一种城市轨道车辆用永磁牵引逆变器功率单元的制作方法

1.本实用新型涉及逆变器技术领域，具体领域为一种城市轨道车辆用永磁牵引逆变器功率单元。


背景技术：

2.目前，地铁和轻轨车等城市轨道车辆永磁牵引系统已经开始兴起，与传统异步牵引系统相比，永磁系统具有损耗低、效率高、启动特性好、动态响应快等优点。但是永磁牵引逆变器采用的是一台逆变器配置四组功率单元，一组功率单元驱动一台永磁牵引电机的配置，功率单元的增加加大了布局的难度。
3.为此，提出一种城市轨道车辆用永磁牵引逆变器功率单元。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种城市轨道车辆用永磁牵引逆变器功率单元，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种城市轨道车辆用永磁牵引逆变器功率单元，包括散热器、逆变桥igbt以及叠层母线，所述逆变桥igbt对称设置在所述散热器上。
6.优选的，所述叠层母线呈t型与所述逆变桥igbt连接。
7.优选的，所述逆变桥igbt共分为四组，每两组所述逆变桥igbt设置在同一所述散热器上。
8.优选的，每组所述逆变桥igbt的数量为3个。
9.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：一种城市轨道车辆用永磁牵引逆变器功率单元，对功率单元进行热阻计算和热仿真计算，优化igbt布局，使散热器热阻增大，散热器体积减小；对低电感叠层母排的研究，通过优化母线排的外形尺寸，降低了直流母线排的电感值，有效的减小了igbt关断时的冲击电流，提升了产品的可靠性。
附图说明
10.图1为本实用新型的四组功率单元原理框图结构示意图；
11.图2为本实用新型的逆变桥igbt与散热器结构示意图；
12.图3为本实用新型的优化后的逆变桥igbt与散热器结构示意图；
13.图4为本实用新型的功率单元结构示意图；
14.图5为本实用新型的功率单元最终装配图。
15.图中：1-散热器、2-逆变桥igbt、3-叠层母线。
具体实施方式
16.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
17.请参阅图1-5，本实用新型提供一种技术方案：一种城市轨道车辆用永磁牵引逆变器功率单元，包括散热器1、逆变桥igbt2以及叠层母线3，所述逆变桥igbt2对称设置在所述散热器1上，如图2所示，为正常的逆变桥igbt2的布局，经过仿真计算，发现装置工作时，热量聚集在散热器1中上部，且温升过高，逆变桥igbt2在运行一段时间后会过热失效，因此，如图3所示，为经过优化后的功率率单元中逆变桥igbt2的布局图，单个散热器1表面的逆变桥igbt2采用对称分布，经过优化后仿真得出结论：igbt温升在允许范围之内，散热器1表面温度平均分布，且在允许范围之内，散热器1表面积比以前设计的有所减小，满足设计所需。
18.具体而言，所述叠层母线3呈t型与所述逆变桥igbt2连接，由于直流环节的杂散电感在逆变桥igbt2关断时会出现过压，可能会导致vce电压超过igbt可承受最大值，从而导致igbt损坏，所以在设计功率单元时需要尽量减小杂散电感，同时也需要兼顾接线方便，逆变器的美观。
19.如图4所示，在本实施例中采用了t型的叠层母线3设计，经仿真计算得出结论：采用t型叠层母线3连接igbt与采用单层母线连接相比能减少电路杂散电感，同时具有接线方便和利于维护的优点，如图5所示，为加上其他必要元件，最终成型的永磁牵引逆变器功率单元。
20.具体而言，如图1所示，所述逆变桥igbt2共分为四组，每两组所述逆变桥igbt2设置在同一所述散热器1上，永磁牵引逆变器的逆变桥散热分配有如下方式：1.将逆变桥igbt2分成四个独立的散热器1进行布局；2.将两组逆变桥igbt2组合安装在一个散热器1上，总共分成两个散热器1；3.四组逆变桥igbt2全安装在一个散热器1上。
21.第一种方案优缺点：优点是布局灵活，缺点是由于采用自然风冷，散热器过多，整个永磁牵引逆变器体积会很大，重量也不会轻。
22.第二种方案优缺点：优点是布局灵活，利于重量分配，缺点是散热器体积偏大，igbt布局需要经过反复计算仿真。
23.第三种方案优缺点：优点是便于设计和布线，缺点是不利于重量分配，igbt聚集发热量太，散热器散热器体积过大。
24.综合考虑以上三种方案，确认第二种方案可以经过仿真计算及优化设计规避缺点，达到最优化设计目的。
25.具体而言，如图1所示，1u1、1u2、1u3、2u1、2u2、2u3为双igbt封装模块，vb为斩波电路的二极管，cb为斩波电路的igbt，所述逆变桥igbt2的数量共有12个，分为四组，故每组所述逆变桥igbt2的数量为3个。
26.工作原理：本实用新型工作时，逆变桥igbt2对称设置在散热器1上，igbt温升在允许范围之内，散热器1表面温度平均分布，且在允许范围之内，散热器1表面积比以前设计的有所减小，满足设计所需，采用叠层母线3将逆变桥igbt2连接，减少电路杂散电感，同时具有接线方便和利于维护。
27.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修
改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.一种城市轨道车辆用永磁牵引逆变器功率单元，包括散热器(1)、逆变桥igbt(2)以及叠层母线(3)，其特征在于：所述逆变桥igbt(2)对称设置在所述散热器(1)上。2.根据权利要求1所述的一种城市轨道车辆用永磁牵引逆变器功率单元，其特征在于：所述叠层母线(3)呈t型与所述逆变桥igbt(2)连接。3.根据权利要求1所述的一种城市轨道车辆用永磁牵引逆变器功率单元，其特征在于：所述逆变桥igbt(2)共分为四组，每两组所述逆变桥igbt(2)设置在同一所述散热器(1)上。4.根据权利要求3所述的一种城市轨道车辆用永磁牵引逆变器功率单元，其特征在于：每组所述逆变桥igbt(2)的数量为3个。

技术总结
本实用新型公开了一种城市轨道车辆用永磁牵引逆变器功率单元，包括散热器、逆变桥IGBT以及叠层母线，所述逆变桥IGBT对称设置在所述散热器上，采用热阻计算和热仿真相结合的方式，研究了散热器截面各尺寸对散热器热阻的影响，通过优化功率单元所用散热器的截面尺寸，对IGBT布局进行优化，使散热器热阻增大，散热器表面温度平均分布，散热器表面积减小；通过对低电感叠层母排的研究，通过优化母线排的外形尺寸，降低了直流母线排的电感值，有效的减小了IGBT关断时的冲击电流，提升了产品的可靠性。靠性。靠性。


技术研发人员：赵媛媛 邬春晖 谢浩 霍苗苗 王昊 宋焱秋 郭海龙 全立
受保护的技术使用者：北京市地铁运营有限公司
技术研发日：2021.10.11
技术公布日：2022/4/6