CN106533201B - 一种地铁永磁牵引逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地铁机车牵引逆变技术，具体为一种地铁永磁牵引逆变器。解决了目前的牵引逆变器布局方式不合理导致体积庞大、拆装维护不方便等技术问题。一种地铁永磁牵引逆变器，包括一个呈矩形的安装底板，安装底板的两短边上均设有一个挡板，两个挡板之间通过五个横梁分隔出六个安装空间；由第一到第六个安装空间依次安装有主接触器、预充电电阻、功率模块组件、隔离开关、TCU和ATI；第一个安装空间还安装有预充电接触器。本发明适用于采用3动3拖模式的列车，动力控制方式为4×1C1M，即每个逆变单元只为一个永磁同步电机供电，每个永磁同步电机的力矩均独立控制，可充分利用粘着条件，发挥永磁同步电机的最大牵引力，动力冗余性好。

Description

一种地铁永磁牵引逆变器
技术领域
本发明涉及地铁机车牵引逆变技术，具体为一种地铁永磁牵引逆变器。
背景技术
地铁永磁牵引逆变器是地铁永磁牵引系统关键部件之一，地铁永磁逆变器能否正常运行对地铁列车运行至关重要。为保障逆变器运行的可靠性，逆变器柜体的电气设计以及结构设计至关重要。目前运行的地铁列车上的牵引逆变器主要是异步牵引逆变器，其布局方式不够合理，造成逆变器体积庞大，维修拆卸不方便；同时其动力配置方式为1C4M的架控方式，由于轮径差不同，电机的转差率不同，力矩分配不均匀，没有充分利用粘着，主电路功率密度低，故障时保护方式单一，无法满足永磁牵引控制要求。
发明内容
本发明为解决目前的牵引逆变器布局方式不合理导致体积庞大、拆装维护不方便等技术问题，提供一种地铁永磁牵引逆变器。
本发明是采用以下技术方案实现的：一种地铁永磁牵引逆变器，包括一个呈矩形的安装底板，安装底板的两短边上均设有一个挡板，两个挡板之间通过五个横梁分隔出六个安装空间；由第一到第六个安装空间依次安装有主接触器、预充电电阻、功率模块组件、隔离开关、TCU和ATI；第一个安装空间还安装有预充电接触器；第二个安装空间还安装有慢放电阻，第三个安装空间中在功率模块组件后部安装有冷却风道，并通过风机支撑组件固定有风机，功率模块组件上还安装有传感器组件、输出接触器和低压连接器；第四个安装空间安装有铜排组件；第六个安装空间还安装有电源组件；第一安装空间和第二安装空间的正面共同安装有一个门板，第一安装空间和第二安装空间的背面共同安装有一个门板；第四、第五安装空间正面共同安装有一个门板，第四、第五安装空间背面共同安装有一个门板；第六安装空间正面和背面各安装有一个门板；六个安装空间的顶部均设有盖板；牵引逆变器采用动力控制方式为4×1C1M。
所述功率模块组件包括功率模块、中间支撑电容和复合母排，功率模块中集成有散热器；功率模块垂直安装于安装底板之上，冷却风道机械连接于第三安装空间两侧的横梁上，冷却风道与散热器采用软性连接方式；所述功率模块包括与四个永磁同步电机一一对应的四个逆变单元以及一个斩波单元，每个逆变单元均通过一个输出接触器与对应的永磁同步电机相连接；每个逆变单元包括六个逆变IGBT，六个逆变IGBT两两组合组成三个IGBT半桥。
本发明适用于采用3动3拖模式的列车，每个动力车厢设有1台牵引逆变器，网侧直流1500V电网电压通过受电弓，通过主断路器、高速断路器，传输到牵引逆变器，牵引逆变器内部通过预充电回路将网侧电压传输到中间回路，中间回路包含1台滤波电抗器、2组支撑电容、1组斩波电路，然后经过逆变功率模块完成功率变换，为永磁同步电机提供三相交流电，动力控制方式为4×1C1M，即每个逆变单元只为一个永磁同步电机供电，每个永磁同步电机的力矩均独立控制，可充分利用粘着条件，发挥永磁同步电机的最大牵引力，动力冗余性好。具体电气结构图如图1所示。
