CN108123599A - 一种变流器斩波模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变流器斩波模块，包括：散热器、IGBT元件、电容器、低感母排、直流正母排、直流负母排、交流输出母排、插座、壳体组件以及壳盖；散热器、壳盖分别位于壳体组件的底部和顶部；IGBT元件和电容器均安装于散热器上，低感母排用于连接IGBT元件和电容器相对应极性的端子；直流正母排和直流负母排均位于低感母排上方，并且直流正母排的一端与低感母排对应的正极性端子相连，直流负母排的一端与低感母排对应的负极性端子相连；所述交流输出母排位于IGBT元件的上方，交流输出母排一端与IGBT元件的交流输出端子相连，交流输出母排的另一端与插座相连。本发明符合变流器系统要求，具有空间紧凑、功率密度高、便于安装维护、同时容易功率扩展等特点。

Description

一种变流器斩波模块

技术领域

本发明涉及一种变流器，特别涉及一种变流器斩波模块。

背景技术

变流器斩波模块是变流器斩波功能的核心单元。当直流母线上电压高于预先设定的上限值或符合需要降压条件时，斩波模块将向制动电路输送能量，当直流母线电压降低到低于预先设定下限值时，斩波模块将停止向制动装置输送能量。

变流器斩波模块的各项性能决定了变流器的安全性能。但是，目前应用的斩波模块存在一些不足：一、体积大，布局不够紧凑，功率密度无法满足系统要求；二、斩波模块结构设计上缺乏模块化、快速性设计，模块内元件更换时需要拆卸很多螺栓或零件，给安装维护带来很多不便；三、斩波模块是变流器的组成部分，不同的系统要求不同功率等级的斩波模块，对不同功率等级的变流器系统需要对斩波模块进行大范围的结构设计、电路设计和散热设计；四、对不同的变流器系统，会专门设计斩波模块，无法实现模块化通用；五、功率扩展不易，若要满足更大功率需求，需对元件进行串并联使用，需要对模块的电路、结构进行重新设计。

因此，为克服以上缺陷，本发明的发明人设计出一种符合变流器系统要求的具有空间紧凑、功率密度高、便于安装维护、同时容易功率扩展等特点的变流器斩波模块。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种符合变流器系统要求的具有空间紧凑、功率密度高、便于安装维护、同时容易功率扩展等特点的变流器斩波模块。

为达上述目的，本发明提供一种变流器斩波模块，其包括：散热器、IGBT元件、电容器、低感母排、直流正母排、直流负母排、交流输出母排、插座、壳体组件以及壳盖；

所述散热器位于壳体组件的底部，所述壳盖用于封闭所述壳体组件的顶部；

所述IGBT元件和电容器均安装于散热器上，所述低感母排用于连接IGBT元件和电容器相对应极性的端子；

所述直流正母排和直流负母排均位于低感母排的上方，并且直流正母排的一端与低感母排对应的正极性端子相连，直流正母排的另一端与插座相连，直流负母排的一端与低感母排对应的负极性端子相连，直流负母排的另一端也与插座相连；

所述交流输出母排位于IGBT元件的上方，交流输出母排一端与IGBT元件的交流输出端子相连，交流输出母排的另一端与插座相连。

所述的变流器斩波模块，其中，还包括连接负载的负母排，其位于所述低感母排上，连接负载的负母排一端与低感母排的端子相连，连接负载的负母排另一端与插座相连。

所述的变流器斩波模块，其中，还包括电流传感器和电流传感器支撑板，所述电流传感器支撑板位于散热器上方，电流传感器安装于电流传感器支撑板上方，并穿套在交流输出母排上。

所述的变流器斩波模块，其中，还包括驱动板、控制板以及电压传感器，驱动板、控制板以及电压传感器均安装于壳体组件中的安装板上，所述安装板位于所述直流正母排、直流负母排以及交流输出母排的上方。

