CN204334378U - 一种逆变器模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种逆变器模块，包括：散热器，包括基板；IGBT组件，包括均匀布置在基板上的2n个IGBT元件，n为大于1的整数；复合母排，其覆盖在IGBT组件上，将每两个IGBT元件连接成一个桥臂，并将各个桥臂连接起来构成n相的桥式逆变电路；驱动板组件，其设置在复合母排背离IGBT组件的一侧，并电连接于各个IGBT元件；控制盒，其设置在驱动板组件背离复合母排的一侧，并通过光缆和电缆连接驱动板组件；温度传感器，其设置在基板上，用于实时检测基板的温度数据；控制盒通过电缆向驱动板组件提供工作电源，控制盒还通过光缆向驱动板组件发送驱动信号，驱动板组件根据该驱动信号驱动桥式逆变电路进行斩波逆变。

Description

一种逆变器模块

技术领域

本实用新型涉及一种电力技术，尤其涉及一种逆变器模块。

背景技术

目前的电气化铁路系统采用接触网技术或者第三轨供电技术向机车提供直流电源，机车上安装的逆变器可以将直流电源提供的直流电转换成机车上其他设备所需的交流电。由于使用和发展时间不长，现有的IGBT逆变器(IGBT为绝缘栅双极型晶体管的英文缩写)的模块化、通用化程度不高，布局不紧凑导致其结构庞大，布局不合理导致其散热效率低和元器件的性能受影响。尤其是，高功率的IGBT元件的发热量大，现有的IGBT逆变器模块缺乏对自身的温度实时采集的装置，导致不能获得精确的温度信息来调整IGBT逆变器模块的功率使得IGBT逆变器模块中的各个元器件保持在一个合理的温度环境内，从而延长各个元器件的寿命。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是为了克服现有技术中的IGBT逆变器模块中的结构不紧凑导致的结构庞大的问题、现有技术中的IGBT逆变器模块布局不合理的问题、现有技术中的IGBT逆变器模块不能采集自身温度信息的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供了一种逆变器模块，其包括：散热器，包括基板；IGBT组件，包括均匀布置在基板上的2n个IGBT元件，n为大于1的整数；复合母排，其覆盖在IGBT组件上，将每两个IGBT元件连接成一个桥臂，并将各个桥臂连接起来构成n相的桥式逆变电路；驱动板组件，其设置在复合母排背离IGBT组件的一侧，并电连接于各个IGBT元件；控制盒，其设置在驱动板组件背离复合母排的一侧，并通过光缆和电缆连接驱动板组件；温度传感器，其设置在基板上，用于实时检测基板的温度数据；其中，控制盒通过电缆向驱动板组件提供工作电源，控制盒还通过光缆向驱动板组件发送驱动信号，驱动板组件根据该驱动信号驱动桥式逆变电路进行斩波逆变。

在一个具体的实施例中，IGBT组件包括6个IGBT元件，6个IGBT元件呈两行三列排布。

在一个具体的实施例中，温度传感器分布在相邻的两个IGBT元件之间。

在一个具体的实施例中，温度传感器分布在位于中部的两个IGBT元件之间。

在一个具体的实施例中，复合母排包括覆盖在IGBT组件上的直流输入层，叠在直流输入层上的交流输出层，以及穿过直流输入层将IGBT元件的引脚与交流输出层相连的若干螺栓。

在一个具体的实施例中，交流输出层包括分别将每两个IGBT元件中的一个IGBT元件的集电极与另一个IGBT的发射极相连构成一个桥臂的第一交流母排、第二交流母排和第三交流母排，

直流输入层包括将各个桥臂的正极输入端相连的正极输入母排，以及将各个桥臂的负极输入端相连的负极输入母排。

在一个具体的实施例中，基板为矩形板，逆变器模块还包括垂直于基板的且分别分布在基板的四个角上的四根支柱，

驱动板组件包括抵接于每相邻两根支柱的三块安装板，以及设置在每一块安装板上的两个驱动单元，各个驱动单元连接与其相应的IGBT元件。

在一个具体的实施例中，安装板为矩形波浪结构，安装板包括波谷平台部、分别设置在波谷平台部的相对两侧的两个波峰平台部、分别设置在各个波峰平台部的相对两侧的腰部、以及由波谷平台部和波峰平台部的两端弯折而成弯折部，其中，驱动单元设置在波谷平台部上。

