CN110112933B - 辅助逆变装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辅助逆变装置，辅助逆变装置的箱体结构通过沿其横向设置的屏蔽板隔设为依次铆接的用于承载变压器与电抗器的第一逆变室，用于承载逆变器功率模块、充电机模块以及应急启动模块的中间逆变室，以及用于承载风机组件的第二逆变室；箱体结构采用分体式铆接设计，设置各个单独腔室，之后拼接在一起，各腔室相互间影响小，结构紧凑、密封性好；同时，设置了多个冗余风道以有效散热。

Description

辅助逆变装置

技术领域

本发明属于逆变器技术领域，尤其涉及一种其辅助逆变装置。

背景技术

随着轨道交通的发展，***的集成度日趋提高，辅助逆变器的容量不断增大，散热要求随之增高。同时，箱体通常处于于暴露环境中，密封要求更为严苛。

目前，通常采用增大箱体尺寸来布置更多器件，或在不增加尺寸情况下，增加器件，以增加***容量，但器件的增加导致散热需求进一步增加。对于散热处理，通常通过风机和风道对箱体内部器件进行强迫风冷来进行散热，但在传统强迫风冷散热模式下，一旦风机故障，发热器件将不能正常工作，因此对车辆正常运行有着重大威胁。对于密封处理，通常通过设置双层密封胶条结构，将箱体密封等级由传统IP55提高为IP65等方式，但密封条更换周期难以匹配逆变器寿命周期，导致生产成本增加及维护成本提高，且传统意义的IP65密封等级已经远远不能满足使用要求。而且，辅助逆变器多使用带框架焊接组成的逆变器柜体，但在焊接过程中变形较大、精度不够、浪费人力财力物力；框架往往采用型材，存在成本高、开模费用高、周期长等问题，导致生产周期和生产成本明显增加。

因此，有必要结合上述现有辅助逆变器的设计，在现有辅助逆变器结构的基础上进行改进，提供一种新的辅助逆变装置。

发明内容

本发明针对上述现有辅助逆变器存在的不足，提供了一种辅助逆变装置，箱体结构采用分体式铆接结构设计，设置各个单独腔室并铆接在一起，各腔室间相互间影响小，密封性好。同时，设置了冗余风道结构，有效散热。

为了实现上述目的，本发明提供了一种辅助逆变装置，包括箱体结构，其特征在于，所述箱体结构通过沿其横向设置的屏蔽板隔设为依次铆接的用于承载变压器与电抗器的第一逆变室，用于承载逆变器功率模块、充电机模块以及应急启动模块的中间逆变室，以及用于承载风机组件的第二逆变室；所述第二逆变室内沿其竖直方向设有上下水平设置的隔离板，将所述第二逆变室隔设为用于承载风机控制器的风机控制室以及用于承载风机的风机室。

优选的，所述第一逆变室设置有可拆卸的第一上盖板以及第一侧罩板，所述中间逆变室设置有可拆卸的中间上盖板，所述风机室设置有可拆卸的第二侧罩板；所述第一侧罩板上开设有用于散热的散热口以及过滤网，所述第二侧罩板上设有百叶风口与过滤网。

优选的，所述箱体结构底部设置有可拆卸的第一底部盖板，所述中间逆变室的底部外侧壁与所述第一底部盖板之间的内腔形成第一风道，所述第一风道一端可连通所述风机室，另一端可连通所述第一逆变室。

优选的，所述中间逆变室内壁上设置有离心风机以及用于所述离心风机供电的第二电源，所述中间逆变室内壁与所述逆变器功率模块、充电机模块以及应急启动模块的之间的空腔形成第二风道。

优选的，所述第一上盖板、中间上盖板以及第二侧罩板的上表面均设置有防踩踏结构，所述第一上盖板、中间上盖板以及第二侧罩板的上表面分别与所述防踩踏结构之间的空腔形成有沿其竖直方向导通的第三风道。

优选的，所述中间逆变室的后侧壁上设置有散热片。

优选的，所述箱体结构外壁采用阳极氧化处理，所述箱体结构的前后侧壁以及所述第一上盖板与中间上盖板均设置为双层结构，所述双层结构之间设置有隔热体。

优选的，辅助逆变装置主电路包括逆变器主回路、充电机电路、应急启动电源电路，所述逆变器功率模块采用逆变器主回路设计，充电机模块采用充电机电路设计，应急启动模块采用应急启动电源电路设计；

