IGBT元件电连接，所述驱动组件和控制组件通过散热器上的支柱安装于所述交流母排上方的同一水平面上；所述散热器的一侧安装有用于与变流器主电路插拨连接的母排连接器，所述母排连接器与所述低感母排的一端紧固相连。本实用新型的变流器功率模块具有结构简单紧凑、拆装方便以及工作安全可靠等优点。
【专利说明】
一种变流器功率模块
技术领域
[0001 ]本实用新型主要涉及变流技术领域，特指一种变流器功率模块。
【背景技术】
[0002]IGBT功率模块属于一种变流装置，是轨道机车、动车组用的变流器系统的核心部件。IGBT功率模块采用集成式模块化设计，将牵引变流器的核心器件和关键部件集中布置，集成于一个独立的功能单元结构中，可以单独完成整流或逆变功能，并可以作为一个独立的部件从牵引变流器中安装和拆卸。
[0003]通常功率模块包括散热器、IGBT、支撑电容、低感母排、门极驱动电路和脉冲控制电路，具有通用化、模块化、集成化程度高的特点，在散热方式上，可以有风冷、热管、水冷等不同选择。
[0004]IGBT功率模块作为变流器的核心部件，其RAMS(可用性、可靠性、可维护性、安全性)设计是IGBT功率模块及其变流器设计的最关键技术之一，也是设计过程中的难点。尤其在轨道交通牵引变流领域，产品的RAMS越来越被重视。总结起来，现有IGBT功率模块存在以下问题:
[0005](I)功率模块拆装的便捷性是变流器可维护性设计中的遇到的技术难题。现有的功率模块低感母排与变流器主电路之间的连接使用螺栓紧固，由于变流器的安装空间狭小，螺栓的紧固、拆卸操作及其不便，尤其在运行中的机车、动车组变流器需要更换功率模块时，往往需要耗费30分钟甚至更长时间，严重影响列车正常运行。此外，连接功率模块的低感母排与变流器主电路的金属螺栓在拆装过程中容易脱落，而掉落至变流器内部并难以找寻，给变流器的安全运行带来隐患。
[0006](2)水冷散热器的可靠性是影响变流器正常运行的关键问题。现有的功率模块水冷散热器与水循环系统采用无泄压功能的快速接头，散热器内部存储的冷却液在温度升高过程中受热膨胀，而冷却液不能释放到水循环系统中，容易将散热器胀裂，最终泄露冷却液。泄露的冷却液会破坏变流器的电气绝缘性能，导致变流器损坏。
[0007](3 )小型化和轻量化设计一直是IGBT功率模块设计中的一个难点问题。现有的IGBT功率模块通常设计有一个支撑电容器，这会使得功率模块的尺寸和重量较大，安装、拆卸和维护起来都很不便。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单紧凑、拆装方便的变流器功率模块。
[0009]为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为:
[0010]一种变流器功率模块，包括散热器、IGBT元件、低感母排、交流母排、驱动组件以及控制组件，所述IGBT元件贴合在所述散热器上，所述低感母排安装于所述IGBT元件的上方并与IGBT元件电连接，所述交流母排安装于低感母排上方并与IGBT元件电连接，所述驱动组件和控制组件通过散热器上的支柱安装于所述交流母排上方的同一水平面上;所述散热器的一侧安装有用于与变流器主电路插拨连接的母排连接器，所述母排连接器与所述低感母排的一端紧固相连。
[0011 ]作为上述技术方案的进一步改进:
[0012]还包括用于在母排连接器与变流器主电路插拨对接后进行锁紧的锁紧装置。
[0013]所述锁紧装置包括设置在所述母排连接器两侧的螺栓和螺母。
[0014]所述驱动组件和控制组件所在的水平面与所述交流母排之间设置有绝缘隔板。
[0015]所述控制组件包括控制盒，所述控制盒内安装有脉冲分配单元和驱动电源;所述驱动组件包括驱动盒，所述驱动盒内安装有门极驱动器，所述脉冲分配单元与所述门极驱动器之间通过光纤连接。
[0016]所述散热器的另一侧通过绝缘柱安装有接线板，所述接线板与所述交流母排的输出端紧固相连。
[0017]所述散热器安装接线板的一侧安装有用于与变流器水冷系统相连的进液口和出液口，所述进液口和出液口分别位于接线板的两侧，所述进液口与接线板、以及出液口与接线板之间均设置有挡板。
[0018]所述进液口和出液口上均设置有泄压型快速接头。
[0019]所述散热器的表面均匀分布有多个温度继电器。
[0020]所述散热器的两侧均设置有拉手。
[0021]与现有技术相比，本实用新型的优点在于
