一种同相供电功率模块的制作方法

1.本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种同相供电功率模块。


背景技术：

2.现有技术中轨道交通牵引网单边供电模式和现有的牵引变电所接线方式及其换相连接，决定了牵引网上必然存在电分相环节。采用地面自动过分相装置而出现故障时，列车会硬闯分相环节容易造成短路故障；而车上自动过分相装置故障时会影响机车运行。电分相环节对高速重载列车有极大的制约作用。因此，应用现代电力电子技术和微处理器控制技术，研制具有自主知识产权的同相供电技术，实现牵引供电技术的创新，达到铁路与电力发展的双赢，具有重要的意义。
3.电气化铁路的牵引负荷为单相交流负荷，使牵引供电系统三相严重不平衡，并且存在无功电流。为了降低三相不平衡的影响，牵引变压器采用换相连接，导致各供电区段电压不同，必须用分相绝缘器分隔。由于电气化铁路的负荷特性，目前供电系统主要存在许多问题，如电分相容易造成列车速度和牵引力损失；变压器等设备容量大，投资高，利用率低，基本电费高；由于电压的波动，导致机车牵引能力下降，不能正常运行；单相负荷所引起的负序电流，导致引起电力系统的旋转电机转矩脉动，机组振动；谐波会引起电力系统的旋转电机发热损坏，发输变电成本提高；功率因数低、电费高等。
4.功率模块作为同相供电装置的核心部件，其结构设计是整个同相供电系统设计的一个难题，电压高、电流大，元器件复杂，其电气性能的好坏及结构布局的合理性，直接决定了同相供电装置的性能和外形尺寸。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种同相功率供电模块，通过设备内部件的合理布局，提高了整套设备功率密度，减少了设备整体尺寸，具有功率密度大，维护方便，回路简单，杂散电感小，安全可靠等优点。
6.为达到上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种同相供电功率模块，包括模块底框架、igbt组件、母线电容、旁路开关、框架断路器、以及高压电源；其中，
7.所述母线电容固定设置于模块底框架的中部；
8.所述igbt组件通过模块底框架上的igbt组件导轨设置于模块底框架上，并与所述母线电容在横向上并排放置；
9.所述旁路开关和框架断路器固定设置于模块底框架的纵向两端；
10.所述高压电源固定于母线电容的横向外侧。
11.进一步的，所述模块底框架包括igbt组件导轨、滑轮、旁路开关安装板和框架断路器安装板。
12.进一步的，所述母线电容为两个，所述两个母线电容在模块底框架的纵向上错位设置。
13.进一步的，所述igbt组件为两个，所述两个igbt组件在模块底框架的纵向上错位设置。
14.进一步的，所述igbt组件包括框架、igbt器件、igbt驱动板、以及叠层母排；其中，
15.所述igbt器件设置于所述框架上；
16.所述igbt驱动板和叠层母排均固定设置于所述igbt器件上。
17.进一步的，所述框架包括水冷板、安装板和导轨；所述igbt器件固定设置于水冷板上。
18.进一步的，所述igbt组件还包括sce板、均压电阻、热敏电阻、和支撑绝缘板；其中，
19.所述sce板固定设置于支撑绝缘板上；
20.所述均压电阻和热敏电阻均固定设置于水冷板上。
21.进一步的，所述旁路开关通过旁路开关安装板固定设置于模块底框架的级联侧；所述框架断路器通过框架断路器安装板固定设置于模块底框架的并联侧。
22.综上所述，本实用新型提供了一种同相供电功率模块，包括模块底框架、igbt组件、母线电容、旁路开关、框架断路器、以及高压电源；所述母线电容固定设置于模块底框架的中部；所述igbt组件通过模块底框架上的导轨设置于模块底框架上，并与所述母线电容在横向上并排放置；所述旁路开关和框架断路器固定设置于模块底框架的纵向两端；所述高压电源固定于母线电容的横向外侧。通过设备内部件的合理布局，提高了整套设备功率密度，减少了设备整体尺寸，具有功率密度大，维护方便，回路简单，杂散电感小，安全可靠等优点。
