和谐型电力机车功率模块应用

1、和谐型电力机车功率模块应用 2012年8月 和谐型电力机车功率模块应用 永济新时速 2012年8月 目 录 功率模块的基本作用、组成及分类 功率模块应用环境条件及标准 HXD2B电力机车牵引功率模块 HXD2B电力机车辅助功率模块 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 新八轴电力机车牵引功率模块 新八轴电力机车辅助功率模块 功率模块维修维护 功率模块技术问题探讨 功率模块的作用 有利于变流器系列化 有利于变流器简统设计 有利于变流器批量生产 有利于变流器维修 有利于提高变流器质量 功率模块的基本组成 功率开关元件（GTO、IGBT等） 功率开关元件驱动电路（驱动、保护、 隔离） 过电压吸收电路

2、 低电感复合母排 冷却单元（水冷基板、风冷散热器） 对外接口（电接口、水接口） 温度保护 功率模块的基本分类 1、按安装方式 2、按冷却方式分类 3、按电压等级分类 4、按电路结构分类 按安装方式分类 l抽屉式（螺栓连接） l插拔式（快速连接） l固定小单元式（单元件） 按冷却方式分类 l型材冷却(自然冷却、强迫风冷) l热管冷却(直管冷却、环型冷却) l油循环冷却(变压器油、硅油) l水循环冷却(纯洁水+乙二醇) l沸腾冷却(全氟化冷却液FC72) 按电压等级分类 l 中间电压690V-1050V（应用1700V/1200A-2400A 功率器件） l 中间电压1500V-1800V（应用3

3、300V功率器件） l 中间电压2500V-3000V（应用4500V功率器件） l 中间电压3200V-4400V（应用6500V功率器件） 按电路结构分类 l单桥臂电路（高压大功率） l双桥臂电路（高压大功率） l三桥臂电路（中等功率、中压） l多桥臂电路（低压小功率） l混合电路（低压小功率） 电压、功率及冷却方式分类选择 应用环境条件应用环境条件 海拔高度 不超过2500m。 环境温度 机车外界环境温度为-40+40，变流 柜内部空气温度为-25+55，最大存储 温度：-40+85。 应用环境条件应用环境条件 相对湿度 该月平均最大相对湿度不大于95（该月 平均最低温度为25）。 冲击

4、和振动 能够抵挡GB/T 21563-2008中I类B级规定 的机械应力而不会受到损坏。 安装条件 安装在能防止风、沙、雨、雪直接侵袭、 散热好的箱体内。 参考标准参考标准 GB/T25122.1-2010轨道交通 机车车辆用 电力变流器 第1部分：特性和试验方法 GB/T25119-2010轨道交通 机车车辆电子 装置 HXD2B电力机车牵引功率模块 一、概述 HXD2B电力机车牵引功率模块包括四象限 功率模块、四象限及斩波功率模块两种，每台 机车包括三台牵引变流柜，每柜包括两套牵引 电路，每套电路包括四象限模块两个及四象限 斩波模块一个，实现交直交变换，将输入的 AC2100V整流为DC3

5、775V再进行逆变后，变换为 三相变频输出，为牵引电机供电。 HXD2B电力机车牵引功率模块 一、概述 牵引变流柜在机车上的布局如下图（黄颜色部 分）： HXD2B电力机车牵引功率模块 一、概述 各个功率模块在牵引变流柜中的安装情况 如下图所示： 1 ONIX233XHP 2 ONIX233XHP-1R 3 ONIX233XHP HXD2B电力机车牵引功率模块 二、四象限功率模块介绍 主要技术参数 额定输入电压AC 2100V 额定输入电流987 A rms 额定输入频率50Hz 额定输出电压DC 3775V 每个桥臂IGBT并联数2 IGBT数量及冷却方式8个，水冷 外形尺寸680mm370

6、mm305mm （长宽高） 重量50.53kg 主电路结构及工作原理 系统由TCU发出控制信号，控制开 关器件IGBT的导通与关断，将单相交流 2100V整流成DC3600V/DC3775V，为后续 的逆变电路供电。 HXD2B电力机车牵引功率模块 二、四象限功率模块介绍 HXD2B电力机车牵引功率模块 二、四象限功率模块介绍 模块结构 模块采用水循环冷却方式，冷却液为 50%水和50%乙二醇混合液体，水循环系统 与变流器共用。模块以水冷基板为中心向 两侧安装部件，水冷基板上安装有进、出 水接口以及机械定位销，水接口采用快速 水连接器，插拔方便，机械定位销供模块 安装到变流器时定位、支撑使用。

