CN207234652U - 一种集成式牵引变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成式牵引变流器，包括柜体，所述柜体分隔成两个独立的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体的中部设置有循环风道，所述循环风道的两侧设置有功率模块，所述散热风道内设置有主进水管和主出水管，所述主进水管和主出水管上均设置有多根支管、用于与所述功率模块的水冷板相连通；所述第二腔体内设置有散热风道，沿所述散热风道的布置方向依次设置有热交换器、辅助变压器、风机组件和电抗器，所述热交换器与所述主进水管和主出水管相连，用于将水冷板吸收的热量经热交换器与散热风道内的空气进行换热。本实用新型的集成式牵引变流器具有结构简单、布局合理、散热效果好等优点。

Description

一种集成式牵引变流器

技术领域

本实用新型主要涉及变流器技术领域，特指一种集成式牵引变流器。

背景技术

近年来，随着我国高速铁路的发展，铁路运输对高速动车组车辆的要求也越来越高。变流装置作为列车牵引***的核心部件，其性能要求更是重中之重。牵引变流器作为交流传动***中的核心部件，正逐步向着高集成度、高功率密度、高可靠性、小型化、轻量化等方向快速发展。变流器多采用高频电力电子器件，工作时产生的损耗都以热量形式散发出来，器件的冷却效果与牵引变流器的稳定运行、使用安全和寿命密切相关。变流器电流等级大，成分复杂，电力电子器件开通和关断瞬间容易产生很高的过电压及过电流，通过主电路中电缆等路径后存在杂散分布电容和分布电感，产生的瞬态值会对设备产生严重的电磁干扰。相对机车而言，动车牵引变流器安装在车辆底部，工作环境更为恶劣，内部多为电气、电子部件，需要一个良好的工作环境，变流器需要具有一定的结构强度、良好的散热和防电磁干扰功能，以保障内部器件的可靠运行。车辆高速运行中变流器还需要具备一定的防振、防水、防尘功能，动车底部空间狭小，牵引变流器还需满足接线方便，易于维护、易于更换零件等要求。专利CN201110375463.2提供一种牵引变流器箱体及牵引变流器，其牵引变流器箱体由箱体板以及箱体板围成的腔体构成,腔体内置放功率模块、散热风机和输入电抗器等器件，通过设计进风口和出风口的位置和相对高度，使得冷却风能穿过整个牵引变流器腔体空间，经由出风口排出，带走腔体内各个部件产生的热量。但其侧重点主要偏向于牵引变流器风冷***的设计。专利CN201510735285.8公开了一种集成式变流装置，同时集成安装了牵引变流器和辅助变流器，并且同时集成了水冷和风冷两种不同冷却模块分别对变流器进行散热，采用相互独立的两套水冷循环***及可拆卸风道、可调风量隔板组件、可调出风底板等组件对变流器进行并行散热，但对变流器主电路、结构设计和布局方面缺乏阐述，对柜内功率器件的内循环散热和可维护性没有涉及。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、布局合理、散热效果好的集成式牵引变流器。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种集成式牵引变流器，包括柜体，所述柜体分隔成两个独立的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体的中部设置有循环风道，所述循环风道的两侧设置有功率模块，所述循环风道内设置有主进水管和主出水管，所述主进水管和主出水管上均设置有多根支管、用于与所述功率模块的水冷板相连通；所述第二腔体内设置有散热风道，沿所述散热风道的布置方向依次设置有热交换器、辅助变压器、风机组件和电抗器，所述热交换器与所述主进水管和主出水管相连，用于将水冷板吸收的热量经热交换器与散热风道内的空气进行换热。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述循环风道的一端设置有循环风机，用于将风吹向循环风道的另一端，再经两侧功率模块与柜体之间的空间回流至循环风机后侧的水冷换热器，经过水冷换热器换热冷却后再次被吸入循环风机。

所述牵引变流器的控制单元和接触器单元也分别位于循环风道的两侧。

还包括与牵引变流器中间回路相连的无火回送单元，所述无火回送单元安装在第二腔体于电抗器的一侧。

所述功率模块与牵引变流器的支撑电容及二次电容叠压安装，通过左右安装板固定在柜体上。

所述功率模块采用抽屉式结构，通过导轨滑入至柜体内，后端通过螺母固定，前端通过固定座固定。

所述柜体内设置有感温电缆火灾报警检测装置。

所述牵引变流器的三相辅助输出母线上设置有高阻网络接地检测装置。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的集成式牵引变流器，总体布局遵循对称化、模块化的设计思想以及方便组装、检修及维护等原则，尽可能将牵引变流器的各个零部件模块化、集成化；结构简单且布局合理，同时也提升了散热效率。

