CN106787810B - 轨道交通双向变流柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道交通双向变流柜，其特征在于，所述双向变流柜包括控制柜和功率单元柜，所述功率单元柜包括功率单元、电流传感器、电压传感器以及预充电阻组成，所述功率单元通过导轨螺栓固定安装在功率单元柜内。该技术方案具有再生制动能量回馈功能，具有牵引供电及稳压功能，具有无功补偿功能，并且结构紧凑功率密度大。

Description

轨道交通双向变流柜

技术领域

本发明涉及一种变流柜，具体涉及一种轨道交通双向变流柜，属于轨道交通控制设备技术领域。

背景技术

城市轨道交通相对于其它交通方式而言，具有安全、舒适、快速、运量大和节能环保等特点。但是伴随路网规模的扩大和客运量的剧增,城市轨道交通能源消耗总量也大幅增长。目前，城市轨道交通仍普遍采用二极管整流机组供电，其存在着如下缺点：1、输出电压波动大；2、再生制动能量浪费；3、环控系统二次耗能严重；4、功率因数低。而目前市场上现有的轨道交通双向变流柜通常体积偏大，使用场合单一，拆卸维修较为麻烦，本领域的技术人员一直尝试新的方案，但是该问题一直没有得到妥善解决。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种轨道交通双向变流柜，该技术方案具有再生制动能量回馈功能，具有牵引供电及稳压功能，具有无功补偿功能，并且结构紧凑功率密度大。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种轨道交通双向变流柜，其特征在于，所述双向变流柜包括控制柜和功率单元柜，所述功率单元柜包括功率单元、电流传感器、电压传感器以及预充电阻组成，所述功率单元通过导轨螺栓固定安装在功率单元柜内。

作为本发明的一种改进，所述控制柜内装有预充变压器两台、均压电阻两支、预充接触器两支、整流桥模块六支、主控制电路板一块、辅助控制电路板两块、AD采样电路板两块、同步变压器两台、开关电源七支、UPS一套，所述均压电阻、整流桥模块、开关电源、AD采样电路板、预充接触器、辅助控制电路板、主控制电路板以及UPS设置在控制柜上。

作为本发明的一种改进，所述控制柜门上设置有柜门上装有触摸屏、指示灯、仪表和操作按钮。

作为本发明的一种改进，所述功率单元柜内，每组功率单元放置一层，共计六组功率单元，柜体后部放置电流传感器十二支、电压传感器四支、预充电阻四支。

作为本发明的一种改进，所述功率单元包括六支IGBT、六块IGBT驱动板、八只电容、两只风冷散热器、六个散热风机、一块脉冲分配电路板、两块电源分配电路板、一块无感母线、一个单元外壳，所述功率单元中，IGBT及IGBT驱动板通过螺栓安装在风冷散热器上形成功率器件组件；所述2个功率器件组件与电容组件在单元外壳内并排放置，通过螺栓紧固在外壳上，电容组件在2个功率器件组件的中间；所述无感母线通过螺栓与电容和IGBT相连接，这样主电容与IGBT的距离最近回路的杂散电感较小，也减少了二次连接等原因造成的电磁干扰等不利因素；所述无感母线为水平放置，有效的消除了母线与IGBT连接处的受力问题；所述风冷散热器的进风口处在外壳的正面，出风口处在外壳的背面，散热风机通过螺栓安装在风冷散热器的出风口的位置；所述脉冲分配板通过螺栓安装在无感母线的上部的单元外壳上。

作为本发明的一种改进，所述一个功率单元为三电平逆变器的两个桥臂，三个单元可组成两个完整二极管箝位式三电平拓扑原理的逆变器。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案整体设计巧妙、结构紧凑；该技术方案具有再生制动能量回馈功能即列车制动能量的回收再利用，给列车供应平稳的直流电，具有牵引供电及稳压功能，该技术方案用于补偿供电电网的无功功率，具有无功补偿功能，并且结构紧凑功率密度大；2)该技术方案中主电容与IGBT的距离最近回路的杂散电感较小，也减少了二次连接等原因造成的电磁干扰等不利因素；其中无感母线为水平放置，有效的消除了母线与IGBT连接处的受力问题；3)该技术方案成本较低，便于大规模的推广应用。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2-图4为控制柜不同角度结构示意图；

