CN104135169B - 地铁风冷变流器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁风冷变流器系统，其中每一节地铁动车均包括一个与牵引变流器连接的、集成化与模块化的IGBT风冷变流器模块，每一个所述IGBT风冷变流器模块均包括至少两个独立控制的斩波回路。该地铁风冷变流器系统能满足集成度和模块化程度更高从而使得牵引系统体积减小、成本降低。

Description

地铁风冷变流器系统

技术领域

本发明涉及一种变流器，具体涉及一种地铁风冷变流器系统。

背景技术

随着交流传动技术的发展，IGBT变流器模块作为变流器的一个重要部件，正在向模块化、系列化方向发展，IGBT变流器模块的应用也日益广泛。国内也有企业做过相关研究和尝试，但因为技术不成熟等问题，与国外同类产品相比，还存在较大的差距，导致IGBT变流器模块技术问题成为当前制约我国地铁发展的瓶颈之一。

受功率半导体技术水平的限制，以前研制的一系列的IGBT牵引变流器模块主要采用3300V或1700V的IGBT元件。相应的直流回路工作电压为1500V和750V，应用的范围主要集中在动车组、地铁、磁浮等城轨领域。而铁路机车为了提高直流回路的工作电压，可采用多个IGBT元件串连或三点式电路，但带来的问题是整体体积较大。

现有技术公开了一种IGBT牵引变流器模块，该模块为抽屉式结构，由变流单元、直流支撑电容单元、门极驱动单元和控制盒等部件组成。但由于受到当时功率半导体等技术的限制，排布的紧凑程度不高，导致总的集成化和模块化程度不高，造成体积难以减小，系统成本相对比较高，难以推广应用。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种集成度和模块化程度更高从而使体积减小、成本降低的地铁风冷变流器系统。

针对该问题的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的地铁风冷变流器系统，其中每一节地铁动车均包括一个与牵引变流器连接的、集成化与模块化的IGBT风冷变流器模块，每一个所述IGBT风冷变流器模块均包括至少两个独立控制的斩波回路。

与现有技术相比，本发明的地铁风冷变流器系统具有以下优点。由于现有的地铁风冷变流器系统只有一路斩波回路，在斩波电流一定的情况下，必须要使用两台或两台以上的牵引变流器才能满足斩波功能。本发明通过在一个IGBT风冷变流器模块中设置至少两路斩波回路，不仅能够满足多个制动系统运行的需求，而且很好地节省了空间，降低了成本。另外，该IGBT风冷变流器模块是在现有的IGBT风冷变流器模块的基础上的进一步改进，其集成度和模块化程度也更高，能够得到更小体积的IGBT风冷变流器模块，进一步降低整个系统的成本。例如，体积和成本降低将近20％左右。此外，IGBT风冷变流器模块中设置至少两路斩波回路以及体积和成本的降低，使得本发明的IGBT风冷变流器系统的通用性更高，更容易推广应用。

在一个实施例中，所述IGBT风冷变流器模块包括散热器、IGBT元件、低感母排、交流母排、控制盒、电容以及驱动安装组件，各部件层叠安装形成模块化结构。层叠安装更容易使体积尽量地减小。

在一个优选的实施例中，所述散热器位于模块的底部，所述IGBT元件设在散热器的上方，所述低感母排安装在IGBT元件的上方并与IGBT元件电连接；所述交流母排设在低感母排的水平侧面上方并与IGBT元件电连接；所述电容位于交流母排的上方；所述控制盒设在电容的上方，所述驱动安装组件设在电容的两侧。这样的排布方式有利于连接以及减小体积。

在一个实施例中，所述驱动安装组件包括驱动安装盒和多路门极驱动单元，所述控制盒内包括有驱动电源和脉冲分配单元，所述驱动电源分别与脉冲分配单元以及门极驱动单元电连接，所述脉冲分配单元通过光纤给多个门极驱动单元分配光脉冲信号。所述驱动电源包括用于电动驱动脉冲分配单元的24V电源和用于驱动多个门极驱动单元的15.7V的门极驱动电源。

在一个优选的实施例中，每两路门极驱动单元设在一块驱动板上，每一路门极驱动单元驱动一个IGBT元件。每一路门极驱动单元驱动一个IGBT元件的结构能更好地控制每一个IGBT元件的开通与关闭，以及实现对每一个IGBT元件的保护。

