CN204304802U - 变流器开关及变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种变流器开关及变流器，其中，变流器开关包括：第一IGBT、第二IGBT、电阻和IGBT驱动电路；第二IGBT和电阻串联后与第一IGBT并联，第一IGBT的集电极通过滤波电抗器与接触器连接，第一IGBT的发射极与变流器中的逆变电路的输入端连接；第一IGBT的栅极和第二IGBT的栅极与IGBT驱动电路连接；第二IGBT和电阻用于导通滤波电抗器与逆变电路的电流通路。实现了滤波电抗器产生的冲击电流通过电阻、第二IGBT以及逆变电路得到释放，使得该电流不会通过变流器主回路中的充电电阻将电压加到第一IGBT的两端，保护了第一IGBT不被损坏，进而保护了变流器主回路的导通和关断功能。

Description

变流器开关及变流器

技术领域

本实用新型涉及轨道交通技术，尤其涉及一种变流器开关及变流器。

背景技术

随着社会的发展以及城市化进程的不断推进以及轨道交通技术的不断发展，轨道车辆逐步向高速和大功率的方向发展，轨道车辆需要变流器来提供交流电来进行行驶。直流电输入到变流器主回路中之后，变流器主回路中的逆变电路将直流电转变为交流电后输出，从而变流器为轨道车辆中的其他设备提供交流电，保证了轨道车辆的正常行驶。变流器主回路的前端设有开关单元，在轨道车辆需要进行运行的时候，开关单元闭合，从而变流器为轨道车辆的其他设备提供交流电；在轨道车辆需要停止的时候或者轨道车辆中的设备的电流过大，开关单元断开，从而变流器主回路不再为轨道车辆的其他设备提供交流电。

现有技术采用绝缘栅双极型晶体管((Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)作为开关单元，将IGBT的一端与变流器中的逆变电路连接，将IGBT的另外一端通过滤波电抗器与接触器连接，在变流器控制器向IGBT驱动电路发送断开指令或者IGBT驱动电路检测到轨道车辆中的设备的电流过大时，IGBT驱动电路控制IGBT断开，并且变流器控制器控制接触器断开，从而变流器主回路不再为轨道车辆的其他设备提供交流电。

然而在现有技术中，在IGBT和接触器断开之后，滤波电抗器中的能量会释放出来，电流经过与IGBT并联的变流器主回路中的充电电阻，会将电压加到IGBT的两端，从而使得IGBT两端的电压急剧升高，从而会损坏IGBT，影响变流器主回路的导通和关断。

实用新型内容

本实用新型提供一种变流器开关及变流器，用以解决现有技术中在IGBT和接触器断开之后，滤波电抗器中的能量会释放出来，电流经过变流器主回路中的充电电阻，会将电压加到IGBT的两端，从而使得IGBT两端的电压急剧升高，从而会损坏IGBT，影响变流器主回路的导通和关断的问题。

本实用新型的一方面提供了一种变流器开关，包括：

第一IGBT、第二IGBT、电阻和IGBT驱动电路；

所述第二IGBT和所述电阻串联后与所述第一IGBT并联，所述第一IGBT的集电极通过滤波电抗器与接触器连接，所述第一IGBT的发射极与所述变流器中的逆变电路的输入端连接；所述第一IGBT的栅极和所述第二IGBT的栅极与所述IGBT驱动电路连接；

所述IGBT驱动电路用于检测通过所述第一IGBT的电流，并在所述电流大于预设阈值时，控制所述第一IGBT和所述接触器断开；

所述第二IGBT和所述电阻用于导通所述滤波电抗器与所述逆变电路的电流通路。

本实用新型的另一方面提供了一种变流器，包括：

如上所述的变流器开关，以及接触器、滤波电抗器、逆变电路。

本实用新型通过提供了一种变流器开关，包括第一IGBT、第二IGBT、电阻和IGBT驱动电路；其中，第二IGBT和电阻串联后与第一IGBT并联，第一IGBT的集电极通过滤波电抗器与接触器连接，第一IGBT的发射极与变流器中的逆变电路的输入端连接；第一IGBT的栅极和第二IGBT的栅极与IGBT驱动电路连接；IGBT驱动电路用于检测通过第一IGBT的电流，并在电流大于预设阈值时，控制第一IGBT和接触器断开；第二IGBT和电阻用于导通滤波电抗器与逆变电路的电流通路。从而在第一IGBT和接触器断开之后，滤波电抗器中的能量释放的时候，滤波电抗器产生的冲击电流经过电阻、第二IGBT和逆变电路，将滤波电抗器中的能力释放出去，不会将电压加到第一IGBT的两端，不会对第一IGBT造成损坏，进而保护了变流器主回路的导通和关断功能。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种变流器开关的电路图；

