CN110829200A - 一种内燃机车用高压电气柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机车用高压电气安装领域，具体是一种内燃机用高压电气柜。包括集成在一起的一台牵引‑辅助变流柜和一台辅助滤波柜，所述牵引‑辅助变流柜和辅助滤波柜并排设置；所述牵引‑辅助变流柜包括牵引腔以及位于牵引腔一侧的辅助腔，所述牵引腔内安装有牵引变流器，辅助腔内安装有辅助变流器；所述辅助滤波柜内安装有交流滤波装置以及冷却单元。高压电气柜的一体化、模块化设计，整车的电传动系统主要部件集中布置在高压柜内，实现了从内燃机车主发电机到牵引负载和辅助负载电能变换和输送，具有较高的集成度、功率密度，便于后续保养维护。

Description

一种内燃机车用高压电气柜

技术领域

本发明涉及内燃机车用高压电气安装领域，具体是一种内燃机用高压电气柜。

背景技术

内燃机车与电力机车相比，不需要长距离供电，输电损失小、热效率高，自备“电站”的电压可以调节，能比较充分的发挥电动机的功率，即其恒功率特性比电力机车好。随着柴油机功率和转速的不断提高，内燃机车不断向大功率发展，而直流牵引发电机的功率却受到换向、机车限界等因素的制约，单机功率几乎限制在2200KW以下。铁路运输事业飞速发展,要达到机车“客运高速、货运重载”的目标，就需要把先进实用的交流电传动技术结合内燃机车的特点应用于内燃机车以提高机车性能、提升铁路装备制造水平。

目前国国内已有了HXN3、HXN5型内燃交流传动机车。但其交流传动系统中辅助系统采用辅助发电机供电牵引逆变器和辅助逆变器为单独设计，集成度低，在制动工况时系统无法利用牵引电机回馈的能量，电制动产生的能量全部在制动电阻上发热消耗掉，节能减排效果较差，且部件分散，系统功率密度低，占用机车空间较大。

发明内容

本发明为了解决现有交流传动内燃机车的高压电器部件需要逐个安装与拆卸，工艺繁琐，不利于后期的维修维护的问题，提供了一种内燃机用高压电气柜，该高压电气柜可以满足交流传动内燃机车的牵引和辅助电传动需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种内燃机用高压电气柜，包括集成在一起的一台牵引-辅助变流柜和一台辅助滤波柜，所述牵引-辅助变流柜和辅助滤波柜并排设置；

所述牵引-辅助变流柜包括牵引腔以及位于牵引腔一侧的辅助腔，所述牵引腔内安装有牵引变流器，辅助腔内安装有辅助变流器，且牵引变流器由两个牵引单元构成；

所述牵引腔包括牵引低压腔和牵引高压腔，两个牵引单元的低压部件在牵引低压腔内呈背靠背镜面对称设置，两个牵引单元的高压部件在牵引高压腔内呈背靠背镜面对称设置；

所述辅助滤波柜内安装有交流滤波装置以及冷却单元。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述牵引低压腔的正面和背面分别设置有低压前门和低压后门，所述牵引高压腔的正面和背面分别设置有高压前门和高压后门，所述辅助腔的正面和背面分别设置有辅助前门和辅助后门。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述交流滤波装置包括两台变压器和两台电抗器，所述冷却单元包括一台热交换器和两台冷却风机。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述两台变压器位于辅助滤波柜内靠近正面一侧，两台电抗器分别位于两台变压器两侧，所述热交换器位于辅助滤波柜内靠近背面一侧，且两台冷却风机并排设置于两台变压器和热交换器之间。

作为本发明技术方案的进一步改进，靠近两台变压器的辅助滤波柜正面一侧设置有出风百叶窗，靠近热交换器的辅助滤波柜背面一侧设置有进风滤网。

作为本发明技术方案的进一步改进，远离牵引-辅助变流柜的辅助滤波柜一侧设置有检修门。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述牵引-辅助变流柜和辅助滤波柜的柜体顶部为弧形板结构。

本发明所述的内燃机用高压电气柜，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、高压电气柜的一体化、模块化设计，整车的电传动系统主要部件集中布置在高压柜内，实现了从内燃机车主发电机到牵引负载和辅助负载电能变换和输送，具有较高的集成度、功率密度，便于后续保养维护。

2、高压电气柜整柜作为车体的一部分直接吊装，实现了机车电传动系统的变流装置的整体模块化设计。

3、柜体即车体，高压柜防护等级较高达到IP55，采用穿墙体密封系统进出线，有效的保障柜体的密封性。

4、集成设计减少了冷却部件数量，具有体积小、重量轻、结构紧凑；噪音低，环境友好；维护方便、辅助功率消耗低、可靠性高，寿命周期成本低等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述内燃机用高压电气柜的正面示意图。

