CN110875689B - 一种轨道交通双向变流器柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通双向变流器柜，包括柜体，所述柜体下部设有进风过滤组件，所述柜体内部安装有两组功率模块组件、两个共模电抗器、以及两个差模电抗器，两组所述功率模块组件位于上层，两个所述共模电抗器位于中层，两个所述差模电抗器位于下层，所述柜体的顶部安装有散热风机，两组所述功率模块组件之间设有出风通道，所述出风通道与所述散热风机的进风口连通，各组所述功率模块组件均配置有用于增加散热面积的散热器，所述散热器伸入所述出风通道内。本发明具有结构紧凑、可靠性高、功率密度大、成本低、散热效率高的优点。

Description

一种轨道交通双向变流器柜

技术领域

本发明涉及变流柜，尤其涉及一种轨道交通双向变流器柜。

背景技术

城市轨道交通相对于其他交通方式而言，具有安全、舒适、快速、运量大和节能环保等特点，但是伴随着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。在轨道交通系统中，牵引供电系统作为核心和动力源，在整机系统处于极其关键的地位。目前，仍有一定量的城市轨道交通项目采用二极管整流机组供电，其存在着如下缺点：1)输出直流电压波动较大；2)无法处理再生制动能量；3)环控系统二次耗能严重；4)功率因数低。由全控型电力电子器件IGBT构成的大功率牵引供电双向变流器可彻底解决上述二极管整流机组存在的缺点。但是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，针对该技术问题，本领域技术人员不断尝试新的方案，但是该问题一直都没有得到妥善解决。

双向变流器是基于独立支路型能馈装置，核心为四象限变流器，其交流侧与双分裂变压器的低压侧相接，直流侧正极则通过1500V直流开关柜接于牵引变电所内的直流母线段正极，直流侧负极接于直流控制柜负极，系统所需的控制电源取自直流控制柜。双向变流器关联关系如附图1所示：工作过程中，在列车正常牵引启动及运行时，双向变流装置启动整流功能，稳定直流母线电压在1700V左右(该电压可调)，向直流牵引网供电为车辆提供牵引电能；在列车制动运行(电制动)时，牵引电机处于再生发电运行状态，将列车的动能、势能转化为电能回馈到直流牵引电网，这些能量一部分被线网中临近启动车辆吸收，而不能被吸收的能量将引起直流牵引网抬升，当抬升至逆变回馈门槛值后，双向变流装置启动逆变功能，将该部分能量回馈到中压交流电网中。

由于轨道牵引供电装置应用的特殊性，在使用过程中不可避免的会发生直流侧短路的故障。当直流侧发生短路时，IGBT由内部保护必然进入封锁状态，此时短路电流均从模块中的反并联续流二极管流过，而为了保证直流开关对直流故障点的检测功能，要求双向变流器在封锁脉冲后不能为了保护自身的功率器件而立即发出输入输出侧的跳闸指令，即功率器件需满足短路电流的长时耐受要求。由于IGBT与整流桥件的机构差异性，IGBT的续流二极管I²t参数将远远不能满足短路电流耐受的要求，若不采取措施功率器件IGBT将因为热效应而出现受损甚至损坏的现象。若无法解决短路时功率器件的耐受问题，双向变流器将难以在工业应用中得到推广。针对该技术问题，本领域的技术人员一直尝试新的方案，但是没有得到妥善解决。

专利文献CN 106655819A公开了一种双向变流器短路电流整流桥件保护装置，采用多个低功率模块串、并联分散散热的技术构思，这种结构形式单个功率模块功率较低，每个模块具有独立风道并采用小型的轴流风机进行散热，使得功率模块的温升较低，并且功率模块之间的组合较为灵活方便，可维护性较高。但是由于每个模块都要若干轴流风机单独散热，整机包含的风机数量众多，散热成本较高，后期容易出故障，导致可靠性较差，且小型的轴流风机由于转速较高导致使用寿命比较短，进一步降低了可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、可靠性高、功率密度大、成本低、散热效率高的轨道交通双向变流器柜。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种轨道交通双向变流器柜，包括柜体，所述柜体下部设有进风过滤组件，所述柜体内部安装有两组功率模块组件、两个共模电抗器、以及两个差模电抗器，两组所述功率模块组件位于上层，两个所述共模电抗器位于中层，两个所述差模电抗器位于下层，所述柜体的顶部安装有散热风机，两组所述功率模块组件之间设有出风通道，所述出风通道与所述散热风机的进风口连通，各组所述功率模块组件均配置有用于增加散热面积的散热器，所述散热器伸入所述出风通道内。