在一个具体的实施例中，逆变器模块还包括分别套装在第一交流母排和第三交流母排上的两个电流传感器。

与现有技术相比，本申请的实施例具有的优点为：

(1)本实用新型的逆变器模块布局合理，可以充分发挥各个元器件的性能且散热能力好；

(2)本实用新型的逆变器模块拆装方便，可替换程度高，通用程度高，便于安装、维修和维护；

(3)本实用新型的逆变器模块上设置了温度传感器，可以实时采集基板上的温度信息，便于控制单元实时监控逆变器模块的温度并对逆变器模块进行相应的控制；

(4)本实用新型的逆变器模块上设置了电流传感器，可以实时采集输出电流的信息，便于控制单元实时监测逆变器模块的输出电流以进行相应的动作，例如为逆变器模块提供过载保护，或者判断出两相不均流时进行相应的保护；

(5)安装板的特殊结构极大地增加了安装板的机械强度，提高了安装板的抗振性能。由此，可以避免由于安装板的振动导致连接到驱动板上的光缆和电缆从驱动单元的接头中脱落；

(6)本实用新型采用在三块安装板上安装六个驱动单元、且在每块安装板上安装两个驱动单元的设计，相对于现有的逆变器模块在四块驱动板上安装八个驱动单元的设计而言，减少了一块驱动板和两个驱动单元，从而降低逆变器模块的成本。

附图说明

图1为本实用新型的一种实施方式的逆变器模块的总装配主视示意图；

图2为本实用新型的一种实施方式的逆变器模块的总装配右视示意图；

图3为本实用新型的一种实施方式的逆变器模块的总装配仰视示意图；

图4为本实用新型的一种实施方式的IGBT组件、电流传感器以及温度传感器的安装示意图；

图5为本实用新型的一种实施方式的复合母排的安装示意图；

图6为本实用新型的一种实施方式的安装板的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式。

图1至图6，示意性地表示出了本实用新型的一种实施方式的逆变器模块的结构。如图3所示，逆变器模块包括散热器10，安装在散热器10上的IGBT组件20，复合母排40、50，支柱组件90，驱动板组件60，控制盒70以及把手80。逆变器模块安装在与之相配的安装柜体内。安装柜体设置有若干个逆变器模块箱，本逆变器模块可以抽屉式地安装到逆变器模块箱内。安装柜体上设置有控制单元。

在本实施例中，逆变器模块包括散热器10。散热器10包括基板12以及均设置在基板12上的若干散热片11。散热片11分别在基板12的同一侧并垂直于基板12。散热片11可以增大散热器10与空气的接触面积，使得基板12上的热量迅速发散。逆变器模块安装到安装柜体内后，散热器10的散热片11露出安装柜体，基板12两侧进行风道隔离。在逆变器模块工作时，对散热片11进行强迫风冷。

如图4所示，本实施例中的逆变器模块构造为三相的逆变器模块。IGBT组件20包括六个设置在基板上的IGBT元件。六个IGBT元件呈两行三列的矩阵排列，均匀地分布在基板12背离散热片11的一个板面上。IGBT元件与基板12之间设置硅脂。硅脂填充了IGBT元件与基板12之间的间隙，增大导热效率。每个IGBT元件设置有若干引脚。引脚可以构造为设置有内螺纹的管件。

如图5所示，复合母排40、50覆盖在IGBT组件20上。复合母排包括覆盖在IGBT组件20上的直流输入层40，叠在直流输入层40上的交流输出层50，以及用于连接IGBT元件与交流输出层50的若干螺栓。直流输入层40设置有供螺栓通过的通孔。直流输入层40覆盖在IGBT元件上时，可以与IGBT元件的引脚形成电连接。螺栓能够与IGBT元件的引脚相配合，将直流输入层40和交流输出层50固定到IGBT元件上。交流输出层50通过螺栓与IGBT元件的引脚形成电连接。复合母排通过螺栓固定在IGBT组件20上。

