CN107182192A - 大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜 - Google Patents

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李勇斌
武彩生
李国锋
周国卷
张译文
赵方
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明涉及内燃机车的电气控制柜，具体为大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜。解决大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜在功率部件冷却，以及电磁兼容设计上存在的问题。大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜包括柜体和柜体内的电气系统；柜体内设有冷却风道，冷却风道的上、下端口分别位于柜体的上、下端面；电气系统中需强迫风冷的功率部件安装在冷却风道上，并且使功率部件的散热器嵌入冷却风道内部。本发明通过冷却风道的设置在保证冷却效果的前提下极大地缩小了冷却空间，为电气控制柜的一体化提供了条件。通过对电气控制柜内的电气系统各构成部分的合理布局兼顾了电磁兼容性。

Description

大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜
技术领域
本发明涉及内燃机车的电气控制柜，具体为大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜。
背景技术
大功率内燃机车对于铁路运输的发展及其重要，随着交流电传动技术的发展和普及，交流电传动技术已在新型内燃机车的传动系统中得到应用。
现有机车电气控制柜通常有两种方式：
分体式一：分为，微机控制柜、低压控制柜、高压控制柜。
分体式二：分为微机控制柜、高低压一体控制柜。
大功率交流传动内燃机车由于受机车界限尺寸限制，（4500HP的）大功率柴油机及其冷却系统，大功率的牵引逆变器和电阻制动系统以及机车辅助系统的电气与机械装置庞大而复杂，造成机车电气和机械布局空间不足经常为了抢空间而造成的尴尬局面。因此，分体式的电气控制柜无法适应大功率交流传动内燃机车。为此需研制一体式的电气控制柜，而一体式电气控制柜在其电气系统空间紧凑的同时，其功率部件的冷却，以及电磁兼容(EMI和EMC)成为电气控制系统设计的重点和难点。
发明内容
本发明解决大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜在功率部件冷却，以及电磁兼容设计上存在的问题，提供一种大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜，该一体式电气控制柜通过冷却结构、电磁兼容的独特设计，使满足使用要求的一体式电气控制柜得以实现。
本发明是采用如下技术方案实现的：大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜，包括柜体和柜体内的电气系统；柜体内设有冷却风道，冷却风道的上、下端口分别位于柜体的上、下端面；电气系统中需强迫风冷的功率部件安装在冷却风道上，并且使功率部件的散热器嵌入冷却风道内部。冷却风道的设置在保证冷却效果的前提下极大地缩小了冷却空间，为电气控制柜的一体化提供了条件。
柜体分成左部、中部和右部，所述的冷却风道置于柜体的中部后壁。
电气系统由微机控制系统、低压端子、辅助中压控制系统、控制电器、辅助中压端子、高压电器和高压端子构成；微机控制系统设置于柜体左部的中间区域；低压端子设置于柜体左部的下层区域；辅助中压控制系统中需强迫风冷的功率部件安装在冷却风道上部，功率部件的散热器嵌入冷却风道内部；控制电器设置于柜体右部的上层区域；辅助中压端子设置于柜体右部的中下右侧区域；高压电器和高压端子设置于柜体右部的中下左侧区域。
本发明通过冷却风道的设置在保证冷却效果的前提下极大地缩小了冷却空间，为电气控制柜的一体化提供了条件。通过对电气控制柜内的电气系统各构成部分的合理布局兼顾了电磁兼容性，同时更好地实现了电气系统空间紧凑，为电气控制柜的一体化创造了条件。
附图说明
图1为本发明所述电气控制柜的柜体结构示意图；
图2为冷却风道的结构示意图；
图3为本发明所述电气控制柜的主视图；
图4为图3的左视图；
图5为图3的右视图。
图中：1－冷却风道。
具体实施方式
大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜，包括柜体和柜体内的电气系统；柜体内设有冷却风道1，冷却风道1的上、下端口分别位于柜体的上、下端面；电气系统中需强迫风冷的功率部件安装在冷却风道1上，并且使功率部件的散热器嵌入冷却风道内部。柜体分成左部、中部和右部，所述的冷却风道1为偏四棱柱体并置于柜体的中部后壁。使用时冷却风道1的下端口与机车上的进风管相连接。柜体由主梁和支梁构成的框架，以及框架外部柜门和蒙皮构成；主梁为5mm冷轧钢板U型折弯满焊接结构，支梁为4mm冷轧钢板L型折弯焊接结构，柜门及蒙皮采用1.5mm冷轧钢板成型分段焊接。冷却风道1采用4mm冷轧钢板L型折弯焊接成型，外部1.5mm成型风道后分段焊接成型，并用金属胶密封。
电气系统由微机控制系统、低压端子、辅助中压控制系统、控制电器、辅助中压端子、高压电器和高压端子构成。
微机控制系统设置于柜体左部的中间区域（如图4所示）。微机控制系统是机车牵引控制和整车控制的核心，由牵引控制单元（TCU1、TCU2），整车控制单元（LCU1、LCU2），电源分配板、G74D15S200G01型IGBT驱动电源、电源变换装置、二极管控制面板组成。使机车的核心控制区域远离高压和辅助系统高频区，并且采用金属护罩屏蔽，实现良好屏蔽。
低压端子设置于柜体左部的下层区域（如图4所示）。低压端子是机车74V和24V低压控制电缆与机车控制设备之间的电气接口，共计24排，采用菲尼克斯ST 2.5-QUATTRO型端子，分为上下两层每层12排方式排列，每排端子两侧分布70*100阻燃线槽，左进线，右出线。
辅助中压控制系统承担着机车柴油机控制、主辅发电机励磁控制、机车空气制动系统空气压缩机控制、柴油机冷却风扇电机控制和整车接地保护及整车辅助系统和控制系统供电。由柴油机调速控制装置（ECU）、整流二极管熔断器组件、3BW-608-001型主发和辅发恒功励磁装置（SCR1、SCR2）、APC二极管装配、辅助电源变换器（APC）、APC滤波电容组件、滤波电抗器（L1、L2）、空压机电机辅助逆变器AVN1、冷却风扇电机辅助逆变器AVN2等组成。辅助中压控制系统中需强迫风冷的功率部件安装在冷却风道上部，功率部件的散热器嵌入冷却风道内部（如图3所示）。功率部件在冷却风道上部的排列按照散热功率的大小由下自上排列。
控制电器设置于柜体右部的上层区域（如图5所示）。控制电器区承担微机控制系统的逻辑控制输出指令执行功能和各级电源断路器保护功能。
辅助中压端子设置于柜体右部的中下右侧区域（如图5所示）。中压端子区是电器柜辅助系统AC440V回路和机车辅助用电器之间的电气接口，以及机车THD2-400/110 型24V、74V蓄电池供电闸刀安装。
高压电器和高压端子设置于柜体右部的中下左侧区域（如图5所示）。机车直流母线3200V电压监测的NCV1-4500/SP3型高压电压传感器和高压电阻制动回路S1215/12-74ET-44型高压断路器安装。

