一種制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K，包括設(shè)置在散熱器上的功率單元及其控制系統(tǒng)，散熱器下部具有進(jìn)風(fēng)口，上部具有出風(fēng)口；功率單元包括用于與三相交流電網(wǎng)連接的三相功率組件、電容組，電容組固定于散熱器垂直于進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口連通方向的一側(cè)，功率單元的三相功率組件并列固定于散熱器表面；控制系統(tǒng)安裝于三相功率組件背向散熱器一側(cè)的表面。本發(fā)明的制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K整體采用模塊化設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)安裝于三相功率組件背向散熱器一側(cè)的表面，就近接入功率單元的IGBT驅(qū)動(dòng)部件，抗干擾能力強(qiáng)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度高。模塊化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)多模塊直接并聯(lián)冗余運(yùn)行，單個(gè)模塊故障切除后而不影響其余模塊的正常運(yùn)行。
【專利說(shuō)明】一種制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，城市軌道交通迎來(lái)了迅猛的發(fā)展。地鐵再生制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌饕阅孀兓仞伒姆绞綄⒌罔F列車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的多余能量回饋至交流電網(wǎng)，最大程度地發(fā)揮地鐵再生制動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，具有節(jié)能環(huán)保、穩(wěn)定可靠、投資低的突出優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)地鐵再生制動(dòng)能量吸收的發(fā)展方向。
[0003]從地鐵實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，地鐵再生制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鲬?yīng)具備大功率(MW以上)，高功率密度、高可靠性等特點(diǎn)。功率單元一般采用功率子模塊進(jìn)行拓?fù)溥B接，一種為基于2個(gè)IGBT的半橋模式，2個(gè)IGBT串聯(lián)形成的功率組件與一電容并聯(lián)，也有采用基于4個(gè)IGBT構(gòu)成的功率組件的H橋模式。
[0004]為了滿足大功率回饋?zhàn)兞髌鞯脑O(shè)計(jì)需求，目前一般采用功率單元級(jí)聯(lián)和IGBT并聯(lián)的連接方式:(I)如圖1所示，每個(gè)功率單元由對(duì)應(yīng)于A、B、C三相的三個(gè)半橋子模塊構(gòu)成，每個(gè)子模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)直流母線電容和一個(gè)吸收電容，多個(gè)功率單元再級(jí)聯(lián)形成整個(gè)換流器的功率組件；(2)為了增大功率，采用對(duì)每個(gè)半橋子模塊進(jìn)行IGBT并聯(lián)的方式連接，如圖2所示，即每一相對(duì)應(yīng)的功率組件中具有4個(gè)IGBT管。
[0005]上述兩種方式均能增大功率，但是在實(shí)際運(yùn)用中存在如下問(wèn)題:1)無(wú)法實(shí)現(xiàn)冗余運(yùn)行，可靠性有待進(jìn)一步提高:當(dāng)單個(gè)功率單元發(fā)生故障時(shí)，變流器即整體退出運(yùn)行，無(wú)法繼續(xù)回饋制動(dòng)能量，這樣在變流器故障時(shí)間內(nèi)機(jī)車只能采用混合制動(dòng)，粉塵污染大，機(jī)車剎車系統(tǒng)維護(hù)成本高；2)無(wú)法實(shí)現(xiàn)功率模塊隨回饋功率大小逐級(jí)投入切除:機(jī)車制動(dòng)功率特性呈現(xiàn)間歇式，并且在每個(gè)周期內(nèi)呈現(xiàn)三角狀，制動(dòng)功率從低到高再降低，現(xiàn)有方式在回饋時(shí)功率單元全部投入，在回饋功率較小時(shí)損耗大，整體效率低，并且功率單元工作時(shí)間與回饋功率大小無(wú)關(guān)，變流器使用壽命受限；3)擴(kuò)容困難:功率模塊多只包含功率器件及散熱系統(tǒng)，裝置需要擴(kuò)容時(shí)還需要相應(yīng)增加電流電壓檢測(cè)、母線電容、控制系統(tǒng)等配套的電氣部件，擴(kuò)容困難。
