CN104767177A - 一种具有温控保护功能的变流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有温控保护功能的变流装置，包括位于变流器柜内的控制单元、输入电路、充电电路、整流电路、中间电路及逆变电路，从牵引变压器二次侧输入的单向交流电依次经过输入电路、整流电路，由整流电路转换成直流电，再经中间电路由逆变电路转换成三相交流电；还包括低温保护电路，所述低温保护电路用来在变流器柜内温度低于设定阈值时进行低温保护启动，断开低压控制电，并在柜内温度回复到设定阈值时解除低温保护，启动变流器。本发明具有结构简单、能够提高机车适用能力等优点。

Description

一种具有温控保护功能的变流装置

技术领域

本发明主要涉及到轨道交通设备领域，特指一种适用于轨道交通工具的具有温控保护功能的变流装置。

背景技术

随着经济的飞速发展，轨道交通需求剧增，高速铁路的建设需求更加急迫。其中，在一些运行工况较为恶劣的地区，环境、气候条件都对高速动车组的要求越来越高。变流装置作为高速动车组车辆的核心部件，需在恶劣环境、气候条件下满足高速动车组的运行要求，这对变流装置的性能无疑提出了更高的要求。

目前，国内外高速动车组的可能恶劣运行工况包括有高寒、高海拔、高温、恶劣气候条件等，在这些工况下，要求变流装置能够正常的工作，为车辆提供动力，保证足够的可靠性。

有从业者提出方案：“一种含有加热装置的变流器201120279730.1”，其中公开了一种含有加热装置的变流器方案。加热装置包括加热回路、散热回路以及温控回路，能从整体上弥补现有变流器在低温环境下的不足，以改进其低温下的工作性能，提高变流器低温下的使用寿命。但该方案加热装置组成器件布局独立，未能有效集成于其他部件内，较大的占用了柜体空间，且该方案不具有低温保护功能，未能完全规避变流器在低温下的运行风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、能够提高机车适用能力的具有温控保护功能的变流装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种具有温控保护功能的变流装置，包括位于变流器柜内的控制单元、输入电路、充电电路、整流电路、中间回路及逆变电路，从牵引变压器二次侧输入的单向交流电依次经过输入电路、整流电路，由整流电路转换成直流电，再经中间回路由逆变电路后送至牵引电机；还包括低温保护电路，所述低温保护电路用来在变流器柜内温度低于设定阈值时进行低温保护启动，断开低压控制电，并在柜内温度回复到设定阈值时解除低温保护，启动变流器。

作为本发明的进一步改进：所述低温保护电路包括低温保护接触器和温度继电器单元，通过温度继电器单元在低温下的动作控制低温保护接触器的低温保护接触器线圈的得电与失电，通过低温保护接触器控制变流器控制电的输入。

作为本发明的进一步改进：所述低温保护电路的器件集成于中间回路中。

所述低温保护电路包括低温保护回路和第二温控回路，所述低温保护回路包含第一接触器，所述第二温控回路包含第二控制室温度继电器；所述第二温控回路在当低温保护条件满足时，控制第一接触器动作，断开变流器控制电。

作为本发明的进一步改进：还包括加热启动电路，所述加热启动回路用来在变流器柜内温度低于设定阈值时启动加热回路，对变流器柜体进行加热，并在柜内温度高于设定阈值或加热电阻周围温度高于设定阈值时，解除加热。

作为本发明的进一步改进：所述加热启动电路包括中间继电器、温度继电器单元、加热接触器单元和加热部件，所述加热部件独立形成一个部件单元，其他器件集成于充电电路和中间回路中，通过中间继电器和温度继电器单元的动作控制加热接触器的加热接触器线圈的得电与失电，并通过加热接触器控制加热电阻的投入，在低温下加热功能启动。

所述低温加热启动电路包括主回路、散热回路和第一温控回路，所述主回路包括加热接触器和加热电阻；所述散热回路包括轴流风机；所述第一温控回路包括第一控制室温度继电器、加热电阻侧温度继电器以及中间继电器；所述第一温控回路在加热启动条件满足时，控制加热接触器闭合，加热启动，此时所述轴流风机则用来为加热电阻进行通风散热。