作为上述技术方案的进一步改进：所述散热风机为离心风机，所述离心风机的底部设有进风口，离心风机的各侧面均设有出风口。

作为上述技术方案的进一步改进：所述进风过滤组件设于柜体相对的两侧面，两个所述差模电抗器位于柜体两侧的所述进风过滤组件之间。

作为上述技术方案的进一步改进：所述散热器为热管式散热器，所述热管式散热器包括基板、多根重力热管以及多片散热翅片，所述功率模块组件和所述重力热管分设于所述基板的两侧，所述散热翅片嵌套于所述重力热管上。

作为上述技术方案的进一步改进：两个所述散热器分设于一对模块支撑板上，一对所述模块支撑板之间还设有一对导风板，所述出风通道由一对所述模块支撑板和一对所述导风板合围而成，一对模块支撑板的下部互相平行且间距小于所述散热风机的导风圈的直径，一对模块支撑板的上部间距逐渐增加且最大间距不小于所述散热风机的导风圈的直径。

作为上述技术方案的进一步改进：所述散热器安装于所述模块支撑板的下部且与模块支撑板下部的距离为A，散热器至所述导风板的距离为B，两个散热器之间的距离为C，则3mm≤A≤6mm、2mm≤B≤5mm、且4mm≤C≤6mm。

作为上述技术方案的进一步改进：所述柜体包括柜门，所述共模电抗器朝向所述柜门的一侧配置有挡板，所述挡板上设有通风区，所述通风区设有交替布置的第一通风结构和第二通风结构，所述第一通风结构包括两个短腰形孔和位于两个短腰形孔之间的多个长腰形孔，所述第二通风结构包括多个长腰形孔，相邻的第一通风结构和第二通风结构中的各长腰形孔均错开布置。

作为上述技术方案的进一步改进：还包括位于所述柜体下方的底座，所述底座上设有延伸至所述柜体内部的柜体框架，所述功率模块组件和所述共模电抗器安装于所述柜体框架上，所述差模电抗器安装于所述底座上，所述柜体与所述柜体框架可拆卸连接。

作为上述技术方案的进一步改进：所述底座包括两对上横向槽钢、中间隔板、两对第一下横向槽钢、两根第二下横向槽钢、以及两根下纵向槽钢，两根所述第二下横向槽钢固设于两根下纵向槽钢的两端，两对所述第一下横向槽钢固设于两根下纵向槽钢中部，所述中间隔板可拆卸地铺设于所述第一下横向槽钢、第二下横向槽钢以及下纵向槽钢上，两对所述上横向槽钢设于所述中间隔板上且与两对第一下横向槽钢一一对应，上下对应的所述上横向槽钢和所述第一下横向槽钢可拆卸连接。

作为上述技术方案的进一步改进：所述功率模块组件的交流侧与所述共模电抗器之间设有第一交流铜排组件、第二交流铜排组件以及第三交流铜排组件相连，所述第一交流铜排组件包括第一竖向Z形铜排和第一圆弧铜排，所述第二交流铜排组件包括第二竖向Z形铜排、第一水平Z形铜排和第一L形铜排，所述第三交流铜排组件包括第三竖向Z形铜排和第二L形铜排，所述第二竖向Z形铜排平行布置于所述第一竖向Z形铜排和第三竖向Z形铜排之间，所述第一圆弧铜排的圆心位于第一竖向Z形铜排远离第二竖向Z形铜排的一侧，第一圆弧铜排一端设有朝上的上弯折部并通过上弯折部与所述第一竖向Z形铜排下端连接，第一圆弧铜排另一端设有朝下的第一下弯折部，所述第一下弯折部末端设有朝第一竖向Z形铜排远离第二竖向Z形铜排的一侧弯折的第一水平弯折部，所述第一L形铜排位于第二竖向Z形铜排和第三竖向Z形铜排之间，所述第一水平Z形铜排一端与所述第二竖向Z形铜排下端连接，另一端与所述第一L形铜排的竖直边连接，第一L形铜排的水平边朝向所述第二竖向Z形铜排所在的一侧，所述第二L形铜排的竖直边与所述第三竖向Z形铜排下端相连，第二L形铜排的水平边与所述第一L形铜排的水平边朝向相反。

