CN106992692A - 永磁牵引系统用变流器 - Google Patents

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胡铭立
柴媛
唐丽欢
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CRRC Yongji Electric Co Ltd
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CRRC Yongji Electric Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Abstract

本发明涉及变流器，具体为永磁牵引系统用变流器。解决现有永磁牵引系统用变流器存在主回路杂散电感高、维修成本高等问题。该永磁牵引系统用变流器的IGBT与驱动板集成为一体，与控制板组件分离，板间线束采用20路排线连接，减小了电磁干扰，便于器件的维修更换。变流器内部支撑电容与IGBT之间采用复合母排连接，以及驱动板与控制板组件分离的设计模式，减小了变流器内部空间占用率，给其余部件的合理结构布局及布线预留了空间。支撑电容与IGBT之间采用复合母排连接，既节省了空间，也有效降低了主回路的杂散电感。因此可以将变流器内部RC回路吸收电容和电阻去除，其他部件结构不变，同样可以达到设计要求。

Description

永磁牵引系统用变流器
技术领域
本发明涉及变流器，具体为永磁牵引系统用变流器。
背景技术
随着轨道交通技术的发展，牵引传动方式经历了由直流传动系统到交流传动系统的变革，如今，在交流传动系统成为主导的同时，人们也开始注意到它电能利用率低，损耗大的缺点，为了改变现状，永磁传动系统应运而生，众所周之，牵引传动系统由牵引电机和牵引变流器两大部分组成，永磁传动系统以其牵引电机体积小，电能利用率高等优点已在国内外被广泛推广使用，而牵引变流器作为永磁传动系统的心脏，是整个系统控制的核心部分。
永磁牵引系统用变流器的电路原理如图1所示。现有的永磁牵引系统用变流器包括箱体8、支撑电容3、IGBT15、驱动板16、控制板组件10、器件安装组件11、晶闸管7、吸收电容6、电阻13、电流传感器14、冷却系统，冷却系统组成部分：冷却风机9、散热器1、风道2。散热器及支撑电容安装于箱体底部，风扇位于箱体侧面，风道位于箱体底部外侧用于散热器散热通风，IGBT、晶闸管、电流传感器及电阻安装于散热器表面，支撑电容与IGBT之间由两个独立的正母排、负母排叠加安装，吸收电容安装于IGBT输入端用于吸收杂散电感，IGBT驱动板与控制板组件相集成并与器件安装组件一起架空安装于箱体内部散热器表面功率器件等主要部件上方，控制板组件用于发送控制信号及采集故障信号，器件安装组件用于控制预充电回路及输入电压检测。其中，六支IGBT组成一个逆变单元分别驱动2台永磁电机，即牵引变流器对两台电机进行同时控制，每个逆变单元的每个相位桥（即上桥臂或下桥臂）由2个同型号IGBT并联组成。1支IGBT用于斩波回路吸收中间直流回路过电压。输入输出端采用铜排连接方式。
上述的现有变流器虽可满足设计要求，但存在以下缺点：
（1）支撑电容与IGBT之间的母排为两个独立个体设计，造成主回路杂散电感增加，影响IGBT工作稳定性。
（2）每个相位桥由2个同型号IGBT并联组成，若其中一个IGBT损坏，则整个相位桥故障，造成变流器输出侧两台牵引电机无法同时工作，增加了系统故障率。
（3）IGBT驱动板与控制板组件相集成，若控制板组件或驱动板出现故障，需要将整块集成电路板返厂进行检修，增加了系统故障率及维修成本。
（4）变流器输入输出端为铜排连接，当变流器进行例行检修时，容易因误接触造成人员伤害，增加了人员伤亡事故率。
发明内容
本发明解决现有永磁牵引系统用变流器存在上述缺陷，提供一种永磁牵引系统用变流器。该永磁牵引系统用变流器较现有产品主要在整体结构设计布局、电气连接部件结构等方面进行了改进。
本发明是采用如下技术方案实现的：永磁牵引系统用变流器，包括箱体、支撑电容、IGBT、驱动板、控制板组件；共有六支IGBT，每支IGBT由上桥臂IGBT和下桥臂IGBT构成，六支IGBT组成两个逆变单元（三支IGBT组成一个逆变单元），每支IGBT装配一个驱动板，并且驱动板集成在每支IGBT的上端，控制板组件独立安装。
还包括用于斩波回路的第七支IGBT,第七支IGBT的驱动板也集成在第七支IGBT的上端，第七支IGBT的驱动板只控制第七支IGBT的一个桥臂IGBT,其另一桥臂IGBT用作续流二极管。
进一步地，支撑电容与IGBT之间采用复合母排连接。
本发明具有如下技术效果：
1、IGBT与驱动板集成为一体，与控制板组件分离，板间线束采用20路排线连接，减小了电磁干扰，便于器件的维修更换。
2、空间上，变流器内部使用复合母排，以及驱动板与控制板组件分离的设计模式，减小了变流器内部空间占用率，给其余部件的合理结构布局及布线预留了空间。
3、支撑电容与IGBT之间采用复合母排连接，既节省了空间，也有效降低了主回路的杂散电感。因此可以将变流器内部RC回路吸收电容和电阻去除，其他部件结构不变，同样可以达到设计要求。
4、经济上，变流器采用IGBT和驱动板集成，与控制板组件分离式设计，以现有结构单台变流器成本总价4.15万为例，现有结构单台变流器上述三样部件成本约占总成本49%，即2.025万元，由于变流器使用了复合母排设计，降低了主回路杂散电感，使得上述三种部件的故障率降低，经估算新结构变流器每年可节省维修成本约4万元，大大提升了经济效益。
5、变流器采用防水防灰尘设计，高、低压进出线采用穿墙密封系统、航插头和输入输出连接器等方式密封，防护等级达到IP54。
附图说明
图1为永磁牵引系统用变流器的电路原理图；
图2为本发明所述永磁牵引系统用变流器的正视图（去侧板）；
图3为图2的左视图；
图4为图2的俯视图一（去上盖板）；
图5为图2的俯视图二（去上盖板、控制板组件、器件安装组件）；
图6为复合母排的结构图；
图7为图6的侧视图；
图8为图6的俯视图。
图中：1－风冷散热器，2－风道，3－支撑电容，4－输入端连接器，5－输出端连接器，6－吸收电容，7－晶闸管，8－箱体，9－风机，10－控制板组件，11－器件安装组件，12－复合母排，13－电阻，14－电流互感器，15－IGBT，16－驱动板，17－航插头。
具体实施方式
永磁牵引系统用变流器，包括箱体8、支撑电容3、IGBT15、驱动板16、控制板组件10；共有六支IGBT，每支IGBT由上桥臂IGBT和下桥臂IGBT构成，六支IGBT组成两个逆变单元（三支IGBT组成一个逆变单元），每支IGBT装配一个驱动板16，并且驱动板16集成在每支IGBT的上端，控制板组件10独立安装。还包括用于斩波回路的第七支IGBT,第七支IGBT的驱动板也集成在第七支IGBT的上端，第七支IGBT的驱动板只控制第七支IGBT的一个桥臂IGBT,其另一桥臂IGBT用作续流二极管。支撑电容3与IGBT之间采用复合母排12连接。具体实施时，驱动板16与控制板组件10间线束采用20路排线连接。箱体8两侧的输入输出端上分别连接有输入端连接器4、输出端连接器5。IGBT驱动板16直接焊接在IGBT上。箱体8一侧的变流器与外部信号传输线端上连接有航插头17。