在一个优选的实施例中，所述IGBT风冷变流器模块的左侧作为直流输入与牵引变流器连接。

在一个优选的实施例中，所述IGBT风冷变流器模块作为直流输入，且其用于与所述牵引变流器连接的导线位于控制盒的下方。这样的输入方式使得IGBT风冷变流器模块在组装、布线时更方便、简单。

在一个实施例中，设有多个IGBT元件，所述IGBT元件的底板紧贴散热器表面，多个IGBT元件均匀排列在所述散热器的上表面；优选的，所述散热器采用重力热管散热器，散热器的安装面均匀布置有温度继电器，一旦温度超过设定值，IGBT风冷变流器模块将降功率运行或停机。由于重力热管散热器具有环境污染少、无噪音和散热效率高的特点，因此非常适合使用在地铁上。另外，IGBT元件是散热元件，将其紧贴安装在散热器表面有利于将IGBT散发的热量直接传到IGBT风冷变流器模块的外部，从而能够降低IGBT风冷变流器模块内部的温度升高的速率，提高IGBT风冷变流器模块的使用寿命。此外，温度继电器对IGBT风冷变流器模块起到保护的作用，一旦温度超过设定值(例如85℃)，温度继电器就会产生动作，例如断开，使得IGBT风冷变流器模块将降功率运行或停机。

在一个优选的实施例中，所述低感母排由正负铜排和中间层叠压而成，并紧贴在所述IGBT元件的上面；优选的，所述低感母排为一个整体。所述低感母排的结构可使得工作时该低感母排的电感尽量地低，这样使得IGBT元件在开关时的过压比较小，有利于保护IGBT元件，延伸IGBT元件的使用寿命。

在一个优选的实施例中，所述IGBT风冷变流器模块还包括用于该变流器模块的主电路对外接线的接线板，优选的，所述接线板表面有沟槽以增加各导电端子的爬电距离；优选的，所述IGBT风冷变流器模块还包括拉手，所述拉手安装在所述接线板附近的连接板上。拉手的结构方便对IGBT风冷变流器模块的起吊和搬运。

附图说明

图1所示是本发明的地铁风冷变流器系统中的IGBT风冷变流器模块的一种具体实施例。

图2是图1的俯视结构示意图。

图3是图1的右视结构示意图。

图4是图1的左视结构示意图。

图5是图1中的IGBT风冷变流器模块中的控制器安装的结构示意图。

图6是图2的A-A剖视示意图。

图7是图1中的IGBT风冷变流器模块中的交流母排安装的示意图。

图8是图1中的IGBT风冷变流器模块中的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

在本发明的地铁风冷变流器系统的实施例中，每一节地铁动车均包括一个与牵引变流器连接的、集成化与模块化的IGBT风冷变流器模块，每一个IGBT风冷变流器模块均包括至少两个独立控制的斩波回路。这样的结构与现有的一节地铁设有两个或两个以上的IGBT风冷变流器模块的结构相比，不仅能降低成本，而且能节省空间。另外，由于现有技术中，IGBT风冷变流器模块仅包括一个斩波回路，使得需要采用两个或两个以上的牵引变流器，不仅占用空间大，而且多一个牵引变流器会增加不少成本。本发明中每一个IGBT风冷变流器模块均包括两个独立控制的斩波回路，这样能减少体积，降低成本。

如图1～图8所示为本发明中的IGBT风冷变流器模块的一种具体实施例。在该实施例中，该IGBT风冷变流器模块为模块化结构，其包括散热器1、IGBT元件15、低感母排8、交流母排6、控制盒4、电容12以及驱动安装组件11，各部件层叠安装形成模块化结构。

在一个优选的实施例中，散热器1安装模块的底层。散热器1由基板与重力热管焊接而成。散热器1的安装面均匀布置有温度继电器17，一旦温度超过设定值，例如85℃，温度继电器17就会产生动作，例如断开，从而使得该IGBT变流器模块降功率运行或停机。另外，多个IGBT元件15排列地安装在散热器1的上表面，各个IGBT元件15的间距相同，以便于充分地利用散热器1将IGBT元件15产生的热量直接带到模块的外部。优选的，该IGBT元件15的底板与散热器1紧密相连。

在一个实施例中，低感母排8安装在IGBT元件15上方，并且与IGBT元件15导电连接。交流母排6安装在低感母排8的上方，与IGBT元件15导电连接。另外，支撑电容2位于交流母排6的上方，通过连接板9和电容2一起固定在散热器1上。此外，控制盒4安装撑电容12的上方，且固定在电容12上。