作为上述技术方案的进一步改进：所述共模电抗器和所述差模电抗器之间设有第四交流铜排组件、第五交流铜排组件以及第六交流铜排组件，所述第四交流铜排组件包括第三L形铜排和第一竖向铜排，第三L形铜排的水平边与所述第一L形铜排的水平边朝向相同，第三L形铜排的竖直边设有与第三L形铜排的水平边朝向相反的第二水平弯折部，第三L形铜排的水平边设有朝下的第二下折弯部，所述第一竖向铜排位于所述第三L形铜排的侧下方，第一竖向铜排上端通过第一圆弧过渡段与所述第二下折弯部相连，所述第五交流铜排组件包括第一水平铜排、U形铜排和第二竖向铜排，所述U形铜排的开口方向与所述第一水平弯折部的朝向相反，U形铜排的上侧边比下侧边短，第一水平铜排与U形铜排的上侧边相连且两者相互垂直，第二竖向铜排上端设有与所述第二水平弯折部朝向相同的第三水平折弯部，所述第三水平折弯部与所述U形铜排的下侧边相连且两者相互垂直，所述第六交流铜排组件包括第二水平铜排和第三竖向铜排，所述第二水平铜排自所述U形铜排的上侧边和下侧边之间贯穿，第二水平铜排一端设有朝下的第三下折弯部，所述第三竖向铜排位于所述第二水平铜排远离所述第二竖向铜排的一侧，第三竖向铜排的上端通过第二圆弧过渡段与所述第三下折弯部相连。

作为上述技术方案的进一步改进：两个铜排的连接处于背面焊接有螺母并于正面设有螺纹紧固件，所述螺纹紧固件穿过两个铜排后与所述螺母相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的轨道交通双向变流器柜，将热损耗量较大的功率元件分为两组并集中布置在上层，质量较重的两个差模电抗器布置于下层，两个共模电抗器布置于中层用于上下衔接，各组功率模块组件均配置散热器用于增加散热面积，提高散热性能，同时将出风通道设置两组功率模块组件之间，且功率模块组件和共模电抗器、共模电抗器整体采用同一个散热风机集中进行散热，工作时外部冷风由下部的进风过滤组件进入柜体内部，先给两个差模电抗器散热，随后扫略中层给两个共模电抗器散热，最终经过出风通产生的热道内的散热器将功率模块组件量带入散热风机，利用散热风机将热风排出柜体，从而完成散热循环，整体结构紧凑，避免了多个风机需要独立风道导致尺寸较大的问题，功率密度大，可靠性更高，成本也可以得到降低，通过反复的仿真试验表明，柜体内部风量分配较为合理，各处温度均满足各发热元件的散热要求。

附图说明

图1是双向变流器系统关联关系示意图。

图2是本发明双向变流器柜各部件分布结构简图。

图3是本发明双向变流器柜的立体结构示意图。

图4是本发明双向变流器柜内部的立体结构示意图。

图5是本发明双向变流器柜内部去除挡板后的立体结构示意图。

图6是本发明双向变流器柜内部去除挡板后的正面结构示意图。

图7是本发明双向变流器柜内部的侧面结构示意图。

图8是本发明双向变流器柜中部分铜排的立体结构示意图。

图9是本发明双向变流器柜中功率模块组件之间直流侧铜排的俯视结构示意图。

图10是本发明双向变流器柜中散热器的结构示意图。

图11是本发明双向变流器柜中散热器的安装结构的俯视示意图。

图12是本发明双向变流器柜中的出风通道的主视结构示意图(放大)。

图13是本发明双向变流器柜中底座的立体结构示意图。

图14是本发明双向变流器柜中底座去除中间隔板后的立体结构示意图。

图15是本发明双向变流器柜中挡板的主视结构示意图。

图中各标号表示：1、柜体；2、进风过滤组件；3、功率模块组件；4、共模电抗器；5、差模电抗器；6、散热风机；7、出风通道；8、散热器；81、基板；82、重力热管；83、散热翅片；9、模块支撑板；10、导风板；11、底座；111、上横向槽钢；112、中间隔板；113、第一下横向槽钢；114、第二下横向槽钢；115、下纵向槽钢；12、柜体框架；14、第一竖向Z形铜排；15、第一圆弧铜排；151、上弯折部；152、第一下弯折部；153、第一水平弯折部；16、第二竖向Z形铜排；17、第一水平Z形铜排；18、第一L形铜排；19、第三竖向Z形铜排；20、第二L形铜排；21、第三L形铜排；211、第二水平弯折部；212、第二下折弯部；22、第一竖向铜排；221、第一圆弧过渡段；23、第一水平铜排；24、U形铜排；25、第二竖向铜排；251、第三水平折弯部；26、第二水平铜排；261、第三下折弯部；27、第三竖向铜排；271、第二圆弧过渡段；28、挡板；281、通风区；282、长腰形孔；283、短腰形孔；284、标识区；29、柜门；30、侧板；31、整流桥；32、第一直流铜排；33、第二直流铜排；34、电流传感器。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1至图15示出了本发明轨道交通双向变流器柜的一种实施例，本实施例的轨道交通双向变流器柜主要包括柜体1(其中柜体1由一对可开合的柜门29和一对侧板30围合而成，柜门29和侧板30的上分设置顶板，两柜门29上均设置两组进风过滤组件2，顶板上设置散热风机6)，两组功率模块组件3、两个差模电抗器5、两个共模电抗器4、若干交流和直流连接铜排、一个散热风机6、电流传感器34、预充电电阻(图中未示出)、以及一个整流桥31。作为优选的技术方案，功率模块组件3通过螺栓固定安装在柜体框架12上，两个差模电抗器5背靠背通过导轨螺栓固定安装在底座11上，两个共模电抗器4背靠背并左右错开地安装于柜体框架12上，底座11则通过四个M12螺栓与变流器柜的柜体框架组件12固定连接，形成整个双向变流器柜体。该种轨道交通双向变流器柜在具备常规双向变流器柜的可以为地铁牵引列车提供牵引电源，在地铁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等功能外，结构紧凑，体积小，功率密度大。