牵引逆变器的容量为1291KVA，满足地铁列车最高80Km/h的总体要求，功率模块采用最新半桥IGBT，体积小功率密度高，整个牵引逆变器在各种工况下均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。本发明所述的牵引逆变器布局方式合理，逆变器体积显著减小，维修拆卸也十分方便。
附图说明
图1 本发明具体电气结构图。
图2 牵引逆变器柜体正面结构示意图。
图3 牵引逆变器柜体背面结构示意图。
图4 牵引逆变器柜体带门板正面结构示意图。
图5 牵引逆变器柜体带门板背面结构示意图。
1-主接触器，2-预充电电阻，3-输出接触器，4-功率模块，5-隔离开关，6-电源组件，7-IGBT组件，8-传感器组件，9-ATI，10- TCU，11-铜排组件，12-风机支撑组件，13-风机，14-慢放电阻，15-预充电接触器，16-低压连接器，17-安装底板，18-挡板，19-横梁，20-门板，21-盖板，22-安全标示。
具体实施方式
一种地铁永磁牵引逆变器，包括一个呈矩形的安装底板17，安装底板17的两短边上均设有一个挡板18，两个挡板18之间通过五个横梁19分隔出六个安装空间；由第一到第六个安装空间依次安装有主接触器1、预充电电阻2、功率模块组件、隔离开关5、TCU10和ATI9；第一个安装空间还安装有预充电接触器15；第二个安装空间还安装有慢放电阻14，第三个安装空间中在功率模块组件后部安装有冷却风道，并通过风机支撑组件12固定有风机13，功率模块组件上还安装有传感器组件8、输出接触器3和低压连接器16；第四个安装空间安装有铜排组件11；第六个安装空间还安装有电源组件6；第一安装空间和第二安装空间的正面共同安装有一个门板20，第一安装空间和第二安装空间的背面共同安装有一个门板20；第四、第五安装空间正面共同安装有一个门板，第四、第五安装空间背面共同安装有一个门板20；第六安装空间正面和背面各安装有一个门板20；六个安装空间的顶部均设有盖板21；牵引逆变器采用动力控制方式为4×1C1M。
所述功率模块组件包括功率模块4、中间支撑电容和复合母排，功率模块4中集成有散热器；功率模块4垂直安装于安装底板17之上，冷却风道机械连接于第三安装空间两侧的横梁19上，冷却风道与散热器采用软性连接方式；所述功率模块包括与四个永磁同步电机一一对应的四个逆变单元以及一个斩波单元，每个逆变单元均通过一个输出接触器与对应的永磁同步电机相连接；每个逆变单元包括六个逆变IGBT，六个逆变IGBT两两组合组成三个IGBT半桥。斩波单元和逆变单元合称IGBT组件7。
所述牵引逆变器为车体内底部悬挂式结构，安装底板、挡板、门板以及盖板共同构成本发明所述牵引逆变器的柜体，柜体外形尺寸（L×W×H）为3300×900×650，主框架材料为钢板，盖板和门板上铆接铝板，整个箱体采用焊接方式，所有焊接缝隙处抹密封胶，防护等级为IP54。根据电气部件的安装要求，箱体被分为高压输入区、高压输出区、低压控制区（见图2所示）。
整个变流柜主要包括九种组件，见图2、3。九种组件为：功率模块组件（包括功率模块、中间支撑电容、复合母排等主要部件）、低压电器组件（包括TCU、ATI、继电器等主要部件）、开关电器组件（主要包括预充电电阻、慢性放电电阻、预充电回路用接触器、主接触器等主要部件）、冷却组件（包括散热风机、冷却风道、风机支撑架等主要部件）、低压线组件（各种低压线、光纤）、中压线组件（各种中压线）、高压线组件（各种输入、输出铜排、电缆）、箱体组件和门组件。
