CN107846133A - 一种分体式结构大功率机车变流柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分体式结构大功率机车变流柜，包括变流器部分和冷却塔部分以及冷却系统；变流器部分和冷却塔部分分别设置在变流器柜体和冷却塔柜体内；冷却系统包括有冷却风机、散热器、水泵、膨胀水箱以及管路和传感器；其中水泵、膨胀水箱设置在变流器柜体内，冷却风机和散热器设置在冷却塔柜体内；冷却塔部分通过波纹管与变流器部分的水冷回路连接。其通过将主变流柜的变流器部分和冷却塔部分的箱体分离设计，减少冷却塔的风机振动对变流器侧的功率模块等关键电气部件的影响，减少主变流柜的故障率，提高主变流柜运行的可靠性。

Description

一种分体式结构大功率机车变流柜

技术领域

本发明属于电力机车技术领域，涉及一种机车变流柜，尤其是一种分体式结构大功率机车变流柜。

背景技术

近年来，随着我国铁路日益繁重的高速和重载的要求，交-直-交电传动电力机车已经成为主流，主变流柜是大功率交流传动电力机车的关键部件之一，主变流柜能否正常运行直接影响整车运行的可靠性。为提高变流柜自身的可靠性，变流柜的结构设计至关重要。

目前大功率交流传动电力机车主变流柜大致分为两种：一种是不包含冷却风机和散热器的主变流柜，另一种是包含冷却风机和散热器的主变流柜。包含冷却风机和散热器的主变流柜的现有技术方案均为一体式结构设计，即所有部件安装在同一个变流柜箱体内，如图1所示，其中变流器部分包括与机车主变压器二次侧相连的四象限输入、四象限整流器、中间直流环节、逆变器及提供给三项交流电机的输出的所有电气部件，冷却塔部分包括冷却风机和散热器，其作用是通过冷却循环回路给变流器侧的功率模块散热。

现有技术的一体式结构设计的主变流柜将所有部件安装在同一个箱体内，冷却风机的振动直接通过箱体传递给功率模块等关键电气部件，可能造成该部分电气部件的损坏，增加主变流柜的故障率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种分体式结构大功率机车变流柜，其通过将主变流柜的变流器部分和冷却塔部分的箱体分离设计，减少冷却塔的风机振动对变流器侧的功率模块等关键电气部件的影响，减少主变流柜的故障率，提高主变流柜运行的可靠性。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种分体式结构大功率机车变流柜，包括变流器部分和冷却塔部分以及冷却系统；所述变流器部分和冷却塔部分分别设置在变流器柜体和冷却塔柜体内；所述冷却系统包括有冷却风机、散热器、水泵、膨胀水箱以及管路和传感器；其中所述水泵、膨胀水箱设置在变流器柜体内，所述冷却风机和散热器设置在冷却塔柜体内；冷却塔部分通过波纹管与变流器部分的水冷回路连接。

进一步，上述波纹管两端为法兰面，法兰面对接处采用密封圈及密封垫进行密封，通过螺栓连接。

进一步，上述变流器柜体和冷却塔柜体的上端同时连接在吊装横梁上。

进一步，上述变流器部分包括设置在变流器柜体内的管路组件、功率模块及电容组件、铜排组件、开关电器组件、控制单元组件、加热装置组件、门组件、低压线组件、高压线组件和防爆管路。

进一步，上述变流器柜体内设置有两台变流器，每台变流器对应一台牵引电机。

进一步，上述变流器采用模块化结构，包括四象限模块、逆变器模块和过压拟制模块。

进一步，上述变流器柜体为立式结构。冷却塔柜体也为立式结构。

本发明具有以下有益效果：

本发明的分体式结构大功率机车变流柜将主变流柜的变流器部分和冷却塔部分的箱体分离设计，减少冷却塔的风机振动对变流器侧的功率模块等关键电气部件的影响，减少主变流柜的故障率，提高主变流柜运行的可靠性。