所述逆变器主回路包括逐次连接的第一直流输入滤波电路、第一DC/DC全桥斩波电路、第一DC/AC逆变电路以及三相交流滤波电路；所述第一DC/AC逆变电路与三相交流滤波电路组成的串联电路与所述充电机电路并联；

所述充电机电路包括依次连接的第二直流输入滤波电路、第二DC/DC变换电路以及输出整流电路，所述第二直流输入滤波电路的输入端连接第一DC/DC全桥斩波电路的输出端；

所述第一直流输入滤波电路包括熔断器FU1、接触器KM1、第一预充电电路以及LC直流滤波电路；所述接触器KM1与预充电电路并联，输入端连接熔断器FU1的输出端，输出端连接LC直流滤波电路的输入端；所述第二直流输入滤波电路包括接触器KM3、第二预充电电路以及RC直流滤波电路，所述接触器KM3与第二预充电电路并联，输入端连接第一DC/DC全桥斩波电路的输出端，输出端连接RC直流滤波电路输入端；

所述应急启动电源电路输出端连接LC直流滤波电路输入端，所述应急启动电源电路包括依次连接的第三DC/DC变换电路以及熔断器FU3。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明提供了一种辅助逆变器电路设计，逆变器主电路采用常规的输入直流滤波电路、三相逆变电路以及三相交流滤波电路设计，将DC750V高压电转换为AC380V交流电，为车辆中压负载供电；同时，设置有充电机电路，将DC750V高压电转换为DC24V低压电，为车辆控制***及低压负载等供电；并设计了应急启动电源电路，蓄电池欠压时应急启动，以保证辅助电源***能够重新启动。

本发明根据上述的逆变器电路设计还提供了一种辅助逆变装置，箱体结构不采用常规的框架结构设计，采用分体式铆接结构，设置各个单独腔室，之后拼接在一起，各腔室相互间影响小，密封性好。同时，设置了第一风道(即外部主风道)、第二风道(即内循环风道)和第三风道(即外部自然冷却风道)三合一风道结构，有效散热。第一风道布置于各腔室之外，保证各独立腔室的密封性，整体密封效果更好，在一定高度范围内可以达到IP67密封等级。较传统的逆变器设计，本发明的辅助逆变器装置结构更为紧凑，满足车体安装空间狭小的要求；且密封与散热效果较好。

附图说明

图1为本发明的逆变器主电路图；

图2为本发明的辅助逆变装置结构布局示意图；

图3为本发明的辅助逆变装置结构图；

图4为本发明的辅助逆变装置结构图；

图5为本发明的辅助逆变装置俯视图；

图6为本发明的辅助逆变装置后视图；

图7为本发明的外部主风道循环示意图；

图8为本发明的内循环风道循环示意图；

图9为本发明的外部自然冷却风道循环示意图；

其中：1-第一DC/DC全桥斩波电路，2-第一DC/AC逆变电路，3-第二DC/DC变换电路，4-第三DC/DC变换电路，5-箱体结构、51-第一逆变室，511-第一上盖板，512-第一侧罩板，5121-散热口，52-中间逆变室，521-中间上盖板，522-散热片、53-第二逆变室，531-风机控制室，532-风机室，5321-第二侧罩板，53211-百叶风口，533-电容、54-第一底部盖板，55-第一风道，56-第二风道，57-第三风道，58-防踩踏、6-风机，7-离心风机，8-第二电源。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一路的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

参考图1所示，本发明提供了一种辅助逆变器电路，包括逆变器主回路、充电机电路，逆变器主回路采用常规的输入直流滤波电路、三相逆变电路以及三相交流滤波电路设计，包括逐次连接的第一直流输入滤波电路、第一DC/DC全桥斩波电路1、第一DC/AC逆变电路2以及三相交流滤波电路；将DC750V高压电转换成为三相AC380V交流电源，为车辆中压负载设备供电。充电机电路与第一DC/AC逆变电路2与三相交流滤波电路组成的串联电路并联，充电机电路包括依次连接的第二直流输入滤波电路、第二DC/DC变换电路3以及输出整流电路，第二直流输入滤波电路的输入端连接第一DC/DC全桥斩波电路1的输出端，将高压直流电经过高频DC/DC变换及全波整流后转换为24V直流电，为车辆控制***及各低压设备提供控制电源。