图2为本实用新型实施例二提供的一种变流器开关的电路图；

图3为本实用新型实施例三提供的一种变流器开关的结构示意图；

图4为本实用新型实施例三提供的一种变流器开关的安装爆炸图；

图5为本实用新型实施例四提供的一种变流器的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例一提供的一种变流器开关的电路图，如图1所示，本实施例提供的变流器开关，包括：第一IGBT11、第二IGBT12、电阻13和IGBT驱动电路14；

第二IGBT12和电阻13串联后与第一IGBT11并联，第一IGBT11的集电极通过滤波电抗器15与接触器16连接，第一IGBT11的发射极与变流器中的逆变电路的输入端17连接；第一IGBT11的栅极和第二IGBT12的栅极与IGBT驱动电路14连接；

IGBT驱动电路14用于检测通过第一IGBT11的电流，并在电流大于预设阈值时，控制第一IGBT11和接触器16断开；

第二IGBT12和电阻13用于导通滤波电抗器15与逆变电路17的电流通路。

在本实施例中，具体的，本实施例提供了一种变流器开关，变流器开关包括第一IGBT11、第二IGBT12、电阻13和IGBT驱动电路14；IGBT上的电极分为集电极C极、发射极E极和栅极G极；接触器、滤波电抗器、变流器开关以及逆变电路组成变流器主回路；第二IGBT12的集电极与电阻13连接，即第二IGBT12和电阻13串联；第二IGBT12和电阻13串联后与第一IGBT11并联，其中，第二IGBT12的发射极与第一IGBT11的发射极连接；第一IGBT11的集电极与滤波电抗器15的一端连接，滤波电抗器15的另一端与接触器16连接，接触器16设置在变流器主回路的电流输入端，其中，滤波电抗器15用于对变流器进行滤波去减少变流器主回路中的电流的波动，接触器16用于导通和关断变流器主回路的电流输入；第一IGBT11的发射极与变流器的逆变电路的输入端17连接；第一IGBT11的栅极和第二IGBT12的栅极与IGBT驱动电路14连接，IGBT驱动电路14用于根据条件闭合或断开第一IGBT11、第二IGBT12，具体的，IGBT驱动电路14可以检测到通过第一IGBT11的电流的大小，在电流超过预先设定的阈值的时候，控制第一IGBT11断开，同时IGBT驱动电路14向变流器控制器发送电流过大信号，使得变流器控制器控制接触器16断开；由于第二IGBT12与电阻13串联后与第一IGBT11并联，所以，第二IGBT12和电阻13导通了滤波电抗器15与逆变电路，使得在第一IGBT11和接触器16断开，滤波电抗器15中的能量释放的过程中，滤波电抗器15产生的冲击电流通过第二IGBT12、电阻13和逆变电路中的电容，然后被逆变电路中的电容吸收，进而该电流产生的电压不会损坏第一IGBT11。