进一步的，本发明将冷却塔通过波纹管实现与变流器水冷回路的连接，由于采用波纹管的连接为软连接，可以有效的组织冷却塔风机的振动通过中间管路传递到变流器侧，避免由于振动导致的部件损坏。波纹管两端为法兰面，法兰面对接处采用密封圈及密封垫进行密封，使用螺栓连接。冷却系统的管路贯穿于变流器与冷却塔的箱体之间，产品吊装、运输及组装过程不需要排放柜内的冷却液。

附图说明

图1为现有技术中一体式结构设计的主变流柜图；

图2为本发明的正视图；

图3为本发明主变流柜单轴及冷却塔拆去门板正面图图。

其中：A为变流器部分；B为冷却塔部分；1为主变流柜体；2为冷却塔柜体；3为波纹管；4为吊装横梁；5为冷却风机；6为散热器；7为门组件；8为管路组件；9为铜排组件；10为功率模块及电容组件；11为控制单元组件；12为加热装置组件；13为开关电器组件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图2-3，本发明的分体式结构大功率机车变流柜的基本结构是：包括变流器部分A和冷却塔部分B以及冷却系统。其中变流器部分A和冷却塔部分B分别设置在变流器柜体1和冷却塔柜体2内。所述冷却系统包括有冷却风机5、散热器6、水泵、膨胀水箱以及管路和传感器。其中水泵、膨胀水箱设置在变流器柜体内，冷却风机5和散热器6设置在冷却塔柜体2内。冷却塔部分通过波纹管3与变流器部分的水冷回路连接。波纹管两端为法兰面，法兰面对接处采用密封圈及密封垫进行密封，通过螺栓连接。变流器柜体1和冷却塔柜体2的上端同时连接在吊装横梁4上。变流器部分A包括设置在变流器柜体1内的管路组件8(包括水泵、膨胀水箱、水管、传感器等主要部件)、功率模块及电容组件10(包括功率模块、中间支撑电容、二次滤波电容等主要部件)、铜排组件9、开关电器组件13(主要包括预充电电阻、斩波放电电阻、预充电回路用接触器、主接触器等主要部件)、控制单元组件11(主要包括TCU、继电器等)、加热装置组件12(包括加热器、温控开关、熔断器等)、门组件7、低压线组件(各种低压线)、高压线组件(各种高压线)和防爆管路。

本发明的变流器是由四象限整流、中间直流回路、逆变器以及相应的驱动控制单元和冷却单元等组成。牵引变流器输入端与牵引变压器的牵引绕组相连，通过接触器进行分合。通过四象限变流器将单相交流电压转变为稳定的中间直流电压。中间直流回路设有支撑电容器、谐振电容器、接地检测和保护装置等。中间直流回路通过逆变器向异步牵引电机提供三相变频变压交流电。对机车牵引、再生制动实行连续控制，牵引变流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、滑行以及通风的故障保护装置。

每台变流柜体装有独立的两台变流器，25KV的电网电压通过受电弓传输到牵引变压器原边，牵引变压器把25KV的网压变换为950V的交流电施加到四象限整流器的前端，经四象限整流器整流后输出1800V的直流电压，中间电路设有二次滤波电路和降压斩波回路，其中滤波电抗器被集成在牵引变压器中。当中间回路电压达到设定值后，降压斩波回路开始工作，对直流母线进行降压，中间直流电压经过牵引逆变器后变换为三相1390V的交流电提供给牵引电机，一个变流器对应一台牵引电机。

变流器部分具有面向用户的中间电压检测和指示功能。指示在变流柜上易于观察。变流器柜体的柜门上安装有安全门锁装置，以实现机车电器屏柜间的安全连锁功能。

本发明的变流器采用模块化结构设计，四象限模块、逆变器模块、过压拟制模块等功率模块由IGBT元件、复合母排、驱动单元和散热器等组成，安装有快速接头，可以快速插拔，不需排放冷却回路中的冷却液。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。打开变流器柜门即可方便地对变流器模块进行拆装、维护，便于功率模块的安装和检修。

