CN101404445A - 一种变流器功率模块主体装置及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变流器功率模块主体装置及其加工方法，主体装置包括母排主体、IGBT、中间支撑电容器、突波吸收电容器，所述的母排主体呈“”形，所述的中间支撑电容器通过螺钉固定在母排主体的长边上方，突波吸收电容器通过螺钉固定在母排主体短边内侧，IGBT通过螺钉固定在母排主体短边外侧。加工方法包括采用铜板加工成带凸台和孔的铜排，采用多层杜邦纸复合制成绝缘纸，将三块绝缘纸和三块铜排按一定顺序叠压成母排主体，将器件安装到母排主体上。由于本发明实现了布线方便，节省了布线空间，方便了安装与拆卸，降低了主电路上的杂散电感，有助于提高电气性能，从而增强了变流器系统工作的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种变流器功率模块主体装置及其加工方法，特别是用于铁路机车、轻轨电车、地铁列车、磁悬浮列车、工业变频器的交-直变换、直-交变换、交-直-交变换的变流器功率模块主体装置及其加工方法。
背景技术
目前采用电力电子技术研制的变流器电源产品已经广泛应用于电力、军工、工业、商业、农业等各个领域，随着社会的发展和技术的进步，变流器正在迅速向着体积小、容量大的方向发展，而变流器电气与结构上的核心就是功率模块。现有功率模块的布线方法是在各个电器元件之间直接用电缆作为导线进行连接，但这种接线方式存在以下问题：
1、在体积小、结构紧凑的功率模块内采用电缆布线非常困难且难于折弯造型。
2、产生很大的杂散电感，使主电路电气性能变差。
3、产生过高的IGBT关断过压会使IGBT容易损坏，从而使系统工作可靠性与稳定性降低。
4、不方便安装与拆卸。
发明内容
为克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是要设计一种布线方便、电气性能优良、系统稳定可靠、结构紧凑、方便安装与拆卸的变流器功率模块主体装置及其加工方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是这样实现的：一种变流器功率模块主体装置，包括IGBT、中间支撑电容器、突波吸收电容器，还包括母排主体，所述的母排主体呈“
”形，长边水平向右，短边垂直向下，所述的中间支撑电容器通过螺钉固定在母排主体的长边上方，突波吸收电容器通过螺钉固定在母排主体短边内侧，IGBT通过螺钉固定在母排主体短边外侧，所述的母排主体左边有2个用于与变流器的正负电压连接的接线孔，右边有3个用于与变流器的均压电阻连接的接线孔。
本发明所述的母排主体由正绝缘纸、正铜排、正负间绝缘纸、负铜排、负绝缘纸、中间铜排依次重叠而成。
本发明所述的母排主体上安装有多个中间支撑电容器、多个突波吸收电容器和多个IGBT。
本发明所述的多个中间支撑电容器在母排主体上排列成两列。
本发明所述的螺钉为M6的内六角圆柱头螺钉。
一种变流器功率模块主体装置的加工方法，包括以下步骤：
a、采用铜板将正铜排、负铜排、中间铜排加工成带凸台和孔的铜排，并根据器件接线和结构空间的需要在适当处将铜排折弯成“
”形，最后将加工完的铜排表面做镀锡处理；
b、采用多层杜邦纸复合制成正绝缘纸、正负间绝缘纸、负绝缘纸，并在正绝缘纸、正负间绝缘纸、负绝缘纸与铜排凸台对应的位置开开孔；
c、将正绝缘纸、正铜排、正负间绝缘纸、负铜排、负绝缘纸、中间铜排通过层层叠压的方式依次叠压成母排主体；
d、将中间支撑电容器、IGBT、突波吸收电容器安装到母排主体上。