交流输出层50包括第一交流母排51、第二交流母排52和第三交流母排53。第一交流母排51通过螺栓分别连接第一个IGBT元件的发射极引脚和第二个IGBT元件的集电极引脚。第二交流母排52通过螺栓分别连接第三个IGBT元件的发射极引脚和第四个IGBT元件的集电极引脚。第三交流母排53通过螺栓分别连接第五个IGBT元件的发射极引脚和第六个IGBT元件的集电极引脚。

这样，第一交流母排51、第二交流母排52、第三交流母排53将六个IGBT元件连接成桥式逆变电路的三个桥臂。第一个IGBT元件、第三个IGBT元件和第五个IGBT元件的集电极分别构成这三个桥臂的正极输入端。第二个IGBT元件、第四个IGBT元件和第六个IGBT元件的发射极分别构成这三个桥臂的负极输入端。

直流输入层40包括正极输入母排和负极输入母排。正极输入母排分别连接各个桥臂的正极输入端。负极输入母排分别连接各个桥臂的负极输入端。这样连接后，IGBT组件20和复合母排组成了一个三相逆变电路。正极输入母排构成该逆变电路的直流输入正极，负极输入母排构成该逆变电路的直流输入负极。第一交流母排51、第二交流母排52、第三交流母排53分别构成该逆变电路的三个交流输出端。

第一交流母排51、第二交流母排52、第三交流母排53的外接线端向同一个方向延伸到复合母排的边缘，正极输入母排和负极输入母排的外接线端向相反的方向延伸到复合母排的另一边缘。

直流输入层40还包括环绕通孔向交流输出层50方向凸出的环形圆台。该环形圆台由绝缘材料制成。环形圆台的顶端抵接于交流输出层50，使得直流输入层40和交流输出层50的其他部位分隔开来。这样直流输入层40与交流输出层50之间有很好的绝缘性能。

支柱组件90包括分别固定在基板12的四个角附近的四根支柱。四根支柱垂直于基板12。逆变器模块包括分别跨接在每两根相邻的支柱的端部上的两个把手80。把手80方便工作人员将逆变器模块从逆变器模块箱内抽出或推入。

如图1所示，驱动板组件60包括均位于复合母排背离基板12一侧的三个安装板61、62、63以及设置在安装板61、62、63内的六个驱动单元65。安装板大致垂直于基板12。每块安装板上设置有两个驱动单元65。相对于现有的三相逆变器模块在四块驱动板上安装八个驱动单元的设计而言，减少了一块驱动板和两个驱动单元，从而降低逆变器模块的成本，这里的驱动板相对于安装板。

每个驱动单元65对应一个IGBT元件。驱动单元65通过电缆分别连接于与之对应的IGBT元件的各个引脚。驱动单元65可以驱动所对应的IGBT元件导通或截止从而使三相逆变电路进行斩波逆变。例如，驱动单元65在IGBT元件的门极和发射极之间施加大于阈值的正电压，则IGBT元件导通，驱动单元65在IGBT元件的门极和发射极之间施加负电压，则IGBT元件截止。驱动单元65通过电缆和光缆连接到控制盒70。

如图6所示，安装板构造成的矩形波浪结构。安装板包括波谷平台部66、分别设置在波谷平台部66的相对两侧的两个波峰平台部67、分别设置在各个波峰平台部67的相对两侧的腰部68、以及由波谷平台部66和波峰平台部67的两端弯折而成弯折部69。波峰平台部67与波谷平台部66平行。波峰平台部67与腰部68垂直。分布在安装板外侧的两个腰部68分别抵接于两个支柱，另外两个腰部68分别将两个波峰平台部67分别与波谷平台部66连接起来。弯折部69垂直于波峰平台部67和腰部68。弯折部69连接邻近的两个腰部68，连接方式可以是将弯折部69相对的两端分别与邻近的两个腰部68焊接在一起。驱动单元65设置在波谷平台部66上。这样设置后，极大地增加了安装板的机械强度，提高了安装板的抗振性能。由此，可以避免由于安装板的振动导致连接到驱动单元65上的光缆和电缆从驱动单元65的接头中脱落。