进一步地，本发明的双向变流器柜也采用风冷散热结构，柜体1内部空间分为五个部分(或称腔体)，五个部分之间是互通的不完全隔绝(包含直接连通和间接连通)，都由散热风机6集中供风、整体散热，从而组成了整个双向变流柜的散热风道。单组功率模块组件3包含六个IGBT元件、一个风冷L型重力热管散热器8及其他相关电气器件，单个IGBT元件损耗为1657W，两组功率模块组件3共十二个IGBT元件，模块总损耗为20kW，两组功率模块组件3背靠背安装于柜体框架12上，风冷L型重力热管散热器8的散热翅片83则伸入到出风通道7中，进行对流换热；单个共模电抗器4损耗为1207W；单个差模电抗器5损耗为3137W。由上述可知，整个柜体1内部空间十分紧凑，每个内部空腔均填满了电气元器件，且发热元器件较多，总损耗极大，功率密度大，对双向变流器整机的散热性能提出了巨大的挑战。为此，作为优选的技术方案，本发明中的散热风机6采用一个大风量、高压降的后向离心风机集中抽风，冷风由柜门29上的进风过滤组件2进入，通过进风过滤组件2过滤后进入柜体1下层空间，给两个差模电抗器5散热，随后扫略柜体1中层空间，给两个共模电抗器4散热，最终通过出风通道7中的重力热管散热器8进入散热风机6，散热风机6将热风排出柜体1，完成整个散热循环。各发热元件包括十二个IGBT元件、两个共模电抗器4、两个差模电抗器5共用一个散热系统。该种轨道交通双向变流器柜的优势在于结构紧凑，克服了多个风机需要独立风道所需尺寸较大的问题，功率密度高，同时解决了单个散热循环风道中各个元器件风量分配不均匀的问题，使得各个发热元件均能够满足散热要求。

如前所述，双向变流器的主要发热源为十二个IGBT元件、两个共模电抗器4以及两个差模电抗器5，其中最主要的是十二个IGBT元件，需要优先保证IGBT元件散热，使得变流器在额定工况下IGBT元件最高温升小于55K，基于此考虑，采用自冷的散热方式是无法满足变流器设计要求的，加之变流器柜体1内部空间紧凑等其他特殊条件，只能选择风冷散热。由于单个IGBT元件规格为190mmx140mm，损耗为1657W，导致功率密度高达6.23W/cm²，远大于一般风冷翅片散热器的散热极限，故优先采用热管散热器8进行散热。本发明的热管散热器8主要包括三部分，分别为基板81、若干重力热管82、若干散热翅片83。基板81背面开槽，重力热管82则嵌入在基板81背槽内，通过焊接的方式与基板81连接，散热翅片83则采用过盈配合嵌套在各重力热管82上。IGBT元件固定在基板81上，变流器工作时IGBT产生损耗发热，通过热传导的方式将热量传递到基板81，基板81再将热量传递给重力热管82，重力热管82再传递给散热翅片83，散热翅片83由于厚度薄、散热面积大，在出风通道7内与散热风机6抽来的风通过对流换热方式将热量排出柜体1外。由于重力热管82采用相变潜热的传递方式传递热量，其热传导率是普通铝翅片的100倍，结合散热翅片83，进而极大的加快了IGBT元件的散热效率，降低了IGBT元件的最高温度，从而提高整机散热质量，满足设计要求。除此之外重力热管82相比其他热管形式具有可靠性高、价格低、散热效率高、结构紧凑等特性，适合大功率轨道交通用变流器。