本发明所述的铜板厚度为1.5mm。
本发明在所述的正铜排对应中间支撑电容器、IGBT、突波吸收电容器接线的位置采用锡焊的方式焊接空心圆柱体铜凸台，在正铜排对应负铜排、中间铜排的中间支撑电容器、IGBT、突波吸收电容器接线的位置开孔，在左右两端对外接线处安装直流正接线端子。
本发明在所述的负铜排对应中间支撑电容器、IGBT、突波吸收电容器接线的位置采用锡焊的方式焊接空心圆柱体铜凸台，在负铜排对应正铜排、中间铜排的中间支撑电容器、IGBT、突波吸收电容器接线的位置开孔，在左右两端对外接线处安装直流负接线端子。
本发明在所述的中间铜排对应中间支撑电容器接线的位置采用锡焊的方式焊接空心圆柱体铜凸台，在中间铜排对应正铜排、负铜排的中间支撑电容器接线的位置开孔，在右端对外接线处安装直流M接线端子。
本发明所述的空心圆柱体铜凸台为同轴空心圆柱体铜凸台，外径为18mm、内径为7mm。
本发明所述的杜邦纸厚度为0.3mm，层数为3层。
本发明在所述的正绝缘纸、正负间绝缘纸、负绝缘纸上的开孔直径为20.5mm。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、由于本发明仅采用3个铜排就将多个中间支撑电容器、IGBT、突波吸收电容器连接到了一起，不必采用若干导线将每个器件上的各个接线端子连接，实现了布线方便，同时节省了布线空间。
2、由于本发明的结构是多个中间支撑电容器、IGBT、突波吸收电容器有规律且紧密的排列在一起，从而实现了结构紧凑，提高了空间利用率，在相同功率情况下有助于变流器体积变小。
3、由于本发明的结构是中间支撑电容器、IGBT、突波吸收电容器均安装在母排主体的不同侧面，安装螺钉的位置易于操作，所以实现了中间支撑电容器、IGBT、突波吸收电容器安装与拆卸的方便性。
4、由于本发明的的三个铜排既是中间支撑电容器、IGBT、突波吸收电容器的固定板又是变流器主电路的接线板，而用铜排作为主电路直流电压的接线板有助于降低主电路上的杂散电感，有助于提高电气性能，从而增强了变流器系统工作的稳定性。
附图说明
本发明共有附图9幅，其中：
图1是变流器功率模块主体装置结构图的正视图；
图2是变流器功率模块主体装置结构图的俯视图；
图3是变流器功率模块主体装置结构图的左视图；
图4是变流器功率模块主体装置结构图的左视图A处局部放大图；
图5是变流器功率模块主体装置结构图的左视图B处局部放大图；
图6是变流器功率模块主体装置正绝缘纸、负绝缘纸、正负间绝缘纸形状示意图；
图7是变流器功率模块主体装置正铜排形状示意图；
图8是变流器功率模块主体装置负铜排形状示意图；
图9是变流器功率模块主体装置中间铜排形状示意图。
图中，1、IGBT，2、中间支撑电容器，3、突波吸收电容器，4、正绝缘纸，5、正铜排，6、正负间绝缘纸，7、负铜排，8、负绝缘纸，9、中间铜排，10、母排主体，11、螺钉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。如图1-7所示，一种变流器功率模块主体装置，包括母排主体10、IGBT1、中间支撑电容器2、突波吸收电容器3，所述的母排主体10呈“
”形，长边水平向右，短边垂直向下，由正绝缘纸4、正铜排5、正负间绝缘纸6、负铜排7、负绝缘纸8、中间铜排9依次重叠而成，所述的中间支撑电容器2通过螺钉11固定在母排主体10的长边上方，突波吸收电容器3通过螺钉11固定在母排主体10短边内侧，IGBT1通过螺钉11固定在母排主体10短边外侧，所述的母排主体10左边有2个用于与变流器的正负电压连接的接线孔，右边有3个用于与变流器的均压电阻连接的接线孔。所述的母排主体10上安装有多个中间支撑电容器2、多个突波吸收电容器3和多个IGBT1。所述的多个中间支撑电容器2在母排主体10上排列成两列。所述的螺钉11为M6的内六角圆柱头螺钉。