具体的，进一步参考图1所示，其中，逆变器主回路的第一直流输入滤波电路包括熔断器FU1、接触器KM1、接触器KM2串联电阻R1组成的第一预充电电路、以及LC直流滤波电路，接触器KM1与第一预充电电路并联，输入端连接熔断器FU1的输出端，输出端连接LC直流滤波电路的输入端。LC直流滤波电路由滤波电抗和支撑电容C1组成，滤除直流输入电压谐波，稳定输入电压。直流750V输入电压上电后，先闭合接触器KM2，通过预充电电阻R1对支撑电容C1进行限流充电。当检测到支撑电容C1两端电压与直流750V输入电压压差小于额定压差后，控制主接触器KM1闭合，断开接触器KM2，通过预充电电阻R1的限流充电，减小充电电流对支撑电容C1的冲击，延长使用寿命。本实施例中辅助逆变器的功率模块采用IGBT器件构成第一DC/DC全桥斩波电路1和第一DC/AC逆变电路2，并且集成了支撑电容、输出电流传感器，门极驱动电路、吸收电路、低感母排、温度开关、温度传感器等。门极驱动电路接收ACU发出的PWM控制信号对IGBT进行开关操作，同时实现IGBT的过流保护及故障检测等功能。低感母排采用多层复合母线排，杂散电感小，有效抑制di/dt形成的关断过电压，避免损坏IGBT。功率模块将750V直流输入经高频DC/DC以及DC/AC变换后，经三相LC低通滤波，得到三相380V交流电，通过三相输出接触器，实现三相输出的保护。

同理，充电机电路的第二直流输入滤波电路与逆变器主回路的第一直流输入滤波电路基本一致，包括接触器KM3、接触器KM2串联电阻R1组成的第二预充电电路以及RC直流滤波电路，接触器KM3与第二预充电电路并联，输入端连接第一DC/DC全桥斩波电路1的输出端，输出端连接RC直流滤波电路输入端，RC直流滤波电路输出端连接第二DC/DC变换电路3。第二DC/DC变换电路包括斩波电路、变压器等，将高压直流斩波降压后滤波，得到DC24V电源电压，对整车低压回路供电。本实施例中充电机电路采用独立的DC/DC变换器设计，DC/DC变换器的输出电压范围与蓄电池充电特性曲线相匹配，并兼顾直流用电设备的使用寿命，DC/DC变换器的输出电压范围可通过软件调节。逆变器主回路和充电机电路的高压输入端设有接触器保护和熔断器保护，任何一个DC/DC变换器不工作时，均可在司机室显示器上显示，并且不影响任何直流负载的工作，满足车辆的正常运营。

本实施例中还进一步设计了应急启动电源电路，应急启动电源电路输出端连接逆变器主回路的LC直流滤波电路输入端，应急启动电源电路包括依次连接的第三DC/DC变换电路4以及熔断器FU3。在应急启动电源检测到高压及蓄电池欠压后自动启动，输出DC24V电压，为充电机及辅助逆变器提供控制电，保证辅助电源***能够重新启动。

本实施例中全车具体设置两台辅助逆变器，辅助***采用可并联设计。在其中一台辅助逆变器故障后，自动断开相应辅助逆变器输出接触器，将车辆交流母线与该辅助逆变器隔离，自动切换至另一台辅助逆变器为车辆所有交流负载供电，并在负载降功率的情况下正常运行，保证了冗余设计。整个***具有自诊断和故障数据记录功能，同时，具有与列车总线MVB网络通信的功能，实现网络控制，并可在司机室显示屏上显示状态及故障情况。

