[發明專利]一種新穎的IGBT牽引變流器模塊

無效

• 申請號: 01114532.3
• 申請日: 2001-06-12
• 公開（公告）號: CN1323094A
• 公開（公告）日: 2001-11-21
• 發明（設計）人: 榮智林;忻力;李小紅;陳燕平;翁星方
• 申請（專利權）人: 鐵道部株洲電力機車研究所
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H01L25/00
• 代理公司: 株洲市專利事務所
• 代理人: 陳群

本發明屬于一種機車車輛牽引變流裝置，特別是軌道機車車輛用的牽引變流裝置的部件構造。

在大功率牽引變流器的設計當中，合理設計變流器母排，抑制IGBT元件開關過電壓，科學地布置IGBT元件和驅動電路，優化熱設計以及選擇合適的散熱方式，如何做到變流器的簡統化，模塊化，提高變流器的高可靠性，可維護性等以上幾方面對于牽引動力的核心--牽引變流器來說非常重要。而就現有的各種變流器來看，主要存在以下方面的不足：

1、一般變流器沒有使用低感母排(Busbar)技術或使用了一些簡單的母排技術，但它們沒有達到抑制功率器件的開關過電壓的作用或是效果不是很理想。

2、還有一類變流器使用了一些低感母排(Busbar)技術，但這些低感母排制作工藝相當復雜，安裝及拆卸非常不方便。

3、變流器內部功率元件的布置沒有跟低感母排技術綜合起來考慮，由于功率元件布置不理想，就發揮不了降低主電路分布電感的作用。

4、一般變流器的IGBT驅動電路安裝采用兩種方式。一種是直接安裝在IGBT元件上，這樣驅動電路引線電感最小，但是在牽引變流器上，其檢測維護非常困難。另一種方式就是為了安裝，更換方便，將驅動電路安裝在離IGBT元件較遠的空間，但這樣會引起引線電感較大，對IGBT元件驅動不利，影響變流器的安全運行。

5、采用強迫風冷散熱的牽引變流器它的主要特點是結構簡單，可靠性高，但它一般采用鑄鋁實體散熱器，散熱效率較低。

6、用于交流傳動牽引變流器一般分為四象限整流器和逆變器兩類。由于兩者電路結構和控制不同，因而一般兩者不能互換或互換性較差。

7、一般牽引變流器要滿足不同功率等級的要求，而必須對IGBT元件進行串、并聯使用，這樣導致牽引變流器在電路和結構上作很大程度上的變動，才能滿足于不同容量的要求。

8、牽引變流器由于電路和結構的復雜性，檢修維護時，一般拆卸和安裝非常不方便，而且操作時需要特殊的裝備工具。

本發明的目的：旨在提供一種模塊化的IGBT牽引變流器模塊。該模塊能克服一般變流器的上述缺陷，做到變流器的結構簡潔，外觀美觀，安全可靠，而且各方面性能優越，可維護性和互換性好，能滿足于城際動車組、地鐵車輛、城市輕軌、磁懸浮列車、電車等不同工作電壓，不同功率等級的應用場合。

本發明的目的是通過以下技術措施來實現：

采用模塊化技術，將整個IGBT牽引變流器模塊化處理，而每個模塊由8個IGBT元件組成，使其能構成一臺完整的逆變器或四象限整流器，并且可以根據不同功率等級的需要，可變更不同等級的IGBT元件或IGBT牽引變流模塊的數量，非常方便地組合成各種容量的牽引逆變器或四象限整流器。在模塊中采用了高性能的低感母排，并充分考慮了IGBT元件的布置與高性能低感母排的結合，從而大大降低了主電路上的寄生電感。模塊上的8個IGBT元件分布成四個橋臂，每兩個上下布置的IGBT元件構成一個橋臂(即一相)，而相鄰兩個橋臂上下IGBT元件錯開排列，使得流過低感母排上的正負導體上的電流方向相反，它們產生的磁場相互抵消，因而主回路上布線的寄生電感大大降低，這就使得IGBT元件關斷過程中，由于電路上的寄生電感而產生的尖峰過電壓大大減小。從而整個IGBT牽引變流器模塊應用時，省去了繁瑣復雜的吸收(Snubber)電路，同時保證了IGBT元件運行于它的安全工作區，使得變流器模塊達到結構簡潔，安全可靠的目的。同時模塊的驅動部分安裝在IGBT元件和低感母排之上。每一橋臂上，下管驅動電路做在一塊板上，整個模塊有四塊驅動板，它們安裝在一塊絕緣的環氧玻璃布板上。在低感母排上對應IGBT元件位置處開了穿線孔便于IGBT驅動線通過，這樣的結構使得驅動引線較短，同時保證了IGBT元件驅動單元的可維護性。在大功率IGBT元件開關過程中，會產生強大的電磁干擾，我們設計的IGBT牽引變流器模塊它的PWM驅動信號采用光纖傳輸技術，相對于其它信號傳輸方式，它的抗干擾能力大大增強，同時對驅動電路采用最優化設計，使之具有優良的驅動性能和完善的保護功能，因而整個模塊化可靠性大大增強。