一种变流器功率模块主体装置的加工方法，包括以下步骤：
a、采用1.5mm厚的铜板将正铜排5、负铜排7、中间铜排9按以下要求加工成带凸台和孔的铜排，并根据器件接线和结构空间的需要在适当处将铜排折弯成“
”形，最后将加工完的铜排表面做镀锡处理：
在所述的正铜排5对应中间支撑电容器2、IGBT1、突波吸收电容器3接线的位置采用锡焊的方式焊接空心圆柱体铜凸台，在正铜排5对应负铜排7、中间铜排9的中间支撑电容器2、IGBT1、突波吸收电容器3接线的位置开孔，在左右两端对外接线处安装直流正接线端子；
在所述的负铜排7对应中间支撑电容器2、IGBT1、突波吸收电容器接线的位置采用锡焊的方式焊接空心圆柱体铜凸台，在负铜排7对应正铜排5、中间铜排9的中间支撑电容器2、IGBT1、突波吸收电容器接线的位置开孔，在左右两端对外接线处安装直流负接线端子；
在所述的中间铜排9对应中间支撑电容器2接线的位置采用锡焊的方式焊接空心圆柱体铜凸台，在中间铜排9对应正铜排5、负铜排7的中间支撑电容器2接线的位置开孔，在右端对外接线处安装直流M接线端子；
所述的空心圆柱体铜凸台为同轴空心圆柱体铜凸台，外径为18mm、内径为7mm。
b、采用3层0.3mm厚的杜邦纸复合制成正绝缘纸4、正负间绝缘纸6、负绝缘纸8，并在正绝缘纸4、正负间绝缘纸6、负绝缘纸8与铜排凸台对应的位置开直径为20.5mm的开孔。
c、将正绝缘纸4、正铜排5、正负间绝缘纸6、负铜排7、负绝缘纸8、中间铜排9通过层层叠压的方式依次叠压成母排主体10。
d、将中间支撑电容器2、IGBT1、突波吸收电容器3安装到母排主体10上。
本发明用于交-直变换变流器功率模块时，母排主体10左边2个接线孔接直流输出，IGBT1第1接线端子均接交流输入；用于直-交变换变流器功率模块时，母排主体10左边2个接线孔接直流输入，IGBT1第1接线端子均接交流输出；用于交-直-交变换变流器功率单元时，母排主体10左边2个接线孔不接线，IGBT1第1接线端子一部分接交流输入另一部分接交流输出。
本发明在PD4的污染等级情况下可以保证3kV的额定冲击电压，本发明支持交-直变换、直-交变换、交-直-交变换变流器功率模块设计。应用本发明的160kVA整流功率模块和150kVA逆变功率模块外形尺寸仅为525.5mm×341mm×400mm。
将本发明应用到160kVA整流功率模块和150kVA逆变功率模块进行绝缘试验、斩波试验和功率性能试验，其试验结果如下：
绝缘电阻使用500V兆欧表测量大于500MΩ。
介质强度试验电压为2500VAC、50Hz的正弦波，施加电压值持续1min，无击穿及闪络现象出现。
调节中间电压为额定600VDC，设触发脉宽为300μs、周期为1s的脉冲，进行斩波试验。试验测得最大尖峰电压为760V，计算关断过电压仅为10％；交流侧电流可达2400A。
功率性能试验证明其各方面参数优秀、稳定可靠。
Claims (13)
1、一种变流器功率模块主体装置，包括IGBT(1)、中间支撑电容器(2)、突波吸收电容器(3)，其特征在于：还包括母排主体(10)，所述的母排主体(10)呈
形，长边水平向右，短边垂直向下，所述的中间支撑电容器(2)通过螺钉(11)固定在母排主体(10)的长边上方，突波吸收电容器(3)通过螺钉(11)固定在母排主体(10)短边内侧，IGBT(1)通过螺钉(11)固定在母排主体(10)短边外侧，所述的母排主体(10)左边有2个用于与变流器的正负电压连接的接线孔，右边有3个用于与变流器的均压电阻连接的接线孔。
