一種絕緣柵雙極性電晶體車載牽引變流器的製作方法

2023-09-27 05:39:35 2

專利名稱：一種絕緣柵雙極性電晶體車載牽引變流器的製作方法
技術領域：
本發明屬於半導體開關技術領域，提供了一種絕緣柵雙極性電晶體(IGBT)的車 載牽引變流器，功率大小為1. 3MVA，由這種功率電路構成的變流器可廣泛應用於機車牽引 領域中。
背景技術：
隨著電力電子技術、微電子技術、計算機技術和現代控制理論的飛速發展，大功率 中高壓變流器在機車牽引、柔性輸電、能量儲存設備、諧波和無功補償裝置等領域獲得了越 來越廣泛的應用。IGBT是絕緣柵雙極性電晶體英文名稱的縮寫(Insulated Gate Bipolar Transistor-IGBT) ， IGBT是一個複雜的集成結構，工作原理更為複雜，突出表現之一是它的 工作頻率可以遠高於雙極電晶體。IGBT以其輸入阻抗高、開關速度快、通態電壓低、阻斷電 壓高、承受電流大等特點，已成為當今功率半導體器件發展的主流器件。鑑於此，開發高電 壓、大電流、頻率高的高壓IGBT並將其應用到變頻調速器中以獲得輸出電壓等級更高的裝 置成為人們關注的焦點。

發明內容
本發明的目的在於提供了一種絕緣柵雙極性電晶體車載牽引變流器，它結構緊 湊，體積相對較小，功率密度大，安裝便利，而且線路之間的雜散電感很小，輸出功率完全可 以達到設計要求。 本發明包括直流電容、均壓電阻、二極體、緩衝吸收電路板、層疊母線、層疊母線 絕緣板、IGBT功率模塊、輸入功率端子、輸出功率端子、風機、散熱器、電壓傳感器、電流傳感 器、零電流檢測傳感器及控制箱。七個IGBT功率模塊分成兩排縱向平行排列，底端緊密固 定在散熱器上，其中六個IGBT功率模塊組成逆變電路， 一個IGBT功率模塊與電阻和二極體 相連組成斬波電路，均壓電阻和二極體緊密固定排列於散熱器上方，風機固定在散熱器左 側，直流電容串行排列於散熱器的右側，層疊母線、層疊母線絕緣板緊覆於IGBT模塊上，兩 個輸入功率端子穿過零電流檢測傳感器後通過層疊母線連接直流電容和IGBT功率模塊的 輸入端，IGBT功率模塊的輸出端通過層疊母線穿過電流傳感器接在輸出功率端子上，兩個 電壓傳感器接在三個輸出功率端子之間，一個電壓傳感器接在兩個輸入功率端子之間，七 個緩衝吸收電路板通過銅柱連接在七個IGBT功率模塊的兩端，所有傳感器信號接入控制 箱15， IGBT功率模塊的驅動信號由控制箱引出。 本發明所述的IGBT功率模塊、直流電容，二極體之間的電氣連接是通過層疊母線 實現的，層疊母線共含有三層連接母線，每兩層連接母線用層疊母線絕緣板6隔開。
本發明所述的變流器功率結構中，單個IGBT功率模塊的輸出端通過母線並聯。
本發明所述的散熱器為風冷散熱器，並且能夠有效防止水汽通過風機進入櫃體 內。 本發明的優點在於將IGBT功率模塊和二極體功率模塊等器件按照散熱要求和
3電路拓撲規則的固定於風冷散熱器之上，有效減小了器件整體佔用體積，提高了變頻器的 功率密度，而且低壓變頻器功率電路結構的模塊化設計方便了系統的安裝、調試等工作，提 高了工作效率，同時也為在最少的停機時間內完成系統的維護與維修提供了條件。整體結 構設計同時兼顧了體積最小化和實際的應用的要求。結構緊湊，體積較小，安裝便利，而且 線路之間的雜生電感很小，輸出功率完全可以達到設計要求。


