CN101707433A - 一种绝缘栅双极性晶体管车载牵引变流器 - Google Patents

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李耀华
朱春毅
刘丛伟
兰志明
杨琼涛
赵如凡
段巍
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Automation Research and Design Institute of Metallurgical Industry
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Automation Research and Design Institute of Metallurgical Industry
Beijing Aritime Intelligent Control Co Ltd
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Abstract

一种绝缘栅双极性晶体管车载牵引变流器,属于半导体开关技术领域。包括:直流电容(1)、均压电阻(2)、二极管(3)、缓冲吸收电路板(4)、层叠母线(5)、层叠母线绝缘板(6)、IGBT功率模块(7)、输入功率端子(8)、输出功率端子(9)、风机(10)、散热器(11)、电压传感器(12)、电流传感器(13)、零电流检测传感器(14)及控制箱(15)。优点在于,结构紧凑,体积相对较小,功率密度大,安装便利,而且线路之间的杂散电感很小,输出功率完全可以达到设计要求。

Description

一种绝缘栅双极性晶体管车载牵引变流器
技术领域
[0001] 本发明属于半导体开关技术领域,提供了一种绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的车 载牵引变流器,功率大小为1. 3MVA,由这种功率电路构成的变流器可广泛应用于机车牵引 领域中。
背景技术
[0002] 随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术和现代控制理论的飞速发展,大功率 中高压变流器在机车牵引、柔性输电、能量储存设备、谐波和无功补偿装置等领域获得了越 来越广泛的应用。IGBT是绝缘栅双极性晶体管英文名称的縮写(Insulated Gate Bipolar Transistor-IGBT) , IGBT是一个复杂的集成结构,工作原理更为复杂,突出表现之一是它的 工作频率可以远高于双极晶体管。IGBT以其输入阻抗高、开关速度快、通态电压低、阻断电 压高、承受电流大等特点,已成为当今功率半导体器件发展的主流器件。鉴于此,开发高电 压、大电流、频率高的高压IGBT并将其应用到变频调速器中以获得输出电压等级更高的装 置成为人们关注的焦点。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供了一种绝缘栅双极性晶体管车载牵引变流器,它结构紧 凑,体积相对较小,功率密度大,安装便利,而且线路之间的杂散电感很小,输出功率完全可 以达到设计要求。
[0004] 本发明包括:直流电容、均压电阻、二极管、缓冲吸收电路板、层叠母线、层叠母线 绝缘板、IGBT功率模块、输入功率端子、输出功率端子、风机、散热器、电压传感器、电流传感 器、零电流检测传感器及控制箱。七个IGBT功率模块分成两排纵向平行排列,底端紧密固 定在散热器上,其中六个IGBT功率模块组成逆变电路, 一个IGBT功率模块与电阻和二极管 相连组成斩波电路,均压电阻和二极管紧密固定排列于散热器上方,风机固定在散热器左 侧,直流电容串行排列于散热器的右侧,层叠母线、层叠母线绝缘板紧覆于IGBT模块上,两 个输入功率端子穿过零电流检测传感器后通过层叠母线连接直流电容和IGBT功率模块的 输入端,IGBT功率模块的输出端通过层叠母线穿过电流传感器接在输出功率端子上,两个 电压传感器接在三个输出功率端子之间,一个电压传感器接在两个输入功率端子之间,七 个缓冲吸收电路板通过铜柱连接在七个IGBT功率模块的两端,所有传感器信号接入控制 箱15, IGBT功率模块的驱动信号由控制箱引出。
[0005] 本发明所述的IGBT功率模块、直流电容,二极管之间的电气连接是通过层叠母线 实现的,层叠母线共含有三层连接母线,每两层连接母线用层叠母线绝缘板6隔开。 [0006] 本发明所述的变流器功率结构中,单个IGBT功率模块的输出端通过母线并联。 [0007] 本发明所述的散热器为风冷散热器,并且能够有效防止水汽通过风机进入柜体 内。
[0008] 本发明的优点在于:将IGBT功率模块和二极管功率模块等器件按照散热要求和
3电路拓扑规则的固定于风冷散热器之上,有效减小了器件整体占用体积,提高了变频器的 功率密度,而且低压变频器功率电路结构的模块化设计方便了系统的安装、调试等工作,提 高了工作效率,同时也为在最少的停机时间内完成系统的维护与维修提供了条件。整体结 构设计同时兼顾了体积最小化和实际的应用的要求。结构紧凑,体积较小,安装便利,而且 线路之间的杂生电感很小,输出功率完全可以达到设计要求。
附图说明
[0009] 图l为本发明的一种结构示意图。其中,直流电容1、均压电阻2、二极管3、缓冲 吸收电路板4、层叠母线5、层叠母线绝缘板6、 IGBT功率模块7、输入功率端子8、输出功率 端子9、风机10、散热器11、电压传感器12、电流传感器13、零电流检测传感器14及控制箱 15。
[0010] 图2为本发明的一种结构示意图。 [0011] 图3为本发明的车载牵引变流器原理图。
具体实施方式
[0012] 图1〜图3为本发明的一种实施方式。
[0013] 本发明包括:直流电容1、均压电阻2、二极管3、缓冲吸收电路板4、层叠母线5、层 叠母线绝缘板6、IGBT功率模块7、输入功率端子8、输出功率端子9、风机10、散热器11、电 压传感器12、电流传感器13、零电流检测传感器14及控制箱15。其中,层叠母线5共含有 3层连接母线,每两层连接母线用层叠母线绝缘板6隔开。输入功率端子8通过层叠母线5 连接直流电容1和IGBT功率模块7的输入端,IGBT功率模块7的输出端通过层叠母线穿 过电流传感器13接在输出功率端子9上。
[0014] 本发明中各IGBT功率器件的电路之间的电气连接采用层叠母线实现,且层叠母 线紧贴于器件上,在结构上减小了连接线路的回路面积,试验结果证明这种设计显著降低 连接线路的杂生电感,提高了功率模块乃至整台变流器的输出功率。
4