在一个优选的实施例中，低感母排8由正负铜排和中间层叠压而成，并紧贴在IGBT元件15的上面。优选的，低感母排8为一个整体。

在一个优选的实施例中，支撑2位于散热器1的上方，与接线板9连接用于固定电容12。

在一个实施例中，接线板7位于电容12的左侧，用于该IGBT风冷变流器模块对外的直流侧接线。且该接线板7在接线时其接线位于控制盒4的下方，使得结构更整洁。优选的，接线板7的表面有沟槽以增加各导电端子的爬电距离。

另外，接线板10位于电容12的右侧，固定在散热器1上，用于该IGBT风冷变流器模块对外的交流侧接线。

在一个实施例中，门极驱动单元5装在位于电容12两侧的驱动安装组件11内。驱动安装组件还包括有驱动安装盒和门极驱动单元5。其中，一块门极驱动单元5上设有两路门极驱动单元，每路门极驱动单元用于驱动一个IGBT元件15。门极驱动单元5用于IGBT元件15的开通、关断与保护。另外，门极驱动单元5采用二种绝缘保护的方式安装，一种变压器模块自身的绝缘保护，另一种是门极驱动单元5与脉冲分配单元13通过光纤连接带来的。

另外，门极驱动电源14和脉冲分配单元13均安装在控制盒4内。门极驱动电源14用于将输入的直流电压转化为合适的直流电压，例如将110V的电压转化为15.7V的电压供给门极驱动单元5。

在一个实施例中，控制盒4内的驱动电源还包括驱动脉冲分配单元13的驱动电源，其将驱动电源转化为24V的电压以驱动脉冲分配单元13。脉冲分配单元13用来配合IGBT元件15工作，为每个IGBT元件15分配光脉冲信号，并且反馈IGBT元件15的故障信息。

在一个优选的实施例中，如图6所示，一个IGBT风冷变流器模块包括8个IGBT元件15和固定在每一个IGBT元件15上的门极检测单元16。

在一个实施例中，该IGBT风冷变流器模块还包括拉手3，拉手3位于控制盒4的上方，固定在连接板9上，用来吊起和搬运该IGBT风冷变流器模块。

虽然已经结合具体实施例对本发明进行了描述，然而可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种地铁风冷变流器系统，其中每一节地铁动车均包括一个与牵引变流器连接的、集成化与模块化的IGBT风冷变流器模块，每一个所述IGBT风冷变流器模块均包括至少两个独立控制的斩波回路；所述IGBT风冷变流器模块包括散热器、IGBT元件、低感母排、交流母排、控制盒、电容以及驱动安装组件，各部件层叠安装形成模块化结构；所述散热器位于模块的底部，所述IGBT元件设在散热器的上方，所述低感母排安装在IGBT元件的上方并与IGBT元件电连接；所述交流母排设在低感母排的水平侧面上方并与IGBT元件电连接；所述电容位于交流母排的上方；所述控制盒设在电容的上方，所述驱动安装组件设在电容的两侧；

所述驱动安装组件包括驱动板和多路门极驱动单元，所述控制盒内包括有驱动电源和脉冲分配单元，所述驱动电源分别与脉冲分配单元以及门极驱动单元电连接，所述脉冲分配单元通过光纤给多个门极驱动单元分配光脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每两路门极驱动电路设在一块门极驱动单元上，每一路门极驱动电路驱动一个IGBT元件。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述IGBT风冷变流器模块的左侧作为直流输入与牵引变流器连接。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述IGBT风冷变流器模块作为直流输入，且其用于与所述牵引变流器连接的导线位于控制盒的下方。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，设有多个IGBT元件，所述IGBT元件的底板紧贴散热器表面，多个IGBT元件均匀排列在所述散热器的上表面；所述散热器采用重力热管散热器，散热器的安装面均匀布置有温度继电器，一旦温度超过设定值，IGBT风冷变流器模块将降功率运行或停机。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述低感母排由正负铜排和中间层叠压而成，并紧贴在所述IGBT元件的上面；所述低感母排为一个整体。

7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述IGBT风冷变流器模块还包括用于该变流器模块的主电路对外接线的接线板，所述接线板表面有沟槽以增加各导电端子的爬电距离；所述IGBT风冷变流器模块还包括拉手，所述拉手安装在所述接线板附近的连接板上。