7、 HXD2B电力机车牵引功率模块 二、四象限功率模块介绍 模块结构 水冷基板双面安装8个IGBT器件，交 直母排采用低电感、层叠式复合母排，取 消了吸收电路，使装置结构紧凑、重量轻、 体积小，而且达到了抑制IGBT关断时产生 尖峰过电压的目的。 HXD2B电力机车牵引功率模块 二、四象限功率模块介绍 模块结构 支撑框架作为骨架，固定在水冷基板上， 对IGBT和复合母排起到保护作用。框架上还安 装了两个低压连接器和电子配置板，低压连接 器负责在TCU和驱动控制板之间进行信号传递， 配置板上针对不同厂家IGBT设置了 门极开关 电阻，保证每个IGBT都工作在最佳状态，同时 对IGBT工作状态进行监

8、测反馈。 HXD2B电力机车牵引功率模块 二、四象限功率模块介绍 模块结构 框架外共安装4块驱动控制线路板，从TCU 得到控制信号后，在合适时间驱动IGBT，完 成功率变换。 HXD2B电力机车牵引功率模块 二、四象限功率模块介绍 HXD2B电力机车牵引功率模块 二、四象限功率模块介绍 模块结构 HXD2B电力机车牵引功率模块 二、四象限功率模块介绍 模块结构 HXD2B电力机车牵引功率模块 二、四象限功率模块介绍 对外接口 u机械接口 通过1个M8的长螺杆固定在变流柜上。 u电气接口-主电路电气接口 模块对外功率连接端子，包括DC、DC 和AC、AC，AC、AC为交流 输入端子，采用复合母排

9、与变流柜主电路连接；DC 、DC为直流输出端子，采用快速电连接器 与变流柜主电路连接。 HXD2B电力机车牵引功率模块 二、四象限功率模块介绍 电气接口-控制电路电气接口 模块的控制信号包括电源、 IGBT驱动信号、反馈信号等，采用 两个18芯连接器对外与变流柜的TCU 连接。 HXD2B电力机车牵引功率模块 二、四象限功率模块介绍 HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 主要技术参数 额定输入电压DC 3775V 额定输出电压3 AC 2945 V 额定输出电流390 A rms） 每个桥臂IGBT并联数2 IGBT数量及冷却方式6个，水冷 外形尺寸 680mm370mm

10、305mm（长宽 高） 重量503kg 主电路结构及工作原理 系统由TCU发出控制信号，控制开 关器件IGBT的导通与关断，将单相交流 2100V整流成DC3600，为后续的逆变电 路供电。 HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 此模块包括一个双管并联的桥臂和 一个斩波制动桥臂，并联的桥臂可以作 为整流电路的一个桥臂，也可以作为逆 变电路的一个桥臂。TCU发出控制信号， 控制开关器件IGBT的导通与关断，实现 功率变换。 HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 模块结构 模块采用水循环冷却方式

11、，冷却液为 50%水和50%乙二醇混合液体，水循环系统 与变流器共用。模块以水冷基板为中心向 两侧安装部件，水冷基板上安装有进、出 水接口以及机械定位销，水接口采用快速 水连接器，插拔方便，机械定位销供模块 安装到变流器时定位、支撑使用。 HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 模块结构 水冷基板双面安装6个IGBT器件， 交直母排采用低电感、层叠式复合母排， 取消了吸收电路，使装置结构紧凑、重 量轻、体积小，而且达到了抑制IGBT关 断时产生尖峰过电压的目的。 HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 模块结构 支撑框架作为骨架，固定在水冷基板上， 对I

12、GBT和复合母排起到保护作用。框架上 还安装了两个低压连接器和电子配置板， 低压连接器负责在TCU和驱动控制板之间进 行信号传递，配置板上针对不同厂家IGBT 设置了 门极开、关电阻，保证每个IGBT都 工作在最佳状态，同时对IGBT工作状态进 行监测反馈。 HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 模块结构 框架外共安装3块驱动控制线路板，从 TCU得到控制信号后，在合适时间驱动IGBT， 完成功率变换。 HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 模块结构 HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象

