CN110932565A - 一种客货两用机车变流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种客货两用机车变流器，其特征在于，牵引变压器，其原边通过设置在外围的主断路器连接电网；二电平四象限PWM整流器，其交流输入端连接所述牵引变压器的副边，直流输出端构成中间直流供电端；以及分别与所述中间直流供电端并联的牵引逆变器、辅助逆变器和列供逆变器。还包括柜体，所述柜体包括第一腔体，用于放置所述辅助逆变器和所述列供逆变器；第二腔体，用于放置所述第一重四象限PWM整流器和所述第二重四象限PWM整流器；第三腔体，用于放置所述牵引逆变器；所述二电平四象限PWM整流器、所述辅助逆变器、所述列供逆变器和所述牵引逆变器用于实现客运和货运的牵引和供电。

Description

一种客货两用机车变流器

技术领域

本发明涉及一种客货两用机车变流器，属于轨道交通领域。

背景技术

随着国民经济的快速发展，城市交通需求剧增，轨道交通技术在经历上百年的发展后，正朝着高集成、高输出的方向快速发展。牵引变流器作为电力机车的核心部件，正在朝大功率、调节控制性能齐全和对通信、电网无干扰的方向发展，这对牵引变流器的集成程度无疑提出了更高的要求。

国内现有机车内部的牵引变流器和列车供电柜一般都是独立成柜，布置在机车的不同位置，牵引变流器柜一般采取主辅一体化集成设计，而列车供电柜一般不集成在牵引变流器柜内部，导致机车的重量和体积明显增加。同时，货运机车由于没有列车供电柜，因此，一般很难承担客运任务。而客运机车由于功率密度等限制，因此，一般很少用来承担货运任务。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够承担客运和货运的牵引以及供电任务的客货两用机车变流器。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种客货两用机车变流器，包括：牵引变压器，其原边通过设置在外围的主断路器连接电网；二电平四象限PWM整流器，其交流输入端连接所述牵引变压器的副边，直流输出端构成中间直流供电端；以及分别与所述中间直流供电端并联的牵引逆变器、辅助逆变器和列供逆变器。

在一个具体实施例中，所述二电平四象限PWM整流器包括：第一重PWM整流器，其交流输入端连接所述牵引变压器的第一副边；以及第二重PWM整流器，其交流输入端连接所述牵引变压器的第二副边，其中，所述第一重PWM整流器的正极输出端连接所述第二重PWM整流器的正极输出端，以构成所述中间直流供电端的正极端；所述第一重PWM整流器的负极输出端连接所述第二重PWM整流器的负极输出端，以构成所述中间直流供电端的负极端。

在一个具体实施例中，还包括充电短接组件，其包括，第一充电短接部，其串联在所述牵引变压器的第一副边与所述第一重PWM整流器的交流输入端之间；以及第二充电短接部，其串联在所述牵引变压器的第二副边与所述第二重PWM整流器的交流输入端之间。

在一个具体实施例中，还包括由二次谐振电容和二次谐振电感串联构成的二次谐振电路，其中，所述二次谐振电路并联在所述中间直流供电端的所述正极端与所述负极端之间。

在一个具体实施例中，还包括柜体，其包括第一腔体，用于放置所述辅助逆变器和所述列供逆变器；第二腔体，用于放置所述第一重四象限PWM整流器和所述第二重四象限PWM整流器；第三腔体，用于放置所述牵引逆变器；所述二电平四象限PWM整流器、所述辅助逆变器、所述列供逆变器和所述牵引逆变器用于实现客运和货运的牵引和供电。

在一个具体实施例中，所述柜体还包括：隔板，其竖向布置，用于将所述柜体分割为第一单元和第二单元；所述第一腔体的数目为两个，两所述第一腔体并排设置在所述第一单元的顶部，所述辅助逆变器和所述列供逆变器分别位于两所述第一腔体内；所述第二腔体的数目为两个，两所述第二腔体并排设置在所述第一单元的中部，两所述二电平四象限PWM整流器分别位于两所述第二腔体内；所述第三腔体的数目为三个，三个所述第三腔体共同设置在所述第一腔体和所述第二腔体共同第一侧的所述第一单元内，两所述第三腔体与两个所述第二腔体并排设置，第三个所述第三腔体与两所述第一腔体并排设置，三个所述牵引逆变器分别放置在三个所述第三腔体内。

