本發(fā)明涉及交流傳動領(lǐng)域，尤其涉及一種非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊。

背景技術(shù)：

電傳動礦用自卸車目前廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外大型礦山，擔(dān)負(fù)著礦石運(yùn)輸?shù)墓ぷ鳌Ｗ鳛殡妭鲃酉到y(tǒng)核心部件的逆變功率模塊負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換為電壓、頻率可調(diào)的交流電。當(dāng)模塊中的某些元器件出現(xiàn)問題時，需將逆變功率模塊整體拆下，大的載重噸位使得逆變功率單元體積重量都較大，給現(xiàn)場維護(hù)維修帶來了不便，同時，因逆變功率模塊均為專用設(shè)計，通用性、擴(kuò)展性較差。為了解決這個問題，開發(fā)研制了電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊。

現(xiàn)有電傳動礦用自卸車中的逆變功率模塊均為三相全橋結(jié)構(gòu)，六個IGBT安裝在一塊大的散熱器上，IGBT頂部為復(fù)合母排，中間電容也安裝在模塊上，模塊與電纜/銅排間通過多條螺栓連接，不同的散熱功率，模塊重量也不同，范圍在150-300kg之間。

現(xiàn)有逆變功率模塊體積大、重量重，當(dāng)模塊中的某一個元器件出現(xiàn)故障時需將模塊整體拆下維修或者更換，而，逆變功率模塊體積大和質(zhì)量過重造成拆裝不便，需借助專用的拆裝工具、工裝，多人共同協(xié)作才能完成拆裝。由于模塊的專用性及高度集成性，維護(hù)維修需專業(yè)人員進(jìn)行檢測及故障點確認(rèn)，耗時長，運(yùn)營成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的前述問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊，包括功率電路和輔助電路；所述功率電路和所述輔助電路均固定在散熱器上；所述功率電路包括驅(qū)動板和兩個開關(guān)元件，第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件分別與驅(qū)動板連接；所述功率電路的輸入端與直流母線的正負(fù)極相連，所述功率電路的輸出端連接負(fù)載；所述輔助電路包括電壓指示模塊、電源模塊及溫度傳感器。

優(yōu)選地，所述功率電路還包括電容，通過復(fù)合母排，所述電容分別與第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件連接。

優(yōu)選地，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件并排固定在所述散熱器上；所述驅(qū)動板固定在所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件上。

優(yōu)選地，散熱器表面設(shè)置有固定座，所述固定座上設(shè)置電容、定位銷和電連接接插件，所述定位銷和所述電連接接插件與所述接線盒對稱設(shè)置，所述電容、復(fù)合母排、所述開關(guān)元件和所述散熱器從上至下層疊設(shè)置；所述電連接接插件的一端連接復(fù)合母排，另一端作為所述模塊的對外電連接點。

更優(yōu)選地，所述固定座上還設(shè)置接線盒，所述電壓指示模塊和所述電源模塊設(shè)置在所述接線盒內(nèi)，所述溫度傳感器設(shè)置于散熱器上。

優(yōu)選地，復(fù)合母排是C型結(jié)構(gòu)，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件設(shè)置在C型結(jié)構(gòu)的底部，中間電容在C型結(jié)構(gòu)的A側(cè)面，電連接接插件在C型結(jié)構(gòu)的B側(cè)面。

優(yōu)選地，所述散熱器為熱管散熱器，所述散熱器上集成滑軌。

優(yōu)選地，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件均為IGBT，控制IGBT通斷的信號通過光纖傳輸。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明所述模塊的體積小，重量輕，整個重量小于40Kg，單人便可完成拆裝。