附图说明

图1为本实用新型的方框结构图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为本实用新型中功率模块的结构示意图。

图4为本实用新型中冷却***原理图。

图中标号表示：1、柜体；101、第一腔体；102、第二腔体；2、功率模块；3、控制单元；4、辅变模块；5、水泵；6、电抗器；7、无火回送单元；8、接触器单元；9、辅助变压器；10、冷却风机；11、循环风机。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，本实施例的集成式牵引变流器，主要包含两重四象限脉冲整流器和逆变器组成的牵引供电单元和一个辅助逆变器、辅助变压器9组成的辅助设备供电单元。两个逆变器和一个辅助逆变器共用直流回路，辅助逆变器通过低感母排直接与中间回路相连，中间回路的连接全部采用低感母排。

如图1和图2所示，本实施例的集成式牵引变流器，包括柜体1，柜体1分隔成两个独立密封的第一腔体101和第二腔体102，第一腔体101的中部设置有循环风道，循环风道的两侧设置有功率模块2，循环风道内设置有主进水管和主出水管，主进水管和主出水管上均设置有多根支管、用于与功率模块2的水冷板相连通；第二腔体102内设置有散热风道，沿散热风道的布置方向依次设置有热交换器、辅助变压器9、风机组件和电抗器6，热交换器与主进水管和主出水管相连，用于将水冷板吸收的热量经热交换器与散热风道内的空气进行换热。

本实用新型的牵引变流器的总体布局遵循对称化、模块化的设计思想以及方便组装、检修及维护等原则，尽可能将牵引变流器的各个零部件模块化、集成化，各部件具体包含四个变流器模块（2个整流模块和2个逆变模块）、支撑电容器、谐振电容、传动控制单元3（TCU）、接触器、充放电电阻、斩波电阻、电压电流传感器、散热风机、辅助变压器9、谐振电抗器6、火灾报警装置等部件；其基本结构可以沿图2中A-A划分为左侧密闭性较高的电气元件安装空间（即第一腔体101）和右侧的冷却通风空间（即第二腔体102）。电气元件安装空间包含两个整流模块、两个主逆变模块、辅助逆变模块、谐振电容、传动控制单元3（TCU）、接触器单元8、充放电电阻、水泵5等，其整体结构基本呈对称布置，两个整流模块和两个逆变模块分列电气元件安装区域的左右两侧，传动控制单元3和接触器单元8、辅变模块4和水泵5、三相接触器分别对称布置，中间区域布置有循环风机11、低感母排、冷却水管及输入输出接线端子等。对称式的布置使得整体结构紧凑，电气元件集成度高；两侧重量分布均衡，空间清晰合理。所有功率模块2和电容器之间采用低感母排连接，降低了主电路的杂散电感，集肤效应程度大大降低，有助于提高电气性能，增强变流器***工作的稳定性。

本实施例中，整流模块、逆变模块、二次滤波电容和支撑电容是变流器内部最为关键的部件，变流器的设计重点考虑了其安装与维护的方便和快捷性。整流模块与逆变模块可以实现完全对等替换，支撑电容、功率模块2及二次谐振电容依次叠层安装，如图3所示，功率模块2上部为支撑电容，下部为二次谐振电容，通过左右安装板固定到柜体1安装梁上，模块采用抽屉式结构，通过导轨方便滑入，后端通过活螺母固定，前端通过模块固定座固定，充分保证了模块的可靠连接，方面组装与维护。功率模块2和电容在整柜中的安装方便，打开柜门无需拆下其他任何部件，可以直接对功率模块2和电容进行直接维护，且功率模块2与电容均可以独立维护，相互间无影响，大大减少了功率模块2和电容的维护和更换时间。

本实用新型的牵引变流器冷却***同时集成水冷***及风冷***两部分。水冷***通过水路循环将变流器内部模块产生的绝大部分热量通过变流器外部的换热器将热量散发掉。风冷***包含内循环冷却和外部通风冷却两部分，如图4所示。其一，变流器电气元件安装空间中间设置一台循环风机11，循环风机11吹出的冷却风由两侧模块和柜体1顶板和底板围成的通道（循环风道）吹向循环风道另一端，再经过两侧模块和柜体1顶板及底板之间的腔体回流至循环风机11后侧的水冷换热器，完成一次热循环过程。合理的结构设计使得变流器内部风循形成对称回流，左右两侧冷却风量基本均匀，避免了在主要发热功率元件整流模块、逆变模块、支撑电容、二次电容等附近出现局部热点，保证电气***的可靠性。外部通风冷却由两台冷却风机10将热交换器外部的冷空气通过热交换器吸入变流器柜体1风道内，实现热交换器液-气热量的转移，被加热后的空气再经过辅助变压器9，对其进行冷却后，一部分风从风机底部风道直接吹出，另一部分风经后端风道引流至风机后端电抗器腔体，带走谐振电抗器6及斩波电阻产生的热量。通过调节后端风道位置和开口大小，可以合理分配后端电抗器6冷却所需风量，同时也不至于在风机腔内引起紊流，产生较大振动和噪声。

