CN103138184A - 机车变流柜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机车变流柜。包括柜体，柜体包括左框架和右框架；左框架设置有左前门和左后门，右框架设置有右前门和右后门；左后门上位于柜体的上方位置安装有膨胀水箱、慢放电阻、预充电电阻、预充电接触器；右后门上位于柜体的上方位置安装有TCU和ACU；左后门和右后门上位于柜体的中间位置安装有多个功率模块组件；左后门上位于柜体的下方位置安装有水泵、接触器和输入电流传感器；右后门上位于柜体的下方位置安装有输出电流传感器、电流互感器、熔断器和电压传感器；左框架的左侧外壁上安装有柜外冷却管路；左框架和右框架内的各部件外围设置有柜内冷却管路。本发明提供的机车变流柜，电气元件布局合理，可有效提高变流柜的电气性能。
Description
技术领域
本发明涉及变流柜技术，尤其涉及一种大功率的机车变流柜。
背景技术
变流柜是大功率交流传动电力机车中的关键部件之一，用于为机车中的电机提供电源，变流柜性能的好坏直接影响着机车运行的安全性和可靠性。
其中，变流柜中主要放置牵引变流器和驱动控制单元，牵引变流器中的整流电路、直流回路以及逆变器等均是大功率电气设备，这些大功率电气设备均是由功率模块(即绝缘栅双极晶体管IGBT元件)、复合母排、驱动单元和散热器等组成，这些部件在变流柜中的排布方式直接影响着牵引变流器电气性能。现有机车变流柜中，各电气元件的排布方式简单，布局不合理，各种高压和低压元件混合排布，影响变流器的电气性能，同时也不利于电气元件的散热，进一步导致电气元件性能下降。
综上，现有机车大功率变流柜中，各电气元件排布方式不合理，高压和低压电气元件混合排布，影响电气元件和整个变流器的电气性能。
发明内容
本发明提供一种机车变流柜，可有效克服现有变流柜内电气元件排布造成的电气性能下降的问题。
本发明提供一种机车变流柜，包括柜体，所述柜体包括按照从左到右方向相邻设置的左框架和右框架；
所述左框架的前后端分别设置有左前门和左后门，所述右框架的前后端分别设置有右前门和右后门；
所述左后门上，位于所述柜体的上方位置从左到右依次安装有膨胀水箱、慢放电阻、预充电电阻、预充电接触器；所述右后门上，位于所述柜体的上方位置从左到右依次安装有牵引控制单元和辅助控制单元；
所述左后门和右后门上，位于所述柜体的中间位置从左到右依次安装有多个功率模块组件，所述功率模块组件包括左右相邻设置的功率模块和支撑电容，以及连接各功率模块和支撑电容的复合母排；
所述左后门上，位于所述柜体的下方位置从左到右依次安装有水泵、接触器和输入电流传感器；所述右后门上，位于所述柜体的下方位置从左到右依次安装有输出电流传感器、电流互感器、熔断器和电压传感器；
所述左框架的左侧外壁上安装有柜外冷却管路，所述柜外冷却管路的两端分别与所述膨胀水箱和水泵连接；
所述左框架和右框架内的各部件外围设置有柜内冷却管路，所述柜内冷却管路的两端分别与所述膨胀水箱和水泵连接。
本发明提供的机车变流柜，将柜体分成左右两个框架，并通过在框架内合理设置电气元件的位置，将各高压电气元件和低压电气元件设置在不同的框架和位置，使得各电气元件配置合理，变流柜占用空间较少，同时可具有较好的冷却效果，可确保各电气元件的电气性能，提高整个变流柜的电气性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的机车变流柜的主视图；
图2为本发明实施例提供的机车变流柜的后视图；
图3为图1机车变流柜内各部件排布的主视图；
图4为图1机车变流柜内各部件排布的后视图；
