CN103475236A - 一种牵引变流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牵引变流装置，其包括有箱体及设于该箱体之内的支架，箱体包括有前面板、后面板、左侧板、右侧板、上盖板和底板，支架上由前面板至后面板方向形成有风道，箱体之内集成了高压输入组件、功率逆变单元、低压控制单元和滤波电抗器，所以可直接将箱体固定在车辆上，安装、维护过程简单方便；同时，减小了各模块之间的跨接电缆的长度，进一步节省了设备空间并提高了设备的可靠性；此外，只需一台风机就能够对箱体内发热量较大的模块进行散热，从而实现了散热系统的集成和统一，本发明通过对上述各组成模块的热量等级进行合理布局，使得流动空气先对功率逆变单元进行散热之后，再对滤波电抗器进行散热，取得了好的散热效果。

Description

一种牵引变流装置

技术领域

本发明涉及变流装置，尤其涉及一种应用于轨道车辆设备的牵引变流装置。

背景技术

目前，随着轨道交通技术的快速发展，牵引变流装置广泛应用于电力车辆以及安装电传动装置的其他电动车辆的牵引主回路中，主要用于实现直流侧和交流侧的电能量转换，并对各种牵引电动机起控制和调节作用。牵引变流装置一般由高压输入组件、功率逆变单元等主电路设备和低压控制单元等控制电路设备构成。在轨道交通技术不断提高的当今，要求牵引变流器主要功能模块容易拆卸和更换，节约安装空间和成本，满足轻量化和结构紧凑，并且散热良好，同时，由于机车车辆在运行过程中受振动、冲击及粉尘方面的影响，要求变流器结构强度高，内部器件以及整机抗振能力强，并且能够满足防尘的要求。

现有机车、地铁上所运用的牵引变流装置中，高压输入组件、功率逆变单元、滤波电抗器和低压控制单元是相互独立的，即上述各组成模块自成一体，且各自带有箱体结构。这种分散式结构设计容易导致以下缺陷：1、构成牵引变流装置的模块数量繁多，集成度低，安装固定、拆卸维护工作繁琐，布线困难；2、设备之间通过跨接电缆连接，增加了牵引变流装置组装后所占用的空间以及降低了电气设备的可靠性；3、数量较多的箱体将造成牵引变流装置过重，并且各组成部件分散在车体的不同位置，难以统一安装散热器和独立散热风道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提出一种牵引变流装置，该牵引变流装置中的高压输入组件、功率逆变单元、低压控制单元和滤波电抗器均集成于箱体之内，使得整机具有较高的集成度，从而节省了设备空间，易于安装维护和布线，降低了安全隐患，减轻了产品重量，同时，上述各组成模块均通过风道内的风机进行散热，实现了散热系统的集成和统一。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种牵引变流装置，其包括有箱体及设于该箱体之内的支架，箱体包括有前面板、后面板、左侧板、右侧板、上盖板和底板，支架上固定有高压输入组件、功率逆变单元和低压控制单元，该支架上由前面板至后面板方向形成有风道，高压输入组件位于风道与左侧板之间，功率逆变单元和低压控制单元位于风道与右侧板之间，该右侧板对应功率逆变单元而开设有进风口，风道之内固定有风机，风机的下端部设有风机入口，功率逆变单元的散热器与风机入口相对设置，沿散热空气的流动方向且位于风道之内固定有滤波电抗器，底板对应滤波电抗器而开设有出风口。

优选地，高压输入组件包括由前面板至后面板方向依次设置的高压隔离模块、高速断路器和接触器单元。

优选地，功率逆变单元与前面板相邻设置，低压控制单元位于功率逆变单元与后面板之间，低压控制单元包括有继电器模块、控制单元和电源滤波模块，继电器模块与功率逆变单元相邻设置，控制单元和电源滤波模块位于继电器模块与后面板之间。

优选地，风道内设置有吸音装置。

优选地，前面板和后面板上均设置有电气端子。

优选地，风机的上端部设有导风板，导风板位于风机远离滤波电抗器的一侧。

优选地，导风板为弧形导风板。

优选地，风道的拐角处设置有斜面导风板。

优选地，风机为离心式风机。

优选地，进风口处盖合有空气过滤器，空气过滤器为百叶窗式过滤器。

本发明公开的牵引变流装置中，高压输入组件、功率逆变单元、低压控制单元和滤波电抗器均集成于箱体之内，并且在箱体内形成有风道。当风机运转时，由于进风口与功率逆变单元相对设置，功率逆变单元的散热器与风机入口相对设置，所以箱体外部的空气可通过进风口进入箱体内部并产生流动空气，该流动空气带走功率逆变单元的散热器的热量，之后在风机的驱使下进入风道并吹向滤波电抗器，使得滤波电抗器得以散热，最后通过底板上的出风口而排出箱体之外。本发明相比现有技术而言的有益效果在于，由于箱体之内集成了高压输入组件、功率逆变单元、低压控制单元和滤波电抗器，所以可直接将箱体固定在车辆上，安装、维护过程简单方便，并且减轻了产品重量；同时，减小了各模块之间的跨接电缆的长度，进一步节省了设备空间并提高了设备的可靠性；此外，只需一台风机就能够对箱体内发热量较大的模块进行散热，从而实现了散热系统的集成和统一，通过对上述各组成模块的热量等级进行布局，使得流动空气先对功率逆变单元进行散热之后，再对滤波电抗器进行散热，散热过程更加合理、有效，并取得了好的散热效果。