本实施例中，柜体1内设置有感温电缆火灾报警检测装置，当柜体1内某一部分发生火灾时，感温电缆因为绝缘层的破坏而出现短接，整个线路电阻值发生变化，通过火灾探测器即可检测到阻值的变化，从而触发火灾报警信号。

本实施例中，辅助输出采用三相三线制输出，同时在三相输出母线上设置了高阻网络接地检测装置，供电正常时电压传感器检测电阻网络中性点对地电压为0，当辅助母线出现接地时，电压传感器检测电阻板中间点位对地电压将发生变化，从而判断母线接地。

本实施例中，中间回路集成无火回送单元7，无火回送单元7安装在第二腔体102于电抗器6的一侧；当主牵引***不能获得网侧能量时，无火回送单元7利用车载蓄电池提供的能量，对直流母线做快速且水平有限的预充电，保证逆变器能启动，并对电机进行励磁，利用列车被拖动时产生的机械能，将直流母线持续充电至正常水平，使辅助逆变器能够正常工作。

本实施例中，柜体1顶框和竖梁均采用方钢管搭接而成，所有部件均安装于梁上，避免产生更多的附加载荷，大大提高了变流器整体的刚度和强度，能够承受车辆运行中的各种振动和冲击。其中柜体1的顶部配置有六个吊耳，采用弹性悬挂装置，根据其整体重量分布位置不同，合理地设置吊耳间距，并设置两个方形防脱止档装置，两个止档连线与其重心共一竖直平面，进一步保障变流器在列车运行中的可靠性和安全性。柜内主电路采用屏蔽电缆，控制线屏蔽线采用360°环接等方式，有效地将电磁干扰控制在可接受范围内。为避免电磁干扰带来的不利影响，中间直流回路正负母线上均设置了接地电容，辅助输出回路增加EMI滤波器。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种集成式牵引变流器，其特征在于，包括柜体（1），所述柜体（1）分隔成两个独立的第一腔体（101）和第二腔体（102），所述第一腔体（101）的中部设置有循环风道，所述循环风道的两侧设置有功率模块（2），所述循环风道内设置有主进水管和主出水管，所述主进水管和主出水管上均设置有多根支管、用于与所述功率模块（2）的水冷板相连通；所述第二腔体（102）内设置有散热风道，沿所述散热风道的布置方向依次设置有热交换器、辅助变压器（9）、风机组件和电抗器（6），所述热交换器与所述主进水管和主出水管相连，用于将水冷板吸收的热量经热交换器与散热风道内的空气进行换热。

2.根据权利要求1所述的集成式牵引变流器，其特征在于，所述循环风道的一端设置有循环风机（11），用于将风吹向循环风道的另一端，再经两侧功率模块（2）与柜体（1）之间的空间回流至循环风机（11）后侧的水冷换热器，经过水冷换热器换热冷却后再次被吸入循环风机（11）。

3.根据权利要求1或2所述的集成式牵引变流器，其特征在于，所述牵引变流器的控制单元（3）和接触器单元（8）也分别位于循环风道的两侧。

4.根据权利要求1或2所述的集成式牵引变流器，其特征在于，还包括与牵引变流器中间回路相连的无火回送单元（7），所述无火回送单元（7）安装在第二腔体（102）于电抗器（6）的一侧。

5.根据权利要求1或2所述的集成式牵引变流器，其特征在于，所述功率模块（2）与牵引变流器的支撑电容及二次电容叠压安装，通过左右安装板固定在柜体（1）上。

6.根据权利要求1或2所述的集成式牵引变流器，其特征在于，所述功率模块（2）采用抽屉式结构，通过导轨滑入至柜体（1）内，后端通过螺母固定，前端通过固定座固定。

7.根据权利要求1或2所述的集成式牵引变流器，其特征在于，所述柜体（1）内设置有感温电缆火灾报警检测装置。

8.根据权利要求1或2所述的集成式牵引变流器，其特征在于，所述牵引变流器的三相辅助输出母线上设置有高阻网络接地检测装置。