圖l為本發明的一種結構示意圖。其中，直流電容1、均壓電阻2、二極體3、緩衝 吸收電路板4、層疊母線5、層疊母線絕緣板6、 IGBT功率模塊7、輸入功率端子8、輸出功率 端子9、風機10、散熱器11、電壓傳感器12、電流傳感器13、零電流檢測傳感器14及控制箱 15。 圖2為本發明的一種結構示意圖。
圖3為本發明的車載牽引變流器原理圖。
具體實施例方式
圖1 圖3為本發明的一種實施方式。 本發明包括直流電容1、均壓電阻2、二極體3、緩衝吸收電路板4、層疊母線5、層 疊母線絕緣板6、IGBT功率模塊7、輸入功率端子8、輸出功率端子9、風機10、散熱器11、電 壓傳感器12、電流傳感器13、零電流檢測傳感器14及控制箱15。其中，層疊母線5共含有 3層連接母線，每兩層連接母線用層疊母線絕緣板6隔開。輸入功率端子8通過層疊母線5 連接直流電容1和IGBT功率模塊7的輸入端，IGBT功率模塊7的輸出端通過層疊母線穿 過電流傳感器13接在輸出功率端子9上。 本發明中各IGBT功率器件的電路之間的電氣連接採用層疊母線實現，且層疊母 線緊貼於器件上，在結構上減小了連接線路的迴路面積，試驗結果證明這種設計顯著降低 連接線路的雜生電感，提高了功率模塊乃至整臺變流器的輸出功率。
權利要求
一種絕緣柵雙極性電晶體車載牽引變流器，，其特徵在於，包括直流電容(1)、均壓電阻(2)、二極體(3)、緩衝吸收電路板(4)、層疊母線(5)、層疊母線絕緣板(6)、IGBT功率模塊(7)、輸入功率端子(8)、輸出功率端子(9)、風機(10)、散熱器(11)、電壓傳感器(12)、電流傳感器(13)、零電流檢測傳感器(14)及控制箱(15)；七個IGBT功率模塊(7)分成兩排縱向平行排列，底端緊密固定在散熱器(11)上，其中六個IGBT功率模塊(7)組成逆變電路，一個IGBT功率模塊(7)與電阻和二極體(3)相連組成斬波電路，均壓電阻(2)和二極體(3)緊密固定排列於散熱器(11)上方，風機(10)固定在散熱器(11)左側，直流電容(1)串行排列於散熱器的右側，層疊母線(5)、層疊母線絕緣板(6)緊覆於IGBT模塊(7)上，兩個輸入功率端子(8)穿過零電流檢測傳感器(14)後通過層疊母線(5)連接直流電容(1)和IGBT功率模塊(7)的輸入端，IGBT功率模塊(7)的輸出端通過層疊母線(5)穿過電流傳感器(13)接在輸出功率端子(9)上，兩個電壓傳感器(12)接在三個輸出功率端子(9)之間，一個電壓傳感器(12)接在兩個輸入功率端子(8)之間，七個緩衝吸收電路板(4)通過銅柱連接在七個IGBT功率模塊(7)的兩端，所有傳感器信號接入控制箱(15)，IGBT功率模塊(7)的驅動信號由控制箱(15)引出。
2. 按照權利要求l所述的變流器，其特徵在於IGBT功率模塊(7)、直流電容(l)，二極 管(3)之間的電氣連接是通過層疊母線(5)實現的，層疊母線(5)共含有三層連接母線，每 兩層連接母線用層疊母線絕緣板(6)隔開。
3. 按照權利要求1所述的變頻器，其特徵在於，單個IGBT功率模塊(7)的輸出端通過 母線並聯。
4. 按照權利要求l所述的變頻器，其特徵在於，散熱器(11)為風冷散熱器，並且能夠有 效防止水汽通過風機進入櫃體內。
全文摘要
一種絕緣柵雙極性電晶體車載牽引變流器，屬於半導體開關技術領域。包括直流電容(1)、均壓電阻(2)、二極體(3)、緩衝吸收電路板(4)、層疊母線(5)、層疊母線絕緣板(6)、IGBT功率模塊(7)、輸入功率端子(8)、輸出功率端子(9)、風機(10)、散熱器(11)、電壓傳感器(12)、電流傳感器(13)、零電流檢測傳感器(14)及控制箱(15)。優點在於，結構緊湊，體積相對較小，功率密度大，安裝便利，而且線路之間的雜散電感很小，輸出功率完全可以達到設計要求。
文檔編號H02M1/00GK101707433SQ20091023725
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月11日 優先權日2009年11月11日
發明者蘭志明, 劉叢偉, 朱春毅, 李耀華, 楊瓊濤, 段巍, 趙如凡 申請人:中國科學院電工研究所;北京金自天正智能控制股份有限公司;冶金自動化研究設計院