CN110337220A - 牵引辅助集成式变流器冷却装置 - Google Patents

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丁巧娅
管俊青
顾秀江
卫钢
张强强
吴楠
胡明庆
王敬思
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Abstract

本发明涉及动车组用变流器，具体为牵引辅助集成式变流器冷却装置。解决现有动车组变流器冷却装置散热效率低以及难以适应动车组对小型化、轻量化要求的问题。该变流器冷却装置包括柜体，柜体内设有多个水冷基板、冷却管路、散热器、膨胀水箱、水泵、辅助变流的变压器电抗器组件，柜体上固定有从柜体内向外抽风的冷却风机，牵引变流的IGBT功率部件和辅助变流的IGBT功率部件分别安装在各自的水冷基板上，冷却管路将各水冷基板、散热器、膨胀水箱、水泵连接而形成冷却液循环回路，柜体上开有进风口，散热器、辅助变流的变压器电抗器组件位于柜体内从进风口至冷却风机的冷却风路上。本发明满足了动车组对小型化、轻量化、经济性的要求。

Description

牵引辅助集成式变流器冷却装置
技术领域
本发明涉及轨道交通特别是动车组用变流器，具体为牵引辅助集成式变流器冷却装置。
背景技术
随着自主化动车组上线运行,为适应市场需求，轨道交通电传动系统关键部件正在朝着高集成度、轻量化、小型化、低能耗等趋势发展。冷却系统是电传动系统的关键系统，电传动系统部件牵引变压器、牵引变流器、牵引电机的冷却系统性能直接关系到整个系统性能的优劣。
牵引变流器冷却系统主要功能是完成变流器内关键部件IGBT水冷基板和变压器电抗器组件的散热冷却，从而保证变流器及整个牵引系统的稳定运行。
现有变流器冷却装置采用牵引变流器、牵引变流器冷却单元、辅助变流器分三个柜体布置，辅助变流器从牵引变流器中间回路取电。牵引变流器冷却单元采用水冷却结构。在牵引变流器柜体内，IGBT安装在水冷基板上，冷却液通过水冷基板对其进行散热。牵引变流器冷却单元包括冷却风机、水泵、散热器、膨胀水箱、冷却管路等，其中水泵、膨胀水箱在牵引变流器柜体内，冷却风机和散热器在冷却单元柜体内，冷却风机对散热器进行冷却，冷却管路将冷却单元柜体内的散热器、牵引变流器柜体内的水冷基板、膨胀水箱、水泵连接而形成冷却液循环回路。辅助变流器柜体内采用风冷却结构，IGBT安装在散热基板上，风冷系统通过强迫风冷方式对散热基板进行散热，风冷系统同时对辅助变流器的变压器电抗器组件进行散热冷却，从而保证整个系统的稳定运行。
由于牵引变流器冷却单元独立于牵引变流器之外，水冷管路较长，散热效率低，牵引变流器和辅助变流器冷却系统分散布置，牵引变流器和辅助变流器都有各自的冷却风机。三个箱体的部件分散，总体重量较大，体积大，难以适应动车组对变流器冷却装置小型化、轻量化的设计要求。
发明内容
本发明解决现有动车组变流器冷却装置散热效率低以及难以适应动车组对变流器冷却装置小型化、轻量化要求的问题，提供一种牵引辅助集成式变流器冷却装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：牵引辅助集成式变流器冷却装置，包括柜体，柜体内设有多个水冷基板、冷却管路、散热器、膨胀水箱、水泵、辅助变流的变压器电抗器组件，柜体上固定有从柜体内向外抽风的冷却风机，牵引变流的IGBT功率部件和辅助变流的IGBT功率部件分别安装在各自的水冷基板上，冷却管路将各水冷基板、散热器、膨胀水箱、水泵连接而形成冷却液循环回路，柜体上开有进风口，散热器、辅助变流的变压器电抗器组件位于柜体内从进风口至冷却风机的冷却风路上。在水泵作用下，冷却液在循环回路中流动，对水冷基板进行冷却，进而实现牵引变流的IGBT功率部件和辅助变流的IGBT功率部件的冷却；散热器、辅助变流的变压器电抗器组件在冷却风路上被冷却风冷却。