Claims (5)

1.一种大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜，包括柜体和柜体内的电气系统；其特征在于柜体内设有冷却风道（1），冷却风道（1）的上、下端口分别位于柜体的上、下端面；电气系统中需强迫风冷的功率部件安装在冷却风道（1）上，并且使功率部件的散热器嵌入冷却风道内部。
2.根据权利要求1所述的大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜，其特征在于柜体分成左部、中部和右部，所述的冷却风道（1）为偏四棱柱体并置于柜体的中部后壁。
3.根据权利要求2所述的大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜，其特征在于柜体由主梁和支梁构成的框架，以及框架外部柜门和蒙皮构成；主梁为5mm冷轧钢板U型折弯满焊接结构，支梁为4mm冷轧钢板L型折弯焊接结构，柜门及蒙皮采用1.5mm冷轧钢板成型分段焊接；冷却风道1采用4mm冷轧钢板L型折弯焊接成型，外部1.5mm成型风道后分段焊接成型，并用金属胶密封。
4.根据权利要求1或2或3所述的大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜，其特征在于电气系统由微机控制系统、低压端子、辅助中压控制系统、控制电器、辅助中压端子、高压电器和高压端子构成；
微机控制系统设置于柜体左部的中间区域；
低压端子设置于柜体左部的下层区域；
辅助中压控制系统中需强迫风冷的功率部件安装在冷却风道上部，功率部件的散热器嵌入冷却风道内部；
控制电器设置于柜体右部的上层区域；
辅助中压端子设置于柜体右部的中下右侧区域；
高压电器和高压端子设置于柜体右部的中下左侧区域。
5.根据权利要求4所述的大功率交流传动内燃机车的一体式电气控制柜，其特征在于微机控制系统采用金属护罩屏蔽；功率部件在冷却风道上部的排列按照散热功率的大小由下自上排列。
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