并且，第二IGBT12的集电极与变流器主回路中的充电电阻的一端连接，充电电阻的另一端与逆变电路的输入端17连接。

另外，本实施例提供的变流器开关的工作原理为以下内容。变流器为轨道车辆中的其他设备提供交流电，变流器的逆变电路将输入到变流器主回路的直流电转变为交流电后，提供给轨道车辆的其他设备。在变流器启动的时候，首先变流器控制器向接触器16发送第一闭合指令，接触器16闭合，此时第一IGBT11和第二IGBT12处于断开的状态，这时候输入的电流通过接触器16、滤波电抗器15、电阻13和充电电阻，向逆变电路中的电容充电，使得电容稳定变流器逆变电路的电压。在为逆变电路中的电容充电的过程中，逆变电路中的电压传感器实时将电容的电压反馈给变流器控制器，变流器控制器判断电容的电压达到一定的阈值的时候，变流器控制器向IGBT驱动电路14发送第二闭合指令，IGBT驱动电路14控制第一IGBT11和第二IGBT12闭合。此时，第一IGBT11将串联的电阻13和第二IGBT12短路，电流经过接触器16、滤波电抗器15、第一IGBT11以及逆变电路，从而输入的直流电被转变为交流电输出。当变流器控制器接收到轨道车辆发送的停止指令的时候，变流器控制器向接触器16和IGBT驱动电路14发送第一断开指令，使得接触器16和第一IGBT11断开；或者，由于IGBT驱动电路14具有检测电流大小的功能，在IGBT驱动电路14检测到通过第一IGBT11的电流超过预设阈值的时候，IGBT驱动电路14控制第一IGBT11断开，同时IGBT驱动电路14向变流器控制器发送一个电流过大信息，使得变流器控制器控制接触器16断开，这样的操作过程可以在轨道车辆的其他设备发生过流的时候，由于其他设备与变流器连接，变流器中的电流也会过大，从而IGBT驱动电路14检测到过流的发生，IGBT驱动电路14可以控制第一IGBT11断开，并通过变流器控制器控制接触器16断开，使得电流不流入变流器主回路，保护了变流器，并且变流器不再为其他设备提供交流电，进而保护了轨道车辆中的其他设备；从而，此时接触器16和第一IGBT11断开，由于滤波电抗器15中存在着能量，滤波电抗器15中的电流需要导出，电流会经过电阻13、第二IGBT12以及逆变电路，然后被逆变电路中的电容吸收，从而滤波电抗器15产生的冲击电流不会通过充电电阻而将电压加到第一IGBT11上，进而保护了第一IGBT11不被损坏。在预设时间之后，IGBT驱动电路14控制第二IGBT12断开，从而变流器主回路断开，变流器主回路与外部不再导通，并且变流器的内部也不再导通。

本实施例通过提供第一IGBT11、第二IGBT12、电阻13和IGBT驱动电路14，将第二IGBT12和电阻13串联后与第一IGBT11并联，并且第一IGBT11的C极通过滤波电抗器15与接触器16连接，第一IGBT11的E极与变流器的逆变电路连接，IGBT驱动电路14与第一IGBT11的G极、第二IGBT12的G极连接；在IGBT驱动电路14检测到通过第一IGBT11的电流超过预设阈值的时候，控制第一IGBT11断开，并通过变流器控制器控制接触器16断开，此时，第二IGBT12和电阻13导通滤波电抗器15和逆变电路。实现了在轨道车辆的其他设备发生过流或短路的时候，断开变流器主回路与外部的连接，使得电流不会进入变流器主回路，保护了变流器中的部件，同时变流器不再为其他设备提供交流电，进一步的保护了轨道车辆的其他设备；并实现了滤波电抗器15产生的冲击电流通过电阻13、第二IGBT12以及逆变电路，得到释放，使得该冲击电流不会通过变流器主回路中的充电电阻将电压加到第一IGBT11的两端，从而保护了第一IGBT11不被损坏，进而保护了变流器主回路的导通和关断功能，提高了变流器的可靠性和性能；同时IGBT具有良好的节能效果，节约了变流器的电能。

图2为本实用新型实施例二提供的一种变流器开关的电路图，如图2所示，在上述实施例的基础上，本实施例提供的变流器开关，还包括：二极管21；二极管21与第一IGBT11和第二IGBT12的发射极公共端连接。

在本实施例中，具体的，二极管21的正极与第一IGBT11和第二IGBT12的发射极E极公共端连接，二极管21的负极与逆变电路的输入端17连接，从而第一IGBT11和第二IGBT12的发射极E极公共端通过二极管与逆变电路的输入端17连接。

另外，本实施例提供的变流器开关的工作原理为：在变流器的工作过程中，一般应该是从变流器主回路的电流输入端的直流电流通过接触器16、滤波电抗器15、以及实施例一提供的变流器开关、再通过逆变电路，经过逆变电路将直流电转变为交流电，提供给轨道车辆的其他设备；然而在变流器的工作过程中有可能会产生电流逆向流动的情况，逆向流动的电流会经过本实施例一提供的变流器开关、滤波电抗器15以及接触器16，然后流到与变流器连接的车辆设备中，对车辆设备造成损害；将一个二极管21的正极与第一IGBT11和第二IGBT12的发射极公共端连接，将二极管21的负极与逆变电流的输入端17连接，从而电流只能经过滤波电抗器15、接触器16、本实施例一提供的变流器开关、逆变电路而正向流动，电流不会逆向的流向本实施例一提供的变流器开关、滤波电抗器15以及接触器16。