23.本实用新型具有如下有益的技术效果：
24.(1)采用水冷散热的散热方式，充分利用母线电容的外形及自身强度，水冷板背靠电容采用导轨安装，无多余安装板；水冷板除了给igbt器件及均压电阻散热外，还带走母线电容产生的部分热量，散热效果好。
25.(2)该功率模块集成度高，包含了：igbt组件、极联侧旁路开关及连接铜排、并联侧框架断路器及连接铜排、电容组件、汇流叠层母排、高压电源、电流霍尔等，级联侧及并联侧布局合理，安装维护方便。
26.(3)该功率模块采用母线电容交错式布局，节省空间，电容旁边igbt组件采用导轨安装，插拔方便，固定可靠、定位精确，提高了安装维护的便利性。
27.(4)该功率模块底部框架为螺栓组合，底部有滑轮，正面有拉手，在模块检修时，方便功率模块插拔。
28.(5)该功率模块汇流叠排为”z”型结构，直接安装在两母线电容上面；igbt叠排为”l”型结构，进出线铜排端上下对称，与汇流排直接搭接紧固，有效的解决了igbt均流及杂感问题。
附图说明
29.图1是本实用新型同相供电功率模块的整体结构示意图；
30.图2是模块底框架的结构示意图；
31.图3是同相供电功率模块的俯视图。
32.图4是igbt组件的结构示意图；其中，
33.图4(a)是igbt组件去除叠排母线、sce板及固定件后的结构示意图，图4(b)是igbt组件sce板的位置示意图；
34.图5是叠层母排的结构示意图；其中，
35.图5(a)是叠层母排的立体结构示意图，图5(b)是叠层母排的的汇流侧结构示意图；
36.图6是同相供电功率模块并联侧铜排连接结构示意图；
37.图7是同相供电功率模块级联侧软连接结构示意图；
38.图8是同相供电功率模块级联侧旁路开关连接结构示意图；
39.图9是同相供电功率模块带模块壳罩的结构示意图；
40.图10是由多个同相供电功率模块构成的阀组件结构示意图。
具体实施方式
41.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
42.下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明。本实用新型提供了一种同相供电功率模块，包括模块底框架1、igbt组件2、母线电容3、旁路开关4、框架断路器5、以及高压电源6，图1中示出了该同相供电功率模块的整体结构示意图，如图1所示所述母线电容3固定设置于模块底框架1的中部；所述igbt组件2通过模块底框架1上的igbt组件导轨7设置于模块底框架1上，并与所述母线电容3在横向上并排放置；所述旁路开关4和框架断路器5固定设置于模块底框架的纵向两端；所述高压电源6固定于母线电容的横向外侧。其中，所述igbt组件2也为两个，所述两个igbt组件2在模块底框架1的纵向上错位设置。母线电容3为两个，所述两个母线电容3在模块底框架1的纵向上错位设置。igbt组件2例如为两个，所述两个igbt组件2在模块底框架1的纵向上错位设置。高压电源6为4个，分别设置于igbt组件2和母线电容3的外侧。
43.图2中示出了模块底框架的结构示意图，该模块底框架1包括igbt组件导轨7、滑轮8、旁路开关安装板9和框架断路器安装板10。igbt组件导轨7可用于固定安装igbt组件2，旁路开关安装板9用于安装旁路开关4，框架断路器安装板10用于安装框架断路器5。旁路开关5通过旁路开关安装板10固定设置于模块底框架1的级联侧；所述框架断路器4通过框架断路器安装板9固定设置于模块底框架1的并联侧，图3中示出了同相供电功率模块的俯视图。