作为优选的技术方案，散热风机6置于柜体1的顶部，平躺式放置，散热风机6底部进风四周出风，相比于常规的散热结构，整个冷风的散热路径减少了一个90度拐弯，加上风机出风口风速较高，导致动压较大，本发明显著的降低了整个散热风机6出风口的阻力，增大了整机有效散热风量，提升风机功率和散热效率，减少了风机蜗壳内由于流向变更导致的涡流死区和离散噪音，进一步提升整个变流器的声品质和性能。除此之外，两个热管散热器8背靠背安装于模块支撑板9上，热管散热器8两边则配有两个导风板10，由上述可知热管散热器8最终通过散热翅片83的对流换热将元件产生的热量排出柜体1外，因此散热翅片83之间的风速对热管散热器8的散热效率有着至关重要的作用，风速越高，散热器8散热效率越高。为了保证两个热管散热器8的散热翅片83间的风速，需要严格控制图11中的A、B、C三个尺寸，A为散热器8与用于安装散热器8的模块支撑板9下部的距离，B为散热器8两端与两个导风板10之间的距离，C为两个散热器8之间的距离，这三个尺寸既不能太大，也不能太小。太小则会导致热管散热器8安装时与周边形成干涉，导致无法安装；太大则会导致散热翅片83四周漏风严重，降低散热翅片83间的风速，影响散热效率，优选数值范围为：3mm≤A≤6mm，2mm≤B≤5mm，4mm≤C≤6mm，按照上述尺寸可有效保证在不影响散热器8安装的前提下提高散热翅片83之间间风速，提高散热效率。

作为优选的技术方案，由于柜体1尺寸等因素的限制导致散热风机6的导风圈的直径尺寸大于两个模块支撑板9下部平行部分之间的尺寸，故将两个模块支撑板9设计成了"Y"型折板，相比于常规的直板结构可有效利用柜体1有限的内部空间尺寸，又可减少外界冷风经过风道时的压降，可显著减少外界冷风经过导风板10进入散热风机6的导风圈表面时产生的涡流，降低整个风道系统的压降，使流体在风道内运动更为流场，从而增加了散热风机6的工作风量，从另一个角度提高了散热翅片83间的风速，最终提高了整机散热效率，降低了模块IGBT元件的最高温升。相比于其他具有相同功能的双向变流器柜，本发明在更小的体积(宽度*深度*高度为800*1200*2200)上满足了更大的功率，功率密度高。

如前所述，双向变流器柜的柜体1内部主要元器件包括两组功率模块组件3、两个差模电抗器5、两个共模电抗器4、以及一个整流桥31，这几个器件均存在体积较大、发热损耗大严重、重量较重的特点，在有限的柜体1空间内如何布局成为难点。由于两个差模电抗器5重量最重，每个重达375kg，两个重量达到750kg，一般的钣金型材无法承受如此重的器件，为此，本发明采用了一个主要由槽钢制成的底座11，用于支撑两个差模电抗器5，槽钢底座11共分为三层：上层梁组件、中间隔板112、以及下层梁组件。其中上层梁组件包括两对上横向槽钢111，用于直接支撑2个差模电抗器5，下层梁组件包括两对第一下横向槽钢113、两根下纵向槽钢115、以及两根第二下横向槽钢114，两对第一下横向槽钢113与两对上横向槽钢111一一对应可拆卸连接，例如通过螺纹紧固件等。中间隔板112铺满整个槽钢底座，遮住底部走线，美化整机外观；下层梁组件为整个底座的框架部分，共六根横梁与两根纵梁采用满焊连接，具有高强度，可靠性高等特点，足以支撑两个差模电抗器5。上层梁组件与下层梁组件可拆卸连接，方便后续拆装，提高整机可维护性，缩短整机维护时间。柜体框架12安装于底座11上，柜体1则可拆卸地安装于柜体框架12上，在底座11、柜体框架12上的各元器件安装完成后，将柜体1自上而下吊装于柜体框架12上即可完成整个双向变流器柜的安装，非常方便。

由于轨道交通双向变流器柜额定工况承载功率较大，故变流器交直流侧内部接线设计十分困难，如果直接采用线缆连接由于功率大导致交直流侧线缆直径较粗，柜体1内部空间除了放置上述两组功率模块组件3、两个差模电抗器5、两个共模电抗器4、一个整流桥31等器件外已十分紧凑，无走线空间。若采用低感母排设计固然可以节省空间，但是价格十分高昂，不满足精益降本设计理念，故优选采用普通铜母线连接，价格适中，但遇到与线缆同样的问题，例如铜排间电气间隙与爬电距离要求较高，内部空间不足，同时要满足可维护性要求，导致铜母线设计较为困难。通过数轮优化设计，本发明有效克服上述困难，在满足电气间隙与爬电距离要求前提下，在柜内1十分有限的空间内完成了交直流连接设计。