控制盒70包括盒式的外壳以及设置在外壳底部的控制板。外壳设置在各个支柱之间，并被支柱支撑起来。控制盒70侧面的四个角分别与四个支柱的端部相互靠近并连接。外壳构造为金属盒。这样可以屏蔽盒外的电磁波，避免其他部件产生的电磁波干扰到控制板工作。控制盒70的外壳的上端设置有网孔。操作人员可以透过网孔来观察控制板或者控制板上的指示灯。控制板包括脉冲分配单元和电源模块。电源模块通过电缆分别与脉冲分配单元和各个驱动单元65相连。这样，电源模块可以向各个驱动单元65和脉冲分配单元提供低压直流电源。

脉冲分配单元通过光缆分别与各个驱动单元65相连。脉冲分配单元可以通过光缆向各个驱动单元65发送以光脉冲为载体的驱动信号。当一个驱动单元65接收到该驱动信号后向与其连接的IGBT元件发送驱动脉冲以控制该IGBT组件20斩波逆变。控制盒70和驱动单元65中的各自电路均为现有设计，均可以实现，控制盒70与驱动单元65的组合对桥式逆变电路的斩波逆变控制为公知常识。

脉冲分配单元和驱动单元65组合时还具有光电转换、死区控制、状态反馈、故障连锁等功能。脉冲分配单元将外接的控制单元给出来的控制信号加上适当的死区延时，转变为合适的驱动信号发送到驱动单元65，同时驱动单元65可以向脉冲分配单元发送光纤反馈信号，来显示IGBT元件的工作状态。当IGBT元件工作不正常时，还可以与其他逆变器模块进行故障连锁，当安装柜体中一个逆变器模块发送故障时，控制单元隔离该模块或封锁所有相关的逆变器模块，使系统更可靠。

驱动板组件60和控制盒70布置在逆变器模块的上方。这样，可以不对整个逆变器模块进行拆卸即可对驱动板组件60和控制盒70进行检测和维修。

逆变器模块还包括支撑电容。支撑电容由两个相同的电容并联而成。支撑电容安装在复合母排的一侧，并与复合母排相连接，使得支撑电容的两个端子分别与正极输入母排和负极输入母排相连。

逆变器模块还包括设置在基板12上的若干温度传感器103和串联的温度继电器104。控制盒70上设置有接线端口，接线端口用于外接安装柜体上的控制单元。该接线端口通过电缆温度传感器103相连。温度继电器104通过电缆连接到脉冲分配单元。

温度传感器103可以通过接线端口与控制单元相连。温度传感器103可以用于实时测量散热器10的温度并将温度数据传送到控制单元。控制单元可以根据该温度数据实现不同的功能。例如，控制单元将散热器10的温度显示出来供监控人员查看或将温度数据记录下来为技术人员提供参考。控制单元还可以根据温度数据判断该逆变器模块是否正常工作并作出相应的自动控制，例如，控制单元判断逆变器模块长时间超过某一温度运行则发出警报，还可以降低逆变器模块的功率或停机。当检测到逆变器模块恢复到正常温度后，还可以解除警报并提高逆变器模块的功率或重新启动逆变器模块。

串联的温度继电器104通过电缆与脉冲分配单元相连。温度继电器104可以用于判断散热器10的温度是否超过预设阈值。若温度超过预设阈值，温度继电器104进入保护状态并发送预警信号给脉冲分配单元，脉冲分配单元根据该预警信号进行停机操作。在解除温度继电器104的保护状态前，脉冲分配单元不能重新启动。优选地，该预设阈值为85℃。温度继电器104和温度传感器103均布置在基板12表面温度最高处。优选地，温度传感器103和温度继电器104安装在相邻的两个IGBT元件之间。两个IGBT元件之间的温度更加接近IGBT元件工作温度。更优选地，温度传感器103和温度继电器104安装在位于中部的两个IGBT元件之间。这样，温度传感器103和温度继电器104检测到的温度为基板12表面所能检测到的最高温度。