13、限斩波功率模块介绍 模块结构 HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 对外接口 u机械接口 通过1个M8的长螺杆固定在变流柜上。 u电气接口-主电路电气接口 模块对外功率连接端子，包括DC、DC 和L。DC、DC为直流输入/输出端子， 采用快速电连接器与变流柜主电路连接。L为桥臂 中间连接端子，采用复合母排与变流柜主电路连接； HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 电气接口-控制电路电气接口 模块的控制信号包括电源、IGBT驱动信 号、反馈信号等，采用两个18芯连接器对 外与变流柜的TCU连接。 HXD2B电力机车牵引功率模块 三、四象限斩波功率模块介

14、绍 HXD2B电力机车辅助功率模块 一、概述 辅助变流器的输入为DC3600V，经辅助 逆变模块、充电机模块、二极管模块等功率 电路变换后，为列车辅助系统负载供电，辅 助负载包括3相400V恒频及变频负载、直流 110V负载等。 HXD2B电力机车辅助功率模块 一、概述 HXD2B电力机车辅助功率模块 一、概述 各个功率模块在辅助变流柜中的安装情 况如下图所示： HXD2B电力机车辅助功率模块 二、辅助功率模块介绍 主要技术参数 输入参数输入参数 额定输入电压3775 VDC 工作电压范围20004000 VDC 输出参数输出参数 输出基波线电压有效值 三相400VAC5% 基波电压频率50H

15、z 2% 额定功率（两个模块都工作时）110kVA cos 0.93 HXD2B电力机车辅助功率模块 二、辅助功率模块介绍 永久降级额定功率（一个模块工作在应急状态时）： 150kVA cos 0.93 非永久降级额定功率（1h）（一个模块工作在应急状 态时）:160kVA cos 0.93 额定瞬时视在功率（最长5秒，20次/小时）： 260kVA cos 0.63 电压总谐波失真率THD8% 额定条件下的效率90% HXD2B电力机车辅助功率模块 二、辅助功率模块介绍 额定条件下的效率 90% 热保护双金属盘式温控器 外形尺寸: 639.4474.8470.5（mm） 重量44.3kg5%

16、 HXD2B电力机车辅助功率模块 二、辅助功率模块介绍 主电路结构和工作原理 HXD2B电力机车辅助功率模块 二、辅助功率模块介绍 主电路结构和工作原理 系统由ACU发出控制信号，控制开关器件 IGBT的导通与关断，将直流3600V逆变成交流 电，再通过三相变压器降压后，得到3相400V 的交流电，为三相负载。配置板完成IGBT的 过流保护，驱动控制电路板完成IGBT关断控 制和保护功能，为热敏开关，完成模块的 过热保护。 HXD2B电力机车辅助功率模块 二、辅助功率模块介绍 模块结构 模块采用强迫通风冷却，IGBT器件安装 在风冷散热器的散热面上，通过母排和吸 收电容按电路结构相连，驱动电路

17、安装在 模块最上层盖板上，并可通过转轴翻转 90打开，整个结构有框架盖板保护，安 全可靠，配件更换维护方便。 HXD2B电力机车辅助功率模块 二、辅助功率模块介绍 对外接口 u机械接口 通过4个M8的长螺杆固定在辅助变流柜上。 u电气接口-主电路电气接口 模块对外功率连接端子,在模块侧为铜排，变流 柜内为电缆，端子包括DC、DC、R 、 S、T共5个连接端子。 HXD2B电力机车辅助功率模块 二、辅助功率模块介绍 电气接口-控制电路电气接口 模块的控制信号包括电源、IGBT驱动 信号、反馈信号等，采用一个18芯连接器 对外与变流柜（ACU）连接。 HXD2B电力机车辅助功率模块 二、辅助功率模

18、块介绍 电气接口-模块的温度保护开关接口 模块的温度保护开关信号，通过一个 芯连接器与变流柜的ACU连接，将模块的温 度状况（是否超温）报告给变流柜。 HXD2B电力机车辅助功率模块 二、辅助功率模块介绍 HXD2B电力机车辅助功率模块 三、充电机功率模块介绍 主要技术参数 额定输入电压 三相400VAC5% 额定输入频率 50Hz2 额定输出功率 12.5kW 额定输出电压 110V DC 最大输出电流 115A 额定输出效率 90% 热保护 双金属盘式温控器 外形尺寸 370368293（mm） 重量 约16kg 温度补偿 -3 mV / K HXD2B电力机车辅助功率模块 三、充电机功率