2.本發(fā)明所述模塊采用拔插式電連接，模塊的拆裝不需要專用的拆裝工具、工裝。

3.本發(fā)明所述模塊寬范圍供電，工業(yè)用光纖接口，適用于同電壓等級下的各種場合。

4.本發(fā)明所述模塊一致性好，同電壓等級下可通過模塊并聯(lián)實現(xiàn)不同功率等級的模塊。

5.本發(fā)明所述模塊散熱性好，設(shè)計選用熱管散熱器，溫升低。

6.本發(fā)明所述模塊自帶電壓指示模塊，任何情況下只要模塊電容電壓高于安全電壓，電壓指示燈即點亮。

7.本發(fā)明所述模塊集成溫度傳感器，向MCU提供模塊的實時溫度。

8.本發(fā)明所述模塊特殊的固定座設(shè)計，有良好的EMC性能，同時能夠有效的防止異物掉入模塊引起短路。

9.采用特殊的散熱器結(jié)構(gòu)，使本發(fā)明所述模塊無需額外安裝滑軌便可實現(xiàn)滑軌的功能。

10.采用定位銷和散熱器上的溝槽進(jìn)行定位，使本發(fā)明所述模塊定位準(zhǔn)確，拔插方便。

11.本發(fā)明所述模塊抗震設(shè)計，滿足礦山復(fù)雜路況。

本發(fā)明有效的解決了逆變功率模塊出現(xiàn)故障時維修困難問題，降低了維修時間，增加了整車的出勤率和平均無故障時間，帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益；采用拔插式結(jié)構(gòu)，單人便可完成模塊的更換工作，節(jié)約了人力成本；模塊小型化，單體化，便于不同功率等級系統(tǒng)集成；模塊提供了溫度接口及故障反饋，為MCU發(fā)出相應(yīng)的指令提供基準(zhǔn)。

附圖說明

圖1、圖2是非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊的結(jié)構(gòu)的主視圖；

圖2是圖1的左視圖；

圖3是本發(fā)明實例提供的模塊原理框圖；

圖4是本發(fā)明實例提供的散熱器滑軌示意圖；在散熱器周圍加工深度相同的淺槽，淺槽可卡在風(fēng)道上，防止在推拉模塊時發(fā)生偏離；

圖5模塊的安裝示意圖；

圖中，各符號的含義如下：

1散熱器，2固定座，3接線盒，4中間電容，5定位銷，6復(fù)合母排，7電連接接插件，8驅(qū)動板，9半導(dǎo)體開關(guān)元件，10溫度傳感器，11電壓指示模塊，12電源模塊。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例

參照圖1，定義圖1的右側(cè)為模塊的前側(cè)，左側(cè)為模塊的后側(cè)。

本發(fā)明所述模塊的電連接摒棄了已有方案的螺栓連接方式，設(shè)計并采用了新型的拔插式接插件，增大了電接觸面積，同時增強(qiáng)了抗振性能，由于未使用螺栓進(jìn)行電連接，維護(hù)人員不需要接觸高壓電即可把模塊拆下；模塊在拔插時采用定位銷和散熱器溝槽進(jìn)行定位；模塊集成了IGBT驅(qū)動、溫度傳感器，同時集成了中間電壓指示模塊，最大程度的降低了由于中間電容殘余電荷導(dǎo)致的觸電危險。

本實施例所述非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊，包括功率電路和輔助電路，其中功率電路為全橋電路中的一個橋臂，包括兩個半導(dǎo)體開關(guān)元件和驅(qū)動板，兩個半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成了橋臂的上開關(guān)管和下開關(guān)管，驅(qū)動板控制兩個半導(dǎo)體開關(guān)元件的開通與關(guān)斷，功率電路的輸入端與直流母線的正負(fù)極相連，功率電路的輸出端連接負(fù)載；輔助電路包括電壓指示模塊、電源模塊及溫度傳感器。電壓指示模塊用來指示中間電容的端電壓，低于36V時指示燈熄滅，36～2200V時指示燈點亮。

更詳細(xì)的解釋說明：

(一)功率電路還包括散熱器，半導(dǎo)體開關(guān)元件設(shè)置于散熱器上。

(二)功率電路還包括電容，電容和半導(dǎo)體開關(guān)元件之間通過復(fù)合母排連接，電容起到電壓支撐作用，防止直流母線電壓突變。

復(fù)合母排采用特殊設(shè)計的無感層疊式母排，減小半導(dǎo)體開關(guān)元件和電容間的線路電感，抑制了半導(dǎo)體開關(guān)元件關(guān)斷時的電壓尖峰和開通時的電流尖峰。

