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）过电压吸收电路低电感复合母排冷却

2、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3300V功率器件）l 中间电压2500V-3000V（应用450

3、0V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

4、 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DC3775V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

5、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 ONIX233XHP2 ONIX233XHP-1R3 ONIX233XHPHXD2B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2IGBT数量及冷却方式8个，水冷外形尺寸680mm370mm305mm（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DC36

6、00V/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。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

7、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

8、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

9、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2IGBT数量及冷却方式6个，水冷外形尺寸 680mm370mm305mm（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

10、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，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IG

11、BT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TC

12、U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

13、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

14、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50Hz 2% 额定功率（两个模块都工作时）110kVA cos 0.93HXD2B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

15、、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%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

16、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

17、与变流柜（ACU）连接。HXD2B电力机车辅助功率模块二、辅助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 / KHXD2B

18、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 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

19、三、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-控制电路电气接口 模块的控制信号包

20、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11kgHXD2B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HXD

21、2B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 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

22、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。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

23、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2IGBT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

24、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，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

25、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

26、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） 556mm 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

27、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

28、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

29、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1000Hz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

30、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

31、：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

32、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，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A

33、C380V，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

34、输出电流 275A 最大输出电流 350A斩波频率 约600HzIGBT 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

35、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

36、绍对外接口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三、过压抑制功率模块介绍

37、 主要技术参数主要技术参数 Itsm（通态浪涌电流）： 10000AIt（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斩波器失控时，辅助变流器的输入电压就会被持续加在中间

38、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

39、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

40、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，

41、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“+”“-”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

42、技术参数 额定输出电流228A过载输出电流（5S）342AIGBT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150kVA5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

43、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。 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

44、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

45、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

46、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