19、模块介绍 主电路结构和工作原理 Is Us UE IE IL0 URED HXD2B电力机车辅助功率模块 三、充电机功率模块介绍 主电路结构和工作原理 充电机功率模块在辅助控制单元的控制下， 将辅助变流器产生的400V 50Hz交流电压经过 三相整流桥整流为脉动直流，然后经过斩波 电路将其变换为可调的高频交流电压，最后 经过高频变压器隔离降压，由二极管整流和 滤波后输出110V直流电压，给蓄电池和110V 机车负载供电。 HXD2B电力机车辅助功率模块 三、充电机功率模块介绍 主电路结构和工作原理 注：变压器、直流续流电感和输出滤波电容 不包括在该模块中。 HXD2B电力机车辅助功率模块 三、

20、充电机功率模块介绍 模块结构 模块采用强迫通风冷却，IGBT器件，放 电电阻以及二极管都安装在风冷散热器的 散热面上，通过复合母排和输入电容按电 路结构相连，驱动电路安装在模块上层， 有框架盖板保护，安全可靠。整个模块层 叠组装，结构紧凑，便于更换维护。 HXD2B电力机车辅助功率模块 三、充电机功率模块介绍 模块结构 对外接口 u机械接口 通过4个M837的螺栓固定在辅助变流柜上。 u电气接口-主电路电气接口 模块对外功率连接端子,在模块侧为铜排，变 流柜内为电缆，端子包括1、2、3 、 ALT、+、M共7个连接端子。 HXD2B电力机车辅助功率模块 三、充电机功率模块介绍 电气接口-控制电

21、路电气接口 模块的控制信号包括电源、IGBT驱动信 号、反馈信号等，采用一个12芯连接器对 外与变流柜（ACU）连接。 HXD2B电力机车辅助功率模块 三、充电机功率模块介绍 电气接口-模块的温度保护开关接口 模块的温度保护开关信号，通过一个 芯连接器与变流柜的ACU连接，将模块的温 度状况（是否超温）报告给变流柜。 HXD2B电力机车辅助功率模块 三、充电机功率模块介绍 HXD2B电力机车辅助功率模块 四、二极管功率模块介绍 主要技术参数 额定输入电压110V DC 额定输出功率12.5kW 最大输出电流115A 外形尺寸 370379.5209.4（mm） 重量约11kg HXD2B电力机

22、车辅助功率模块 四、二极管功率模块介绍 主电路结构和工作原理 HXD2B电力机车辅助功率模块 四、二极管功率模块介绍 主电路结构和工作原理 二极管功率模块主要用于连接机车上 2个蓄电池充电模块的直流输出，完成两 路直流供电的隔离。 HXD2B电力机车辅助功率模块 四、二极管功率模块介绍 模块结构 该模块采用强迫通风冷却，结构较为简 单。风冷散热器的散热面上只安装有一个 功率二极管，顶部有框架盖板保护，安全 可靠。整个模块层叠组装，结构紧凑，便 于更换维护。 HXD2B电力机车辅助功率模块 四、二极管功率模块介绍 模块结构 对外接口 u 机械接口 通过4个M837的螺栓固定在辅助变流柜上。 u

23、电气接口-主电路电气接口 模块对外功率连接端子,在模块侧为铜 排，变流柜内为电缆，端子包括A和K 共2个连接端子。 HXD2B电力机车辅助功率模块 四、二极管功率模块介绍 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 一、概述 HXD2C电力机车变流柜中包括牵引功率模块和 辅助逆变功率模块两种。其中牵引功率模块包括牵 引四象限功率模块、牵引四象限斩波功率模块、牵 引逆变功率模块，用来实现交直交变换，将输入的 AC1471V整流为DC2800V再进行逆变后，变换为三相 变频输出，为牵引电机供电。而辅助逆变功率模块 的作用是进行功率变换，将输入的直流2800V电压， 变换为50Hz的三相1295V交流电。

24、功率模块输出后， 再经过机车辅助滤波柜中的变压器降压后，为机车 辅助供电系统提供三相380V的交流电压。 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 一、概述 各个功率模块在变流柜中的安装情况如下图 所示： HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 二、四象限功率模块介绍 主要技术参数 IGBT电压等级4500V IGBT工作频率450Hz 额定输入电压AC 1471V 额定输入电流AC 1420A 网压22.5KV时输入电流AC 1577A 限流值AC 2900A 额定输出电压DC 2800V HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 二、四象限功率模块介绍 主要技术参数 每个桥臂IGBT并联数2 IGB