[0022]本实用新型的变流器功率模块，以散热器为基础，采用层叠式结构将各部件组装在一起，结构简单紧凑，减少了占用体积;采用与变流器主电路插拨的连接方式，拆装方便且更安全。散热器上的进液口和出液口上均设置有泄压型快速接头，能够在冷却液压力值超过一定值时进行自动泄压，避免热胀冷缩对散热器的损坏。
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的主视结构示意图。
[0024]图2为本实用新型的侧视结构示意图。
[0025]图3为本实用新型的俯视结构不意图。
[0026]图4为本实用新型的电路原理图。
[0027]图中标号表示:1、散热器;2、IGBT元件；3、温度继电器;4、低感母排;5、交流母排；
6、控制组件;61、支柱;62、脉冲分配单元;63、驱动电源;64、控制盒;7、驱动组件;71、门极驱动器;72、驱动盒;8、母排连接器;9、螺栓；1、接线板；11、绝缘柱；12、泄压型快速接头；13、挡板;14、拉手;15、绝缘隔板。
【具体实施方式】
[0028]以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。
[0029]如图1至图3所示，本实施例的变流器功率模块，包括散热器1、IGBT元件2、低感母排4、交流母排5、驱动组件7以及控制组件6，IGBT元件2贴合在散热器I上，低感母排4安装于IGBT元件2上方并与IGBT元件2电连接，交流母排5安装于低感母排4上方并与IGBT元件2电连接，驱动组件7和控制组件6通过散热器I上的支柱61安装于交流母排5上方的同一水平面上;散热器I的一侧安装有用于与变流器主电路插拨连接的母排连接器8，母排连接器8与低感母排4的一端紧固相连。本实用新型的变流器功率模块，以散热器I为基础，将各部件层叠在一起，使得结构简单紧凑、占用体积小；另外母排连接器8与变流器主电路采用插拨连接，方便安装以及拆卸且更安全;采用低感母排4可以大大降低电路杂散电感，取消功率吸收回路，减小功率模块体积，确保IGBT元件2在高频开关状态下的稳定运行。
[0030]本实施例中，母排连接器8安装在与IGBT元件2相同的水平面上，其内侧通过螺栓将低感母排4各极压接在母排连接器8对应各极的弹簧插片尾部，夹持式弹簧插片头部则与变流器主电路低感母排4的插片对插连接，实现功率模块与变流器主电路的快速插拔连接，保证可靠的电气连接；另外还包括用于在母排连接器8与变流器主电路插拨对接后进行锁紧的锁紧装置;锁紧装置包括设置在母排连接器8两侧的螺栓9和螺母，在插拨对接后，通过螺母将螺栓9锁紧在变流器上，进一步提高了连接的可靠性。
[0031]本实施例中，驱动组件7包括驱动盒72，驱动盒72内安装有门极驱动器71，每个门极驱动器71驱动一个或二个IGBT元件2，用于控制IGBT元件2的开通、关断和限流保护，当负载出现过流或短路时能及时关断IGBT元件2，同时封锁IGBT元件2，并输出故障信号。控制组件6包括控制盒64，控制盒64内安装有脉冲分配单元62和驱动电源63，脉冲分配单元62用于对输入的PWM控制信号的处理和转换，将开关控制信号传送给门极驱动器71，并接收IGBT元件2的开关状态和故障信号反馈;驱动电源63用于输入电源的转换，给门极驱动器71供电；脉冲分配单元62与门极驱动器71之间通过光纤连接，将控制信号和IGBT驱动电信号之间进行光电隔离，有效的解决了复杂电磁环境下的影响牵引变流器正常运行的EMC问题。另外本实施例中，驱动组件7和控制组件6所在的水平面与交流母排5之间设置有绝缘隔板15。
[0032]本实施例中，通过将母排连接器8布置在散热器I左侧，并且与IGBT元件2同面安装在散热器I上;控制信号接口、水冷系统进出水口、交流输出接口均布置在散热器I右侧;脉冲分配单元62、门极驱动器71和驱动电源63集中布局在IGBT元件2的上方同一平面，有利于组装、集中布线和减小信号的传输损耗;且布局紧凑，提高了空间利用率，减小了功率模块体积。
[0033]本实施例中，散热器I的右侧通过绝缘柱11安装有接线板10，接线板10与交流母排5的输出端紧固相连。散热器I安装接线板10的一侧安装有用于与变流器水冷系统相连的进液口和出液口，进液口和出液口分别位于接线板10的两侧，呈前后分布，进液口与接线板