本发明采用水冷和风冷集成的混合冷却方式对牵引辅助变流器进行散热，满足动车组牵引辅助变流器运行需要。该集成冷却系统在局限的空间内实现了现有方案三个柜体实现的功能。本发明牵引、辅助变流器的功率器件全部布置在水冷基板上，冷却液经水冷基板、水冷管路和水泵进入散热器，在散热器内循环冷却后再次返回水冷基板，构成一次散热循环。本发明一套冷却风机实现已有方案牵引变流器和辅助变流器两套冷却风机的功能。冷却风机对散热器进行冷却从而完成热循环，同时采用强迫风冷对变压器电抗器组件进行冷却。集成冷却系统设计提高了散热效率，降低了能耗，明显降低了体积和重量，减少了成本，满足了动车组对小型化、轻量化、经济性的要求。
本发明给出一种高集成、小型化的变流器冷却系统，通过一种水冷系统与风冷系统结合的混合冷却系统方式，通过对功率器件水冷板的散热冷却保证了牵引辅助变流器的正常工作，风冷系统对变压器电抗器组件进行通风冷却，保证辅助系统高品质的电源输出。此种混合冷却系统的水冷和风冷系统共用冷却风机，实现了牵引变流器冷却系统和辅助变流器冷却系统的集成，冷却系统体积和重量明显降低，从而减小了变流器整机的体积和重量，适应了目前对轨道交通车辆小型化和轻量化的要求。
附图说明
图1为现有变流器冷却装置结构示意图；
图2为本发明所述变流器冷却装置的结构原理图；
图3为本发明所述变流器冷却装置的结构示意图；
图4为本发明散热器的结构示意图；
图5为图4的左视图。
图中：1－水冷基板，2－出水总管，3－进水总管，4－放电和接地电阻水冷基板，5－散热器，6－水泵，7－膨胀水箱，8－辅助变流的变压器电抗器组件，9－冷却风机，10－过滤网或过滤器。
具体实施方式
牵引辅助集成式变流器冷却装置，包括柜体，柜体内设有多个水冷基板1、冷却管路、散热器5、膨胀水箱7、水泵6、辅助变流的变压器电抗器组件8，柜体上固定有从柜体内向外抽风的冷却风机9，牵引变流的IGBT功率部件和辅助变流的IGBT功率部件分别安装在各自的水冷基板1上，冷却管路将各水冷基板1、散热器5、膨胀水箱7、水泵6连接而形成冷却液循环回路，柜体上开有进风口，散热器5、辅助变流的变压器电抗器组件8位于柜体内从进风口至冷却风机的冷却风路上。具体实施时，进风口和冷却风机9分别开在和固定在柜体的两个相对柜体壁上，且进风口和冷却风机9的位置相对，散热器5位于进风口处，辅助变流的变压器电抗器组件8位于散热器5后部，这样，冷却风从进风口进入，穿过散热器5后对辅助变流的变压器电抗器组件8实施风冷（散热器5为盘管式结构，冷却风能够穿过散热器5；散热器5也可是其它冷却风能穿过的结构），冷却空气与散热器5接触并与散热器内的冷却液进行热交换，冷却后产生的热风由冷却风机9向下排出柜体。此风路结构设计风程最短，节省空间，有利于柜体的小型化，且风冷效果好。进风口上设有过滤网或过滤器10。具体实施时，过滤网或过滤器10设置于散热器5的进风侧一端，并将散热器5设置于进风口上或将散热器5上的过滤网或过滤器10密封对接进风口，以进一步节省空间。膨胀水箱7焊接在散热器5一侧，更加节省空间。所述的的冷却管路包括进水总管3和出水总管2，各水冷基板1的进水口、出水口分别与进水总管、出水总管连接，出水总管2的一端封闭，另一端与散热器5的进水口连接，散热器5的出水口与膨胀水箱7的进水口连接，膨胀水箱7的出水口与水泵6的进水口连接，水泵6的出水口与进水总管3的一端连接，进水总管3的另一端封闭。该变流器冷却装置还包括放电和接地电阻水冷基板4，用于放电和接地电阻的冷却，放电和接地电阻水冷基板4的进水口、出水口分别与进水总管3、出水总管2连接。具体实施时，冷却风机9为两个且采用离心式风机。
膨胀水箱7焊接在散热器5的进出水腔外侧，包括一个箱体、二个液位开关、一个可视液位观察窗和液位标识、一个压力释放阀。两个液位开关，提供二个监控液位的电气开关信号，输出液位警告/报警（切断）信号。液位标识设高水位和低水位液位线，以便在冷却液降低时补液。压力释放阀调节变流器水系统压力。