图5、图6为为功率单元柜结构示意图；

图7-图9为功率单元结构示意图；

图10为功率单元主回路结构示意图；

图11为轨道交通能馈双向变换装置系统图；

图中：1、控制柜，2、功率单元柜，11、UPS，12、主控制电路板，13、辅助控制电路板，14、预充接触器，15、预充变压器，16、同步变压器，17、AD采样电路板，18、整流桥模块，19、开关电源，10、均压电阻，21、功率单元，22、电流传感器，23、预充电阻，24、电压传感器，211、IGBT，212、驱动板，213、无感母线，214、风冷散热器，215、电容，216、脉冲分配电路板，217、单元外壳，218、散热风机。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1-图6，一种轨道交通双向变流柜，所述双向变流柜包括控制柜1和功率单元柜2，所述功率单元柜2包括功率单元21、电流传感器22、电压传感器24以及预充电阻23组成，所述功率单元21通过导轨螺栓固定安装在功率单元柜内，所述控制柜1内装有预充变压器15两台、均压电阻10两支、预充接触器14两支、整流桥模块18六支、主控制电路板12一块、辅助控制电路板13两块、AD采样电路板17两块、同步变压器16两台、开关电源19七支、UPS11一套，所述均压电阻10、整流桥模块18、开关电源19以及AD采样电路板17设置在控制柜上，所述预充接触器14上依次设置有辅助控制电路板13、主控制电路板12以及UPS11，所述控制柜门上设置有柜门上装有触摸屏、指示灯、仪表和操作按钮，该技术方案体积更紧凑，功率密度大，可以为牵引列车提供牵引电源，在牵引列车制动时将列车制动能量回馈至交流电网并对电网进行无功补偿。

实施例2：参见图4、图5，作为本发明的一种改进，所述功率单元柜内，每组功率单元放置一层，共计六组功率单元，柜体后部放置电流传感器12支、电压传感器24四支、预充电阻23四支。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例3：参见图7-图9，作为本发明的一种改进，所述功率单元包括六支IGBT211、六块IGBT驱动板212、八只电容215、两只风冷散热器214、六个散热风机218、一块脉冲分配电路板216、两块电源分配电路板、一块无感母线213、一个单元外壳217，所述功率单元中，IGBT及IGBT驱动板通过螺栓安装在风冷散热器上形成功率器件组件；所述两个功率器件组件与电容组件在单元外壳内并排放置，通过螺栓紧固在外壳上，电容组件在两个功率器件组件的中间；所述无感母线通过螺栓与电容和IGBT相连接，这样主电容与IGBT的距离最近回路的杂散电感较小，也减少了二次连接等原因造成的电磁干扰等不利因素；所述无感母线为水平放置，有效的消除了母线与IGBT连接处的受力问题；所述风冷散热器的进风口处在外壳的正面，出风口处在外壳的背面，散热风机通过螺栓安装在风冷散热器的出风口的位置；所述脉冲分配板通过螺栓安装在无感母线的上部的单元外壳上。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例4：参见图1，作为本发明的一种改进，所述一个功率单元为三电平逆变器的两个桥臂，三个单元可组成两个完整二极管箝位式三电平拓扑原理的逆变器。其余结构和优点与实施例1完全相同。