图2为本发明所述内燃机用高压电气柜的背面示意图。

图3为所述牵引-辅助变流柜的正面去柜门后的示意图。

图4为所述牵引-辅助变流柜的背面去柜门后的示意图。

图5为所述辅助滤波柜的正面去柜门后的示意图。

图6为所述辅助滤波柜的背面去柜门后的示意图。

图7为所述辅助滤波柜的去顶盖后的示意图。

图8为所述辅助滤波柜的结构示意图。

图9为所述内燃机用高压电气柜拆分示意图。

图中：1-牵引-辅助变流柜，11-牵引腔，111-牵引低压腔，1111-低压前门，1112-低压后门，112-牵引高压腔，1121-高压前门，1122-高压后门，12-辅助腔，121-辅助前门，122-辅助后门；

2-辅助滤波柜，21-变压器，22-电抗器，23-热交换器，24-冷却风机，25-出风百叶窗，26-进风滤网，27-检修门，28-法兰，29-预留前门，30-预留后门，31-格兰头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

图1和图2分别为本发明所述内燃机用高压电气柜的正面、背面示意图，图3和图4分别为本发明所述牵引-辅助变流柜1的正面、背面去柜门之后的示意图。如图1-4所示，本实施例提供了一种内燃机用高压电气柜，包括集成在一起的一台牵引-辅助变流柜1和一台辅助滤波柜2，所述牵引-辅助变流柜1和辅助滤波柜2并排设置；

所述牵引-辅助变流柜1包括牵引腔11以及位于牵引腔11一侧的辅助腔12，所述牵引腔11内安装有牵引变流器，辅助腔12内安装有辅助变流器，且牵引变流器由两个牵引单元构成；

所述牵引腔11包括牵引低压腔111和牵引高压腔112，两个牵引单元的低压部件在牵引低压腔111内呈背靠背镜面对称设置，两个牵引单元的高压部件在牵引高压腔112内呈背靠背镜面对称设置；

所述辅助滤波柜2内安装有交流滤波装置以及冷却单元。

本实施例中的一台牵引-辅助变流柜1和一台辅助滤波柜2可直接设置成一整个柜体，也可如图9所示，一台牵引-辅助变流柜1和一台辅助滤波柜2分别设置成一个柜体，然后通过连接螺栓或法兰28连接成一个整体。柜体所使用的材料可根据不同地区的环境设置，本实施例对此不做限制。本实施例所提供的内燃机用高压电气柜将机车电传动系统的主要电器件集中安装布置，实现了一体化设计，功率密度高，节约了空间。而且本实施例所提供的内燃机用高压电气柜作为车体的一部分可直接吊装，实现了机车电传动系统的变流装置的整体模块化设计。同时，柜体即车体，内燃机用高压电气柜的防护等级较高，可达到IP55。具体的，本实施例采用穿墙体密封系统进出线，可有效保证柜体的密封性。

本实施例中，当一台牵引-辅助变流柜1和一台辅助滤波柜2分别设置成一个柜体后，两个柜体之间的高压和低压线缆通过格兰头31穿过柜体连接，两个柜体上的高压和低压线缆与外界连接时可通过连接器连接。

具体到牵引-辅助变流柜1，所述牵引腔11与辅助腔12之间通过纵隔板分隔成左右两个腔体，牵引腔11内通过横隔板分隔成上下两个腔体。牵引变流器由两个牵引单元构成，每个牵引单元包括一个整流模块和三个以IGBT作为开关器件的逆变模块，每个逆变模块对应一台牵引电机。本实施例中，150V以下为内燃机用高压电气柜的低压范围，150V至1000V（不包括150V和1000V）为中压范围，1000V以上为高压范围。其中每个牵引单元的低压部件为控制单元，每个牵引单元的高压部件为功率模块、支撑电容等。

牵引-辅助变流柜1的输入端与主发电机的三相输出电缆相连接，输入的三相电流经整流模块整流后输出到中间直流回路，逆变模块的输入端连接于直流回路；辅助变流器的输入端也连接于中间直流回路。同时，牵引-辅助变流柜1实现整车电传动系统的交-直-交变换，能够同时满足内燃机车的牵引负载和辅助负载不同的供电需求，能够实现机车牵引、制动控制、电气保护、故障报警等功能。

本实施例所提供的内燃机用高压电气柜设置后前后门，具体为所述牵引低压腔111的正面和背面分别设置有低压前门1111和低压后门1112，所述牵引高压腔112的正面和背面分别设置有高压前门1121和高压后门1122，所述辅助腔12的正面和背面分别设置有辅助前门121和辅助后门122。具体的，可在每个门上设置门扣手，方便开启和关闭。并且可在每个门上设置呈三角状的黄色危险标识。

图5和图6为所述辅助滤波柜2的去柜门后的正面、背面示意图。图7为所述辅助滤波柜2的去顶盖后的示意图。图8为所述辅助滤波柜2的外观示意图。如图所示，所述交流滤波装置包括两台变压器21和两台电抗器22，所述冷却单元包括一台热交换器23和两台冷却风机24。