Claims (10)

1.一种牵引辅助集成式变流器冷却装置，包括柜体，其特征在于，柜体内设有多个水冷基板(1)、冷却管路、散热器(5)、膨胀水箱(7)、水泵(6)、辅助变流的变压器电抗器组件(8)，柜体上固定有从柜体内向外抽风的冷却风机(9)，牵引变流的IGBT功率部件和辅助变流的IGBT功率部件分别安装在各自的水冷基板(1)上，冷却管路将各水冷基板(1)、散热器(5)、膨胀水箱(7)、水泵(6)连接而形成冷却液循环回路，柜体上开有进风口，散热器(5)、辅助变流的变压器电抗器组件(8)位于柜体内从进风口至冷却风机的冷却风路上。
2.根据权利要求1所述的牵引辅助集成式变流器冷却装置，其特征在于，进风口和冷却风机(9)分别开在和固定在柜体的两个相对柜体壁上，且进风口和冷却风机(9)的位置相对，散热器(5)位于进风口处，辅助变流的变压器电抗器组件(8)位于散热器(5)后部。
3.根据权利要求2所述的牵引辅助集成式变流器冷却装置，其特征在于，进风口上设有过滤网或过滤器(10)。
4.根据权利要求3所述的牵引辅助集成式变流器冷却装置，其特征在于，过滤网或过滤器(10)设置于散热器(5)的进风侧一端，并将散热器(5)设置于进风口上或将散热器(5)上的过滤网或过滤器(10)密封对接进风口。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的牵引辅助集成式变流器冷却装置，其特征在于，膨胀水箱(7)焊接在散热器(5)一侧。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的牵引辅助集成式变流器冷却装置，其特征在于，冷却管路包括进水总管(3)和出水总管(2)，各水冷基板(1)的进水口、出水口分别与进水总管、出水总管连接，出水总管(2)的一端封闭，另一端与散热器(5)的进水口连接，散热器(5)的出水口与膨胀水箱(7)的进水口连接，膨胀水箱(7)的出水口与水泵(6)的进水口连接，水泵(6)的出水口与进水总管(3)的一端连接，进水总管(3)的另一端封闭。
7.根据权利要求5所述的牵引辅助集成式变流器冷却装置，其特征在于，冷却管路包括进水总管(3)和出水总管(2)，各水冷基板(1)的进水口、出水口分别与进水总管、出水总管连接，出水总管(2)的一端封闭，另一端与散热器(5)的进水口连接，散热器(5)的出水口与膨胀水箱(7)的进水口连接，膨胀水箱(7)的出水口与水泵(6)的进水口连接，水泵(6)的出水口与进水总管(3)的一端连接，进水总管(3)的另一端封闭。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的牵引辅助集成式变流器冷却装置，其特征在于，还包括放电和接地电阻水冷基板(4)，用于放电和接地电阻的冷却，放电和接地电阻水冷基板(4)的进水口、出水口分别与进水总管(3)、出水总管(2)连接。
9.根据权利要求5所述的牵引辅助集成式变流器冷却装置，其特征在于，还包括放电和接地电阻水冷基板(4)，用于放电和接地电阻的冷却，放电和接地电阻水冷基板(4)的进水口、出水口分别与进水总管(3)、出水总管(2)连接。
10.根据权利要求6所述的牵引辅助集成式变流器冷却装置，其特征在于，还包括放电和接地电阻水冷基板(4)，用于放电和接地电阻的冷却，放电和接地电阻水冷基板(4)的进水口、出水口分别与进水总管(3)、出水总管(2)连接。
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