图5为本发明实施例提供的变流柜对应的变流器的电路原理示意图。
具体实施方式
图1为本发明实施例提供的机车变流柜的主视图；图2为本发明实施例提供的机车变流柜的后视图；图3为图1机车变流柜内各部件排布的主视图；图4为图1机车变流柜内各部件排布的后视图；图5为本发明实施例提供的变流柜对应的变流器的电路原理示意图。本实施例机车变流柜可用于对电网电压进行转换，以为牵引电机和辅助设备供电，具体地，如图1-图4所示，本实施例机车变流柜包括：柜体1，柜体1包括按照从左到右方向相邻设置的左框架11和右框架12；左框架11的前后端分别设置有左前门111和左后门112，右框架12的前后端分别设置有右前门121和右后门122；左后门112上，位于柜体1的上方位置从左到右依次安装有膨胀水箱21、慢放电阻31、预充电电阻32和预充电接触器33；右后门122上，位于柜体1的上方位置从左到右依次安装有牵引控制单元TCU 61和辅助控制单元ACU 62，其中，TCU 61的数量为3个，ACU 62的数量为1个，用于对功率模块的功率元件进行控制，以及检测柜体中的重要电气参数；左后门112和右后门122上，位于柜体1的中间位置分别安装有多个功率模块组件4，功率模块组件4包括左右相邻设置的功率模块41和支撑电容42，以及连接各功率模块41和支撑电容42的复合母排43；左后门112上，位于柜体1的下方位置从左到右依次安装有水泵22、主接触器51和输入电流传感器52，所述主接触器51和输入电流传感器52与功率模块组件4之间还设置有二次滤波电容53，此外，左后门112下方还可设置有接地传感器、斩波回路电流传感器；右后门122上，位于柜体1的下方位置从左到右依次安装有输出电流传感器54、电流互感器55、熔断器56和电压传感器57；左框架11的左侧外壁上安装有柜外冷却管路23，柜外冷却管路23的两端分别与膨胀水箱21和水泵22连接；左框架11和右框架12内的各部件外围设置有柜内冷却管路24，柜内冷却管路24的两端分别与膨胀水箱21和水泵22连接。
本实施例机车变流柜，功率模块组件设置在柜体的中间位置，其他组件分别设置在柜体的上方或下方位置，使得各电气元件设置合理，可满足各电气元件的冷却需要，提高电气元件的电气性能。
本实施例中，如图3所示，上述的各功率模块组件4中的功率模块41和支撑电容42左右相邻设置在柜体1的中间位置，这样，可便于连接功率模块41和支撑电容42的复合母排的设置，同时也可有效减少功率模块组件4安装所占用的空间，减少整个变流体的尺寸，降低成本。此外，功率模块组件4设置在柜体1的中间位置，也便于柜体1中冷却管路的布置，且打开柜体的前门时，也便于直接对功率模块组件进行拆装、维护。
本实施例中，柜体1中的冷却可采用水冷方式，其中水泵、膨胀水箱放置在柜体1内，冷却风机、散热器集成在机车的冷却塔内，冷却塔通过相应的管路和法兰实现与变流柜中冷却回路的连接。具体地，如图3所示，在变流柜的最左侧壁上悬挂安装柜外冷却管路23，其上集成有与冷却塔连接的各种接口，同时，为便于连接水管，将重量较重的水泵安装于左框架11的左下方。
本实施例中，如图3所示，作为发热量较大的慢放电阻31、预充电电阻32、预充电接触器33等电气元件，安装在左框架的上方，可尽量减小该些元气件的发热量对其它元件的损伤，进而提高整个变流柜的电气性能。
本实施例中，如图3所示，通过将3个TCU 61和1个ACU 62，依次排列安装在右框架2的上方位置，可减少外界对该设备的干扰，并便于集中布线。本领域技术人员可以理解，TCU和ACU主要用于对柜体1内其他电气元件的工作进行控制，其控制性能直接影响着整个变流柜的工作的电气性能，因此，将这些控制电气元件单独设置在右框架的上方，可有效确保变流柜工作的电气性能。