作为本发明的进一步改进：所述整流电路由两个整流模块构成，所述中间回路包括固定放电电路、过压保护电路、接地检测回路，所述逆变电路由三个逆变模块构成；所述过压保护电路用来对中间回路进行电压检测以及进行过压斩波保护功能；所述接地检测回路用来检测主回路是否接地并上报控制单元。

作为本发明的进一步改进：所述变流器柜的腔体分隔成功率模块及高压电路腔体、控制电路腔体、冷却设备腔体；所述功率模块及高压电路腔体内布置有整流电路、逆变电路、充电电路、输入输出电路、过压保护单元、接地检测单元、电阻单元；所述控制电路腔体内布置控制单元和继电器单元；所述冷却设备腔体内布置两个热交换器、两个辅助风机、一个主风机、一个加热电阻单元。

作为本发明的进一步改进：所述变流器柜采用强迫风冷冷却方式，包括外风道和内风道两个冷却循环系统；所述外风道冷却循环系统由主风机提供风冷循环动力，对热交换器、功率模块进行冷却；所述内风道冷却循环系统由辅助风机提供风冷循环动力，对充电单元、输入输出电路、过压保护单元、接地检测单元、电阻单元、控制装置、加热电阻进行冷却。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的变流装置，能实现高速动车组牵引变流装置在高寒条件下的低温保护及低温加热启动，为高速动车组在高寒地区的运用创造了条件。

2、本发明的变流装置，功率密度大，可维护性高。

3、本发明的变流装置，集成度高、布局紧凑、大量采用母排结构，减少了各设备间的电缆连线，降低了车辆成本。

附图说明

图1是本发明在实施例1中低温加热启动电路的电路原理示意图。

图2是本发明在实施例1中低温保护电路的电路原理示意图。

图3是本发明在实施例2中的拓扑结构示意图。

图4是本发明在实施例2中低温保护电路的拓扑结构示意图。

图5是本发明在实施例2中加热启动电路的拓扑结构示意图。

图6是本发明在实施例2中变流器柜体的组成结构示意图。

图7是本发明在实施例2中外风道循环的原理示意图。

图8是本发明在实施例2中内风道循环的原理示意图。

图例说明：

1、输入电路；2、充电电路；3、整流电路；4、中间回路；6、逆变电路；7、加热接触器；8、加热电阻；9、轴流风机；10、第一控制室温度继电器；11、加热电阻侧温度继电器；12、中间继电器；13、第一接触器；14、第二控制室温度继电器。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：如图1和图2所示，本发明的具有温控保护功能的变流装置，包括低温加热启动电路和低温保护电路，低温加热启动电路包括主回路、散热回路和第一温控回路，其中主回路包括加热接触器7和加热电阻8；散热回路包括轴流风机9；第一温控回路包括第一控制室温度继电器10、加热电阻侧温度继电器11以及中间继电器12。当加热启动条件满足时，第一温控回路控制加热接触器7闭合，加热启动，此时轴流风机9则用来为加热电阻8进行通风散热。低温加热启动电路用来在当柜内温度低于正常工作温度时，启动加热回路，对变流器柜体进行加热；当柜内温度高于正常工作温度或加热电阻8周围温度高于设定值时，加热解除。

低温保护电路包括低温保护回路和第二温控回路，其中低温保护回路包含第一接触器13，第二温控回路包含第二控制室温度继电器14。当低温保护条件满足时，第二温控回路控制第一接触器13动作，断开变流器DC100V控制电。低温保护电路用来在当变流器柜内温度低于正常工作温度时，低温保护启动，断开低压控制电；当柜内温度回复到正常工作温度以上时，低温保护解除，变流器启动。