具体设置时，所述两台变压器21位于辅助滤波柜2内靠近正面一侧，两台电抗器22分别位于两台变压器21两侧，所述热交换器23位于辅助滤波柜2内靠近背面一侧，且两台冷却风机24并排设置于两台变压器21和热交换器23之间。冷却工作时，冷却空气从热交换器23处进风，先给热交换器23散热，然后通过冷却风机24后给变压器21和电抗器22散热。热交换器23位于风道的前端，冷却空气通过热交换器23后还要为冷却风机24、变压器21和电抗器22散热，集成设计减少了冷却部件数量，具有体积小、重量轻、结构紧凑，噪音低，环境友好；维护方便、辅助功率消耗低、可靠性高，寿命周期成本低等特点。

本实施例中，内燃机用高压电气柜的水冷循环系统主要为功率模块IGBT主动散热，该系统由两架相互独立的冷却回路组成，集成在一个热交换器23与外界进行热交换。同时，该水冷系统还兼顾调节柜内温度，柜内装有环控装置通过快速水接头与冷却管路连接，该装置可以实现柜内温湿度调节。

如图5、6和8所示，交流滤波装置以及冷却单元通过横隔板都位于柜体上部，柜体下部空置，方便整体加装牵引风机等设备。同时为了便于安装和拆卸牵引风机等设备，可在柜体下部加装预留前门29和预留后门30。

如图8和9所示，靠近两台变压器21的辅助滤波柜2正面一侧设置有出风百叶窗25，靠近热交换器23的辅助滤波柜2背面一侧设置有进风滤网26。进风滤网26能够将外界的树叶等杂物隔绝，出风百叶窗25能够便于气流输出。

本实施例中，可在辅助滤波柜2的柜体下部的远离牵引-辅助变流柜1的辅助滤波柜2一侧设置有检修门27。便于工人检修牵引风机等设备。

如图9所示，所述牵引-辅助变流柜1和辅助滤波柜2的柜体顶部为弧形板结构。具体的该弧形结构沿柜体的正面一侧和背面一侧设置，这样既保证了雨天排水，又保持了与整车外观的一致性。

本实施例所提供的内燃机用高压电气柜，能够实现内燃机车交-直-交能量变换，能够同时满足内燃机车的牵引负载和辅助负载不同的供电需求，具有较高的集成度、功率密度，节约了空间，实现机车牵引-辅助变流装置的一体化、模块化设计，整体吊装。本发明解决现有交流传动内燃机车的高压电器部件需要逐个安装与拆卸，工艺繁琐，不利于后期的维修维护的问题，提供一种模块化设计，可整体吊装的交流传动内燃机车用高压电器柜，本高压电器柜可以满足交流传动内燃机车的牵引和辅助电传动需求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种内燃机用高压电气柜，其特征在于，包括集成在一起的一台牵引-辅助变流柜（1）和一台辅助滤波柜（2），所述牵引-辅助变流柜（1）和辅助滤波柜（2）并排设置；

所述牵引-辅助变流柜（1）包括牵引腔（11）以及位于牵引腔（11）一侧的辅助腔（12），所述牵引腔（11）内安装有牵引变流器，辅助腔（12）内安装有辅助变流器，且牵引变流器由两个牵引单元构成；

所述牵引腔（11）包括牵引低压腔（111）和牵引高压腔（112），两个牵引单元的低压部件在牵引低压腔（111）内呈背靠背镜面对称设置，两个牵引单元的高压部件在牵引高压腔（112）内呈背靠背镜面对称设置；

所述辅助滤波柜（2）内安装有交流滤波装置以及冷却单元。

2.根据权利要求1所述的一种内燃机用高压电气柜，其特征在于，所述牵引低压腔（111）的正面和背面分别设置有低压前门（1111）和低压后门（1112），所述牵引高压腔（112）的正面和背面分别设置有高压前门（1121）和高压后门（1122），所述辅助腔（12）的正面和背面分别设置有辅助前门（121）和辅助后门（122）。

3.根据权利要求1所述的一种内燃机用高压电气柜，其特征在于，所述交流滤波装置包括两台变压器（21）和两台电抗器（22），所述冷却单元包括一台热交换器（23）和两台冷却风机（24）。

4.根据权利要求3所述的一种内燃机用高压电气柜，其特征在于，所述两台变压器（21）位于辅助滤波柜（2）内靠近正面一侧，两台电抗器（22）分别位于两台变压器（21）两侧，所述热交换器（23）位于辅助滤波柜（2）内靠近背面一侧，且两台冷却风机（24）并排设置于两台变压器（21）和热交换器（23）之间。

5.根据权利要求4所述的一种内燃机用高压电气柜，其特征在于，靠近两台变压器（21）的辅助滤波柜（2）正面一侧设置有出风百叶窗（25），靠近热交换器（23）的辅助滤波柜（2）背面一侧设置有进风滤网（26）。

6.根据权利要求1所述的一种内燃机用高压电气柜，其特征在于，远离牵引-辅助变流柜（1）的辅助滤波柜（2）一侧设置有检修门（27）。

7.根据权利要求1所述的一种内燃机用高压电气柜，其特征在于，所述牵引-辅助变流柜（1）和辅助滤波柜（2）的柜体顶部为弧形板结构。

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