本实施例中根据上述辅助逆变器电路分别设计了逆变器功率模块、充电机模块以及应急启动模块等。参考图3、图4、图5所示，本发明进一步提供了一种辅助逆变装置，包括箱体结构5，箱体结构5通过沿其横向设置的屏蔽板隔设为依次铆接的用于承载变压器与电抗器的第一逆变室51，用于承载逆变器功率模块、充电机模块以及应急启动模块的中间逆变室52，以及用于承载风机组件的第二逆变室53；第二逆变室53内沿其竖直方向设有上下水平设置的两块隔离板，将第二逆变室53隔设为用于承载风机控制器的风机控制室531以及用于承载风机的风机室532以及用于承载电容组件的电容室533。其中，第一逆变室51设计为开放腔结构，第二逆变室52设计为密闭腔结构，风机控制室531以及电容室533设计为密闭腔结构，风机室532设计为开放腔结构，参考图2、图3所示。

具体的，进一步参考图3、图4所示，本实施例中箱体结构5底部设置有可拆卸的第一底部盖板54，第一逆变室51设置有可拆卸的第一上盖板511以及第一侧罩板512，第一侧罩板512上设有用于散热的散热口5121以及过滤网，采用双重过滤设计有效防止第一逆变室51进入杂物。风机室532设置有可拆卸的第二侧罩板5321，第二侧罩板5321上设有百叶风口53211与过滤网，防止风机室532中进入杂物。中间逆变室52设置有可拆卸的中间上盖板521，中间上盖板521闭合后中间逆变室52为密闭室，中间逆变室521的底部外侧壁与第一底部盖板54之间的内腔形成第一风道55，第一风道55一端可连通风机室532，另一端可连通第一逆变室51，形成外部主风道，如图6、图7所示。风机6放置在风机室532中通过第二侧罩板5321的百叶风口53211抽风，风口抽风后进入底部的第一风道55对中间逆变室52内的充电机模块、逆变器功率模块以及应急启动模块进行散热后进入第一逆变室51内给电抗器与变压器等元件散热后由第一侧罩板512的散热口5121送风。此散热方式通过一个风道给多个腔体内元器件散热，相比其他辅助逆变器的设计，更加有效的利用了产品内空间结构，设计更加合理方便。且第一风道55布置于中间逆变室52之外，保证各独立腔室的密封性，整体密封效果更好。同时，本实施例中，第一逆变室51与风机室532设计为开放腔的结构，进出风口的罩板故障时方便替换维修；同时，各个腔室均设置有可拆卸的盖板以及罩板，为箱体使用过程中各腔室的维修提供了便利，便于产品的维修与故障检测。

进一步参考图3、图4所示，本实施例中逆变器功率模块、充电机模块以及应急启动模块放置置于中间逆变室52的中心位置，中间逆变室52内壁与逆变器功率模块、充电机模块以及应急启动模块的之间的空腔形成第二风道56，即中间逆变室52的内循环风道，如图8所示。中间逆变室52内壁上设置有离心风机7以及用于离心风机7供电的第二电源8，第二电源的电压与设置于风机控制室531的风机6的第一电源的电压不同，离心风机7启动时，使中间逆变室52内部热量分布更为均匀，避免局部过热，进一步提高了设计于中间逆变室52内的各元器件的使用寿命。

进一步参考图3、图4所示，本实施例中设置于第一逆变室51的第一上盖板511、与设置于中间逆变室52的中间上盖板521以及设置于风机室532的第二侧罩板5321上表面上均设置有防踩踏结构58，防止产品在使用过程中踩踏箱体导致各逆变室的盖板变形，影响箱体密封性。第一上盖板511、中间上盖板521以及第二侧罩板5321上表面分别与防踩踏结构58之间的空腔形成有沿其竖直方向导通的第三风道57，此风道为外部自然冷却风道，气体循环方式如图9所示，中间逆变室52的后侧壁上设置有散热片522，此风道未增加任何器件，利用走行风，有效进行散热。

本实施例的箱体结构5采用铝合金材质，主要使用铆接的生产工艺，以减轻重量及热变形，箱体内部不使用框架结构，不仅在最大程度上有效利用了内部空间，而且在一定程度上减轻了箱体的重量，同时避免了框架生产过程中焊接导致的箱体精度不够，校形过程中浪费人力、财力、物力。箱体结构外壁采用阳极氧化处理，避免了表面喷涂处理，以更好的散热。箱体结构前后侧壁以及第一上盖板511与中间上盖板521均设置为双层结构，双层结构之间设置有隔热体(如隔热棉)，以减低阳光暴晒对箱体内温度的影响。