实施例2：如图3所示，本发明的具有温控保护功能的变流装置，包括控制单元、输入电路1、充电电路2、整流电路3、中间回路4、逆变电路6、低温保护电路及低温加热启动电路。控制单元，用来实现对于变流装置的实时控制，同时具有完整的故障保护、故障自诊断功能。从电路图可以看出，从牵引变压器二次侧输入的单向交流电依次经过输入电路1、整流电路3，由整流电路3转换成直流电；该直流电经中间回路4，由逆变电路6转换成三相交流电为牵引电机提供驱动电源。充电电路2用来向中间回路4进行预充电，避免主电路开通时中间回路4的电压上升太快。

本发明中低温保护电路，用来在变流器柜内温度低于设定阈值时进行低温保护启动，断开低压控制电，并在柜内温度回复到设定阈值时解除低温保护，启动变流器。加热回路，用来在变流器柜内温度低于设定阈值时启动加热回路，对变流器柜体进行加热，并在柜内温度高于设定阈值或加热部件周围温度高于设定阈值时，解除加热。

本实施例中，整流电路3由两个整流模块构成，中间回路4包括固定放电电路、过压保护电路、接地检测回路，逆变电路6由三个逆变模块构成。过压保护电路用来对中间回路4进行电压检测以及进行过压斩波保护功能。接地检测回路的功能是用来检测主回路是否接地并上报控制单元。

如图4所示，本发明中的低温保护电路包括低温保护接触器和温度继电器单元，其器件都集成于其他部件单元内，如本实例中的继电器单元、接地检测单元。通过温度继电器单元在低温下的动作控制低温保护接触器的低温保护接触器线圈的得电与失电，继而通过低温保护接触器控制变流器DC100V控制电的输入，保证变流器在低温下不受损坏。

如图5所示，本发明中的加热启动电路包括中间继电器单元、温度继电器单元、加热接触器单元和加热部件（如电阻）。加热部件独立形成一个部件单元，其他器件集成于其他部件单元中，如本实例中的充电单元和继电器单元。通过中间继电器单元和温度继电器单元的动作控制加热接触器单元的加热接触器单元线圈的得电与失电，继而通过加热接触器单元控制加热部件的投入，使得在低温下加热功能启动，柜内温度恢复到正常工作温度范围。加热部件通过变流器内部的轴流循环风机进行散热冷却。

低温保护回路的功能：当变流器柜内温度低于某一设定阈值（例如：-29℃）时，低温保护启动，断开低压控制电；当柜内温度回复到某一设定阈值（例如：-19℃）时，低温保护解除，变流器启动。

加热回路的功能：当柜内温度低于某一设定阈值（例如：-21℃）时，启动加热回路，对变流器柜体进行加热，当柜内温度高于某一设定阈值（例如：-10℃）时或加热部件周围温度高于某一设定阈值（例如：30℃）时，加热解除。

如图6所示，本发明的箱体按照功能、电压等级等划分腔体：功率模块及高压电路腔体、控制电路腔体、冷却设备腔体。功率模块及高压电路腔体内布置两个整流模块（U相、V相）、三个逆变模块（U相、V相、W相）、充电单元、输入输出电路、过压保护单元、接地检测单元、电阻单元。控制电路腔体内布置一个控制装置（DCU）和继电器单元。冷却设备腔体内布置两个热交换器、两个辅助风机、一个主风机、一个加热部件单元。

如图7和图8所示，本发明的变流装置在具体应用时采用强迫风冷冷却方式，包括了外风道和内风道两个冷却循环系统。外风道冷却循环系统由主风机提供风冷循环动力，对热交换器、功率模块进行冷却。内风道冷却循环系统由辅助风机提供风冷循环动力，对充电单元、输入输出电路、过压保护单元、接地检测单元、电阻单元、控制装置、加热部件进行冷却。

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

Claims (10)