交流铜排13(34)向左折弯设计成双折弯L型铜排，可避让出右边的空间，使得从侧边对中间直流侧母排进行维护。交流铜排4(25)、交流铜排5(26)、交流铜排6(27)、交流铜排14(35)为连接共模电抗器12交流侧与共模电抗器12之间的铜排，交流铜排7(28)、交流铜排8(29)、交流铜排9(30)、交流铜排10(31)、交流铜排11(32)、交流铜排12(33)、交流铜排13(34)为连接共模电抗器12与差模电抗器10之间的铜排。所有铜排设计均采用简单折弯的L型铜母线设计，并避开了其他母排。

具体如附图4、5、8和9所示，本实施例中，功率模块组件3的交流侧与共模电抗器4之间设有第一交流铜排组件、第二交流铜排组件以及第三交流铜排组件相连，第一交流铜排组件包括第一竖向Z形铜排14和第一圆弧铜排15，第二交流铜排组件包括第二竖向Z形铜排16、第一水平Z形铜排17和第一L形铜排18，第三交流铜排组件包括第三竖向Z形铜排19和第二L形铜排20，第二竖向Z形铜排16平行布置于第一竖向Z形铜排14和第三竖向Z形铜排19之间，第一圆弧铜排15的圆心位于第一竖向Z形铜排14远离第二竖向Z形铜排16的一侧，第一圆弧铜排15一端设有朝上的上弯折部151并通过上弯折部151与第一竖向Z形铜排14下端连接，第一圆弧铜排15另一端设有朝下的第一下弯折部152，第一下弯折部152末端设有朝第一竖向Z形铜排14远离第二竖向Z形铜排16的一侧弯折的第一水平弯折部153，第一L形铜排18位于第二竖向Z形铜排16和第三竖向Z形铜排19之间，第一水平Z形铜排17一端与第二竖向Z形铜排16下端连接，另一端与第一L形铜排18的竖直边连接，第一L形铜排18的水平边朝向第二竖向Z形铜排16所在的一侧，第二L形铜排20的竖直边与第三竖向Z形铜排19下端相连，第二L形铜排20的水平边与第一L形铜排18的水平边朝向相反。该种连接结构在完成功率模块组件3交流侧与共模电抗器4之间的连接的同时，可有效节约纵向空间。进一步地，共模电抗器4和差模电抗器5之间设有第四交流铜排组件、第五交流铜排组件以及第六交流铜排组件，第四交流铜排组件包括第三L形铜排21和第一竖向铜排22，第三L形铜排21的水平边与第一L形铜排18的水平边朝向相同，第三L形铜排21的竖直边设有与第三L形铜排21的水平边朝向相反的第二水平弯折部211，第三L形铜排21的水平边设有朝下的第二下折弯部212，第一竖向铜排22位于第三L形铜排21的侧下方，第一竖向铜排22上端通过第一圆弧过渡段221与第二下折弯部212相连，第五交流铜排组件包括第一水平铜排23、U形铜排24和第二竖向铜排25，U形铜排24的开口方向与第一水平弯折部153的朝向相反，U形铜排24的上侧边比下侧边短，第一水平铜排23与U形铜排24的上侧边相连且两者相互垂直，第二竖向铜排25上端设有与第二水平弯折部211朝向相同的第三水平折弯部251，第三水平折弯部251与U形铜排24的下侧边相连且两者相互垂直，第六交流铜排组件包括第二水平铜排26和第三竖向铜排27，第二水平铜排26自U形铜排24的上侧边和下侧边之间贯穿，第二水平铜排26一端设有朝下的第三下折弯部261，第三竖向铜排27位于第二水平铜排26远离第二竖向铜排25的一侧，第三竖向铜排27的上端通过第二圆弧过渡段271与第三下折弯部261相连。该种连接结构在实现共模电抗器4与差模电抗器5之间的连接的同时，可以避让出右边的空间，便于从侧边对中间直流侧母排进行维护。相应地，两组功率模块组件3直流侧之间通过两个水平Z形的第一直流铜排32和第二直流铜排33相连，第一直流铜排32和第二直流铜排33交叉布置，整体呈X形。

更进一步地，所有母排的连接部分均在下部分母排(或称背面的母排)增加焊接螺母，从上(或称正面)往下单面拧紧螺纹紧固件(例如螺丝等)，可有效避免螺丝在安装维护过程中掉入柜体1内的问题，也避免了背面用螺母固定双手操作困难的问题，单人就可以快速完成所有母排的拆装、维护，节约维护时间，降低维护成本，提高了产品竞争力。