10、以及出液口与接线板10之间均设置有挡板13，用于将电气部分与冷却系统隔开，防止冷却液进入至电气部分。其中进液口和出液口上均设置有泄压型快速接头12 (如S t a u b I iSPT-12)，分别与变流器水循环系统连接，当散热器I内部冷却液受热膨胀，压力超过一定值时，该泄压型快速接头12可以自动排出冷却液以释放压力，杜绝水冷散热器I鼓包、胀裂风险；同时，可以在不排出散热器I内部冷却液的情况下插上或者拔出水管接头，而不泄漏冷却液。
[0034]本实施例中，散热器I的表面均匀分布有多个温度继电器3，其中散热器I的上表面涂覆导热材料并紧密接触，保证导热的可靠性；当温度过热时，温度继电器3断路，同时输出报警信号。
[0035]本实施例中，散热器I的两侧均设置有拉手14，方便移动；另外在变流器上设计有导轨，安装时将本模块的散热器I水平方向送入至左右两侧的导轨，顺着导轨方向推行到位后固定在变流器上，可以根据变流器柜体布局选择水平安装或者侧立安装形式。
[0036]本实施例中，本模块可为四象限脉冲整流器或三相逆变器通用模块，主电路框图如图4所示。当用作四象限脉冲整流器时，功率模块的四个相桥臂(A和B、C和D)两两并联;当用作逆变器时，功率模块的三个相桥臂(A、B、C)构成一个三相逆变器，输出三相VVVF电压驱动牵引电机，另外一个桥臂(D)作为电阻制动斩波回路，当直流回路出现过压时，可通过斩波桥臂斩波，由制动电阻释放多余的能量，进行过压抑制。通过此四象限整流器和逆变器通用设计，适用于四象限脉冲整流器和三相逆变器，通用性好，可以完全互换。
[0037]虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种变流器功率模块，其特征在于，包括散热器(I)、IGBT元件(2)、低感母排(4)、交流母排(5)、驱动组件(7)以及控制组件(6)，所述IGBT元件(2)贴合在所述散热器(I)上，所述低感母排(4 )安装于所述IGBT元件(2 )上方并与IGBT元件(2 )电连接，所述交流母排(5 )安装于低感母排(4)上方并与IGBT元件(2)电连接，所述驱动组件(7)和控制组件(6)通过散热器(I)上的支柱(61)安装于所述交流母排(5)上方的同一水平面上;所述散热器(I)的一侧安装有用于与变流器主电路插拨连接的母排连接器(8)，所述母排连接器(8)与所述低感母排(4)的一端紧固相连。2.根据权利要求1所述的变流器功率模块，其特征在于，还包括用于在母排连接器(8)与变流器主电路插拨对接后进行锁紧的锁紧装置。3.根据权利要求2所述的变流器功率模块，其特征在于，所述锁紧装置包括设置在所述母排连接器(8)两侧的螺栓(9)和螺母。4.根据权利要求1或2或3所述的变流器功率模块，其特征在于，所述驱动组件(7)和控制组件(6)所在的水平面与所述交流母排(5)之间设置有绝缘隔板(15)。5.根据权利要求4所述的变流器功率模块，其特征在于，所述控制组件(6)包括控制盒(64)，所述控制盒(64)内安装有脉冲分配单元(62)和驱动电源(63);所述驱动组件(7)包括驱动盒(72)，所述驱动盒(72)内安装有门极驱动器(71)，所述脉冲分配单元(62)与所述门极驱动器(71)之间通过光纤连接。6.根据权利要求1或2或3所述的变流器功率模块，其特征在于，所述散热器(I)的另一侧通过绝缘柱(11)安装有接线板(10)，所述接线板(10)与所述交流母排(5)的输出端紧固相连。7.根据权利要求6所述的变流器功率模块，其特征在于，所述散热器(I)安装接线板(10)的一侧安装有用于与变流器水冷系统相连的进液口和出液口，所述进液口和出液口分别位于接线板(10)的两侧，所述进液口与接线板(10)、以及出液口与接线板(10)之间均设置有挡板(13)。8.根据权利要求7所述的变流器功率模块，其特征在于，所述进液口和出液口上均设置有泄压型快速接头(12)。9.根据权利要求1或2或3所述的变流器功率模块，其特征在于，所述散热器(I)的表面均勾分布有多个温度继电器(3)。10.根据权利要求1或2或3所述的变流器功率模块，其特征在于，所述散热器(I)的两侧均设置有拉手(14)。
【文档编号】H02M7/00GK205430072SQ201620204892
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】廖军, 陈明翊, 李彦涌, 忻力, 胡家喜, 丁云, 彭银中, 邹杰, 陈玉其
【申请人】中车株洲电力机车研究所有限公司