本实施例中，为便于对各功率模块组件进行冷却处理，各功率模块41上分别设置有水冷却回路(图中未示出)，并通过设置的快速水接头连接到柜内冷却管路24上，使得水泵22泵出的冷却液可通过这些管路对功率模块进行冷却。通过设置快速水接头，可便于与柜内冷却管路连接，实现快捷的插拔操作。此外，柜体1中的其他电气元件也可设置单独的冷却回路，并通过相应的接头连接到柜内冷却管路上，从而实现对各电气元件的冷却，提高各电气元件的电气性能。
本实施例中，左框架11和右框架12均为钢板框架结构，具体地，可通过采用折弯钢板以及铆钉铆接的方式制作得到所述的柜体1，以确保柜体结构的稳定性和强度。
本实施例中，如图4所示，左后门112和右后门122上可分别设置有圆孔和/或方孔，本实施例中设置的为圆孔1121，以方便对安装在柜体内的各铜牌进行散热以及检修；此外，左前门111和右前门121上可分别设置有门扣手1123和门锁1124，以便操作人员拆卸前门，对柜体内的各部件进行检修。
本实施例中，如图3所示，功率模块组件4的数量为8个，其中，位于左框架11内的功率模块组件4的数量为4个，且每两组功率模块组件4形成一个四象限整流器；位于右框架12内的功率模块组件4数量为4个，各功率模块组件分别形成逆变器，且形成的3个逆变器分别用于与机车上的电机连接，以为电机提供电力，驱动机车运行，1个逆变器作为辅助逆变器，用于为机车上的用电设备供电。
本实施例中，如图5所示，为本发明实施例变流柜中形成的牵引变流器的电路原理示意图，其中，四象限整流器10中的整流电路101，以及逆变器电路20均是由图3中所示的功率模块组件4形成，具体地，左框架11中的两个功率模块组件4串联形成如图5所示的四象限整流器10，这样，在左框架11中可两个形成四象限整流器；此外，上述的预充电电阻32、预充电接触器33和主接触器51可与外界输入的电源连接，用于将外界电源输入左框架11的功率模块组件4中的功率模块，以对输入电源进行整流滤波处理。本领域技术人员可以理解，左框架上还可设置有与外界输入电源连接的接线端子，以与外界输入电源连接，其具体实现方式，可以是通过铜排接口等实现。
本实施例中，上述的二次滤波电容可作为如图5所示的中间直流回路30中的电路元件，以实现直流电的输出，连接在四象限整流器和逆变器之间，使得右框架12中的四个功率模块组件4形成的4个逆变器可共用左框架11内形成的2个四象限整流器和中间直流回路。
本实施例中，如图3所示的各电气元件之间的连接关系，可按照如图5所示的电路原理进行连接，以形成相应的牵引变流器电路，其具体电路连接可参照现有牵引变流器中的电路连接，在此不再赘述。此外，为提高变流柜的电气性能，用于连接高压电气元件的高压线和用于连接低压元气件的低压线可单独隔离设置，分别形成高压线和低压线组件，且各高压线和低压线可分束、分距离绑扎，以减少相互之间的电磁干扰，满足变流柜的电磁兼容要求。
本实施例中，在左框架11中主要形成四象限整流器，在左框架12中形成逆变器，这样，在左框架主要实现电源输入整流，而在右框架则主要实现直流交流的逆变处理。本领域技术人员可以理解，左框架主要实现的是高压电的处理，而右框架则主要实现低压电的处理，可有效确保变流体的电气性能。
本实施例机车变流柜可应用于机车中，为机车牵引提供所需的电力，以及为机车上的用电设备提供电源。具体地，每台机车上可安装有上述的两台机车变流柜，其中，每个变流柜中包含有3台牵引变流器和1台辅助变流器，其中3台牵引变流器就是由左框架中的4个功率模块组件形成的2个四象限整流器，以及右框架中的3个功率模块件形成的3个逆变器，以及他们之间的中间直流回路组成，具体电路结构可参见图5所示；辅助逆变器就是由右框架中的1个功率模块组件4与左框架中的功率模块组件形成。