25、T数量及冷却方式4个/水冷 正常工作环境温度-2540 重量 约61kg 尺寸（hlw） 556mm 667mm217.5mm 主电路结构及工作原理 系统由TCU发出控制信号，控制开 关器件IGBT的导通与关断，将单相交流 1471V整流成DC2800V，为后续的逆变电 路供电。 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 二、四象限功率模块介绍 主电路结构及工作原理 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 二、四象限功率模块介绍 模块结构 模块采用循环水冷却方式。IGBT器件 安装在水冷散热基板上，冷却液为水与乙 醇的混合溶液，水循环系统一般与变流器 共用。模块内部交直流母排要求采用低电 感复合母排

26、，电感值小于50nH,以降低IGBT 换相过电压，直流回路上设置了电容吸收 回路，实现IGBT过压尖峰吸收，设置了 IGBT过载、短路保护，使IGBT安全运行。 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 二、四象限功率模块介绍 模块结构 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 二、四象限功率模块介绍 对外接口 u机械接口 通过2个19X24长圆孔，固定在变流柜上。 u电气接口-主电路电气接口 模块对外功率连接端子，在模块侧为复合母排， 变流柜内为铜排，端子包括 S1、S2、S3 、 S4、S5、S6、S7共7个连接端子。 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 二、四象限功率模块介绍 电气接口-控制电

27、路电气接口 模块的控制信号包括电源、IGBT驱动信 号、反馈信号等，采用两个37芯连接器对 外与变流柜的TCU连接。 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 二、四象限功率模块介绍 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 主要技术参数 IGBT电压等级 4500V 额定输入电压 AC 1471V 额定输出电压 DC 2800V 额定输出电流 AC 1420A 最大输出电流 AC 2900A 冷却方式 强迫水冷 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 主要技术参数 更换时间30min 开关频率450Hz 重量 64.5kG 尺寸（高深厚） 556

28、mm 667mm217.5mm 主电路结构及工作原理 此模块包括一个双管并联的桥臂和一个斩 波制动桥臂，并联的桥臂可以作为整流电路的 一个桥臂，也可以作为逆变电路的一个桥臂。 TCU发出控制信号，控制开关器件IGBT的导通 与关断，实现功率变换。 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 主电路结构及工作原理 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 模块结构 模块采用循环水冷却方式。IGBT器件安装在 水冷散热基板上，冷却液为55%水+45%水与乙醇的 混合溶液，水循环系统一般与变流器共用。模块 内部交直流母排要求采用低电感复合母排，电感 值小

29、于50nH,以降低IGBT换相过电压，直流回路上 设置了电容吸收回路，实现IGBT过压尖峰吸收， 设置了IGBT过载、短路保护，使IGBT安全运行。 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 模块结构 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 三、四象限斩波功率模块介绍 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 四、牵引逆变功率模块介绍 主要技术参数 IGBT电压等级4500V 额定输入电压 DC2800V 额定输出电压 AC2150V/50Hz/3P 额定输出电流390A（rms） 最大输出电流520A(rms) HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 四、牵引逆变功率模块介绍

30、 主要技术参数 冷却方式强迫水冷 更换时间30min 开关频率550Hz 重量 67.5kG 尺寸 556mm 667mm217.5mm 主电路结构及工作原理 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 四、牵引逆变功率模块介绍 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 五、辅助逆变功率模块介绍 主要技术参数 IGBT电压等级4500V 额定输入电压DC2800V 额定输出电压AC1295V/50Hz/3P 额定输出电流105A(rms) 最大输出电流200A(rms) HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 五、辅助逆变功率模块介绍 主要技术参数 冷却方式强迫水冷 更换时间30min 开关频率1000H

31、z 重量（参考）63kG 尺寸 556mm 667mm217.5mm 主电路结构及工作原理 辅助变流器的控制单元ACU为辅助功率模块 的驱动保护电路提供电源，并发出IGBT驱动信号， 所有相关低压信号通过模块对外的37芯连接器X1 接入，经过低压线束将其分配至六路15芯的连接 器，再通过电源隔离变换和驱动信号的光电转换 后，驱动三相逆变桥臂的六个IGBT，控制其导通 与关断，从而完成功率变换，电容C1完成IGBT关 断过电压的吸收，R1用于吸收电容的放电。 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 五、辅助逆变功率模块介绍 主电路结构及工作原理 HXD2C电力机车牵引、辅助功率模块 五、辅助逆变功