本实施例通过提供一个二极管21，将二极管21的正极与第一IGBT11和第二IGBT12的发射极E极公共端连接，二极管21的负极与逆变电路的输入端17连接，从而电流无法逆向的流向第一IGBT11、第二IGBT12、电阻13、以及滤波电抗器15和接触器16，逆向流动的电流无法损坏与变流器连接的车辆设备。

图3为本实用新型实施例三提供的一种变流器开关的结构示意图，图4为本实用新型实施例三提供的一种变流器开关的安装爆炸图，如图3和图4所示，在上述实施例的基础上，本实施例提供的变流器开关，第一IGBT11、第二IGBT12和电阻13设置在热管散热器30上。

第一IGBT11和第二IGBT12的发射极通过第一铜排31与二极管21的正极连接；第一IGBT11的集电极通过第二铜排32连接到第一绝缘端子35上，第二IGBT12的集电极通过第三铜排33连接到第二绝缘端子36上，二极管21的负极通过第四铜排34连接到第三绝缘端子37上；电阻13连接在第二铜排32和第三铜排33之间。

IGBT驱动电路14设置在支撑板38上，支撑板38与热管散热器30螺栓连接。

在本实施例中，具体的，将第一IGBT11、第二IGBT12、电阻13以及二极管21设置在热管散热器30的基板上，通过热管散热器30的热管效应将这些部件在工作状态中产生的热量导出去。第一IGBT11、第二IGBT12和二极管21垂直分布在热管散热器30上，第一IGBT11的发射极、第二IGBT12的发射极和二极管21的正极通过第一铜排31连接；优选的，可以采用螺接的方式将第一IGBT11、第二IGBT12和二极管21螺接在热管散热器30上，同时第一铜排31与第一IGBT11、第二IGBT12、二极管21螺接。第一IGBT11的集电极与第二铜排32的一端连接，并且第二铜排32的另一端的下方设置第一绝缘端子35，第一绝缘端子35隔离热管散热器30与第二铜排32，第二铜排32用于通过电阻13与第三铜排33连接；第二IGBT12的集电极与第三铜排33的一端连接，并且第三铜排33的另一端的下方设置第二绝缘端子36，第二绝缘端子36隔离热管散热器30与第三铜排33，第三铜排33用于通过滤波电抗器与接触器连接；二极管21的负极与第四铜排34的一端连接，并且第四铜排34的另一端的下方设置第三绝缘端子37，第三绝缘端子37隔离热管散热器30与第四铜排34，第四铜排34用于与逆变电路的输入端连接；并且，第一绝缘端子35、第二绝缘端子36、第三绝缘端子37螺接在热管散热器30上；优选的，第一IGBT11与第二铜排32的连接采用螺接，第二IGBT12与第三铜排33的连接采用螺接，二极管21与第四铜排34的连接采用螺接。电阻13与热管散热器30进行螺接，电阻13设置在第二铜排32和第三铜排33之间，电阻13的两端通过导线与第二铜排32和第三铜排33连接。将IGBT驱动电路14安装到支撑板38上，支撑板38有四个支撑脚，支撑脚通过螺栓连接到热管散热器30上；并且，IGBT驱动电路14与第一IGBT11的栅极和第二IGBT12的栅极连接，IGBT驱动电路14用于控制第一IGBT11、第二IGBT12的闭合和断开。

并且，第一IGBT11设置在热管散热器30的中间位置。由于变流器在正常工作状态下，第一IGBT11将电阻13和第二IGBT12短路，电流通过第一IGBT11，从而第一IGBT11产生的热量较多，而热管散热器30中间位置处的散热功能好，将第一IGBT11设置在热管散热器30的中间位置，有利于第一IGBT11的散热，更好的保护了变流器开关。

本实施例通过将第一IGBT11、第二IGBT12、电阻13和二极管21设置在热管散热器30上，从而很好的将这些部件在工作工程中产生的热量散出去；第一IGBT11的发射极、第二IGBT12的发射极和二极管21的正极采用铜排连接，第一IGBT11的集电极通过铜排连接滤波电抗器，第二IGBT12的集电极通过铜排与电阻13连接，二极管21的负极通过铜排与逆变电路的输入端连接，通过铜排连接的方式，保证了各个部件之间的良好导通，并且节约了变流器开关的成本；同时，将IGBT驱动电路14通过支撑板38与热管散热器30螺接，从而易于更换IGBT驱动电路14。

