CN102638155B - 一种集中式辅助变流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集中式辅助变流装置，包括：箱体、过滤网、逆变模块、充电机模块、控制单元、冷却风机、输出电器板、中间电器板、变压器板、电抗器板和输入电器板，逆变模块、充电机模块、控制单元、冷却风机、输出电器板、中间电器板、变压器板、电抗器板和输入电器板分三层布置在箱体的内部；第一层包括逆变模块、充电机模块和控制单元；中间层包括冷却风机、变压器板和电抗器板；第三层包括输出电器板、中间电器板和输入电器板。本发明将辅助变流器和充电机集成在同一箱体内，并采用风冷冷却方式，有效地解决了车下安装空间有限和集成式辅助变流器散热的问题，减小了柜体的重量和体积，主要功能模块容易拆换，维护方便。

Description

一种集中式辅助变流装置

技术领域

本发明涉及一种变流装置，尤其是涉及一种应用于轨道交通地铁车辆上的集中式辅助变流装置。

背景技术

在轨道交通技术水平不断提高的当今，辅助变流器如何快速响应市场需求、节约安装空间和成本、减小重量和体积等越来越受到相关技术人员的关注。现有轨道交通地铁上运用的辅助变流装置及充电机箱体结构独立自成一体，牵引变流器和辅助变流器集成在同一箱体，箱体内还设置有水冷却装置。这样的结构设计容易导致以下缺陷：1、现有辅助变流装置的安装固定、拆卸维护、故障查找都十分不方便；2、现有辅助变流装置占用的安装空间过大；3、现有辅助变流装置的箱体重，散热风道结构对外要求严格。而在现有技术当中，有以下两篇文献涉及到本发明。

文献1为北京交通大学于2008年03月31日申请，并于2008年08月27日公开，公开号为CN101249801A的中国发明专利申请《一种车辆辅助变流器》，具体涉及到一种车辆辅助变流器，包括：网侧滤波部分，直流变换部分和交流变换部分。网侧滤波部分中二极管和网侧功率开关管的集电极连接，网侧功率开关管的发射极与滤波电容的正极连接形成直流母线的正极，软启动电阻的两端分别与网侧功率开关管的集电极和网侧功率开关管的发射极连接。DC/DC斩波器中的功率开关管工作在软开关状态。交流、直流变换部分的DC/DC斩波器为零电压软开关谐振变换器。采用无触点的功率开关管代替接触器减少了开关噪声；功率开关管工作在软开关状态减少了开关损耗；采用高频变压器隔离使之轻量化。

文献2为永济新时速电机电器有限责任公司于2008年12月06日申请，并于2009年09月09日公开，公开号为CN201307823Y的中国实用新型专利《一种牵引辅助供电一体式变流装置》，用于高速动车组的变流装置，具体为牵引辅助供电一体式变流装置。解决现有高速动车组上的牵引变流器及辅助变流器结构独立自成一体，安装固定有极大难度，安装拆卸、维修维护、故障查找处理不方便；以及风冷却结构不便维修、维护等问题。包括箱体，含有整流电路、逆变电路的牵引供电变流器和辅助供电变流器，牵引变流器和辅助变流器集成在同一箱体，并在结构上，采用模块化结构设计，牵引供电变流器和辅助供电变流器共用一个由整流功率模块构成的整流电路，箱体内还设置有水冷却装置。

但是以上两篇文献依然没有解决现有技术存在的问题，因此开发设计一种辅助变流装置，解决现有技术辅助变流装置的安装固定、拆卸维护、故障查找都十分不方便；辅助变流装置占用的安装空间过大；箱体过重，散热风道结构对外要求严格的技术问题成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种集中式辅助变流装置，解决了车下安装空间有限的难题和集成式辅助变流器散热的问题，减小了柜体的重量和体积，主要功能模块容易拆换，维护方便。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种集中式辅助变流装置的技术实现方案，一种集中式辅助变流装置，包括：箱体、过滤网、逆变模块、充电机模块、控制单元、冷却风机、输出电器板、中间电器板、变压器板、电抗器板和输入电器板，逆变模块、充电机模块、控制单元、冷却风机、输出电器板、中间电器板、变压器板、电抗器板和输入电器板分三层布置在箱体的内部；第一层包括逆变模块、充电机模块和控制单元，逆变模块、充电机模块和控制单元依次排列，在箱体上靠近逆变模块的位置设置有过滤网；中间层包括冷却风机、变压器板和电抗器板，冷却风机、变压器板和电抗器板依次排列，冷却风机设置在靠近控制单元的位置；第三层包括输出电器板、中间电器板和输入电器板，输出电器板、中间电器板和输入电器板依次排列。