32、率模块介绍 新八轴电力机车牵引功率模块 一、概述 新八轴电力机车牵引功率模块包括四象 限功率模块、四象限斩波功率模块、逆变功 率模块三种，每台机车包括四个牵引变流柜， 每柜包括两套牵引电路，每套电路包括三种 功率模块各一个，实现交直交变换，将输入 的AC950V整流为DC1800V再进行逆变后，变 换为三相变频输出，为牵引电机供电。 新八轴电力机车牵引功率模块 一、概述 机车牵引系统主电路如下图： 新八轴电力机车牵引功率模块 二、四象限、四象限斩波功率模块介绍 主要技术参数 IGBT电压等级3300V 额定输入电压AC 950V 额定输出电压DC 1800V 额定输入电流AC 1640A 最大

33、输入电流AC 1820A 主要技术参数 冷却方式强迫水冷 更换时间 30min 开关频率550Hz 重量 54kG 尺寸 545mm668mm180mm 新八轴电力机车牵引功率模块 二、四象限、四象限斩波功率模块介绍 新八轴电力机车牵引功率模块 三、牵引逆变功率模块介绍 主要技术参数 IGBT电压等级3300V 额定输入电压DC 1800V 额定输出电压三相 AC 1390V 额定输出电流620A 额定输出频率76Hz 重量 58kG 新八轴电力机车辅助功率模块 一、概述 辅助变流器的输入为DC1800V，经降压 斩波模块、过压抑制模块、三相逆变模块、 充电机模块、二极管模块等功率电路变换后，

34、 为列车辅助系统负载供电，辅助负载包括3 相380V恒频及变频负载、直流110V负载等。 新八轴电力机车辅助功率模块 一、概述 主电路原理如下图所示： 新八轴电力机车辅助功率模块 一、概述 降压斩波模块是将输入的DC1800V斩波降压 为DC545V，为后续的三相逆变器及充电机供 电； 过压抑制模块用来抑制中间回路直流电压 （DC545V）的过压情况，为后续电路（逆变 器，充电器）提供保护； 新八轴电力机车辅助功率模块 一、概述 三相逆变模块将DC545V逆变为三相AC380V， 输出有恒压恒频和变压变频两种模式。 充电机模块将DC545V逆变然后整流成110V的 直流电，为控制系统和蓄电池供

35、电。 新八轴电力机车辅助功率模块 一、概述 二极管模块用来实现同一台机车的两个充电 机输出之间的隔离。 每个辅助变流柜中配备两个降压斩波模块、 两个过压抑制模块、两个三相逆变模块、一 个充电机模块和一个二极管模块。 新八轴电力机车辅助功率模块 一、概述 模块在辅变柜中的安装位置见下图 降压斩波 模块 三相逆变 模块 充电机模 块 二极管模 块 电压抑制 模块 新八轴电力机车辅助功率模块 二、降压斩波功率模块介绍降压斩波功率模块介绍 主要技术参数主要技术参数 额定输入电压 DC1800V 额定输出电压 DC545V 额定输出电流 275A 最大输出电流 350A 斩波频率 约600Hz IGBT

36、 1200A/3300V 续流二极管参数 800A /3300V 重量（max）： 约25kG 尺寸： 约527 327329 mm 新八轴电力机车辅助功率模块 二、降压斩波功率模块介绍 主电路结构及工作原理 系统由ACU发出控制信号，控制斩波开关器 件IGBT的导通与关断，将直流1800V斩成 600Hz的脉冲波，再通过中间电路中的平波 电抗器和电容器的滤波后，得到稳定的直 流电压DC545V，为三相辅助逆变器提供电 源。配置板完成IGBT的过流保护，驱动控 制电路板完成IGBT关断控制和保护功能， 为热敏开关，完成模块的过热保护。 新八轴电力机车辅助功率模块 二、降压斩波功率模块介绍 新八

37、轴电力机车辅助功率模块 二、降压斩波功率模块介绍 模块结构 辅助降压斩波功率模块如下图 所示，由框架、风冷散热器、滤波 电容、IGBT、二极管、电路板组件、 低感复合母排、绝缘件、输出端子 等部分组成。整个结构紧凑、更换 维护方便。 新八轴电力机车辅助功率模块 二、降压斩波功率模块介绍 模块结构 对外接口 u机械接口 通过6个M837的特制螺栓固定在辅助变流柜上。 u电气接口-主电路电气接口 输出端子实现对外电气连接，包括、 - 、OUT共3个连接端子，模块内部与端子排采 用M14螺栓连接，模块与变流柜采用14插针式的快 速连接。 新八轴电力机车辅助功率模块 二、降压斩波功率模块介绍 对外接口

