CN201504189U - 三相逆变器 - Google Patents

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孙杰
徐玉峰
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Abstract

本实用新型涉及一种三相逆变器，包括：结构框架，以及固定于结构框架中的绝缘栅双极型晶体管功率元件，铝质散热器，复合母排，电容器和I功率元件驱动电路；绝缘栅双极型晶体管功率元件固定在散热器上，复合母排直接安装在绝缘栅双极型晶体管功率元件上，电容器和功率元件驱动电路安装在复合母排上。本实用新型提供的三相逆变器结构简单，成本远低于国外购买成本，便于制造与组装。

Description

三相逆变器
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种HXD2机车中针对辅助电路系统的三相逆变器。
背景技术
三相逆变器模块是HXD2机车的辅助电路系统中一个重要的功率模块。三相逆变器将HXD2机车辅助电路系统中的直流电压545V逆变为辅助电路系统中各种负载需求的电压。而国内现有技术中，基本没有可以承制的生产厂家，HXD2机车主要从国外整体购买。
因此，需要研制一种HXD2机车中针对辅助电路系统的三相逆变器来填补国内技术空白。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种三相逆变器，用以填补国内的技术空白。
本实用新型一个实施例提供一种三相逆变器，包括：结构框架，以及固定于结构框架中的绝缘栅双极型晶体管功率元件，铝质散热器，复合母排，电容器和功率元件驱动电路；绝缘栅双极型晶体管功率元件固定在散热器上，复合母排直接安装在绝缘栅双极型晶体管功率元件上，电容器和功率元件驱动电路安装在复合母排上。
结构框架的具体尺寸为长宽高为540mm×341mm×342mm，由满足96小时盐雾试验的镀锌钢板制成。
复合母排采用Φ12铜圆柱插头安装在绝缘栅双极型晶体管功率元件上。
功率元件驱动电路包括控制板、中速光藕隔离器、脉冲互锁电路和驱动器，从控制板传送过来的两路脉冲经过中速光藕隔离器隔离后，再经过脉冲互锁电路到驱动器的输入端，从驱动器的输出端输出门极脉冲信号。
功率元件驱动电路的输出端采用12芯连接器与外部连接。
驱动器包括输入处理电路、高频变压器和脉冲功率放大器，从驱动器输入的信号经过输入处理电路和高频变压器传输隔离后，再由脉冲功率放大器放大后从驱动器的输出端输出。
本实用新型提供的三相逆变器结构简单，成本远低于国外购买成本，便于制造与组装。
附图说明
图1是本发明的三相逆变器的主视图；
图2是本发明的三相逆变器的结构示意图；
图3是本发明的三相逆变器中功率元件驱动电路的电路原理图；
图4是本发明的三相逆变器中功率元件驱动电路发出的脉冲信号的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰易懂，下面结合附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本实施例提供一种三相逆变器，用于HXD2机车中辅助电路系统的电压提供。如图1和2所示，该三相逆变器包括：结构框架1，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率元件2，铝质散热器3，复合母排4，支撑电容器5和功率元件驱动电路6。其中，结构框架1的具体尺寸为长宽高为540mm×341mm×342mm，由满足96小时盐雾试验的镀锌钢板制成，用于容纳、固定和保护其他部件。IGBT功率元件2可以选用EUPEC公司的型号为BSM300GB120DLC的IGBT模块，IGBT功率元件2固定在散热器3上以便于散热，复合母排4采用Φ12铜圆柱插头直接安装在IGBT功率元件2上，支撑电容器5和功率元件驱动电路6安装在复合母排4上，减少布线长度，降低线路分布电感。支撑电容器5可以选用EPCOS公司型号为B43584-S4568-Q1的电容或TPC公司的型号为FPG66RO105J的电容。驱动电路6采用12芯连接器与外部连接，如型号为SMS12GE4的12芯连接器7。三相逆变器为组合式结构，便于安装和维护。各部件的安装要求紧固扭矩值具体为，机械连接副为4-6Nm，优选5Nm，电气连接副为2.5-5Nm，优选4Nm。
绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Isulated Gate Bipolar Transistor)是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，融合了两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低和容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内。