作为本发明一种集中式辅助变流装置技术方案的进一步改进，过滤网包括侧过滤网和前过滤网，侧过滤网设置在箱体靠近逆变模块的相对侧部位置，前过滤网设置在箱体靠近逆变模块的相对前部位置。

作为本发明一种集中式辅助变流装置技术方案的进一步改进，集中式辅助变流装置采用强迫风冷散热结构，在箱体的相对底部设置有出风口，外部的自然风经侧过滤网和前过滤网，由冷却风机强迫吸入，经过逆变模块、充电机模块和控制单元，再由冷却风机经过变压器板和电抗器板后，最后从靠近电抗器板位置的箱体底部的出风口排出。

作为本发明一种集中式辅助变流装置技术方案的进一步改进，输出电器板设置在靠近冷却风机的位置。

作为本发明一种集中式辅助变流装置技术方案的进一步改进，箱体采用钢板折弯结构组装成型。

作为本发明一种集中式辅助变流装置技术方案的进一步改进，输入电器板包括应急电源电路，控制单元包括控制电路，应急电源电路与控制电路相连。

作为本发明一种集中式辅助变流装置技术方案的进一步改进，中间电器板包括充放电电路，变压器板包括输出变压器，电抗器板包括输入滤波电路，输入滤波电路与充放电电路相连。

作为本发明一种集中式辅助变流装置技术方案的进一步改进，输出电器板包括三相滤波电路、三相输出电路和直流滤波电路，三相滤波电路与三相输出电路相连。

作为本发明一种集中式辅助变流装置技术方案的进一步改进，逆变模块包括逆变电路，逆变电路采用功率模块为IGBT的两电平三相桥式逆变电路，逆变电路的输入端与充放电电路相连，逆变电路的输出端与输出变压器相连。

作为本发明一种集中式辅助变流装置技术方案的进一步改进，充电机模块包括直流电路，直流电路包括三相全波整流电路和IGBT半桥式高频DC/DC电路，三相全波整流电路与IGBT半桥式高频DC/DC电路相连，充电机模块的输入端与输出电器板中的三相输出电路相连，充电机模块的输出端与输出电器板中的直流滤波电路相连。

通过实施上述本发明一种集中式辅助变流装置的技术方案，具有以下技术效果：

此集成式辅助变流器由输入滤波电路、充放电电路、逆变电路等电路模块以及相关的控制电路组成，将辅助变流器、充电机和相关的控制电路集成在同一箱体内，并采用风冷冷却方式，有效地解决了车下安装空间有限和集成式辅助变流器散热的问题，减小了柜体的重量和体积，主要功能模块容易拆换，维护方便。采用模块化的设计方案，提高了辅助系统稳定性和可维护性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明集中式辅助变流装置一种具体实施方式的外部结构示意图。

图2是本发明集中式辅助变流装置一种具体实施方式的内部结构布局示意图。

图3是本发明集中式辅助变流装置一种具体实施方式的主电路结构原理图。

图4是本发明集中式辅助变流装置一种具体实施方式的风道原理示意图。

图中：1-箱体，2-侧过滤网，3-前过滤网，4-逆变模块，5-充电机模块，6-控制单元，7-冷却风机，8-输出电器板，9-中间电器板，10-变压器板，11-电抗器板，12-输入电器板，13-输入滤波电路，14-充放电电路，15-逆变电路，16-输出变压器，17-三相滤波电路，18-三相输出电路，19-应急电源电路，20-控制电路，21-直流电路，22-直流滤波电路，23-三相全波整流电路，24-IGBT半桥式高频DC/DC电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图4所示，给出了本发明一种集中式辅助变流装置的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图2所示的一种集中式辅助变流装置的具体实施方式，包括：箱体1、过滤网、逆变模块4、充电机模块5、控制单元6、冷却风机7、输出电器板8、中间电器板9、变压器板10、电抗器板11和输入电器板12，逆变模块4、充电机模块5、控制单元6、冷却风机7、输出电器板8、中间电器板9、变压器板10、电抗器板11和输入电器板12分三层布置在箱体1的内部；第一层包括逆变模块4、充电机模块5和控制单元6，逆变模块4、充电机模块5和控制单元6依次排列，在箱体1上靠近逆变模块4的位置设置有过滤网；中间层包括冷却风机7、变压器板10和电抗器板11，冷却风机7、变压器板10和电抗器板11依次排列，冷却风机7设置在靠近控制单元6的位置；第三层包括输出电器板8、中间电器板9和输入电器板12，输出电器板8、中间电器板9和输入电器板12依次排列。