工作原理：参见图1，一种轨道交通双向变流柜主要由控制柜和功率单元柜两部分组成，该技术方案中，控制柜的尺寸为600*2200*1200mm(宽*高*深)，柜门上装有触摸屏、指示灯、仪表和操作按钮。柜内装有预充变压器两台、均压电阻两支、预充接触器两支、整流桥模块六支、主控制电路板一块、辅助控制电路板两块、AD采样电路板两块、同步变压器两台、开关电源七支、UPS一套。上面所述器件通过螺栓、安装板等连接方式固定安装在控制柜内的相应位置；功率单元柜尺寸为1200*2200*1200mm(宽*高*深)，每组功率单元放置一层，共计六组功率单元，每组功率单元为三电平逆变器的两个桥臂。柜体后部放置电流传感器12支、电压传感器四支、预充电阻四支。所述功率单元通过导轨、螺栓等连接方式固定安装在功率单元柜内的相应位置。该技术方案中，所述功率单元都是独立的风道和风机来进行散热，并且风机安装在单元上放置在柜体内，风机的噪声本身就不高，外加在柜体内，所以相比较外置大风机的装置所产生的环境噪声较小。根据IGBT的功耗，单个散热器上的功耗最高为6020W，该方案中，散热器基板的最高温度为72℃，而设定的环境温度为40℃，因此可得出温升为32K，满足散热要求。为提高系统的散热效率而才用的独立风道设计，能够有效提高系统的功率密度。本发明的额定功率为3000KW，100％额定负荷可以长时间运行，150％额定负荷可以保证运行30分钟，200％额定负荷可以保证运行1分钟，满足轨道交通的工况。相比于其他相同功能的变流柜，本发明在更小的体积(1800*2200*1200mm)上满足了更大的功率，功率密度高。

综上所述，本发明在空间体积上设计更加合理、紧凑，一套轨道交通双向变流柜实现了在牵引列车制动时将列车制动能量回馈至交流电网同时为牵引列车提供牵引电源并对电网进行无功补偿。同时采用功率单元模块化设计，各个单元完全一样可相互替换，并且单独具备散热能力，实现低成本、高性能、稳定可靠的轨道交通双向变流柜的结构。

本发明还可以将实施例2、3、4所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (2)

1.一种轨道交通双向变流柜，其特征在于，所述双向变流柜包括控制柜和功率单元柜，所述功率单元柜包括功率单元、电流传感器、电压传感器以及预充电阻，所述功率单元通过导轨螺栓固定安装在功率单元柜内；所述控制柜内装有预充变压器两台、均压电阻两支、预充接触器两支、整流桥模块六支、主控制电路板一块、辅助控制电路板两块、AD采样电路板两块、同步变压器两台、开关电源七支、UPS一套，所述均压电阻、整流桥模块、开关电源、AD采样电路板、预充接触器、辅助控制电路板、主控制电路板以及UPS设置在控制柜上；所述功率单元柜内，每组功率单元水平放置一层，共计六组功率单元，柜体后部放置电流传感器十二支、电压传感器四支、预充电阻四支；所述功率单元包括六支IGBT、六块IGBT驱动板、八只电容、两只风冷散热器、六个散热风机、一块脉冲分配电路板、两块电源分配电路板、一块无感母线、一个单元外壳，所述功率单元中，3支IGBT及3块IGBT驱动板通过螺栓安装在1只风冷散热器上形成功率器件组件；两个功率器件组件与电容组件在单元外壳内并排放置，通过螺栓紧固在外壳上，电容组件在两个功率器件组件的中间；所述无感母线通过螺栓与电容和IGBT相连接，所述无感母线为水平放置，所述风冷散热器的进风口处在外壳的正面，出风口处在外壳的背面，散热风机通过螺栓安装在风冷散热器的出风口的位置；所述脉冲分配电路板通过螺栓安装在无感母线的上部的单元外壳上；所述一组功率单元为三电平逆变器的两个桥臂，三组单元可组成两个完整二极管箝位式三电平拓扑原理的逆变器。

2.根据权利要求1所述的轨道交通双向变流柜，其特征在于，所述控制柜门上装有触摸屏、指示灯、仪表和操作按钮。