牵引逆变器的冷却方式采用铝型材散热器+强迫风冷，其中铝型材散热器集成于功率模块中，功率模块垂直安装于逆变器箱体底部，冷却风道组件安装于逆变器箱体侧部，机械连接与逆变器侧部横梁上，冷却风道与散热器采用软性连接方式，避免风机的振动传递到散热器，更有利于功率器件的应用。充电电阻、慢性放电电阻等发热量大的元器件安装于独立的区域中，尽量减小其所发热量对其它部件的损伤。
风机支撑组件大体呈一个矩形框，朝外的一侧设有网框，风机设在矩形框内部，整个矩形框突出安装空间。
由于牵引逆变器柜体的输入输出接口限定了严格的位置，所以在极狭小的空间内，设计了形状各异的铜排，用于满足接口要求。
一个TCU和一个ATI依次排列设置单独的安装空间，可减少干扰，集中布线。为满足电磁兼容的要求，逆变器中各高压线和低压线、光纤均分束、分距离绑扎。
功率模块与外围控制电路均通过连接器相连，与外部各连接部件均易于接近。为了降低主电路的杂散电感，功率模块和支撑电容之间采用复合母排连接，形成一体化安装，提高功率密度、缩小体积，便于安装。这种布局方式打开逆变器柜门即可方便的对功率模块进行拆装维护。
牵引逆变器前后均安装有门板，门板为悬挂式安装，门板带有门把手便于门板开合，有利于逆变器柜体内部件的安装和维护。

Claims (3)

1.一种地铁永磁牵引逆变器，其特征在于，包括一个呈矩形的安装底板（17），安装底板（17）的两短边上均设有一个挡板（18），两个挡板（18）之间通过五个横梁（19）分隔出六个安装空间；由第一到第六个安装空间依次安装有主接触器（1）、预充电电阻（2）、功率模块组件、隔离开关（5）、TCU（10）和ATI（9）；第一个安装空间还安装有预充电接触器（15）；第二个安装空间还安装有慢放电阻（14），第三个安装空间中在功率模块组件后部安装有冷却风道，并通过风机支撑组件（12）固定有风机（13），功率模块组件上还安装有传感器组件（8）、输出接触器（3）和低压连接器（16）；第四个安装空间安装有铜排组件（11）；第六个安装空间还安装有电源组件（6）；第一安装空间和第二安装空间的正面共同安装有一个门板（20），第一安装空间和第二安装空间的背面共同安装有一个门板（20）；第四、第五安装空间正面共同安装有一个门板，第四、第五安装空间背面共同安装有一个门板（20）；第六安装空间正面和背面各安装有一个门板（20）；六个安装空间的顶部均设有盖板（21）；牵引逆变器采用动力控制方式为4×1C1M。
2.如权利要求1所述的一种地铁永磁牵引逆变器，其特征在于，所述功率模块组件包括功率模块（4）、中间支撑电容和复合母排，功率模块（4）中集成有散热器；功率模块（4）垂直安装于安装底板（17）之上，冷却风道机械连接于第三安装空间两侧的横梁（19）上，冷却风道与散热器采用软性连接方式；所述功率模块包括与四个永磁同步电机一一对应的四个逆变单元以及一个斩波单元，每个逆变单元均通过一个输出接触器与对应的永磁同步电机相连接；每个逆变单元包括六个逆变IGBT（7），六个逆变IGBT（7）两两组合组成三个IGBT半桥。
3.如权利要求1或2所述的一种地铁永磁牵引逆变器，其特征在于，门板（20）为悬挂式安装，门板（20）带有门把手。
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