2、根据权利要求1所述的变流器功率模块主体装置，其特征在于：所述的母排主体(10)由正绝缘纸(4)、正铜排(5)、正负间绝缘纸(6)、负铜排(7)、负绝缘纸(8)、中间铜排(9)依次重叠而成。
3、根据权利要求1或2所述的变流器功率模块主体装置，其特征在于：所述的母排主体(10)上安装有多个中间支撑电容器(2)、多个突波吸收电容器(3)和多个IGBT(1)。
4、根据权利要求1所述的变流器功率模块主体装置，其特征在于：所述的多个中间支撑电容器(2)在母排主体(10)上排列成两列。
5、根据权利要求1所述的变流器功率模块主体装置，其特征在于：所述的螺钉(11)为M6的内六角圆柱头螺钉。
6、一种变流器功率模块主体装置的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、采用铜板将正铜排(5)、负铜排(7)、中间铜排(9)加工成带凸台和孔的铜排，并根据器件接线和结构空间的需要在适当处将铜排折弯成
形，最后将加工完的铜排表面做镀锡处理；
b、采用多层杜邦纸复合制成正绝缘纸(4)、正负间绝缘纸(6)、负绝缘纸(8)，并在正绝缘纸(4)、正负间绝缘纸(6)、负绝缘纸(8)与铜排凸台对应的位置开开孔；
c、将正绝缘纸(4)、正铜排(5)、正负间绝缘纸(6)、负铜排(7)、负绝缘纸(8)、中间铜排(9)通过层层叠压的方式依次叠压成母排主体(10)；
d、将中间支撑电容器(2)、IGBT(1)、突波吸收电容器(3)安装到母排主体(10)上。
7、根据权利要求6所述的变流器功率模块主体装置的加工方法，其特征在于：所述的铜板厚度为1.5mm。
8、根据权利要求6所述的变流器功率模块主体装置的加工方法，其特征在于：在所述的正铜排(5)对应中间支撑电容器(2)、IGBT(1)、突波吸收电容器(3)接线的位置采用锡焊的方式焊接空心圆柱体铜凸台，在正铜排(5)对应负铜排(7)、中间铜排(9)的中间支撑电容器(2)、IGBT(1)、突波吸收电容器(3)接线的位置开孔，在左右两端对外接线处安装直流正接线端子。
9、根据权利要求6所述的变流器功率模块主体装置的加工方法，其特征在于：在所述的负铜排(7)对应中间支撑电容器(2)、IGBT(1)、突波吸收电容器(3)接线的位置采用锡焊的方式焊接空心圆柱体铜凸台，在负铜排(7)对应正铜排(5)、中间铜排(9)的中间支撑电容器(2)、IGBT(1)、突波吸收电容器(3)接线的位置开孔，在左右两端对外接线处安装直流负接线端子。
10、根据权利要求6所述的变流器功率模块主体装置的加工方法，其特征在于：在所述的中间铜排(9)对应中间支撑电容器(2)接线的位置采用锡焊的方式焊接空心圆柱体铜凸台，在中间铜排(9)对应正铜排(5)、负铜排(7)的中间支撑电容器(2)接线的位置开孔，在右端对外接线处安装直流M接线端子。
11、根据权利要求6所述的变流器功率模块主体装置的加工方法，其特征在于：所述的空心圆柱体铜凸台为同轴空心圆柱体铜凸台，外径为18mm、内径为7mm。
12、根据权利要求6所述的变流器功率模块主体装置的加工方法，其特征在于：所述的杜邦纸厚度为0.3mm，层数为3层。
13、根据权利要求6所述的变流器功率模块主体装置的加工方法，其特征在于：在所述的正绝缘纸(4)、正负间绝缘纸(6)、负绝缘纸(8)上的开孔直径为20.5mm。
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