两个共模电抗器4起着承上启下的作用，既要与上边的功率模块组件3连接，又要与下边的差模电抗器5连接，接线点多，铜排复杂，走线空间需求多，同时上下两侧均有大型器件，高度方向尺寸紧张，为此本发明充分运用柜体1宽度方向与深度方向尺寸，将两个共模电抗器4背靠背安装并左右错开，或称旋转对称布置，在宽度方向上共模电抗器4靠近柜体1的其中一块侧板，另外一边则腾出一大片空间，可摆放其他器件，正面方向共模电抗器4边上摆放了充放电电阻及开关，背面方向共模电抗器4边上摆放了整流桥21，可知该种布置方式节省了高度方向空间，同时充分利用了宽度方向尺寸，克服了变流器柜体结构紧凑的问题。

作为优选的技术方案，由于共模电抗器4与功率模块组件3、差模电抗器5之间连接母排太多，打开柜门29后从正面呈现出来的布局较为凌乱，为了柜体视觉效果的美观特在共模电抗器4正面(或称朝向柜门29的一侧)设计了一个内部挡板28，用于遮住整个中层空间，开门后无法直接看到内部接线及器件。同时由于共模电抗器4需要散热通风，故该挡板28不能直接设计成一块密封实板，需要开网孔。进一步地，将该挡板28分为两块：标识区284和通风区281，标识区284可以布置公司logo等标识信息，其他通风区281用于过风给共模电抗器4散热。且通风区281的网孔设计需较密且长短交错设计，有利于降低网孔压降，兼具提升整机外形美观度的功能。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种轨道交通双向变流器柜，包括柜体(1)，所述柜体(1)下部设有进风过滤组件(2)，其特征在于：所述柜体(1)内部安装有两组功率模块组件(3)、两个共模电抗器(4)、以及两个差模电抗器(5)，两组所述功率模块组件(3)位于上层，两个所述共模电抗器(4)位于中层，两个所述差模电抗器(5)位于下层，所述柜体(1)的顶部安装有散热风机(6)，两组所述功率模块组件(3)之间设有出风通道(7)，所述出风通道(7)与所述散热风机(6)的进风口连通，各组所述功率模块组件(3)均配置有用于增加散热面积的散热器(8)，所述散热器(8)伸入所述出风通道(7)内，所述功率模块组件(3)的交流侧与所述共模电抗器(4)之间设有第一交流铜排组件、第二交流铜排组件以及第三交流铜排组件相连，所述第一交流铜排组件包括第一竖向Z形铜排(14)和第一圆弧铜排(15)，所述第二交流铜排组件包括第二竖向Z形铜排(16)、第一水平Z形铜排(17)和第一L形铜排(18)，所述第三交流铜排组件包括第三竖向Z形铜排(19)和第二L形铜排(20)，所述第二竖向Z形铜排(16)平行布置于所述第一竖向Z形铜排(14)和第三竖向Z形铜排(19)之间，所述第一圆弧铜排(15)的圆心位于第一竖向Z形铜排(14)远离第二竖向Z形铜排(16)的一侧，第一圆弧铜排(15)一端设有朝上的上弯折部(151)并通过上弯折部(151)与所述第一竖向Z形铜排(14)下端连接，第一圆弧铜排(15)另一端设有朝下的第一下弯折部(152)，所述第一下弯折部(152)末端设有朝第一竖向Z形铜排(14)远离第二竖向Z形铜排(16)的一侧弯折的第一水平弯折部(153)，所述第一L形铜排(18)位于第二竖向Z形铜排(16)和第三竖向Z形铜排(19)之间，所述第一水平Z形铜排(17)一端与所述第二竖向Z形铜排(16)下端连接，另一端与所述第一L形铜排(18)的竖直边连接，第一L形铜排(18)的水平边朝向所述第二竖向Z形铜排(16)所在的一侧，所述第二L形铜排(20)的竖直边与所述第三竖向Z形铜排(19)下端相连，第二L形铜排(20)的水平边与所述第一L形铜排(18)的水平边朝向相反。

2.根据权利要求1所述的轨道交通双向变流器柜，其特征在于：所述散热风机(6)为离心风机，所述离心风机的底部设有进风口，离心风机的各侧面均设有出风口。

3.根据权利要求1所述的轨道交通双向变流器柜，其特征在于：所述进风过滤组件(2)设于柜体(1)相对的两侧面，两个所述差模电抗器(5)位于柜体(1)两侧的所述进风过滤组件(2)之间。

4.根据权利要求1或2或3所述的轨道交通双向变流器柜，其特征在于：所述散热器(8)为热管式散热器，所述热管式散热器包括基板(81)、多根重力热管(82)以及多片散热翅片(83)，所述功率模块组件(3)和所述重力热管(82)分设于所述基板(81)的两侧，所述散热翅片(83)嵌套于所述重力热管(82)上。