驱动电路6的12芯连接器(SMS12GE4)的连接情况具体如下：
  针脚   描述量
  1   0V
  2   IGBT上桥臂开关信号(15V/0V)
  3   IGBT下桥臂开关信号(15V/0V)
  7   电缆屏蔽层
  8   +15V电源
  10   0V
  12   故障状态输出量
其中，功率元件驱动电路6为自行设计，采用高度集成和单电源的驱动器(2SD315A)，采用高频变压器隔离，可在0-100kHz频率范围内提供±15V的驱动电压和±15A的峰值电流两路脉冲，具有准确可靠的驱动功能与灵活可调过流保护功能，同时可以对电源电压进行欠压监测，可提供高达4000VAC的隔离电压，具有很突出的电气隔离特性和抗干扰能力。驱动电路的原理如图3所示，从控制板传送过来的两路脉冲经过中速光藕隔离器(HCPL4504)隔离后，再经过脉冲互锁电路到驱动器的输入端，经过输入处理电路和高频变压器传输隔离后，在经过脉冲功率放大从驱动器的输出端输出门极脉冲信号。同时驱动器的VL脚将驱动电源进行欠压监测保护，当驱动电源电压低于11V时，可视为保护状态，切断脉冲输出，同时驱动板就会输出故障信号给控制板。驱动电路对IGBT的CE端电压进行监测，当IGBT导通短路过流时，VCE超过设定的电压值时，驱动板就会关闭脉冲锁存故障信号，将故障信号输出到控制板，等待下次上电复位。过流保护动作的阀值电压可以通过外接的参考电压灵活设定。驱动板输出脉冲品质优如图4所示，频率为10kHz，导通限值为+15V，关断限值为-15V。
三相逆变器的具体电器技术参数如下：
输入电压          DC545V±5％
额定功率          140kVA(cosΦ＝0.93时)
短时耐受          220kVA(3s)(cos Φ＝0.93时)
输出电压          AC190V±5％/25Hz/3p
                  AC304V±5％/40Hz/3p
                  AC380V±5％/50Hz/3p
                  THD(电压)＜57％
                  THD(电流)＜12％
调制频率          1500Hz
冷却方式          强迫风冷
冷却风量                0.3m3/s
本实用新型提供的三相逆变器将HXD2机车辅助电路系统中的直流电压545V逆变为辅助电路系统中各种负载需求电压。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三相逆变器，其特征在于，该三相逆变器包括：结构框架，以及固定于结构框架中的绝缘栅双极型晶体管功率元件，铝质散热器，复合母排，电容器和功率元件驱动电路；绝缘栅双极型晶体管功率元件固定在散热器上，复合母排直接安装在绝缘栅双极型晶体管功率元件上，电容器和功率元件驱动电路安装在复合母排上。
2.根据权利要求1所述的三相逆变器，其特征在于：所述结构框架的具体尺寸为长宽高为540mm×341mm×342mm，由满足96小时盐雾试验的镀锌钢板制成。
3.根据权利要求1所述的三相逆变器，其特征在于：所述复合母排采用Φ12铜圆柱插头安装在绝缘栅双极型晶体管功率元件上。
4.根据权利要求1所述的三相逆变器，其特征在于：所述功率元件驱动电路包括控制板、中速光藕隔离器、脉冲互锁电路和驱动器，从控制板传送过来的两路脉冲经过中速光藕隔离器隔离后，再经过脉冲互锁电路到驱动器的输入端，从驱动器的输出端输出门极脉冲信号。
5.根据权利要求4所述的三相逆变器，其特征在于：所述功率元件驱动电路的输出端采用12芯连接器与外部连接。
6.根据权利要求4所述的三相逆变器，其特征在于：所述驱动器包括输入处理电路、高频变压器和脉冲功率放大器，从驱动器输入的信号经过输入处理电路和高频变压器传输隔离后，再由脉冲功率放大器放大后从驱动器的输出端输出。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103916025A (zh) * 2013-01-07 2014-07-09 永济新时速电机电器有限责任公司 功率变换单元
CN104167933A (zh) * 2014-09-04 2014-11-26 永济新时速电机电器有限责任公司 叠层喷涂排与复合母排混合使用的新型功率变换单元

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CN104167933B (zh) * 2014-09-04 2016-08-24 永济新时速电机电器有限责任公司 叠层喷涂排与复合母排混合使用的新型功率变换单元

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