实际应用中，交流电网中的25KV电网电压可通过受电弓传输到牵引变压器原边，牵引变压器将25KV的电网电压变换为1471V的交流电施加到左框架中的功率模块组件的前端，由功率模块组件形成的2个四象限整流器进行整流滤波处理，将交流电转换为直流电；然后，将直流电通过二次滤波电容后，输入右框架中的功率模块组件，由功率模块组件形成的逆变器对直流电进行逆变，输出交流电，提供给机车上的牵引电机，以驱动机车工作。此外，右框架中形成辅助逆变器的功率模块组件可从右框架中的功率模块组件传输的直流电中取电，经过自身逆变后，输送至机车的用电设备。本实施例变流柜可满足机车1200KW轴功率、最高运用速度120Km/h的总体要求，可在机车各种工况下均具有完善而可靠的短路、过载、接地、过电压、欠压、过热、空转、滑行等故障保护功能。
综上可以看出，本实施例提供的机车变流柜，将柜体分成左右两个框架，并通过在框架内合理设置电气元件的位置，将各高压电气元件和低压电气元件设置在不同的框架和位置，使得各电气元件配置合理，变流柜占用空间较少，同时可具有较好的冷却效果，可确保各电气元件的电气性能，提高整个变流柜的电气性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种机车变流柜，其特征在于，包括柜体，所述柜体包括按照从左到右方向相邻设置的左框架和右框架；
所述左框架的前后端分别设置有左前门和左后门，所述右框架的前后端分别设置有右前门和右后门；
所述左后门上，位于所述柜体的上方位置从左到右依次安装有膨胀水箱、慢放电阻、预充电电阻和预充电接触器；所述右后门上，位于所述柜体的上方位置从左到右依次安装有牵引控制单元和辅助控制单元；
所述左后门和右后门上，位于所述柜体的中间位置从左到右依次安装有多个功率模块组件，所述功率模块组件包括左右相邻设置的功率模块和支撑电容，以及连接各功率模块和支撑电容的复合母排；
所述左后门上，位于所述柜体的下方位置从左到右依次安装有水泵、接触器和输入电流传感器；所述右后门上，位于所述柜体的下方位置从左到右依次安装有输出电流传感器、电流互感器、熔断器和电压传感器；
所述左框架的左侧外壁上安装有柜外冷却管路，所述柜外冷却管路的两端分别与所述膨胀水箱和水泵连接；
所述左框架和右框架内的各部件外围设置有柜内冷却管路，所述柜内冷却管路的两端分别与所述膨胀水箱和水泵连接。
2.根据权利要求1所述的机车变流柜，其特征在于，各功率模块上分别设置有水冷却回路，所述水冷却回路通过设置的快速水接头连接到所述柜内冷却管路。
3.根据权利要求1所述的机车变流柜，其特征在于，所述左框架和右框架为钢板框架。
4.根据权利要求1所述的机车变流柜，其特征在于，所述功率模块组件的数量为8个，其中：
位于所述左框架内的功率模块组件数量为4个，每两组功率模块组件形成一个四象限整流器；
位于所述右框架内的功率模块组件数量为4个，各功率模块组件分别形成逆变器，其中，形成的3个逆变器分别与机车上的电机连接，1个逆变器作为辅助逆变器，用于为机车上的用电设备供电。
5.根据权利要求1所述的机车变流柜，其特征在于，所述左后门和右后门上分别设置有用于散热用的圆孔和/或方孔。
6.根据权利要求1所述的机车变流柜，其特征在于，所述左前门和右前门上分别设置有门扣手和门锁。
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