综上可知，本发明的辅助逆变装置，箱体结构不采用常规的框架结构设计，采用分体式铆接结构，设置各个单独腔室，之后拼接在一起，各腔室相互间影响小，密封性好。同时，箱体设计了冗余风道结构进行散热，既不增加产品结构尺寸，又不增加产品重量，显著提高散热效果。较传统的辅助逆变器设计，本发明的辅助逆变器装置结构更为紧凑、布局合理、集成度高、可维护性好、抗振效果好，满足车体安装空间狭小的要求；且密封与散热效果较好，在一定高度范围内可以达到IP67密封等级。

Claims (8)

1.一种辅助逆变装置，主电路包括逆变器主回路、充电机电路、应急启动电源电路；逆变器主回路包括逐次连接的第一直流输入滤波电路、第一DC/DC全桥斩波电路、第一DC/AC逆变电路以及三相交流滤波电路；充电机电路与第一DC/AC逆变电路与三相交流滤波电路组成的串联电路并联，包括依次连接的第二直流输入滤波电路、第二DC/DC变换电路以及输出整流电路；应急启动电源电路包括第三DC/DC变换电路，接至第一直流输入滤波电路输出端，并与第一DC/DC全桥斩波电路并联；逆变器功率模块采用逆变器主回路设计，充电机模块采用充电机电路设计，应急启动模块采用应急启动电源电路设计；其特征在于：

所述辅助逆变装置包括箱体结构，所述箱体结构通过沿其横向设置的屏蔽板隔设为依次铆接的用于承载变压器与电抗器的第一逆变室，用于承载逆变器功率模块、充电机模块以及应急启动模块的中间逆变室，以及用于承载风机组件的第二逆变室；所述第二逆变室内沿其竖直方向设有上下水平设置的隔离板，将所述第二逆变室隔设为用于承载风机控制器的风机控制室以及用于承载风机的风机室。

2.根据权利要求1所述的辅助逆变装置，其特征在于，所述第一逆变室设置有可拆卸的第一上盖板以及第一侧罩板，所述中间逆变室设置有可拆卸的中间上盖板，所述风机室设置有可拆卸的第二侧罩板；所述第一侧罩板上开设有用于散热的散热口以及过滤网，所述第二侧罩板上设有百叶风口与过滤网。

3.根据权利要求2所述的辅助逆变装置，其特征在于，所述箱体结构底部设置有可拆卸的第一底部盖板，所述中间逆变室的底部外侧壁与所述第一底部盖板之间的内腔形成第一风道，所述第一风道一端可连通所述风机室，另一端可连通所述第一逆变室。

4.根据权利要求2或3任一项所述的辅助逆变装置，其特征在于，所述中间逆变室内壁上设置有离心风机以及用于所述离心风机供电的第二电源，所述中间逆变室内壁与所述逆变器功率模块、充电机模块以及应急启动模块的之间的空腔形成第二风道。

5.根据权利要求4所述的辅助逆变装置，其特征在于，所述第一上盖板、中间上盖板以及第二侧罩板的上表面均设置有防踩踏结构，所述第一上盖板、中间上盖板以及第二侧罩板的上表面分别与所述防踩踏结构之间的空腔形成有沿其竖直方向导通的第三风道。

6.根据权利要求5所述的辅助逆变装置，其特征在于，所述中间逆变室的后侧壁上设置有散热片。

7.根据权利要求2所述的辅助逆变装置，其特征在于，所述箱体结构外壁采用阳极氧化处理，所述箱体结构的前后侧壁以及所述第一上盖板与中间上盖板均设置为双层结构，所述双层结构之间设置有隔热体。

8.根据权利要求1所述的辅助逆变装置，其特征在于，所述第一直流输入滤波电路包括熔断器FU1、接触器KM1、第一预充电电路以及LC直流滤波电路；所述接触器KM1与第一预充电电路并联，输入端连接熔断器FU1的输出端，输出端连接LC直流滤波电路的输入端；所述第二直流输入滤波电路包括接触器KM3、第二预充电电路以及RC直流滤波电路，所述接触器KM3与第二预充电电路并联，输入端连接第一DC/DC全桥斩波电路的输出端，输出端连接RC直流滤波电路输入端。

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