CN104767399B - 一种变流装置 - Google Patents

Abstract

一种变流装置，包括变流器模块、前端接入单元、固定放电电阻回路、传感器检测单元和牵引控制单元，前端接入单元用来接入电源，变流器模块用来输出调节后的电源至牵引电机，牵引控制单元通过传感器检测单元采集的工作信号和外部输入信号控制变流器模块；箱体内的滤波电抗器腔体位于箱体内的一端，用来布置前端接入单元中的滤波电路，电源板、DCU腔体位于箱体内的另一端下方，用来布置牵引控制单元和电源板；变流器模块和传感器检测单元位于变流器模块腔体中，变流器模块位于电源板、DCU腔体的上方，传感器检测单元分两部分，一部分位于变流器模块的上方，另一部分位于箱体中部的下方。本发明具有集成度高、易维护、冷却效果好等优点。

Description

一种变流装置

技术领域

本发明主要涉及到轨道交通车辆领域，特指一种适用于轨道交通工具的变流装置。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，城市交通需求剧增，轨道交通技术在经历上百年的发展后，正朝着高集成度的方向快速发展，各主机厂及各大城市地铁公司对地铁车辆的要求也越来越高。变流装置作为城轨车辆牵引系统的核心部件，其性能要求更是重中之重。变流装置作为城轨车辆的核心部件，正在朝功率密度大、重量轻、噪音低和调制性能全的方向发展，这对变流装置的集成程度无疑提出了更高的要求。

然而，目前国内大多数城轨车辆牵引系统大部分采用分散式的设计方式，在车辆总组装时才通过电缆连接起来，并通过独立的总线与车辆通信，这额外的增加了人力物力成本，还会造成车辆底部设备过渡拥挤，浪费了空间，安全隐患也同步增加。现在各牵引供应商的牵引系统方案大部分是分散式的，这无疑给车辆设备布局和整车性能提升带来了极大的困难。分散式的设备布局使地铁车辆底部过度拥挤，有时关键部件的通风、散热需求很难得到满足。同时，分散式的设备也必将增加整车重量，车辆的运输能力将受到较大影响。此外，也有部分牵引供应商提供了强迫风冷集中式变流装置方案，但强迫风冷集中式变流装置方案存在噪音大、能效低的问题，满足不了现代城轨地铁舒适性的要求。

有从业者提供了一种方案：“一种牵引变流装置 201320468027.4”，它提出了一种集中式强迫风冷牵引变流装置方案，该方案适用于地铁牵引系统，其箱体之内集成了高压输入组件、功率单元、传动控制单元和滤波电抗器，可将箱体直接固定在车辆上；同时，该方案的集成度较高，减小了地铁车辆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。但该方案所有功率器件的散热均采用强迫风冷，噪音大，降低了车辆的舒适度，且强迫风冷需安装风机，增加了车辆的能源消耗，风机的维护周期较短、故障率高，增加了维护成本。

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，本发明提供一种集成度高、易维护、冷却效果好的变流装置

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种变流装置，它包括安装于箱体内的变流器模块、前端接入单元、固定放电电阻回路、传感器检测单元和牵引控制单元，所述前端接入单元用来接入电源，所述变流器模块用来输出调节后的电源至牵引电机，所述牵引控制单元通过所述传感器检测单元采集的工作信号和外部输入信号控制变流器模块；所述箱体内分隔成变流器模块腔体、电源板DCU腔体和滤波电抗器腔体；所述滤波电抗器腔体位于箱体内的一端，用来布置前端接入单元中的滤波电路，所述电源板DCU腔体位于箱体内的另一端下方，用来布置牵引控制单元和电源板；所述变流器模块和传感器检测单元位于变流器模块腔体中，所述变流器模块位于电源板DCU腔体的上方，所述传感器检测单元分两部分，一部分位于变流器模块的上方，另一部分位于箱体中部的下方。

作为本发明的进一步改进：所述箱体中部的下方还设有预充电电路、短接电路、固定放电电阻回路和输入接线排；在位于变流器模块上方的所述传感器检测单元的位置处设有输出接线排。

作为本发明的进一步改进：位于变流器模块上方的传感器检测单元用来检测输出电流和斩波电流，位于箱体中部下方的传感器检测单元用来检测输入电流、网压和中间电压。

作为本发明的进一步改进：所述变流器模块包括逆变电路、斩波回路和隔离驱动单元。

作为本发明的进一步改进：所述前端接入单元包括预充电电路、短接电路和滤波电路，所述逆变电路用来输出频率和幅值可调的交流电驱动牵引电机；所述固定放电电阻回路设置于滤波电路与牵引电机之间，所述滤波电路与牵引电机之间还设置有斩波回路。

