[實用新型]適用于列車供電四象限功率模塊及復合母排

有效

• 申請號: 201721141747.4
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN207166366U
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 王雷;李守蓉;趙一潔;楊璐;趙艷斌
• 申請（專利權）人: 中車永濟電機有限公司
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H05K7/20
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙)14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本實用新型涉及大功率電力機車和高速動車功率模塊，具體為一種適用于列車供電四象限功率模塊及復合母排。

背景技術

隨著中國鐵路重載技術的發展，一方面需要繼續提升單機功率，另一方面又要保持或減小單位功率的體積，這就需要優化系統結構，來滿足高壓、大電流牽引輔助變流器的高速發展。由于IGBT功率器件在開關過程中受雜散電感影響，會產生很高的尖峰電壓，這種尖峰，會使通過器件的電流增大，最終導致器件過熱，甚至有時使IGBT失控并超過器件的額定安全工作區而損壞。

目前的四象限變換單元集成度不高，銅牌厚度大，體積重量大，交直流端子采用銅牌與變流器側連接，雜散電感大，并且走線連接方式帶來困難、不便于安裝維護。為解決這種問題，通常采用復合母排進行功率器件之間的電氣連接，它是將主電路母線設計成扁平狀，并且按照一定的疊放次序疊放在一起，每層之間必須用高絕緣強度的材料隔離。這樣不僅滿足了低感的要求，更是提高IGBT工作的可靠性。

現有技術的技術方案為，主回路中關鍵部件如IGBT、支撐電容、吸收電路、輸出端子排等之間的電氣連接通常采用電纜、銅排連接。

現有技術的缺點：1、主電路部件之間采用電纜或銅排連接，回路雜散電感大，會造成電壓尖峰，容易損壞功率器件，電路可靠性差。2、安裝不便，結構臃腫，占據空間大。3、阻抗高、載流量小、損耗大、散熱差、溫升高。

發明內容

本實用新型設計了一種適用于大功率動車列車供電四象限功率模塊及復合母排，以滿足產品高頻小型化、智能化、高可靠性、高經濟性的要求。

本實用新型是采用如下技術方案實現的：

一種適用于列車供電四象限功率模塊，包括水冷散熱基板，所述水冷散熱基板下表面安裝驅動板安裝框架、上表面安裝IGBT四象限功率模塊，所述水冷散熱基板上表面后部安裝絕緣支撐座，所述IGBT四象限功率模塊外安裝復合母排。

所述復合母排由正母排、負母排和交流母排A、交流母排B疊壓合成，正母排、負母排和交流母排A、交流母排B均采用4mm厚的銅排，銅排表面電解鍍8μm厚的錫層；所述正母排、負母排和交流母排A、交流母排B之間通過絕緣層隔離，其中，交流母排A和交流母排B并列位于負母排表面；所述正母排延伸有兩個正極連接端，作為正母排輸出端子S1（DC+），所述負母排延伸有兩個負極連接端，作為負母排輸出端子S2（DC–），所述交流母排A延伸有一個交流連接端，作為交流A相輸入端子S3（A），所述交流母排B延伸有一個交流連接端，作為交流B相輸入端子S4（B）。

所述復合母排從左至右依次為正母排輸出端子S1（DC+）、負母排輸出端子S2（DC–）、交流A相輸入端子S3（A）、交流B相輸入端子S4（B）、負母排輸出端子S2（DC–）、正母排輸出端子S1（DC+），并安裝于絕緣支撐座上。

所述水冷散熱基板兩側安裝用于保護IGBT四象限功率模塊和復合母排的左保護支架和右保護支架。

本方案適用于連車動力集中動車組列供四象限功率模塊，主電路原理如圖1所示：H1與B1、H2與B2分別形成兩個交流輸入橋臂S(A)、S(B)，通過復合母排與變流器進行電氣連接，在輔助控制單元ACU的控制下，一塊驅動板驅動一支IGBT進行開通關斷，列車供電單元采用交-直變換模式，直流輸出端接入列車供電系統控制裝置，每個列車供電單元輸出功率300kW，單節機車兩個列車供電單元并聯輸出功率不小于600kW。

本方案設計制作了相應的復合母排，應用在動力集中動車組列車供電功率模塊中，如圖2所示：外形尺寸為389×399×23.5mm（長×寬×高）。

根據電路原理，支撐電容母排作為輸入分為兩層，即“+” 和“–”，此復合母排采用4mm厚的銅排，銅排表面電解鍍錫8μm（100%錫），最大交流電流為1300A，直流工作電壓為600V，絕緣耐壓為3200V。最小爬電距離：≥50mm，最小電氣間隙：≥23mm。

如圖3、4所示，復合母排安裝在IGBT單元上，左右保護支架安裝在IGBT功率單元左右兩側，對IGBT功率單元和復合母排起防護作用。S1為DC+、S2為DC–、S3為交流A相、S4為交流B相，復合母排所有輸出端子固定在絕緣支撐座之上，便于外部端子安裝。整體電感小于50nH，溫升小于30K，滿足主電路低電感、溫升的要求，提高了IGBT工作的可靠性。模塊直流部分通過復合母排的S1、S2與外部的支撐電容連接，連接規格為M10的螺栓，模塊交流部分通過復合母排的S3、S4與外部的支撐電容連接。

本技術方案帶來的有益效果如下：