CN110299850B - 一种大功率牵引辅助变流器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于变流器技术领域，涉及大功率牵引辅助变流器，包括：柜体，所述柜体内设置有四组牵引变流器、两组辅助变流器、控制单元及冷却单元；所述冷却单元的两侧分别设置有两组牵引变流器、一组辅助变流器；所述控制单元位于柜体的右上方，所述冷却单元同时对牵引变流器及辅助变流器进行冷却；通过将四组牵引变流器和两组辅助变流器集成，用于某型电力机车公司动力集中动车组上，用来为机车牵引电机、辅助负载提供合适的电源；该变流器，采用模块化、对称化设计，其体积小、重量轻，密封设计、高冗余设计、集成化程度高；组装和生产简单高效，且能够满足整个机车的轻量化、高集成化设计要求，大大节省了结构空间，提高了集成度，减小了电气干扰。

Description

一种大功率牵引辅助变流器
技术领域
本发明属于变流器技术领域，涉及牵引辅助变流器，尤其涉及一种大功率牵引辅助变流器。
背景技术
牵引辅助变流器是交流传动电力机车的重要部件，其功能是实现将工频电网中的交流电通过变频、变压控制，变换为适合于交流电机运行要求及频率可变的交流电，完成电力机车的牵引/制动性能，以及给辅助负载供电的性能。它的电气设计和柜体布局设计关系到整个传动***的性能实现和稳定。
现有的电力机车变流器多为三组以下的牵引变流器或牵引辅助变流器且功率较小的变流器装置，这些变流器装置集成化程度不高，功率密度偏低，外形尺寸较大，从而造成占用空间较大，且功率密度无法提高的问题。
为实现整车控制功能，相同功率等级下需要安装两台或三台变流器，安装时会占用更多的安装空间，不利于空间布置的紧凑性；且集成度不高，不便于维修维护，重量增加，不利于整车的轻量化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种大功率牵引辅助变流器，该变流器采用模块化、对称化的设计，具有体积小、重量轻、集成化程度高、密封设计、组装和生产简单高效的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种大功率牵引辅助变流器，包括：柜体，所述柜体内设有多种器件，所述器件包括四组牵引变流器、两组辅助变流器、控制单元及冷却单元；所述冷却单元的两侧分别设置有两组牵引变流器、一组辅助变流器；所述控制单元位于柜体的右上方，所述冷却单元同时对牵引变流器及辅助变流器进行冷却。
进一步地，所述器件还包括设置于柜体内的功率模块和电容组件，低压电器组件，开关电器组件，传感器组件，冷却组件，铜排组件，箱体组件，低压线组件，高压辅助组件和门组件。
进一步地，所述功率模块和电容组件包括八个牵引功率模块、两个辅助逆变功率模块和八个中间支撑电容；每个辅助逆变功率模块和中间支撑电容相邻设置并通过复合母排连接，每四个牵引功率模块和中间支撑电容上下、左右对称设置并通过复合母排连接。
进一步地，所述功率模块和电容组件还包括设置于柜体后侧的十二个二次滤波电容，每六个二次滤波电容为一组，相邻两组二次滤波电容之间通过复合母排并联连接，所述复合母排通过高压电缆与功率模块和电容组件连接。
进一步地，所述低压电器组件设置于控制单元的下方。
进一步地，所述开关电器组件包括，
四个主接触器，所述主接触器设置于柜体的左下方，所述主接触器通过铜排和大线分别与牵引功率模块、穿墙套管连接；
两个隔离开关，所述隔离开关设置于柜体的上部，所述隔离开关通过铜排与功率模块和电容组件连接，所述隔离开关还通过铜排和大线与二次滤波电容连接；
四个预充电接触器，所述预充电接触器设置于主接触器的右侧；
四组预充电电阻，两组预充电电阻设置于主接触器的后方，两组预充电电阻设置于柜体的顶部；
斩波电阻，所述斩波电阻放置于柜体顶部单独的区域内；
慢放电阻，所述慢放电阻通过螺栓固定于电阻水冷板上，且所述慢放电阻的背部涂有导热硅脂，通过电阻水冷板内的冷却液进行热交换散热。
进一步地，所述传感器组件包括布置于柜体底部电气接口处的四个输入电流传感器、八个输出电流传感器、六个辅助输出电流传感器，所述传感器组件通过螺栓固定于铜排上，所述铜排安装于穿墙套管上；两个斩波电流传感器、六个电压传感器均放置在柜体中间的高压区域；两个压力传感器、两个温度传感器均安装于水冷管路的进水口处。