Claims (4)

  1. 一种绝缘栅双极性晶体管车载牵引变流器,,其特征在于,包括:直流电容(1)、均压电阻(2)、二极管(3)、缓冲吸收电路板(4)、层叠母线(5)、层叠母线绝缘板(6)、IGBT功率模块(7)、输入功率端子(8)、输出功率端子(9)、风机(10)、散热器(11)、电压传感器(12)、电流传感器(13)、零电流检测传感器(14)及控制箱(15);七个IGBT功率模块(7)分成两排纵向平行排列,底端紧密固定在散热器(11)上,其中六个IGBT功率模块(7)组成逆变电路,一个IGBT功率模块(7)与电阻和二极管(3)相连组成斩波电路,均压电阻(2)和二极管(3)紧密固定排列于散热器(11)上方,风机(10)固定在散热器(11)左侧,直流电容(1)串行排列于散热器的右侧,层叠母线(5)、层叠母线绝缘板(6)紧覆于IGBT模块(7)上,两个输入功率端子(8)穿过零电流检测传感器(14)后通过层叠母线(5)连接直流电容(1)和IGBT功率模块(7)的输入端,IGBT功率模块(7)的输出端通过层叠母线(5)穿过电流传感器(13)接在输出功率端子(9)上,两个电压传感器(12)接在三个输出功率端子(9)之间,一个电压传感器(12)接在两个输入功率端子(8)之间,七个缓冲吸收电路板(4)通过铜柱连接在七个IGBT功率模块(7)的两端,所有传感器信号接入控制箱(15),IGBT功率模块(7)的驱动信号由控制箱(15)引出。
  2. 2. 按照权利要求l所述的变流器,其特征在于:IGBT功率模块(7)、直流电容(l),二极 管(3)之间的电气连接是通过层叠母线(5)实现的,层叠母线(5)共含有三层连接母线,每 两层连接母线用层叠母线绝缘板(6)隔开。
  3. 3. 按照权利要求1所述的变频器,其特征在于,单个IGBT功率模块(7)的输出端通过 母线并联。
  4. 4. 按照权利要求l所述的变频器,其特征在于,散热器(11)为风冷散热器,并且能够有 效防止水汽通过风机进入柜体内。
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