和谐型电力机车功率模块应用

电压、功率及冷却方式分类选择
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
➢ 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
➢ 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
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。
和和谐谐型型电电力力机机车车功功率率模模块块应应用用
永济新时速 22001122年年8月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
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
➢ 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
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工作状态进行监测反馈。
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 （长×宽×高）
680mm×370mm×305mm
• 重量
50.5±3kg
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 机械接口
通过1个M8的长螺杆固定在变流柜上。 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。
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
➢ 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
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
抽屉式（螺栓连接） 插拔式（快速连接） 固定小单元式（单元件）
按冷却方式分类
型材冷却(自然冷却、强迫风冷) 热管冷却(直管冷却、环型冷却) 油循环冷却(变压器油、硅油) 水循环冷却(纯洁水+乙二醇) 沸腾冷却(全氟化冷却液FC72)
按电压等级分类
中间电压690V-1050V（应用1700V/1200A-2400A 功率器件）
中间电压1500V-1800V（应用3300V功率器件） 中间电压2500V-3000V（应用4500V功率器件） 中间电压3200V-4400V（应用6500V功率器件）
按电路结构分类
单桥臂电路（高压大功率） 双桥臂电路（高压大功率） 三桥臂电路（中等功率、中压） 多桥臂电路（低压小功率） 混合电路（低压小功率）
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
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Biblioteka Baidu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
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