进一步地，所述冷却组件包括冷却***，包括水冷管路、温控装置、橡胶软管、快速水接头、温度传感器、压力传感器、进水口截止阀、出水口截止阀。
进一步地，所述变流器还包括：变流器高压接口，所述变流器高压接口设置于柜子的右下方；变流器低压接口，所述变流器低压接口设置于柜子的右侧；水冷管接口，所述水冷管接口安装于柜体的右侧壁上，且包括有进水口和出水口。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：通过将四组牵引变流器和两组辅助变流器集成，用于某电力机车公司动力集中动车组上，用来为机车牵引电机、辅助负载提供合适的电源；该变流器，采用模块化、对称化设计，体积小、重量轻，集成化程度高；密封设计；组装和生产简单高效，且能够满足整个机车的轻量化、高集成化设计要求，大大节省了结构空间，提高了集成度，减小了电气干扰。
此外，本发明还通过在柜体内加装环控装置的设计，对柜内进行空气循环及冷却降温；通过将发热比较高的斩波电阻放置在柜体顶端的独立空间内，尽量减小其所发热量对其它元件的损伤。
附图说明
图1为本发明提供的大功率辅助变流器的总体布局示意图；
图2为本发明提供的大功率辅助变流器的主要组成部分图；
图3为本发明提供的大功率辅助变流器的主要元器件的布局示意图一；
图4为本发明提供的大功率辅助变流器的主要元器件的布局示意图二；
图5为本发明提供的大功率辅助变流器的主要元器件的布局示意图三；
图6为本发明提供的大功率辅助变流器的空气流动方向的结构示意图。
其中：1、柜体；2、牵引变流器；3、辅助变流器；4、控制单元；5、冷却单元；6、功率模块和电容组件；7、低压电器组件；8、开关电器组件；9、传感器组件；10、冷却组件；11、铜排组件；12、箱体组件；13、牵引功率模块；14、辅助逆变功率模块；15、中间支撑电容；16、复合母排；17、二次滤波电容；18、主接触器；19、隔离开关；20、预充电接触器；21、预充电电阻；22、斩波电阻；23、慢放电阻；24、输入电流传感器；25、输出电流传感器；26、辅助输出电流传感器；27、斩波电流传感器；28、电压传感器；29、压力传感器；30、温度传感器；31、水冷管路；32、进水口；33、温控装置；34、变流器高压接口；35、变流器低压接口；36、出水口。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1：
参见图1所示，本发明提供的大功率牵引辅助变流器，包括：柜体1，柜体1内设置有四组牵引变流器2、两组辅助变流器3、控制单元4及冷却单元5；冷却单元5的两侧分别设置有两组牵引变流器2、一组辅助变流器3；控制单元4位于柜体1的右上方，冷却单元5同时对牵引变流器2及辅助变流器3进行冷却。
进一步地，柜体内包括设置于柜体内的功率模块和电容组件6，低压电器组件7，开关电器组件8，传感器组件9，冷却组件10，铜排组件11，箱体组件12，低压线组件，高压辅助组件和门组件。
进一步地，功率模块和电容组件6包括八个牵引功率模块13、两个辅助逆变功率模块14和八个中间支撑电容15；每个辅助逆变功率模块14和中间支撑电容15相邻设置并通过复合母排16连接，每四个牵引功率模块13和中间支撑电容15上下、左右对称设置并通过复合母排16连接，这样既能使水冷管路31容易布置，又能便于功率模块的安装和检修，方便连接又能尽可能地减小复合母排16的外形尺寸，降低成本。
进一步地，功率模块和电容组件6还包括设置于柜体后侧的十二个二次滤波电容17，每六个二次滤波电容17为一组，相邻的两组二次滤波电容17之间通过复合母排16并联连接，复合母排16通过高压电缆与功率模块和电容组件6连接。由于变流器尺寸较小，空间布局有限，十二个二次滤波电容17全部放置在柜体1后侧，也采用复合母排16进行连接，节省了空间，使布局更加合理。
进一步地，低压电器组件7设置于控制单元4的下方，控制单元4为两个牵引控制单元(TCU)放置在柜体1的右上方，低压电器部件放置在TCU的下方，均与高压区域隔离，可减少干扰，集中布线。TCU为前出线，前端安装绑线架，可对线束进行绑扎，保证布线美观。
进一步地，开关电器组件8包括，
四个主接触器18，主接触器18设置于柜体1的左下方，主接触器18通过铜排和大线分别与牵引功率模块13、穿墙套管连接；
两个隔离开关19，隔离开关19设置于柜体1的上部，隔离开关19通过铜排与功率模块和电容组件6连接，隔离开关19还通过铜排和大线与二次滤波电容17连接；