所述的变流器斩波模块，其中，还包括检测板，其安装于所述IGBT元件上，用于驱动IGBT元件并且检测IGBT元件的CE极间电压。

所述的变流器斩波模块，其中，所述散热器上还设置有温度继电器、温度传感器以及线托。

所述的变流器斩波模块，其中，所述插座的数量为多个，并且均安装于壳体组件上。

所述的变流器斩波模块，其中，所述散热器与所述壳体组件之间设置有密封结构，并且所述壳盖与所述壳体组件也设置有密封结构。

所述的变流器斩波模块，其中，所述散热器底部具有凹槽，至少用于嵌装所述电容器。

所述的变流器斩波模块，其中，所述低感母排由铜排层和绝缘层叠合而成，外围边缘用绝缘材料密封。

本发明的有益效果是：具有空间布局紧凑，功率密度高等特点，同时模块整体外观美化，并且采用局部减量设计。电气接口采用快速插头连接，模块采用水冷散热，水冷散热器接口采用法兰盘连接，便于安装维护。斩波模块外壳密闭，通过密封条密封，提高防护等级。在需要对功率扩展时，只需要增加该斩波模块单元的数量，将多个模块的输入输出进行并联连接，不需要改变模块内部的器件参数、器件布局和外形结构，这种模块化单元容易实现功率扩展。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的一种变流器斩波模块的主视图；

图2是根据本发明的一种变流器斩波模块的右视图；

图3是根据本发明的一种变流器斩波模块的俯视图；

图4是根据本发明的一种变流器斩波模块的去壳盖后的俯视图；

图5是根据本发明的一种变流器斩波模块的内部结构示意图；

图6是根据本发明的一种变流器斩波模块的仰视图；

图7是根据本发明的一种变流器斩波模块的分层示意图；

图8是根据本发明的一种变流器斩波模块的分解示意图；

图9是根据本发明的一种变流器斩波模块的电路示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图8所示，本发明提供一种变流器斩波模块，主要包括：散热器1、IGBT元件2、电容器4、温度继电器19、温度传感器20、线托21、连接负载的负母排9、支撑板10、电流传感器11、低感母排5、检测板3、直流正母排6、直流负母排7、交流输出母排8、壳体组件12、壳体组件中的安装板13、驱动板14、控制板15、电压传感器16、插座17、壳盖18，各个元部件层叠安装。

具体为，所述散热器1位于壳体组件12的底部，出于减重设计考虑，散热器1底部挖出一个凹槽，散热器采用水冷散热方式，散热器的进、出水管接头为圆柱形管接头，可通过法兰盘与外部水管相连。散热器1同时起着将斩波模块固定的作用。作为本发明的一个实施例，该散热器1可以如图1-5所示，水平或竖直安装。

IGBT元件2、电容器4、温度继电器19、温度传感器20、线托21以及电流传感器支撑板10均安装于散热器1上并且位于壳体组件12内。

其中，IGBT元件2安装于散热器1上，作为斩波模块的斩波电路的开关器件。

检测板3安装于IGBT元件2之上，用于驱动IGBT元件2，并且检测IGBT元件2的CE极间电压。

电容器4嵌装于散热器1上的凹槽(例如方形凹槽)中，以减小总体尺寸。

低感母排5用于连接IGBT元件2和电容器4相对应极性的端子，低感母排5由铜排层和绝缘层叠合而成，外围边缘用绝缘材料密封。

直流正母排6和直流负母排7位于低感母排5的上方，直流正母排6的一端与低感母排5对应的正极性端子相连，另一端与快速插座相连，直流负母排7的一端与低感母排5对应的负极性端子相连，另一端也与快速插座相连，用于接入直流电源的正负端。

交流输出母排8位于IGBT元件2的上方，一端与IGBT元件2的交流输出端子相连，另一端与快速插座相连，用于与制动负载相连。

连接负载的负母排9位于低感母排5之上，一端与低感母排5的端子相连，另一端与快速插座相连，用于与制动负载相连。

电流传感器支撑板10位于散热器1上方，电流传感器11安装于电流传感器支撑板10上方，并穿套在交流输出母排8上

壳体组件12安装于散热器1上方，组件中包含密封条、安装板、线托等部件。

驱动板14、控制板15、电压传感器16均安装于壳体组件中的安装板13上所述安装板13位于所述直流正母排6、直流负母排7以及交流输出母排8的上方。壳盖18安装于壳体组件12的顶部。

该斩波模块选用至少7种插座17，至少4种防插错设置的插座用于连接直流正负插头和连接制动负载两端的插头，插座都安装于壳体组件12上，斩波模块采用快速连接方式，可以快速进行安装与维护。

散热器1上设置有温度继电器19和温度传感器20，温度继电器19用于当斩波模块的温度超过预设温度时，控制斩波模块降额运行或停机，温度传感器20用于监测散热器温度，并进行温度预警和报警。