附图说明

图1为牵引变流装置的整体结构示意图。

图2为支架2的整体结构示意图。

图3为箱体内部结构示意图。

图4为风机与支架的连接关系示意图。

图5为风机的整体结构示意图。

图6为牵引变流装置的电路框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种牵引变流装置，结合图1至图5所示，其包括有箱体1及设于该箱体1之内的支架2，箱体1包括有前面板10、后面板11、左侧板12、右侧板13、上盖板16和底板14，支架2上固定有高压输入组件3、功率逆变单元4和低压控制单元5，该支架2上由前面板10至后面板11方向形成有风道20，高压输入组件3位于风道20与左侧板12之间，功率逆变单元4和低压控制单元5位于风道20与右侧板13之间，该右侧板13对应功率逆变单元4而开设有进风口15，风道20之内固定有风机6，风机6的下端部设有风机入口60，功率逆变单元4的散热器与风机入口60相对设置，沿散热空气的流动方向且位于风道20之内固定有滤波电抗器7，底板14对应滤波电抗器7而开设有出风口。

上述牵引变流装置中，高压输入组件3、功率逆变单元4、低压控制单元5和滤波电抗器7均集成于箱体1之内，所以，可直接将箱体1固定在车辆上，安装、维护过程简单方便；同时，减小了各模块之间的跨接电缆的长度，进一步节省了设备空间并提高了设备的可靠性；此外，风机6运转时，由于进风口15与功率逆变单元4相对设置，功率逆变单元4的散热器与风机入口60相对设置，所以箱体1外部的空气可通过进风口15进入箱体1内部并产生流动空气，该流动空气带走功率逆变单元4的散热器的热量，之后在风机6的驱使下进入风道20并吹向滤波电抗器7，使得滤波电抗器7得以散热，最后通过底板14上的出风口而排出箱体1之外。上述散热过程中，只需一台风机6就能够对箱体内发热量较大的模块进行散热，从而实现了散热系统的集成和统一。该牵引变流装置中的高压输入组件3和低压控制单元5的发热量较低，二者可以自然散热，功率逆变单元4的发热量较高，滤波电抗器7的发热量次之，所以，该牵引变流装置根据上述各组成模块的热量等级进行合理布局，使得流动空气先对功率逆变单元4进行散热之后，再对滤波电抗器7进行散热，从而取得了好的散热效果。

关于高压输入组件3的具体结构，该高压输入组件3包括由前面板10至后面板11方向依次设置的高压隔离模块30、高速断路器31和接触器单元32，进一步地，该接触器单元32包括有线路接触器、预充电接触器和预充电电阻。上述各组成模块与风道20之间设有隔板，在隔板的抵挡作用下，使流动空气的方向得以控制。

本实施例中，功率逆变单元4与前面板10相邻设置，低压控制单元5位于功率逆变单元4与后面板11之间。关于低压控制单元5的具体结构，该低压控制单元5包括有继电器模块50、控制单元51和电源滤波模块52，继电器模块50与功率逆变单元4相邻设置，控制单元51和电源滤波模块52位于继电器模块50与后面板11之间，其中的继电器模块50、控制单元51和电源滤波模块52均与风道20通过隔板分隔，在隔板的抵挡作用下，使流动空气的方向得以控制。

为了减少风机6和滤波电抗器7在工作过程中所产生的工作噪音和电磁噪音，风道20内设置有吸音装置。作为一种优选实施方式，可以在风道20的内壁铺设吸音棉，但是在其他实施方式下，还可以在风道20之内设置其它具有吸收噪音功能的器材。

为了便于电气连接，前面板10和后面板11上均设置有电气端子，关于电气端子的类型可参考如下方式：

方式一，前面板10上的电气端子为输入端子，后面板11上的电气端子为输出端子，该方式的优点在于，输入端子和输出端子分开设置，使得牵引变流装置的高压端与低压端相互隔离，从而更具可靠性和安全性。

方式二，前面板10上的电气端子为高压输入、输出端子，后面板11上的电气端子为低压输入、输出端子和连接器，其中的连接器用于将控制线路与外部线路连接，并有防误插设置，从而避免因错插或者误插而造成安全隐患。

应当说明的是，上述两种设置方式只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，在本发明的其他实施例中，输入端子和输出端子还可以根据实际应用而灵活地设置在前面板10或者后面板11。

结合图1、图3、图4和图5所示，风机6的上端部设有导风板61，导风板61位于风机6远离滤波电抗器7的一侧，该导风板61对流动空气产生引导作用，使得风机6输出的流动空气均能够吹向滤波电抗器7。