进一步的，在上述实施例的基础上，本实用新型实施例三提供的变流器开关，在热管散热器30的四周边缘设置有密封胶条。

在本实施方式中，具体的，将本实施例三提供的变流器开关与变流器的柜体的安装板通过螺栓进行连接，从而将变流器开关安装到变流器中；在热管散热器30的基板的四周边缘安装密封胶条，从而热管散热器30的基板与变流器的柜体的安装板之间密封，防止了灰尘、水等进入到变流器开关中，进而防止灰尘、水等损坏变流器开关。

图5为本实用新型实施例四提供的一种变流器的电路图，如图5所示，本实施例提供的变流器，包括：如上述任一实施例提供的变流器开关41，以及接触器16、滤波电抗器15、逆变电路42。

在本实施例中，具体的，图5中提供的整个电路图为变流器主回路，变流器开关41的一端通过滤波电抗器15与接触器16连接，接触器16设置在变流器主回路的电流输入端；变流器开关42的另一端与变流器主回路的逆变电路42连接；充电电阻43的一端与第二IGBT12的集电极连接，充电电阻43的另一端与逆变电路42连接。

另外，本实施例提供的变流器的工作原理为以下内容。在初始状态下，变流器开关41中的第一IGBT11和第二IGBT12处于断开状态，变流器控制器控制接触器16闭合，电流通过接触器16、滤波电抗器15、变流器开关41中的电阻13、充电电阻43为逆变电路42中的电容充电，使得电容可以稳定逆变电路42中的电压。在变流器开关41中的IGBT驱动电路14接收到变流器控制器发送的断开指令，或者IGBT驱动电路14检测到第一IGBT11的电流过大的时候，IGBT驱动电路14控制第一IGBT11和接触器16断开，从而保护了变流器中的部件、以及轨道车辆的其他设备不被过大电流损坏；滤波电抗器15产生的冲击电流通过变流器开关41中的电阻13、第二IGBT12和逆变电路42，然后被逆变电路42中的电容吸收，在预设时间之后，IGBT驱动电路14控制第二IGBT12断开，从而，保证了滤波电抗器15产生的冲击电流不会通过电阻13、充电电阻43而将电压加到第一IGBT11上，保护了第一IGBT11不被滤波电抗器15产生的冲击电流损坏，进而提高了变流器开关41以及变流器的性能。

在本实施例中通过将变流器开关41、接触器16、滤波电抗器15、逆变电路42进行连接，从而在轨道车辆的其他设备发生过流或短路的时候，保护了变流器和其他设备不被过大电流损坏；并且，将滤波电抗器15产生的冲击电流导出，从而保护了第一IGBT11，进而提高了变流器的可靠性和性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种变流器开关，其特征在于，包括：

第一绝缘栅双极型晶体管IGBT、第二IGBT、电阻和IGBT驱动电路；

所述第二IGBT和所述电阻串联后与所述第一IGBT并联，所述第一IGBT的集电极通过滤波电抗器与接触器连接，所述第一IGBT的发射极与所述变流器中的逆变电路的输入端连接；所述第一IGBT的栅极和所述第二IGBT的栅极与所述IGBT驱动电路连接；

所述IGBT驱动电路用于检测通过所述第一IGBT的电流，并在所述电流大于预设阈值时，控制所述第一IGBT和所述接触器断开；

所述第二IGBT和所述电阻用于导通所述滤波电抗器与所述逆变电路的电流通路。

2.根据权利要求1所述的变流器开关，其特征在于，还包括：二极管；

所述二极管与所述第一IGBT和所述第二IGBT的发射极公共端连接。

3.根据权利要求1或2所述的变流器开关，其特征在于，所述第一IGBT、所述第二IGBT和所述电阻设置在热管散热器上。

4.根据权利要求3所述的变流器开关，其特征在于，所述第一IGBT和所述第二IGBT的所述发射极通过第一铜排与所述二极管的正极连接；

所述第一IGBT的集电极通过第二铜排连接到第一绝缘端子上，所述第二IGBT的集电极通过第三铜排连接到第二绝缘端子上，所述二极管的负极通过第四铜排连接到第三绝缘端子上；

所述电阻连接在所述第二铜排和所述第三铜排之间。

5.根据权利要求3所述的变流器开关，其特征在于，所述IGBT驱动电路设置在支撑板上，所述支撑板与所述热管散热器螺栓连接。

6.根据权利要求3所述的变流器开关，其特征在于，所述热管散热器的四周边缘设置有密封胶条。

7.一种变流器，其特征在于，包括：

权利要求1至6中任一项所述的变流器开关，以及接触器、滤波电抗器、逆变电路。