其中，復(fù)合母排的特殊設(shè)計說明：主要是根據(jù)半導(dǎo)體開關(guān)元件的位置，中間電容的位置以及電連接接插件的安裝位置進(jìn)行復(fù)合母排結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時根據(jù)軟件仿真對母排的結(jié)構(gòu)、開孔位置及開孔大小進(jìn)行了優(yōu)化。同時，由于復(fù)合母排是C型結(jié)構(gòu)，三個端面都有器件連接，為了減少母排的受力對母排中間的絕緣層粘接進(jìn)行了充分優(yōu)化，開關(guān)元件在C型結(jié)構(gòu)的底部，中間電容在C型結(jié)構(gòu)的A側(cè)面，電連接接插件在C型結(jié)構(gòu)的B側(cè)面。

所述電連接接插件通過四顆螺釘固定在散熱器表面設(shè)置的固定座上，其一端連接母排，另一端通過拔插的方式作為非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊對外的電連接點。

(三)散熱器表面設(shè)置有固定座，電容、定位銷和電連接接插件固定在固定座上。

設(shè)置有三個特殊設(shè)計的電連接接插件，電連接接插件一端連接復(fù)合母排，另一端通過拔插的方式作為非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊對外的電連接點。

其中，特殊設(shè)計的電連接接插件說明：本實施例考慮接插件的額定工作電流高達(dá)800安培，額定工作電壓為2000V AC/DC，且滿足IEC61373I類B級震動時仍能可靠的連接，聯(lián)合接插件生產(chǎn)廠家對此接插件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計。

(四)溫度傳感器設(shè)置于散熱器上，用來檢測模塊的溫度，為MCU提供溫度參考。

說明：溫度傳感器為附圖1中的項10，嵌入在散熱器上，為PT100溫度傳感器，其輸出直接接到了接線盒的對外插座上，是模塊的重要組成部分，其為MCU提供溫度參考，當(dāng)MCU采集到的模塊溫度達(dá)到過溫保護(hù)限值時執(zhí)行相應(yīng)的操作，保護(hù)模塊不受損壞。

(五)固定座上設(shè)置有一個接線盒，接線盒內(nèi)設(shè)置有電源模塊和電壓指示模塊。

所述電壓指示模塊設(shè)置于接線盒內(nèi)，用來指示中間電容的電壓，其輸入端連接到了電容的兩端，輸出端為一個高壓指示燈。所述電源模塊也設(shè)置于接線盒內(nèi)，為半導(dǎo)體開關(guān)元件提供穩(wěn)定的直流電源。所述電壓指示模塊與所述電源模塊在接線盒中的位置如圖2中11和12所示。所述溫度傳感器設(shè)置于散熱器上，如圖1中的10，所述溫度傳感器的接線連接到了接線盒的接線端子上。

散熱器、半導(dǎo)體開關(guān)元件、復(fù)合母排和電容為從下至上層疊設(shè)置；電連接接插件和定位銷設(shè)置于模塊的前側(cè)；接線盒設(shè)置于模塊的后側(cè)；散熱器上集成滑軌。

說明：散熱器選用熱管散熱器；半導(dǎo)體開關(guān)元件選用IGBT；IGBT型號為5SNA1500E330305，驅(qū)動板型號為1SP0635V2M1，溫度傳感器采用PT100。

本實施例中，MCU為主控制單元，負(fù)責(zé)牽引傳動控制。MCU與驅(qū)動板通過工業(yè)用光纖相連，提高抗干擾能力。

模塊驅(qū)動板接收MCU發(fā)出的光脈沖控制信號，控制半導(dǎo)體開關(guān)元件的通斷，從而改變輸出電壓。同時當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)元件出現(xiàn)故障時驅(qū)動板也可將故障信號傳送給MCU。

半導(dǎo)體開關(guān)元件在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱，普通風(fēng)冷散熱器單位體積散熱量小，不能滿足本實例要求，設(shè)計選用了熱管式散熱器，并對散熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，達(dá)到了設(shè)計要求。

通過采用本發(fā)明公開的上述技術(shù)方案，得到了如下有益的效果：

本發(fā)明有效的解決了逆變功率模塊出現(xiàn)故障時維修困難問題，降低了維修時間，增加了整車的出勤率和平均無故障時間，帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益；采用拔插式結(jié)構(gòu)，單人便可完成模塊的更換工作，節(jié)約了人力成本。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。