本發(fā)明涉及牽引變流裝置，具體為基于高兼容功率單元的牽引變流裝置。
背景技術(shù)：
igbt（絕緣柵雙極型晶體管）是由bjt(雙極型三極管)和mos(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有mosfet的高輸入阻抗和gtr的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。gtr飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；mosfet驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。igbt綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低，非常適合應(yīng)用于直流電壓為600v及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。隨著交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，采用大功率igbt為開(kāi)關(guān)元件的變流器應(yīng)用日益廣泛，為了方便主電路的維護(hù)，將一種主電路的多個(gè)igbt器件進(jìn)行安裝集成，形成功率模塊單元，根據(jù)主電路功能、容量的不同，功率單元的接線及部件布局結(jié)構(gòu)，散熱方式也發(fā)生變化，使功率單元的在性能方面有不同的體現(xiàn)。
目前現(xiàn)有的采用多個(gè)igbt器件進(jìn)行安裝集成，形成的功率單元具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但連接端子多，造成設(shè)計(jì)成本和故障隱患點(diǎn)增加，功能單元的專(zhuān)用定制化，導(dǎo)致功率單元功能單一不具有兼容性和通用性，且種類(lèi)增加，不但造成功率單元生產(chǎn)和試驗(yàn)工裝的增加，而且造成變流裝置內(nèi)部連接部件和備品備件的種類(lèi)增加，經(jīng)濟(jì)成本過(guò)大。因此，研發(fā)一種能夠采用不同接線布局方式實(shí)現(xiàn)多種功能的高兼容功率單元的牽引變流裝置是十分有必要的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決現(xiàn)有功率模塊單元功能單一、互相不能兼容、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、備件經(jīng)濟(jì)成本大的問(wèn)題，提供一種基于高兼容功率單元的牽引變流裝置。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：基于高兼容功率單元的牽引變流裝置，包括兩個(gè)分別由四路半橋電路兩端并聯(lián)構(gòu)成的功率單元、輸入端外圍電路、中部外圍電路、斬波電阻、輸出端外圍電路；左側(cè)的（如圖1所示）所述功率單元由第一半橋電路、第二半橋電路、第三半橋電路、第四半橋電路兩端并聯(lián)構(gòu)成（如圖1由左至右依次為第一、第二、第三、第四半橋電路）；所述第一半橋電路、第二半橋電路的中間點(diǎn)并聯(lián)后與第一電阻的一端連接，所述第一電阻的另一端連接第一開(kāi)關(guān)后與第一輸入端連接，所述第一電阻的一端與第一輸入端之間還并聯(lián)有第二開(kāi)關(guān)；所述第三半橋電路、第四半橋電路的中間點(diǎn)并聯(lián)后與第一電流傳感器一端連接，所述第一電流傳感器的另一端與第二輸入端連接；所述中部外圍電路由分別與左側(cè)的功率單元、右側(cè)的功率單元兩端并聯(lián)的第一并聯(lián)支路、第二并聯(lián)支路、第三并聯(lián)支路構(gòu)成，所述第一并聯(lián)支路由第二電阻和第一電容并聯(lián)構(gòu)成，所述第二并聯(lián)支路由第一電壓傳感器構(gòu)成，所述第三并聯(lián)支路由串聯(lián)的第三電阻、第四電阻，及依次并聯(lián)于第四電阻兩端的第二電容和第二電壓傳感器構(gòu)成，所述第三電阻與第四電阻的連接端與地連接；右側(cè)的所述功率單元由第五半橋電路、第六半橋電路、第七半橋電路、第八半橋電路兩端并聯(lián)構(gòu)成（如圖1由右至左依次為第八、第七、第六、第五半橋電路）；所述第五半橋電路中間點(diǎn)與第五半橋下管并聯(lián)有斬波電阻；所述輸出端外圍電路由第一輸出端外圍電路、第二輸出端外圍電路、第三輸出端外圍電路構(gòu)成，所述第一輸出端外圍電路一端與第六半橋電路中間點(diǎn)連接，經(jīng)第二電流傳感器后與u輸出端連接，所述第二輸出端外圍電路一端與第七半橋電路中間點(diǎn)連接，另一端與v輸出端連接，所述第三輸出端外圍電路一端與第八半橋電路中間點(diǎn)連接，經(jīng)第三電流傳感器后與w輸出端連接。左側(cè)的功率單元由四路相同的半橋電路并聯(lián)構(gòu)成，功率單元通過(guò)輸入端外圍電路裝配于輸入端，通過(guò)兩路半橋并聯(lián)應(yīng)用構(gòu)成四象限整流用功率單元。右側(cè)的功率單元通過(guò)輸出端外圍電路裝配于輸出端，應(yīng)用其中三路半橋構(gòu)成逆變單元，剩余一路半橋與斬波電阻構(gòu)成斬波單元。