进一步地，为了减小导风板6对流动空气的阻力，导风板6为弧形导风板，该弧形导风板相比竖直板等其他形状的挡板而言，可减小对风速的影响。

由于箱体1内个组成模块的形状、大小不一，使得风道20之内存在拐角，为了避免风道20的拐角处影响流动空气的速度和方向，风道20的拐角处设置有斜面导风板21。

由于功率逆变单元4的散热器处于靠近底板14的位置，所以风机6需要将下方的空气抽取上来，再吹向滤波电抗器7，之后由底板14上的出风口吹出，为了实现上述过程，本实施例中的风机6为离心式风机。但是在本发明的其他实施例中，风机6还可以是其他的具有同等驱动能力的风力设备。

为了对箱体1内作防尘处理，进风口15处盖合有空气过滤器，空气过滤器为百叶窗式过滤器，该空气过滤器用于滤除空气中的灰尘、微粒等物。

关于上述牵引变流装置的电路原理，如图6所示，高压输入电路100、直流中间高压电路101、制动斩波电路102和逆变电路103依次串联之后，输出三相交流电压至负载104，其中，高压输入电路100包括高压隔离开关、高速断路器、线路接触器、预充电接触器和预充电电阻；中间直流高压电路101包括滤波电抗器、直流滤波电容器、电压传感器和放电电阻；制动斩波电路102包含制动斩波桥，其配合制动电阻而实现电阻制动或者刹车；逆变电路103包括有三相IGBT逆变桥。上述牵引变流装置中，经受电弓受流输入的DC1500V电压引入高压输入电路100后，经预充电电路和滤波电抗器对滤波电容器充电，当其电压充到一定电压值时，闭合线路接触器而短接预充电电阻，从而减少电容器的充电电流，降低对电容器的冲击，延长电容的使用寿命；其中的高压隔离开关具有隔离保护功能，当牵引变流装置需要维修或放电时，将高压隔离开关置于接地位，可实现功率模块上滤波电容的快速放电；逆变电路103具体为IGBT两电平三相桥式逆变电路，采用SVPWM控制方式将恒定的直流电转换为可变电压和频率的交流电。

本发明公开的牵引变流装置中，高压输入组件3、功率逆变单元4、低压控制单元5和滤波电抗器7均集成于箱体之内，使得整机具有较高的集成度，从而节省了设备空间，易于安装维护和布线，降低了安全隐患。同时，上述各组成模块均通过风道20内的风机6进行散热，实现了散热系统的集成和统一。此外，箱体1内还通过弧形导风板和斜面导风板来减小风道20对流动空气的速度和方向的影响，使得本发明具有更优的散热能力。

以上只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种牵引变流装置，其特征在于，所述牵引变流装置包括有箱体(1)及设于该箱体(1)之内的支架(2)，所述箱体(1)包括有前面板(10)、后面板(11)、左侧板(12)、右侧板(13)、上盖板(16)和底板(14)，所述支架(2)上固定有高压输入组件(3)、功率逆变单元(4)和低压控制单元(5)，该支架(2)上由前面板(10)至后面板(11)方向形成有风道(20)，所述高压输入组件(3)位于风道(20)与左侧板(12)之间，所述功率逆变单元(4)和低压控制单元(5)位于风道(20)与右侧板(13)之间，该右侧板(13)对应功率逆变单元(4)而开设有进风口(15)，所述风道(20)之内固定有风机(6)，风机(6)的下端部设有风机入口(60)，所述功率逆变单元(4)的散热器与风机入口(60)相对设置，沿散热空气的流动方向且位于风道(20)之内固定有滤波电抗器(7)，所述底板(14)对应滤波电抗器(7)而开设有出风口。

2.如权利要求1所述的牵引变流装置，其特征在于，所述高压输入组件(3)包括由前面板(10)至后面板(11)方向依次设置的高压隔离模块(30)、高速断路器(31)和接触器单元(32)。

3.如权利要求1所述的牵引变流装置，其特征在于，所述功率逆变单元(4)与前面板(10)相邻设置，所述低压控制单元(5)位于功率逆变单元(4)与后面板(11)之间，所述低压控制单元(5)包括有继电器模块(50)、控制单元(51)和电源滤波模块(52)，所述继电器模块(50)与功率逆变单元(4)相邻设置，所述控制单元(51)和电源滤波模块(52)位于继电器模块(50)与后面板(11)之间。

4.如权利要求1所述的牵引变流装置，其特征在于，所述风道(20)内设置有吸音装置。

5.如权利要求1所述的牵引变流装置，其特征在于，所述前面板(10)和后面板(11)上均设置有电气端子。

6.如权利要求1所述的牵引变流装置，其特征在于，所述风机(6)的上端部设有导风板(61)，所述导风板(61)位于风机(6)远离滤波电抗器(7)的一侧。

7.如权利要求6所述的牵引变流装置，其特征在于，所述导风板(6)为弧形导风板。

8.如权利要求1所述的牵引变流装置，其特征在于，所述风道(20)的拐角处设置有斜面导风板(21)。

9.如权利要求1所述的牵引变流装置，其特征在于，所述风机(6)为离心式风机。

10.如权利要求1所述的牵引变流装置，其特征在于，所述进风口(15)处盖合有空气过滤器，所述空气过滤器为百叶窗式过滤器。

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