该变流器斩波模块的元器件结构布局合理，具有空间布局紧凑，功率密度高等特点，同时模块整体外观美化，并且采用局部减量设计。该变流器斩波模块的总结构的尺寸为440mm×410mm×167mm(长×宽×高)。斩波模块的电气接口采用快速插头连接，斩波模块采用水冷散热，水冷散热器接口采用法兰盘连接，电气接口和机械接口可以进行快速的组装、维护，便于安装维护。斩波模块外壳密闭，通过密封条密封，提高防护等级。

下面结合该变流器斩波模块的电路示意图图9详细介绍该斩波模块的电路原理。

图9所示的斩波模块包括一个IGBT VT，一个电流传感器LH2，一个电容器Cd，一个电压传感器VH，及四个主电路电气接口(XS1、XS2、XS3、XS4)。当直流母线上的电压高于预先设定的上限值或符合需要降压条件时，斩波模块将发送控制命令，开通VT中的一个IGBT(具体开通哪个IGBT取决于制动电路接线)，IGBT开通后，将向制动电路输送能量；当直流母线电压降到低于预先设定的下限值时，斩波模块将发送命令，关断开通的IGBT，从而停止向制动装置输送能量。电容器Cd用于起一定的稳定中间直流电压的作用，同时用于抑制IGBT开关的过电压。电压传感器用于测量中间直流电压的电压值。电流传感器用于测量IGBT开通时流向制动电路的电流大小。

综上所述，本发明的有益效果是：具有空间布局紧凑，功率密度高等特点，同时模块整体外观美化，并且采用局部减量设计。电气接口采用快速插头连接，模块采用水冷散热，水冷散热器接口采用法兰盘连接，便于安装维护。斩波模块外壳密闭，通过密封条密封，提高防护等级。在需要对功率扩展时，只需要增加该斩波模块单元的数量，将多个模块的输入输出进行并联连接，不需要改变模块内部的器件参数、器件布局和外形结构，这种模块化单元容易实现功率扩展。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。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 (10)

1.一种变流器斩波模块，其包括：散热器、IGBT元件、电容器、低感母排、直流正母排、直流负母排、交流输出母排、插座、壳体组件以及壳盖；

所述散热器位于壳体组件的底部，所述壳盖用于封闭所述壳体组件的顶部；

所述IGBT元件和电容器均安装于散热器上，所述低感母排用于连接IGBT元件和电容器相对应极性的端子；

所述直流正母排和直流负母排均位于低感母排的上方，并且直流正母排的一端与低感母排对应的正极性端子相连，直流正母排的另一端与插座相连，直流负母排的一端与低感母排对应的负极性端子相连，直流负母排的另一端也与插座相连；

所述交流输出母排位于IGBT元件的上方，交流输出母排一端与IGBT元件的交流输出端子相连，交流输出母排的另一端与插座相连。

2.根据权利要求1所述的变流器斩波模块，其特征在于，还包括连接负载的负母排，其位于所述低感母排上，连接负载的负母排一端与低感母排的端子相连，连接负载的负母排另一端与插座相连。

3.根据权利要求1所述的变流器斩波模块，其特征在于，还包括电流传感器和电流传感器支撑板，所述电流传感器支撑板位于散热器上方，电流传感器安装于电流传感器支撑板上方，并穿套在交流输出母排上。

4.根据权利要求1所述的变流器斩波模块，其特征在于，还包括驱动板、控制板以及电压传感器，驱动板、控制板以及电压传感器均安装于壳体组件中的安装板上，所述安装板位于所述直流正母排、直流负母排以及交流输出母排的上方。

5.根据权利要求1所述的变流器斩波模块，其特征在于，还包括检测板，其安装于所述IGBT元件上，用于驱动IGBT元件并且检测IGBT元件的CE极间电压。

6.根据权利要求1所述的变流器斩波模块，其特征在于，所述散热器上还设置有温度继电器、温度传感器以及线托。

7.根据权利要求1所述的变流器斩波模块，其特征在于，所述插座的数量为多个，并且均安装于壳体组件上。

8.根据权利要求1所述的变流器斩波模块，其特征在于，所述散热器与所述壳体组件之间设置有密封结构，并且所述壳盖与所述壳体组件也设置有密封结构。

9.根据权利要求1所述的变流器斩波模块，其特征在于，所述散热器底部具有凹槽，至少用于嵌装所述电容器。

10.根据权利要求1所述的变流器斩波模块，其特征在于，所述低感母排由铜排层和绝缘层叠合而成，外围边缘用绝缘材料密封。