本新型的最佳实施例中，变流器柜体为立式结构，冷却塔柜体也为立式结构，为降低风机振动对功率模块等电器部件的影响，变流器柜体采用分体式设计，使变流器部分与冷却塔部分的柜体分离。牵引变流器的冷却采用强迫水循环风冷，冷却系统包含冷却风机、散热器、水泵、膨胀水箱、相应的管路及传感器，其中冷却水泵、水箱放置在变流器柜内，冷却风机、散热器放置在冷却塔柜内。冷却塔通过波纹管实现与变流器水冷回路的连接，由于采用波纹管的连接为软连接，可以有效的组织冷却塔风机的振动通过中间管路传递到变流器侧，避免由于振动导致的部件损坏。波纹管两端为法兰面，法兰面对接处采用密封圈及密封垫进行密封，使用螺栓连接。冷却系统的管路贯穿于变流器与冷却塔柜体之间，产品吊装、运输及组装过程不需要排放柜内的冷却液。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：

实施例

本实施例用于新八轴电力机车主变流柜。变流柜整体的体积为4180W×2000H×1005D，质量为3025Kg，主要包括变流器部分和冷却塔部分。变流器柜体尺寸为3225W×2000H×1005D，冷却塔部分箱体尺寸为1075W×2000H×1005D，变流器柜体与冷却塔柜体之间留有200mm的间隙，用来进行管路的连接。变流器柜体与冷却塔柜体通过吊装横梁相连，产品吊装、运输及组装过程均为一体进行，操作过程不需要排放柜内的冷却液。具体结构见图2，包括变流器柜体1、冷却塔柜体2、波纹管3、吊装横梁4(共两根)。其中变流器柜体1和冷却塔柜体2通过吊装横梁4进行机械连接，吊装横梁4要达到足够的强度以保证吊运过程中变流器柜体1和冷却塔柜体2的相对位置保持不变，以便保证满足接口尺寸的要求而且不会使中间连接的波纹管3受力，变流柜组装到机车上后将吊装横梁4拆除；变流器柜体1和冷却塔柜体2之间通过波纹管3进行冷却管路的连接，波纹管3的一端与变流器柜体1的水分配器接口相连，中间采用密封圈进行密封，波纹管3的另一端与冷却塔柜体2的弯管接口相连，中间采用密封垫进行密封，保证冷却液不会泄露；冷却液经波纹管3流通于变流器柜体1和冷却塔柜体2之间。由于通过波纹管3的连接是软连接，不会使冷却塔内的风机的振动直接传递到变流器内部的电器部件上。

Claims (8)

1.一种分体式结构大功率机车变流柜，其特征在于，包括变流器部分(A)和冷却塔部分(B)以及冷却系统；所述变流器部分(A)和冷却塔部分(B)分别设置在变流器柜体(1)和冷却塔柜体(2)内；所述冷却系统包括有冷却风机(5)、散热器(6)、水泵、膨胀水箱以及管路和传感器；其中所述水泵、膨胀水箱设置在变流器柜体内，所述冷却风机(5)和散热器(6)设置在冷却塔柜体(2)内；冷却塔部分通过波纹管(3)与变流器部分的水冷回路连接。

2.根据权利要求1所述的分体式结构大功率机车变流柜，其特征在于，所述波纹管两端为法兰面，法兰面对接处采用密封圈及密封垫进行密封，通过螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的分体式结构大功率机车变流柜，其特征在于，所述变流器柜体(1)和冷却塔柜体(2)的上端同时连接在吊装横梁(4)上。

4.根据权利要求1所述的分体式结构大功率机车变流柜，其特征在于，所述变流器部分(A)包括设置在变流器柜体(1)内的管路组件(8)、功率模块及电容组件(10)、铜排组件(9)、开关电器组件(13)、控制单元组件(11)、加热装置组件(12)、门组件(7)、低压线组件、高压线组件和防爆管路。

5.根据权利要求1所述的分体式结构大功率机车变流柜，其特征在于，所述变流器柜体(1)内设置有两台变流器，每台变流器对应一台牵引电机。

6.根据权利要求5所述的分体式结构大功率机车变流柜，其特征在于，所述变流器采用模块化结构，包括四象限模块、逆变器模块和过压拟制模块。

7.根据权利要求1所述的分体式结构大功率机车变流柜，其特征在于，所述变流器柜体(1)为立式结构。

8.根据权利要求1所述的分体式结构大功率机车变流柜，其特征在于，所述冷却塔柜体(2)为立式结构。