如附图1和附图4所示，过滤网进一步包括侧过滤网2和前过滤网3，侧过滤网2设置在箱体1靠近逆变模块4的侧部B处，前过滤网3设置在箱体1靠近逆变模块4的前部A处。集中式辅助变流装置采用强迫风冷散热结构，在箱体1的底部D的E处设置有出风口，外部的自然风经侧过滤网2和前过滤网3，由冷却风机7强迫吸入，经过逆变模块4、充电机模块5和控制单元6，再由冷却风机7经过变压器板10和电抗器板11后，最后从靠近电抗器板11位置的箱体1底部E处的出风口排出。如附图4中箭头所指的A处为箱体1的前部，B处为箱体1的侧部，C处为箱体1的顶部，D处为箱体1的底部，E处为底部出风口的位置。如附图4的风道结构图所示，本发明集中式辅助逆变器采用强迫风冷方式，自然风经由图中的a、b处过滤网被冷却风机强迫吸入，经过装有逆变模块4、充电机模块5和控制单元6的腔体c到达d处，经过冷却风机7将冷却风再次导向装有变压器板10的e处和装有电抗器板11的f处后由底部将热风排出。

输出电器板8进一步设置在靠近冷却风机7的位置。箱体1采用钢板折弯结构组装成型。如附图3所示，输入电器板12进一步包括应急电源电路19；中间电器板9进一步包括充放电电路14；输出电器板8进一步包括三相滤波电路17、三相输出电路18和直流滤波电路22；控制单元6进一步包括相关的控制电路20；变压器板10进一步包括输出变压器16，电抗器板11进一步包括输入滤波电路13；逆变模块4进一步包括逆变电路15，逆变电路15采用功率模块为IGBT的两电平三相桥式逆变电路。输入滤波电路13与充放电电路14相连，逆变电路15的输入端与充放电电路14相连，逆变电路15的输出端与输出变压器16相连，输出变压器16与三相滤波电路17相连，三相滤波电路17与三相输出电路18相连；应急电源电路19与相关的控制电路20相连，控制电路20与三相滤波电路17相连；充电机模块5进一步包括直流电路21，直流电路21包括三相全波整流电路23和IGBT半桥式高频DC/DC电路24，三相全波整流电路23与IGBT半桥式高频DC/DC电路24相连；充电机模块5的输入端与输出电器板8中的三相输出电路18相连，充电机模块5的输出端与输出电器板8中的直流滤波电路22相连。

集中式辅助变流装置包括箱体1，输入滤波电路13、充放电电路14、逆变电路15、输出变压器16、三相滤波电路17、三相输出电路18、应急电源电路19、控制电路20、直流电路21，直流滤波电路22以及相关的直流滤波电路22都设置于同一箱体1内。采用三相两电平逆变电路结构设计的逆变电路15和充电机模块5的电路设计，确保辅助变流装置持续运行。三相两电平式的逆变电路15将直流电逆变成交流电，充电机模块5的电路将三相两电平逆变电路15的输出转变成直流电。

如附图3所示，输入滤波电路13由直流滤波电抗器和滤波电容器组成LC滤波电路。充放电电路14由隔离二极管、充放电电阻、充电接触器及短接接触器等组成。集中式辅助变流装置集成在SIV（Static Inverter，静态逆变器）的内部，SIV经输入滤波电路13后，电容器先通过充电电阻预充电，当其电压充电到一定电压值时闭合短接接触器而短接充电电阻，从而减小电容器的充电电流，降低对电容器的冲击，延长电容器的使用寿命。当对SIV进行维护保养时，断开隔离开关，其联锁接点闭合，将SIV的输入端电容器短接，以实现快速放电。逆变电路15由IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）逆变器模块组成，采用功率模块为IGBT的两电平三相桥式逆变电路，采用SPWM（Sinusoidal PWM，正弦脉宽调制）控制方式将恒定的直流电压转换成三相交流PWM。三相输出电路18由变压器、滤波电容器以及EMI（Electro Magnetic Interference，电磁兼容）滤波器组成，并利用变压器漏感和电容组成LC滤波器，将IGBT逆变器输出的PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）电压经过低通滤波后得到接近正弦波的三相电压；充电机模块5的电路采用三相全波整流+IGBT半桥式高频DC/DC电路；从输出变压器16的三相输出电压经过自动开关、预充电电阻、交流滤波电抗器后输入到三相整流桥整流，电容器滤波后得到直流电压（中间环节电路电压），当中间电路电压达到一定值后，闭合接触器短接电阻。直流环节电路电压经半桥变换电路变换为高频矩形波电压，经高频变压器进行隔离、降压后，再经整流桥整流、电抗器和电容器滤波后得到稳定的直流。充电机输入端设置过流保护自动开关。冷却风机7采用三相离心风机，冷却风机7的输入端设置过流保护开关，同时自身有过热保护。对辅助电源内部的发热部件进行强迫风冷。直流的应急电源电路19由熔断器、电源模块、应急电源启动接触器组成。当直流电压低于一定值的时候，电源模块空载输出，外部送入应急电源启动信号后，应急电源电路19开始为负载提供电源。输入端的熔断器对应急电源电路19的输入端电路进行短路保护。