作为本发明的进一步改进：所述逆变电路为包括六个功率元件的三相全控型桥式电路。

作为本发明的进一步改进：所述斩波回路包括两路斩波支路，与变流装置外的能量吸收电阻组成回路用以吸收中间过电压。

作为本发明的进一步改进：所述预充电电路包括充电接触器、充电电阻和支撑电容，给支撑电容充电；所述短接电路包括短接接触器，与充电接触器动作配合，来完成电路的短接过程，以隔离充电接触器。

作为本发明的进一步改进：所述变流器模块和前端接入单元中的滤波电路均为走行风冷，所述变流器模块和滤波电路的进出风方向与行车方向相反。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的变流装置，在变流装置安全、可靠运行的前提下，发热部件的冷却方式均采用走行风冷，避免使用风机等耗能、噪音大、可靠性低的器件，降低了牵引系统的成本、提高了产品的可靠性；同时，也避免了因风机旋转电机而产生的振动问题，减小了设计难度。

2、本发明的变流装置，牵引系统的逆变电路、斩波回路、预充电电路、短接电路、滤波电路、固定放电电阻回路、传感器检测单元、隔离驱动单元和牵引控制单元（DCU）都集成在同一柜体内，集成度高，减少了各设备间的电缆连线，降低了车辆成本。这样，牵引系统独立成柜的设备数量减少，节省了人力物力，有利于城轨车辆底部设备的布局。

3、本发明在同等功率密度的前提下，能够满足车辆对牵引变流装置集成度高、体积小、噪音小、易维护的需求，能够达到减重、降噪、节能的效果。

附图说明

图1是本发明的拓扑结构示意图。

图2是本发明中箱体的布局示意图。

图3是本发明在具体应用时冷却的原理示意图。

图例说明：

1、箱体；2、逆变电路；3、斩波回路；4、预充电电路；5、短接电路；6、滤波电路；7、固定放电电阻回路；8、传感器检测单元；9、隔离驱动单元；10、牵引控制单元；11、牵引电机。

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。

如图1所示，本发明的变流装置，主要适用于城轨、地铁等交通车辆，它包括安装于箱体1内的变流器模块、前端接入单元、固定放电电阻回路7、传感器检测单元8和牵引控制单元（DCU）10。整个变流装置的部件安装于箱体1内，高压供电的电源接入箱体1内的前端接入单元。变流器模块，包括逆变电路2、斩波回路3和隔离驱动单元9。

前端接入单元，用来将电源引入逆变电路2；前端接入单元包括预充电电路4、短接电路5和滤波电路6，逆变电路2用来输出频率和幅值可调的交流电驱动牵引电机11；在滤波电路6与牵引电机11之间还设置有斩波回路3和固定放电电阻回路7。

传感器检测单元8，用来采集输入变流装置正负线电流信号、斩波回路3的电流信号、逆变电路2的输出电流信号、网压信号和中间电压信号。

牵引控制单元（DCU）10，用来根据司机指令、并通过隔离驱动单元9对控制信号进行转换，完成对斩波回路3和逆变电路2的实时控制，以期能够顺利实现直交的电能转换，同时也具备完整的故障保护、故障自诊断等功能。即：根据外部指令，对斩波回路3和逆变电路2进行实时控制，并接收传感器检测单元8、预充电电路4和短接电路5的信号来判断电路故障、进行故障保护和故障自诊断等。

在本实施例中，逆变电路2为包括六个功率元件的三相全控型桥式电路，其作用是将电网的直流电逆变成频率、幅值可调的交流电，以驱动牵引电机11。

在本实施例中，斩波回路3包括两路斩波支路，与变流装置外的能量吸收电阻组成回路，以吸收中间过电压。

在本实施例中，预充电电路4包括充电接触器、充电电阻和支撑电容，给支撑电容充电，以减少对支撑电容的电压冲击；短接电路5包括短接接触器，与充电接触器动作配合，来完成电路的短接过程，以隔离充电接触器；滤波电路6包括滤波电抗器和支撑电容，以滤去电网的纹波，避免对逆变电路2的干扰。

在本实施例中，固定放电电阻回路7包括固定放电电阻和支撑电容，当系统断电后，为保证人身安全，固定放电电阻与支撑电容组成回路给支撑电容放电，使中间电压达到安全电压以下。