1.一种具有温控保护功能的变流装置，包括位于变流器柜内的控制单元、输入电路（1）、充电电路（2）、整流电路（3）、中间回路（4）及逆变电路（6），从牵引变压器二次侧输入的单向交流电依次经过输入电路（1）、整流电路（3），由整流电路（3）转换成直流电，再经中间回路（4）由逆变电路（6）后送至牵引电机，其特征在于，还包括低温保护电路，所述低温保护电路用来在变流器柜内温度低于设定阈值时进行低温保护启动，断开低压控制电，并在柜内温度回复到设定阈值时解除低温保护，启动变流器。

2.根据权利要求1所述的具有温控保护功能的变流装置，其特征在于，所述低温保护电路包括低温保护接触器和温度继电器单元，通过温度继电器单元在低温下的动作控制低温保护接触器的低温保护接触器线圈的得电与失电，通过低温保护接触器控制变流器控制电的输入。

3.根据权利要求2所述的具有温控保护功能的变流装置，其特征在于，所述低温保护电路的器件集成于中间回路（4）中。

4.根据权利要求1所述的具有温控保护功能的变流装置，其特征在于，所述低温保护电路包括低温保护回路和第二温控回路，所述低温保护回路包含第一接触器（13），所述第二温控回路包含第二控制室温度继电器（14）；所述第二温控回路在当低温保护条件满足时，控制第一接触器（13）动作，断开变流器控制电。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的具有温控保护功能的变流装置，其特征在于，还包括低温加热启动电路，所述低温加热启动回路用来在变流器柜内温度低于设定阈值时启动加热回路，对变流器柜体进行加热，并在柜内温度高于设定阈值或加热电阻（8）周围温度高于设定阈值时，解除加热。

6.根据权利要求5所述的具有温控保护功能的变流装置，其特征在于，所述低温加热启动电路包括中间继电器、温度继电器单元、加热接触器单元和加热部件，所述加热电阻独立形成一个部件单元，其他器件集成于充电电路（2）和中间回路（4）中，通过中间继电器和温度继电器单元的动作控制加热接触器的加热接触器线圈的得电与失电，并通过加热接触器控制加热电阻的投入，在低温下加热功能启动。

7.根据权利要求5所述的具有温控保护功能的变流装置，其特征在于，所述低温加热启动电路包括主回路、散热回路和第一温控回路，所述主回路包括加热接触器（7）和加热电阻（8）；所述散热回路包括轴流风机（9）；所述第一温控回路包括第一控制室温度继电器（10）、加热电阻侧温度继电器（11）以及中间继电器（12）；所述第一温控回路在加热启动条件满足时，控制加热接触器（7）闭合，加热启动，此时所述轴流风机（9）则用来为加热电阻（8）进行通风散热。

8.根据权利要求1或2或3所述的具有温控保护功能的变流装置，其特征在于，所述整流电路（3）由两个整流模块构成，所述中间回路（4）包括固定放电电路、过压保护电路、接地检测回路，所述逆变电路（6）由三个逆变模块构成；所述过压保护电路用来对中间回路（4）进行电压检测以及进行过压斩波保护功能；所述接地检测回路用来检测主回路是否接地并上报控制单元。

9.根据权利要求1或2或3所述的具有温控保护功能的变流装置，其特征在于，所述变流器柜的腔体分隔成功率模块及高压电路腔体、控制电路腔体、冷却设备腔体；所述功率模块及高压电路腔体内布置有整流电路（3）、逆变电路（6）、充电电路（2）、输入输出电路、过压保护单元、接地检测单元、电阻单元；所述控制电路腔体内布置控制单元和继电器单元；所述冷却设备腔体内布置两个热交换器、两个辅助风机、一个主风机、一个加热电阻单元。

10.根据权利要求9所述的具有温控保护功能的变流装置，其特征在于，所述变流器柜采用强迫风冷冷却方式，包括外风道和内风道两个冷却循环系统；所述外风道冷却循环系统由主风机提供风冷循环动力，对热交换器、功率模块进行冷却；所述内风道冷却循环系统由辅助风机提供风冷循环动力，对充电单元、输入输出电路、过压保护单元、接地检测单元、电阻单元、控制装置、加热电阻进行冷却。