38、 u电气接口-主电路电气接口 连接端子（插针）的材质为铜，表面镀银，一 端为螺纹，一端为圆柱。 新八轴电力机车辅助功率模块 二、降压斩波功率模块介绍 输出端子电气连接连接端子 对外接口 u 电气接口-控制电路电气接口接口 模块的控制信号包括电源、IGBT驱动信 号、反馈信号等，采用一个15芯连接器对外 与变流柜（ACU）连接。 新八轴电力机车辅助功率模块 二、降压斩波功率模块介绍 对外接口 u 电气接口-模块的温度保护开关信号 通过一个芯连接器与变流柜的ACU连接， 将模块的温度状况（是否超温）报告给变流 柜。 新八轴电力机车辅助功率模块 二、降压斩波功率模块介绍 新八轴电力机车辅助功率模块

39、三、过压抑制功率模块介绍 主要技术参数主要技术参数 Itsm（通态浪涌电流）： 10000A It（It值）： 500000As 控制触发门槛值： 控制指令装置的主门槛值为730V BOD控制的门槛值为800V 晶闸管规格：1600V/1000A 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 主要技术参数主要技术参数 二极管规格1600V/2000A 限流电抗器500H 去耦电容器1F/800VDC 外形尺寸400 x 160 x 168（mm） 重量约7.5kg 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 主电路结构及工作原理主电路结构及工作原理 当输入级的IGBT斩波器失

40、控时，辅助 变流器的输入电压就会被持续加在中间回路 的滤波器上。当中间电压高于730V时控制系 统发出脉冲信号,控制可控硅导通,从而增加 了负载，抑制了中间电压；当控制系统失效, 中间电压上升到800V时，硬件BOD电路动作, 可控硅导通抑制了中间电压,从而实现了中间 电压的双重抑制功能，保护了后级电路。 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 主电路结构及工作原理主电路结构及工作原理 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 模块结构 过压抑制模块由绝缘基板、晶闸 管、晶闸管触发控制电路板续流二极管、 限流电抗器、吸收电容等部件组成。 模块结构 晶闸管和二极管的压装

41、 晶闸管和二极管选择的是平板型器件，而且 都工作在短时浪涌电流条件下，虽然不需要 散热器，但要考虑它们的安装结构。 该模块根据两个器件在电路中的电连接形式， 将它们串联压装，剖面结构和设计要点如下 图： 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 模块结构 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 模块结构-晶闸管和二极管的压装 晶闸管和二极管选择的是平板型器件，而且 都工作在短时浪涌电流条件下，虽然不需要 散热器，但要考虑它们的安装结构。 该模块根据两个器件在电路中的电连接形式， 将它们串联压装，剖面结构和设计要点如下 图： 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率

42、模块介绍 模块结构-触发控制板 触发控制板需要实现辅助系统中间电压的双 重抑制控制功能。 当斩波器失效，中间电压上升到730V时， ACU输出10kHz、30V的方波控制信号，通过 X1六芯连接器输入到触发控制板。该信号在 触发控制板上经过脉冲变压器隔离、波形加 尖，变换后输出到晶闸管G、K极，控制晶闸 管导通。 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 模块结构-触发控制板 如果此时ACU正好也故障，不能输出控制信 号，则辅助系统中间电压继续上升，当上升 到800V时，触发控制板上BOD击穿二极管电 路动作，输出触发脉冲，控制晶闸管导通， 达到抑制中间电压的目的。 新八轴电力机车

43、辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 模块外形及对外接口 模块中所有部件全部安装在一块绝缘底 板上，两个半导体器件通过压装的方式和铜 排连接在一起，限流电抗器和触发控制板安 装在压装件两侧，安全可靠，配件更换维护 方便。 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 模块外形及对外接口 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 机械接口 模块机械接口为绝缘底板上6个10的孔， 通过螺栓固定在辅变柜内，具体尺寸见下图： 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 机械接口 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 电气接口 主电路电气接口为“+”“-”