通過(guò)不同的外圍電路連接方式，使標(biāo)準(zhǔn)化的功率單元模塊實(shí)現(xiàn)整流、逆變斬波功能，同時(shí)解決了igbt并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)同步性、并聯(lián)均流、功率單元電氣接口的通用性問(wèn)題。本發(fā)明將控制系統(tǒng)發(fā)出同一信號(hào)分為路徑相同的兩路信號(hào)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的兩支igbt工作，保障了驅(qū)動(dòng)信號(hào)的同步性。依據(jù)4路半橋結(jié)構(gòu)，功率單元復(fù)合母排直流與交流支路設(shè)計(jì)需考慮兩兩并聯(lián)的動(dòng)態(tài)均流特性，保證任意兩路并聯(lián)具有相近的靜態(tài)阻值和動(dòng)態(tài)電感值。并聯(lián)支路交流支路路徑設(shè)置相同，保證并聯(lián)兩個(gè)交流支路電感相同，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)雙管電流爬升速度同步。igbt并聯(lián)通過(guò)外部短接實(shí)現(xiàn)，保證了功率單元對(duì)外高壓交流接口獨(dú)立，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高壓接口的統(tǒng)一。低壓信號(hào)全部連接，當(dāng)斬波支路使用時(shí)，下管不提供低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)低壓信號(hào)的通用性。
動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組是中車(chē)集團(tuán)公司自主研發(fā)的重點(diǎn)項(xiàng)目，該機(jī)車(chē)要求輕量化設(shè)計(jì)，變流器作為機(jī)車(chē)的一個(gè)重要電器部件，主框架采用了鋁型材進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足整車(chē)的輕量化設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明在具體應(yīng)用時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)化的功率單元模塊可減少功率單元研發(fā)數(shù)量，大大縮短設(shè)計(jì)周期；減少變流裝置內(nèi)部部件種類(lèi)；實(shí)現(xiàn)了功率單元、電氣接口的簡(jiǎn)統(tǒng)化。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明電路原理圖。
具體實(shí)施方式
基于高兼容功率單元的牽引變流裝置，包括兩個(gè)分別由四路半橋電路兩端并聯(lián)構(gòu)成的功率單元、輸入端外圍電路、中部外圍電路、斬波電阻、輸出端外圍電路；左側(cè)的所述功率單元由第一半橋電路、第二半橋電路、第三半橋電路、第四半橋電路兩端并聯(lián)構(gòu)成；所述第一半橋電路、第二半橋電路的中間點(diǎn)并聯(lián)后與第一電阻的一端連接，所述第一電阻的另一端連接第一開(kāi)關(guān)后與第一輸入端連接，所述第一電阻的一端與第一輸入端之間還并聯(lián)有第二開(kāi)關(guān)；所述第三半橋電路、第四半橋電路的中間點(diǎn)并聯(lián)后與第一電流傳感器一端連接，所述第一電流傳感器的另一端與第二輸入端連接；所述中部外圍電路由分別與左側(cè)的功率單元、右側(cè)的功率單元兩端并聯(lián)的第一并聯(lián)支路、第二并聯(lián)支路、第三并聯(lián)支路構(gòu)成，所述第一并聯(lián)支路由第二電阻和第一電容并聯(lián)構(gòu)成，所述第二并聯(lián)支路由第一電壓傳感器構(gòu)成，所述第三并聯(lián)支路由串聯(lián)的第三電阻、第四電阻，及依次并聯(lián)于第四電阻兩端的第二電容和第二電壓傳感器構(gòu)成，所述第三電阻與第四電阻的連接端與地連接；右側(cè)的所述功率單元由第五半橋電路、第六半橋電路、第七半橋電路、第八半橋電路兩端并聯(lián)構(gòu)成；所述第五半橋電路中間點(diǎn)與第五半橋下管并聯(lián)有斬波電阻；所述輸出端外圍電路由第一輸出端外圍電路、第二輸出端外圍電路、第三輸出端外圍電路構(gòu)成，所述第一輸出端外圍電路一端與第六半橋電路中間點(diǎn)連接，經(jīng)第二電流傳感器后與u輸出端連接，所述第二輸出端外圍電路一端與第七半橋電路中間點(diǎn)連接，另一端與v輸出端連接，所述第三輸出端外圍電路一端與第八半橋電路中間點(diǎn)連接，經(jīng)第三電流傳感器后與w輸出端連接。
所述功率單元通用于整流器和逆變斬波器。所述基于高兼容功率單元的牽引變流裝置適用于大功率交-直-交牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)。
需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例對(duì)于主電路拓?fù)洳蛔鎏貏e限制，即左側(cè)的功率單元和右側(cè)的功率單元數(shù)量不做限制，由主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定。