逆变器模块还包括外接控制单元的两个电流传感器100、101。两个电流传感器100、101分别套装在第一交流母排51和第三母排上。两个电流传感器分别实时测量第一交流母排51和第三交流母排53的输出电流信息，并将其传送到控制单元。控制单元可以根据这两个输出电流信息来判断逆变器模块是否工作正常并进行相应的控制。例如过流保护，控制单元可以根据两路输出电流的大小判断逆变器模块的各个元件是否过载，以调节逆变器模块的功率或停机。还可以根据两个电流传感器所检测到的两相电流的大小来判断三相之间是否不均流，若三相之间不均流，则进行相应的控制或停机。控制单元还可以存储该输出电流信息供技术人员参考。

逆变器模块还包括设置在基板12的侧面和支柱的侧面的导板105。该导板105与逆变器模块箱内对应设置的导板相互配合，这样可以使得逆变器模块和逆变器模块箱之间的摩擦力减小，并且导板105还用于引导逆变器模块的运动方向。这样设置后当安装逆变器模块或拆卸逆变器模块时可以方便地将逆变器模块抽屉式地推进或拉出所对应的逆变器模块箱。

在一个具体的实施例中，逆变器模块的IGBT元件更换成价格更低性能更好的IGBT元件，这样可以有效降低逆变器模块整体的成本，提高逆变器模块的性能。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但的内容仅为便于理解本实用新型技术方案而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种逆变器模块，其特征在于，包括：

散热器，包括基板；

IGBT组件，包括均匀布置在所述基板上的2n个IGBT元件，n为大于1的整数；

复合母排，其覆盖在所述IGBT组件上，将每两个IGBT元件连接成一个桥臂，并将各个桥臂连接起来构成n相的桥式逆变电路；

驱动板组件，其设置在所述复合母排背离所述IGBT组件的一侧，并电连接于各个IGBT元件；

控制盒，其设置在所述驱动板组件背离所述复合母排的一侧，并通过光缆和电缆连接所述驱动板组件；以及

温度传感器，其设置在所述基板上，用于实时检测基板的温度，

其中，所述控制盒通过所述电缆向所述驱动板组件提供工作电源，所述控制盒还通过所述光缆向驱动板组件发送驱动信号，所述驱动板组件根据所述驱动信号驱动所述桥式逆变电路进行斩波逆变。

2.根据权利要求1所述的逆变器模块，其特征在于，所述IGBT组件包括6个IGBT元件，6个IGBT元件呈两行三列排布。

3.根据权利要求2所述的逆变器模块，其特征在于，所述温度传感器设置在相邻的两个IGBT元件之间。

4.根据权利要求3所述的逆变器模块，其特征在于，所述温度传感器设置在位于中部的两个IGBT元件之间。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的逆变器模块，其特征在于，所述复合母排包括覆盖在所述IGBT组件上的直流输入层，叠在所述直流输入层上的交流输出层，以及穿过所述直流输入层将IGBT元件的引脚与所述交流输出层相连的若干螺栓。

6.根据权利要求5所述的逆变器模块，其特征在于，所述交流输出层包括分别将每两个IGBT元件中的一个IGBT元件的集电极与另一个IGBT的发射极相连并构成一个桥臂的第一交流母排、第二交流母排和第三交流母排，

所述直流输入层包括将各个桥臂的正极输入端相连的正极输入母排，以及将各个桥臂的负极输入端相连的负极输入母排。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的逆变器模块，其特征在于，所述基板为矩形板，所述逆变器模块还包括垂直于所述基板的且分别分布在基板的四个角上的四根支柱，

所述驱动板组件包括两端分别抵接于每相邻两根支柱的三块安装板，以及设置在每一块安装板上的两个驱动单元，各个驱动单元连接于与其对应的IGBT元件。

8.根据权利要求7所述的逆变器模块，其特征在于，所述安装板为矩形波浪结构，所述安装板包括波谷平台部、分别设置在波谷平台部的相对两侧的两个波峰平台部、分别设置在各个波峰平台部的相对两侧的腰部、以及由波谷平台部和波峰平台部的两端弯折而成弯折部，其中，所述驱动单元设置在所述波谷平台部上。

9.根据权利要求6所述的逆变器模块，其特征在于，所述逆变器模块还包括分别套装在第一交流母排和第三交流母排上的两个电流传感器。