Claims (7)

1.一种永磁牵引系统用变流器，包括箱体（8）、支撑电容（3）、IGBT（15）、驱动板（16）、控制板组件（10）；其特征在于共有六支IGBT，每支IGBT由上桥臂IGBT和下桥臂IGBT构成，六支IGBT组成两个逆变单元，每支IGBT装配一个驱动板（16），并且驱动板（16）集成在每支IGBT的上端，控制板组件（10）独立安装。
2.根据权利要求1所述的永磁牵引系统用变流器，其特征在于还包括用于斩波回路的第七支IGBT,第七支IGBT的驱动板也集成在第七支IGBT的上端，第七支IGBT的驱动板只控制第七支IGBT的一个桥臂IGBT,其另一桥臂IGBT用作续流二极管。
3.根据权利要求1或2所述的永磁牵引系统用变流器，其特征在于支撑电容（3）与IGBT之间采用复合母排（12）连接。
4.根据权利要求1或2所述的永磁牵引系统用变流器，其特征在于驱动板（16）与控制板组件（10）间线束采用20路排线连接。
5.根据权利要求1或2所述的永磁牵引系统用变流器，其特征在于驱动板（16）直接焊接在IGBT上。
6.根据权利要求1或2所述的永磁牵引系统用变流器，其特征在于箱体（8）两侧的输入输出端上分别连接有输入端连接器（4）、输出端连接器（5）。
7.根据权利要求1或2所述的永磁牵引系统用变流器，其特征在于箱体（8）一侧的变流器与外部信号传输线端上连接有航插头（17）。
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