44、两根铜母排； 控制部分接口为6芯连接器X1，接收来自ACU 控制单元的信号。 新八轴电力机车辅助功率模块 三、过压抑制功率模块介绍 新八轴电力机车辅助功率模块 四、辅助逆变功率模块介绍 主要技术参数 额定输出电流228A 过载输出电流（5S）342A IGBT冷却方式强迫风冷 总重 约37 kg 尺寸（长x宽x高）523 x 341 x 341.5 新八轴电力机车辅助功率模块 四、辅助逆变功率模块介绍 主要技术参数 额定容量150kVA 5秒钟过载容量225KVA 额定输入电压545V DC 额定输出电压380V 3相AC 新八轴电力机车辅助功率模块 四、辅助逆变功率模块介绍 主电路结构及原理

45、主电路结构及原理 模块的输入为直流DC545V，输出为R、S、T 三相400V交流电。系统由ACU发出控制信号， 控制开关器件IGBT的导通与关断，从而完成 功率变换，支撑电容用来维持直流回路电压 的稳定，电阻R为电容放电提供回路， 每个桥臂并联的电容吸收IGBT关断时的过电 压，热敏开关完成模块的过热保护。 新八轴电力机车辅助功率模块 四、辅助逆变功率模块介绍 主电路结构及原理主电路结构及原理 新八轴电力机车辅助功率模块 四、辅助逆变功率模块介绍 模块结构 辅助逆变功率模块由框架、风冷散热器、 支撑电容、IGBT、驱动电路、吸收电容、放 电电阻、低感复合母排、绝缘件、输出端子 排等部分组成。

46、 模块整个组装结构如下图： 新八轴电力机车辅助功率模块 四、辅助逆变功率模块介绍 模块结构 新八轴电力机车辅助功率模块 四、辅助逆变功率模块介绍 对外接口 机械接口 辅助逆变功率模块采用个M8的长螺杆与 辅助变流柜装配紧固在一起。如下图所示， 长螺杆一端焊接螺母。 新八轴电力机车辅助功率模块 四、辅助逆变功率模块介绍 对外接口 电气接口-主电路电气接口 输出端子排实现模块对外电气连接，包括 DC、DC- 、R、S、T共5个 连接端子，模块内部与端子排采用M12螺栓 连接，模块与变流柜采用12插针式的快速 连接。 新八轴电力机车辅助功率模块 四、辅助逆变功率模块介绍 对外接口 电气接口-主电路电

47、气接口 连接端子（插针）的材质为铜，表面镀银， 一端为螺纹，一端为圆柱。 新八轴电力机车辅助功率模块 四、辅助逆变功率模块介绍 对外接口 电气接口-控制电路电气接口 模块的控制信号包括电源、IGBT驱动信号、 反馈信号等，采用三个12芯连接器对外与变 流柜（ACU）连接。 新八轴电力机车辅助功率模块 四、辅助逆变功率模块介绍 对外接口 电气接口-模块的温度保护开关信号 通过一个芯连接器与变流柜的ACU连接， 将模块的温度状况（是否超温）报告给变流 柜。 新八轴电力机车辅助功率模块 五、充电机功率模块介绍 主要技术参数 额定输入电压：545VDC 额定输出电压：112VDC 额定功率：14kW

48、散热方式：强迫风冷 效率：90% 充电模块外形尺寸：370379.5283.5 重量：16.5kg 新八轴电力机车辅助功率模块 五、充电机功率模块介绍 主电路结构及原理主电路结构及原理 充电机电路是由单相逆变电路、高频变 压器和全波整流器等组成。将DC545V的中间 电压通过单相半桥逆变电路和高频变压器, 变为AC141V的高频交流电压,其工作频率为 10KHZ,再经过全波整流和滤波变为稳定的 DC112V的直流电压,为蓄电池充电或为控制 电路提供工作电源。 新八轴电力机车辅助功率模块 五、充电机功率模块介绍 主电路结构及原理主电路结构及原理 新八轴电力机车辅助功率模块 五、充电机功率模块介绍 模块结构 模块采用风冷散热器，IGBT、二极管、功 率电阻、温度继电器等部件粘贴在散热器上， 模块组装结构上使用了层叠式紧凑的模块化 结构，并采用了复合母排。 模块整个组装结构如下图： 新八轴电力机车辅助功率模块 五、充电机功率模块介绍 模块结构 新八轴电力机车辅助功率模块 五、充电机功率模块介绍 对外接口 机械接口 充电机功率模块采用个M8x37的螺栓与辅 助变流柜装配紧固在一起如下