5.根据权利要求1或2或3所述的轨道交通双向变流器柜，其特征在于：两个所述散热器(8)分设于一对模块支撑板(9)上，一对所述模块支撑板(9)之间还设有一对导风板(10)，所述出风通道(7)由一对所述模块支撑板(9)和一对所述导风板(10)合围而成，一对模块支撑板(9)的下部互相平行且间距小于所述散热风机(6)的导风圈的直径，一对模块支撑板(9)的上部间距逐渐增加且最大间距不小于所述散热风机(6)的导风圈的直径。

6.根据权利要求5所述的轨道交通双向变流器柜，其特征在于：所述散热器(8)安装于所述模块支撑板(9)的下部且与模块支撑板(9)下部的距离为A，散热器(8)至所述导风板(10)的距离为B，两个散热器(8)之间的距离为C，则3mm≤A≤6mm、2mm≤B≤5mm、且4mm≤C≤6mm。

7.根据权利要求1所述的轨道交通双向变流器柜，其特征在于：所述柜体(1)包括柜门，所述共模电抗器(4)朝向所述柜门的一侧配置有挡板(28)，所述挡板(28)上设有通风区(281)，所述通风区(281)设有交替布置的第一通风结构和第二通风结构，所述第一通风结构包括两个短腰形孔(283)和位于两个短腰形孔(283)之间的多个长腰形孔(282)，所述第二通风结构包括多个长腰形孔(282)，相邻的第一通风结构和第二通风结构中的各长腰形孔(282)均错开布置。

8.根据权利要求1所述的轨道交通双向变流器柜，其特征在于：还包括位于所述柜体(1)下方的底座(11)，所述底座(11)上设有延伸至所述柜体(1)内部的柜体框架(12)，所述功率模块组件(3)和所述共模电抗器(4)安装于所述柜体框架(12)上，所述差模电抗器(5)安装于所述底座(11)上，所述柜体(1)与所述柜体框架(12)可拆卸连接。

9.根据权利要求8所述的轨道交通双向变流器柜，其特征在于：所述底座(11)包括两对上横向槽钢(111)、中间隔板(112)、两对第一下横向槽钢(113)、两根第二下横向槽钢(114)、以及两根下纵向槽钢(115)，两根所述第二下横向槽钢(114)固设于两根下纵向槽钢(115)的两端，两对所述第一下横向槽钢(113)固设于两根下纵向槽钢(115)中部，所述中间隔板(112)可拆卸地铺设于所述第一下横向槽钢(113)、第二下横向槽钢(114)以及下纵向槽钢(115)上，两对所述上横向槽钢(111)设于所述中间隔板(112)上且与两对第一下横向槽钢(113)一一对应，上下对应的所述上横向槽钢(111)和所述第一下横向槽钢(113)可拆卸连接。

10.根据权利要求1或2或3或7或8或9所述的轨道交通双向变流器柜，其特征在于：所述共模电抗器(4)和所述差模电抗器(5)之间设有第四交流铜排组件、第五交流铜排组件以及第六交流铜排组件，所述第四交流铜排组件包括第三L形铜排(21)和第一竖向铜排(22)，第三L形铜排(21)的水平边与所述第一L形铜排(18)的水平边朝向相同，第三L形铜排(21)的竖直边设有与第三L形铜排(21)的水平边朝向相反的第二水平弯折部(211)，第三L形铜排(21)的水平边设有朝下的第二下折弯部(212)，所述第一竖向铜排(22)位于所述第三L形铜排(21)的侧下方，第一竖向铜排(22)上端通过第一圆弧过渡段(221)与所述第二下折弯部(212)相连，所述第五交流铜排组件包括第一水平铜排(23)、U形铜排(24)和第二竖向铜排(25)，所述U形铜排(24)的开口方向与所述第一水平弯折部(153)的朝向相反，U形铜排(24)的上侧边比下侧边短，第一水平铜排(23)与U形铜排(24)的上侧边相连且两者相互垂直，第二竖向铜排(25)上端设有与所述第二水平弯折部(211)朝向相同的第三水平折弯部(251)，所述第三水平折弯部(251)与所述U形铜排(24)的下侧边相连且两者相互垂直，所述第六交流铜排组件包括第二水平铜排(26)和第三竖向铜排(27)，所述第二水平铜排(26)自所述U形铜排(24)的上侧边和下侧边之间贯穿，第二水平铜排(26)一端设有朝下的第三下折弯部(261)，所述第三竖向铜排(27)位于所述第二水平铜排(26)远离所述第二竖向铜排(25)的一侧，第三竖向铜排(27)的上端通过第二圆弧过渡段(271)与所述第三下折弯部(261)相连。

11.根据权利要求10所述的轨道交通双向变流器柜，其特征在于：两个铜排的连接处于背面焊接有螺母并于正面设有螺纹紧固件，所述螺纹紧固件穿过两个铜排后与所述螺母相连。

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