[0006]針對(duì)上述問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)一種模塊化的功率模塊，以解決無(wú)法冗余運(yùn)行及擴(kuò)容困難等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K，以解決現(xiàn)有功率模塊無(wú)法冗余運(yùn)行及擴(kuò)容困難的問(wèn)題。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K，包括設(shè)置在散熱器上的功率單元及其控制系統(tǒng)，所述散熱器下部具有進(jìn)風(fēng)口，上部具有出風(fēng)口 ；所述功率單元包括用于與三相交流電網(wǎng)連接的三相功率組件、電容組，所述電容組固定于散熱器垂直于進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口連通方向的一側(cè)，功率單元的三相功率組件沿垂直于進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口連通的方向并列固定于散熱器表面，并與電容組相互連接；所述控制系統(tǒng)安裝于三相功率組件背向散熱器一側(cè)的表面上方。
[0009]所述功率單元具有用于與三相交流電網(wǎng)連接的交流連接端，所述各交流連接端處均設(shè)有用于采集交流電網(wǎng)各相電流的電流傳感器，各電流傳感器均與控制系統(tǒng)連接。
[0010]所述散熱器的出風(fēng)口上方設(shè)有散熱風(fēng)機(jī)。
[0011 ] 所述三相功率組件與電容組通過(guò)疊層母排連接在一起。
[0012]所述控制系統(tǒng)包括相互連接的控制板和用于采集該功率模塊連接的交流電網(wǎng)和直流接觸網(wǎng)電壓的調(diào)理板，所述控制板與所述功率單元控制連接，并用于與上位機(jī)通信連接；所述調(diào)理板與各電流傳感器相互連接。
[0013]所述散熱器為熱管散熱器。
[0014]本發(fā)明的制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K整體采用模塊化設(shè)計(jì)，并采用下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)的散熱方式；將電容組固定于散熱器的一側(cè)，功率單元的三相功率組件并列固定于散熱器表面，控制系統(tǒng)通過(guò)安裝板安裝于三相功率組件的表面，就近接入功率單元的IGBT驅(qū)動(dòng)部件，抗干擾能力強(qiáng)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度高。模塊化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)多模塊直接并聯(lián)冗余運(yùn)行，單個(gè)模塊故障切除后而不影響其余模塊的正常運(yùn)行。
[0015]并且在散熱器頂端出風(fēng)口處設(shè)置散熱風(fēng)機(jī)向上抽風(fēng)，實(shí)現(xiàn)大風(fēng)量散熱。
[0016]將電容組通過(guò)疊層母排與功率單元的三相功率組件連接，有效減小回路寄生電感從而降低IGBT關(guān)斷時(shí)電壓尖峰。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是功率模塊級(jí)聯(lián)連接不意圖；
[0018]圖2是IGBT并聯(lián)連接示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明化功率模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明智能化功率模塊控制原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹。
[0022]如圖3所示為本發(fā)明制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知，該智能化功率模塊包括設(shè)置在散熱器上的功率單元及其控制系統(tǒng)1，散熱器下部具有進(jìn)風(fēng)口，上部具有出風(fēng)口 ；功率單元包括用于與三相交流電網(wǎng)連接的三相功率組件IOA?10C、電容組，電容組固定于散熱器2垂直于進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口連通方向的一側(cè)(圖中為左側(cè))，功率單元的三相功率組件IOA?IOC沿垂直于進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口連通的方向(從左到右)依次并列固定于散熱器2表面，并與電容組相互連接，有利于功率組件均勻散熱，不會(huì)造成熱累計(jì)疊加效應(yīng)；三相功率組件背向散熱器2的表面上方間隔設(shè)有一個(gè)絕緣安裝板，控制系統(tǒng)I通過(guò)該絕緣安裝板3進(jìn)行固定，并與三相功率組件連接。
[0023]本實(shí)施例的功率單元具有用于與三相交流電網(wǎng)連接的交流連接端，各交流連接端處均設(shè)有用于采集交流電網(wǎng)各相電流的電流傳感器9A?9C (本實(shí)施例采用霍爾電流傳感器)，各電流傳感器均與控制系統(tǒng)I連接，便于檢測(cè)，維護(hù)方便。
[0024]為了具有良好的散熱效果，充分利用熱流自下而上流動(dòng)的特性，采用下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)的散熱模式，在散熱器的出風(fēng)口上方設(shè)置散熱風(fēng)機(jī)61?62向上抽風(fēng)，實(shí)現(xiàn)大風(fēng)量散熱，散熱器2的出風(fēng)口與散熱風(fēng)機(jī)之間設(shè)置風(fēng)道作為散熱通道4，本實(shí)施例的散熱器采用熱管散熱器，散熱風(fēng)機(jī)采用軸流風(fēng)機(jī)。