在本实施例中，传感器检测单元8包括电压传感器和电流传感器，检测变流装置内的相关电压、电流，传递给牵引控制单元10，作为过压、欠压、过流等保护动作的依据。

在本实施例中，隔离驱动单元9作为牵引控制单元10、逆变电路2和斩波回路3的中间环节，起传递、转换控制信号和反馈故障型号的作用。

如图2所示，本发明变流装置的箱体1结构按照功能、电压等级等划分腔体：变流器模块腔体、电源板DCU腔体和滤波电抗器腔体。

变流器模块腔体，其中布置了逆变电路2、斩波回路3、隔离驱动单元9、传感器检测单元8、预充电电路4、短接电路5、固定放电电阻回路7、输入接线排和输出接线排；其中，逆变电路2、斩波回路3和隔离驱动单元9集成为一个变流器模块，位于变流装置箱体1的左上角，传感器检测单元8分两部分，左上角的传感器检测单元8主要检测输出电流和斩波电流，左下角的传感器检测单元8主要检测输入电流、网压和中间电压。此外，箱体1的中下部分还有预充电电路4、短接电路5、固定放电电阻回路7和输入接线排，左上角还有输出接线排。

电源板DCU腔体，位于变流装置箱体1的左下侧，主要用来布置电源板和牵引控制单元（DCU）10。

滤波电抗器腔体，位于变流装置箱体1的右侧，主要用来布置滤波电抗器与支撑电容组成滤波电路6。

通过上述结构，本发明变流装置箱体1的内部集成了逆变电路2、斩波回路3、预充电电路4、短接电路5、滤波电路6、固定放电电阻回路7、传感器检测单元8、隔离驱动单元9和牵引控制单元（DCU）10，实现了对输入直流电的变压变频变换，达到驱动牵引电机11的目的。

如图3所示，变流器模块和滤波电路6的滤波电抗器均采用走行风冷方式，所示的行车方向朝下，变流器模块的散热器和滤波电抗器的进出风方向与行车方向相反。为保证功率元件的安全，在变流器模块散热器上安装了温度监视设备，在温度过高时对功率元件进行保护。进一步，滤波电抗器还可以采用带温度监视设备的电抗器，当温度超过允许值时，通过牵引控制单元10控制牵引系统对滤波电抗器进行保护。

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 (6)

1.一种变流装置，它包括安装于箱体（1）内的变流器模块、前端接入单元、固定放电电阻回路（7）、传感器检测单元（8）和牵引控制单元（10），其特征在于，所述前端接入单元用来接入电源，所述变流器模块用来输出调节后的电源至牵引电机（11），所述牵引控制单元（10）通过所述传感器检测单元（8）采集的工作信号和外部输入信号控制变流器模块；所述箱体（1）内分隔成变流器模块腔体、电源板、DCU腔体和滤波电抗器腔体；所述滤波电抗器腔体位于箱体（1）内的一端，用来布置前端接入单元中的滤波电路（6），所述电源板、DCU腔体位于箱体（1）内的另一端下方，用来布置牵引控制单元（10）和电源板；所述变流器模块和传感器检测单元（8）位于变流器模块腔体中，所述变流器模块位于电源板、DCU腔体的上方，所述传感器检测单元（8）分两部分，一部分位于变流器模块的上方，另一部分位于箱体（1）中部的下方；所述箱体（1）中部的下方还设有前端接入单元的预充电电路（4）、短接电路（5）及固定放电电阻回路（7）和输入接线排；在位于变流器模块上方的所述传感器检测单元（8）的位置处设有输出接线排；所述变流器模块和前端接入单元中的滤波电路（6）均为走行风冷，所述变流器模块和滤波电路（6）的进出风方向与行车方向相反；所述前端接入单元包括的逆变电路（2）用来输出频率和幅值可调的交流电驱动牵引电机（11）；所述固定放电电阻回路（7）设置于滤波电路（6）与牵引电机（11）之间，所述滤波电路（6）与牵引电机（11）之间还设置有斩波回路（3）。

2.根据权利要求1所述的变流装置，其特征在于，位于变流器模块上方的传感器检测单元（8）用来检测输出电流和斩波电流，位于箱体（1）中部下方的传感器检测单元（8）用来检测输入电流、网压和中间电压。

3.根据权利要求1或2所述的变流装置，其特征在于，所述变流器模块包括逆变电路（2）、斩波回路（3）和隔离驱动单元（9）。

4.根据权利要求1所述的变流装置，其特征在于，所述逆变电路（2）为包括六个功率元件的三相全控型桥式电路。

5.根据权利要求1所述的变流装置，其特征在于，所述斩波回路（3）包括两路斩波支路，与变流装置外的能量吸收电阻组成回路用以吸收中间过电压。

6.根据权利要求1所述的变流装置，其特征在于，所述预充电电路（4）包括充电接触器、充电电阻和支撑电容，给支撑电容充电；所述短接电路（5）包括短接接触器，与充电接触器动作配合，来完成电路的短接过程，以隔离充电接触器。