四个预充电接触器20，预充电接触器20设置于主接触器18的右侧；
四组预充电电阻21，两组预充电电阻21设置于主接触器18的后方，两组预充电电阻21设置于柜体1的顶部；
斩波电阻22，斩波电阻22放置于柜体1顶部单独的区域内，由于其发热量大，与柜体1内部其他部件进行隔离；
慢放电阻23，慢放电阻23通过螺栓固定于电阻水冷板上，且慢放电阻23的背部涂有导热硅脂，通过电阻水冷板内的冷却液进行热交换散热。
进一步地，传感器组件9包括布置于柜体1底部电气接口处的四个输入电流传感器24、八个输出电流传感器25、六个辅助输出电流传感器26，传感器组件9通过螺栓固定于铜排上，铜排安装于穿墙套管上；两个斩波电流传感器27、六个电压传感器28均放置在中间的高压区域，方便布线；两个压力传感器29、两个温度传感器30均安装于水冷管路31的进水口32处，用于检测冷却液的压力和温度。
进一步地，冷却组件10包括冷却***，包括水冷管路31、温控装置33、橡胶软管、快速水接头、压力传感器29、温度传感器30、进水口截止阀、出水口截止阀。冷却水管材质为不锈钢，与模块接口处采用波纹管和橡胶软管进行连接，进水管及出水管高点及尾部设有排气阀，保证冷却液在循环时，能排除出水冷管路31内的气体，避免因水冷管路31内有气体聚集，导致冷却液循环不通畅，影响散热性能。
进一步地，参见图5-6所示，温控装置33，对柜内进行空气循环及冷却降温，温控装置33的左右两侧进行密闭，其顶部左右两侧开洞进行空气流通，其前后表面通过前门板及后门板进行密闭，底部与整个柜体1相通，通过温控装置33对整个柜体1内部进行降温；对外的所有门板都粘贴密封条，保证柜体1的密封性。温控装置33能够保证变流器在密封的情况下也能可靠运行。
进一步地，参见图4所示，变流器还包括：变流器高压接口34，变流器高压接口34按整车要求设置于柜子的右下方；变流器低压接口35，变流器低压接口35设置于柜子的右侧位置；水冷管，水冷管安装于柜体1的右侧壁上，且包括有进水口32和出水口36。
进一步地，对于箱体组件12而言，变流器柜体1要满足-40℃的要求，主框架选用材质为Q345E、厚度为4mm的低合金钢板，主要采用焊接的方式，局部需要保证精细尺寸的部件采用螺栓安装方式。
进一步地，该大功率牵引辅助变流器3的前门及后门均采用厚度为2mm的铝板，后门采用螺栓固定方式，前门通过接地装置与柜体1相连，保证可靠接地；安装的门锁与整车具有安全连锁功能；具有高压指示标识和警示标识，避免检修人员因误操作等导致的触电危险。前门及后门上都安装门扣手，便于拆装和搬运。
进一步地，该大功率牵引辅助变流器包括的隔离开关19，变流器的左侧或者右侧放置的每两组牵引变流器2，每一组辅助变流器3均设计有隔离开关19，当其中一组牵引变流器2发生功率模块短路重大故障时，可以通过隔离开关19将故障牵引变流器隔离，保证另外一组牵引变流器2能正常工作；当辅助变流器3发生功率模块短路重大故障时，可以通过隔离开关19将故障辅助变流器隔离，不影响牵引变流器的正常工作；隔离开关19的设计，增加了整个变流器运行时的冗余性，提高了整个变流器运行的可靠性。
本发明提供的技术方案包括以下有益效果：通过将四组牵引变流器和两组辅助变流器集成，再用于某电力机车公司动力集中动车组上，用来为机车牵引电机、辅助负载提供合适的电源；该变流器，采用模块化、对称化设计，体积小、重量轻，集成化程度高；密封设计、高冗余设计组装和生产简单高效，且能够满足整个机车的轻量化、高集成化设计要求，大大节省了结构空间，提高了集成度，减小了电气干扰。
实施例2：
本发明还提供了一种大功率牵引辅助变流器，参见图1所示，其主要包括十种部件，参见图2-3所示，功率模块和电容组件6(包括牵引功率模块13、辅助逆变功率模块14、中间支撑电容15、二次滤波电容17、复合母排16等主要部件)、低压电器组件7(包括牵引控制单元、继电器、电压互感器、电流互感器、滤波器等主要部件)、开关电器组件8(主要包括主接触器18、预充电接触器20、隔离开关19、预充电电阻21、慢性放电电阻、斩波电阻22等主要部件)、传感器组件9(包括输入、输出接地回路及中间回路的电流传感器和电压传感器28、压力传感器29及温度传感器30等)、冷却组件10(包括温控装置33、电阻水冷板等主要部件)、低压线组件(各种低压线)、高压辅助组件(各种高压线)、铜排组件11(各种输入、输出铜排)、箱体组件12和门组件。