[0025]本實(shí)施例電容組包括直流母線電容71?74和吸收電容81?83，每個(gè)功率組件對(duì)應(yīng)一個(gè)直流母線電容和一個(gè)吸收電容，且在該功率模塊的直流輸出側(cè)還連接有一個(gè)直流母線電容，將各電容均固定在熱管散熱器2的一側(cè)，并與三相功率組件的IGBT通過(guò)疊層母排5固定在一起，三相功率組件和電容組均固定于疊層母排上，并通過(guò)母排上的接口進(jìn)行接線，這種疊排設(shè)計(jì)將有效減小回路寄生電感從而降低IGBT關(guān)斷時(shí)電壓尖峰；控制系統(tǒng)整體固定在三相功率組件背向散熱器一側(cè)的表面，就近接入IGBT驅(qū)動(dòng)部件；為了檢測(cè)功率組件的環(huán)境溫度，可設(shè)置溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，擴(kuò)展連接的電流、溫度(圖中未示出)等采樣部件可就近與控制系統(tǒng)連接，抗干擾能力強(qiáng)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度高。
[0026]如圖4所示，本實(shí)施例的控制系統(tǒng)包括相互連接的控制板和用于采集該功率模塊兩端連接的交流電網(wǎng)和直流接觸網(wǎng)電壓的調(diào)理板，控制板與所述功率單元控制連接，并用于與上位機(jī)通信連接；調(diào)理板與各電流傳感器相互連接。
[0027]本發(fā)明的智能化功率模塊整體采用模塊化結(jié)構(gòu)，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將各模塊采用并聯(lián)方式連接，進(jìn)行多功率模塊并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)，以滿足大功率需求，單個(gè)模塊故障時(shí)可自行切除而不影響其余模塊的正常運(yùn)行。
[0028]針對(duì)多功率模塊冗余運(yùn)行的要求，在該功率模塊中設(shè)置了電流、溫度采樣單元，并在控制系統(tǒng)中設(shè)置具有信號(hào)調(diào)理、控制、開(kāi)入開(kāi)出、通信等功能的控制板和調(diào)理板，該功率模塊具備自主采樣及控制保護(hù)功能，只需接入交直流側(cè)電網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的逆變并網(wǎng)回饋；具備對(duì)外通訊功能，可接受上位機(jī)同步及控制信號(hào)等，也可實(shí)時(shí)向上位機(jī)傳輸自身工作信息；具備多模塊并聯(lián)冗余運(yùn)行功能，單個(gè)模塊故障時(shí)可自行切除而不影響其余模塊的正常運(yùn)行，極端情況下多模塊故障時(shí)變流器仍可降額運(yùn)行，回饋?zhàn)兞髌骺煽啃愿?；具備功率模塊智能投入切除功能，能夠根據(jù)回饋功率大小逐級(jí)投入切除功率模塊，提高變流器效率，并且根據(jù)各模塊運(yùn)行時(shí)間記錄，優(yōu)先投入運(yùn)行時(shí)間最少的模塊，以降低各功率模塊平均運(yùn)行時(shí)間，提高變流器整體運(yùn)行壽命。
【權(quán)利要求】
1.一種制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K，其特征在于:包括設(shè)置在散熱器上的功率單元及其控制系統(tǒng)，所述散熱器下部具有進(jìn)風(fēng)口，上部具有出風(fēng)口 ；所述功率單元包括用于與三相交流電網(wǎng)連接的三相功率組件、電容組，所述電容組固定于散熱器垂直于進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口連通方向的一側(cè)，功率單元的三相功率組件沿垂直于進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口連通的方向并列固定于散熱器表面，并與電容組相互連接；所述控制系統(tǒng)安裝于三相功率組件背向散熱器一側(cè)的表面上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K，其特征在于:所述功率單元具有用于與三相交流電網(wǎng)連接的交流連接端，所述各交流連接端處均設(shè)有用于采集交流電網(wǎng)各相電流的電流傳感器，各電流傳感器均與控制系統(tǒng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K，其特征在于:所述散熱器的出風(fēng)口上方設(shè)有散熱風(fēng)機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K，其特征在于:所述三相功率組件與電容組通過(guò)疊層母排連接在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K，其特征在于:所述控制系統(tǒng)包括相互連接的控制板和用于采集該功率模塊連接的交流電網(wǎng)和直流接觸網(wǎng)電壓的調(diào)理板，所述控制板與所述功率單元控制連接，并用于與上位機(jī)通信連接；所述調(diào)理板與各電流傳感器相互連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動(dòng)回饋?zhàn)兞髌鞯闹悄芑β誓K，其特征在于:所述散熱器為熱管散熱器。
【文檔編號(hào)】H05K7/20GK103546044SQ201310462117
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】姚為正, 張建, ?；i, 桑福環(huán), 劉剛, 張海龍, 王俊杰, 鄭月賓 申請(qǐng)人:許繼電氣股份有限公司, 西安許繼電力電子技術(shù)有限公司