本发明集中式辅助变流装置将逆变模块4、充电机模块5以及相关的控制电路和电源电路集成在一起集成在同一箱体中，采用模块化的设计思路，并采用风冷冷却方式，解决了车下安装空间有限的难题和集成式辅助变流器散热的问题，减小了柜体的重量和体积，其主要功能模块容易拆换、维护方便，同时提高了辅助变流装置的稳定性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。 

Claims (9)

1.一种集中式辅助变流装置，其特征在于，包括：箱体（1）、过滤网、逆变模块（4）、充电机模块（5）、控制单元（6）、冷却风机（7）、输出电器板（8）、中间电器板（9）、变压器板（10）、电抗器板（11）和输入电器板（12），所述逆变模块（4）、充电机模块（5）、控制单元（6）、冷却风机（7）、输出电器板（8）、中间电器板（9）、变压器板（10）、电抗器板（11）和输入电器板（12）分三层布置在箱体（1）的内部；第一层包括逆变模块（4）、充电机模块（5）和控制单元（6），所述逆变模块（4）、充电机模块（5）和控制单元（6）依次排列，在箱体（1）上靠近所述逆变模块（4）的位置设置有过滤网；中间层包括冷却风机（7）、变压器板（10）和电抗器板（11），所述冷却风机（7）、变压器板（10）和电抗器板（11）依次排列，所述冷却风机（7）设置在靠近控制单元（6）的位置；第三层包括输出电器板（8）、中间电器板（9）和输入电器板（12），所述输出电器板（8）、中间电器板（9）和输入电器板（12）依次排列；所述集中式辅助变流装置采用强迫风冷散热结构，在所述箱体（1）的底部设置有出风口，所述过滤网包括侧过滤网（2）和前过滤网（3），外部的自然风经所述侧过滤网（2）和前过滤网（3），由冷却风机（7）强迫吸入，经过逆变模块（4）、充电机模块（5）和控制单元（6），再由冷却风机（7）经过变压器板（10）和电抗器板（11）后，最后从靠近电抗器板（11）位置的箱体（1）底部的出风口排出。

2.根据权利要求1所述的一种集中式辅助变流装置，其特征在于：所述侧过滤网（2）设置在箱体（1）靠近逆变模块（4）的侧部位置，所述前过滤网（3）设置在箱体（1）靠近逆变模块（4）的前部位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种集中式辅助变流装置，其特征在于：所述输出电器板（8）设置在靠近冷却风机（7）的位置。

4.根据权利要求3所述的一种集中式辅助变流装置，其特征在于：所述箱体（1）采用钢板折弯结构组装成型。

5.根据权利要求1、2、4中任一权利要求所述的一种集中式辅助变流装置，其特征在于：所述输入电器板（12）包括应急电源电路（19），所述控制单元（6）包括控制电路（20），应急电源电路（19）与控制电路（20）相连。

6.根据权利要求5所述的一种集中式辅助变流装置，其特征在于：所述中间电器板（9）包括充放电电路（14），所述变压器板（10）包括输出变压器（16），所述电抗器板（11）包括输入滤波电路（13），输入滤波电路（13）与充放电电路（14）相连。

7.根据权利要求6所述的一种集中式辅助变流装置，其特征在于：所述输出电器板（8）包括三相滤波电路（17）、三相输出电路（18）和直流滤波电路（22），三相滤波电路（17）与三相输出电路（18）相连。

8.根据权利要求6或7所述的一种集中式辅助变流装置，其特征在于：所述逆变模块（4）包括逆变电路（15），逆变电路（15）采用功率模块为IGBT的两电平三相桥式逆变电路，逆变电路（15）的输入端与充放电电路（14）相连，逆变电路（15）的输出端与输出变压器（16）相连。

9.根据权利要求8所述的一种集中式辅助变流装置，其特征在于：所述充电机模块（5）包括直流电路（21），所述直流电路（21）包括三相全波整流电路（23）和IGBT半桥式高频DC/DC电路（24），所述三相全波整流电路（23）与IGBT半桥式高频DC/DC电路（24）相连，所述充电机模块（5）的输入端与输出电器板（8）中的三相输出电路（18）相连，充电机模块（5）的输出端与输出电器板（8）中的直流滤波电路（22）相连。