该大功率牵引辅助变流器，整体采用的是密封设计，当工作过程中出现故障时，可打开变流器柜门方便地对变流器故障模块进行拆装、维护。
综上，本发明提供的大功率牵引辅助变流器，可应用于某型动力集中动车组上，用来为机车牵引电机和辅助负载提供合适的电源。其体积小，重量轻，密封设计、高冗余设计，集成化程度高，组装和生产简单高效，集成了四组牵引变流器和二组辅助变流器，功率模块分层布局，四个牵引单元、两个辅变单元共用一个冷却***。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种大功率牵引辅助变流器，其特征在于，包括：柜体(1)，所述柜体(1)内设有多种器件，所述器件包括四组牵引变流器(2)、两组辅助变流器(3)、控制单元(4)及冷却单元(5)；所述冷却单元(5)的两侧分别设置有两组牵引变流器(2)、一组辅助变流器(3)；所述控制单元(4)位于柜体(1)的右上方，所述冷却单元(5)同时对牵引变流器(2)及辅助变流器(3)进行冷却；
所述器件还包括设置于柜体内的功率模块和电容组件(6)，低压电器组件(7)，开关电器组件(8)，传感器组件(9)，冷却组件(10)，铜排组件(11)，箱体组件(12)，低压线组件，高压辅助组件和门组件；
所述开关电器组件(8)包括，四个主接触器(18)，所述主接触器(18)设置于柜体的左下方，所述主接触器(18)通过铜排和大线分别与牵引功率模块(13)、穿墙套管连接；
两个隔离开关(19)，所述隔离开关(19)设置于柜体的上部，所述隔离开关(19)通过铜排与功率模块和电容组件(6)连接，所述隔离开关(19)还通过铜排和大线与二次滤波电容(17)连接；
四个预充电接触器(20)，所述预充电接触器(20)设置于主接触器(18)的右侧；
四组预充电电阻(21)，两组预充电电阻(21)设置于主接触器(18)的后方，两组预充电电阻(21)设置于柜体的顶部；
斩波电阻(22)，所述斩波电阻(22)放置于柜体顶部单独的区域内；
慢放电阻(23)，所述慢放电阻(23)通过螺栓固定于电阻水冷板上，且所述慢放电阻(23)的背部涂有导热硅脂，通过电阻水冷板内的冷却液进行热交换散热；
所述传感器组件(9)包括布置于柜体底部电气接口处的四个输入电流传感器(24)、八个输出电流传感器(25)、六个辅助输出电流传感器(26)，所述传感器组件(9)通过螺栓固定于铜排上，所述铜排安装于穿墙套管上；两个斩波电流传感器(27)、六个电压传感器(28)均放置在柜体中间的高压区域；两个压力传感器(29)、两个温度传感器(30)均安装于水冷管路(31)的进水口(32)处；
所述冷却组件(10)包括冷却***，包括水冷管路(31)、温控装置(33)、橡胶软管、快速水接头、进水口截止阀、出水口截止阀；所述温控装置(33)，用于对柜内进行空气循环及冷却降温，温控装置(33)的左右两侧进行密闭，其顶部左右两侧开洞进行空气流通，其前后表面通过前门板及后门板进行密闭，底部与整个柜体(1)相通，通过温控装置(33)对整个柜体(1)内部进行降温。
2.根据权利要求1所述的大功率牵引辅助变流器，其特征在于，所述功率模块和电容组件(6)包括八个牵引功率模块(13)、两个辅助逆变功率模块(14)和八个中间支撑电容(15)；每个辅助逆变功率模块(14)和中间支撑电容(15)相邻设置并通过复合母排(16)连接，每四个牵引功率模块(13)和中间支撑电容(15)上下、左右对称设置并通过复合母排(16)连接。
3.根据权利要求1所述的大功率牵引辅助变流器，其特征在于，所述功率模块和电容组件(6)还包括设置于柜体后侧的十二个二次滤波电容(17)，每六个二次滤波电容(17)为一组，相邻两组二次滤波电容(17)之间通过复合母排(16)并联连接，所述复合母排(16)通过高压电缆与功率模块和电容组件(6)连接。
4.根据权利要求1所述的大功率牵引辅助变流器，其特征在于，所述低压电器组件(7)设置于控制单元(4)的下方。
5.根据权利要求1所述的大功率牵引辅助变流器，其特征在于，还包括：变流器高压接口(34)，所述变流器高压接口(34)设置于柜子的右下方；变流器低压接口(35)，所述变流器低压接口(35)设置于柜子的右侧；水冷管接口，所述水冷管接口安装于柜体的右侧壁上，且包括有进水口(32)和出水口(36)。
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