44.图4中示出了igbt组件的结构示意图，其中，图4(a)为igbt组件去除叠排母线、sce板及固定件后的结构示意图，图4(b)为igbt组件sce板的位置示意图。如图4所示，所述igbt组件2包括框架、igbt器件11、igbt驱动板、以及叠层母排12；其中，igbt器件11设置于所述框架上，igbt驱动板和叠层母排12均固定设置于所述igbt器件11上，图5示出了叠层母排的结构示意图，其中，图5(a)是叠层母排的立体结构示意图，图5(b)是叠层母排的汇流侧结构示意图。框架包括水冷板、安装板和导轨13；所述igbt器件11固定设置于水冷板上。该igbt组件还包括sce板14、均压电阻15、热敏电阻16、叠排支撑板17、以及支撑绝缘板141；均压电阻15和热敏电阻16均固定设置于水冷板上。sce控制板141设置于支撑绝缘板141上。用螺栓
连接驱动板与igbt器件11，光纤通过线槽理顺引出；叠层母排12固定在igbt器件11上面，用规定的力矩紧固螺栓、划线；sce板14安装在sce安装板142上，整体固定在叠层母排12上方，光纤口向外，便于安装调试；最后将均压电阻15、热敏电阻16固定在水冷板上面。
45.此外，该同相供电功率模块还包括电流霍尔18、连接铜排19及软连接20、加强连接板、绝缘子21、吊环22及模块壳罩23(调试结束后安装)等结构件。图6示出了同相供电功率模块并联侧铜排连接结构示意图，图7示出了同相供电功率模块级联侧软连接结构示意图，图8示出了同相供电功率模块级联侧旁路开关连接结构示意图，图9中示出了同相供电功率模块带模块壳罩的结构示意图，图10中示出了由多个同相供电功率模块01构成的阀组件结构示意图。根据以上同相供电功率模块的结构，在组装完成模块底框架1后，将2个母线电容3固定在底框架1上，利用母线电容3上方吊装孔固定安装板(上面板及前面板)及2个母线电容3的加强连接板；用铜螺栓将叠层母排12固定在母线电容3上面；通过将2个igbt组件固定在电容侧面及igbt组件导轨7上面；将2个电容板及4个高压电源6分别固定在母线电容3两侧的模块底框架1上；再将旁路开关4及框架断路器5固定在模块底框架1两端；固定支撑绝缘子21；连接铜排19、软连接20及安装电流霍尔18；待调试结束后安装模块壳罩23及吊环22等。
46.以下给出该同相供电功率模块的组装方式。
47.1、igbt组件的组装：
48.(1)将水冷板与安装板、导轨固定在一起，形成一个框架；
49.(2)将igbt驱动板固定在igbt器件上面；
50.(3)将驱动板与igbt器件固定，光纤通过线槽理顺引出；
51.(4)叠层母排固定在igbt器件上面；
52.(5)调整好支撑绝缘板后，用规定的力矩紧固螺栓、划线；
53.(6)sce板安装在绝缘板上，整体固定在叠排上方，光纤口向外，便于安装调试；
54.(7)最后将均压电阻、热敏电阻固定在水冷板上面
55.2、将母线电容安装在模块底框架上面，左右错位安装，接线端子面对面，用螺栓连接电容上方及正面安装板；
56.3、将汇流叠层母排固定到左右电容上，用铜螺栓固定；
57.4、通过铝导轨将2个igbt组件固定在电容顶安装板及底框架上面，连接叠排螺栓；
58.5、将2个电容板及4个高压电源固定分别固定在电容两侧的底框架上；
59.6、将框架断路器固定在底框架并联侧；
60.7、连接并联侧铜排、软连接及绝缘子等；
61.8、安装固定电流霍尔；
62.9、将旁路开关固定在底框架级联侧；
63.10、连接铜排、软连接及安装电流霍尔；
64.11、待调试结束后安装模块壳罩及吊环等。
65.综上所述，本实用新型提供了一种同相供电功率模块，包括模块底框架、igbt组件、母线电容、旁路开关、框架断路器、以及高压电源；所述母线电容固定设置于模块底框架的中部；所述igbt组件通过模块底框架上的导轨设置于模块底框架上，并与所述母线电容在横向上并排放置；所述旁路开关和框架断路器固定设置于模块底框架的纵向两端；所述
高压电源固定于母线电容的横向外侧。通过设备内部件的合理布局，提高了整套设备功率密度，减少了设备整体尺寸，具有功率密度大，维护方便，回路简单，杂散电感小，安全可靠等优点。
66.应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。