在一个具体实施例中，在所述第一单元内两所述第二腔体和两所述第三腔体的底部均设置有用于放置接线模块的第四腔体，所述第四腔体的底部设置有接线板，在所述接线板上间隔设置有主变和辅变接线端子以及多个电流传感器。

在一个具体实施例中，在所述第一腔体和所述第二腔体共同第二侧的所述第一单元内由顶部至底部设置有三个第五腔体，依次放置机箱模块、内循环模块、接触器。

在一个具体实施例中，在所述第二单元内间隔设置有斩波电阻、固定放电电阻和充电电阻，所述斩波电阻固定设置在所述第二单元的顶部，所述固定放电电阻连接散热器，所述散热器固定设置在所述第二单元的顶部，所述散热器翅片露在所述柜体的外部进行散热，所述充电电阻固定设置在所述第二单元的一侧。

在一个具体实施例中，在所述隔板上朝向所述第二单元的一侧设置有冷却装置，包括：进液管路，其上设置有多条进液支路；出液管路，其上设置有多条出液支路；多条所述进液支路和多条所述出液支路分别通过软管连接两所述二电平四象限PWM整流器、所述辅助逆变器、所述列供逆变器和三个所述牵引逆变器。

在一个具体实施例中，所述机箱模块包括驱动控制器机箱，所述驱动控制器机箱固定设置在所述第一单元顶部的所述第五腔体顶部左右两侧控制箱安装板上，所述驱动控制器机箱的底部通过两支撑板弯折支撑；

多个电压传感器，多个所述电压传感器分别间隔设置在所述第一单元顶部的所述第五腔体内的底部和侧部。

在一个具体实施例中，所述内循环模块包括循环风机和与所述循环风机对应设置的风道，所述循环风机固定设置在所述第一单元中部的所述第五腔体内，用于对所述柜体内空气进行内部循环散热。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明变流器集成了主变、辅变和列供供电单元，能够承担客运和货运的牵引和供电任务。2、本发明变流器的辅助逆变器和列供逆变器，均从直流回路取电。3、本发明变流器的牵引逆变器、辅助逆变器和列供逆变器采用相同模块的电力电子开关元器件，便于设计和采购。4、本发明变流器在柜体的背面设置有维修空间，维修人员能够进入变流器内部，在不吊柜的情况下，能够方便地在变流器的后部对所有器件进行维修和更换。5、本发明变流器设置有冷却装置，其设置在柜体的后部，能够有效降低冷却装置漏液出现的安全隐患，提高冷却装置的可靠性和安全性。6、本发明变流器设置循环风机，能够对柜体内空气进行内部循环散热，降低并均衡柜体内部温度。7、本发明变流器设置有柜体，柜体设置有安装二电平四象限PWM整流器、牵引逆变器、辅助逆变器和列供逆变器的腔体，结构更为紧凑，体现了大功率变流技术高集成的发展方向，便于生产、组装和维护，使用方便，经济性好。8、本发明变流器能够实现所有高压电气接线按照电流流向进行布线，减少了系统的电磁干扰、线路间的涡流现象和发热问题。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是本发明的客货两用机车变流器的电路方框图；

图2是本发明的辅助逆变器和列供逆变器并联供电示意图；

图3是本发明的客货两用机车变流器的一个具体实施例的立体结构示意图；

图4是本发明图3局部的结构示意图；

图5是本发明隔板上进液管路和出液管路布置的结构示意图

图6是本发明图3设置前门的结构示意图

图7是本发明图3的右视示意图；

图8是本发明图3的后视示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。本发明所提到的方向用语例如「前」、「后」、「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」等，仅是参考附加图式的方式。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

如图1、图2所示，本发明提出的客货两用机车变流器，包括：设置在外围的牵引变压器1，其原边通过设置在外围的主断路器2连接电网；二电平四象限PWM整流器3，其交流输入端连接牵引变压器1的副边，直流输出端构成中间直流供电端；以及分别与中间直流供电端并联的牵引逆变器4、辅助逆变器5和列供逆变器6。

在一个具体实施例中，如图1所示，二电平四象限PWM整流器3包括：第一重PWM整流器31，其交流输入端连接牵引变压器1的第一副边；以及第二重PWM整流器32，其交流输入端连接牵引变压器1的第二副边，其中，第一重PWM整流器31的正极输出端连接第二重PWM整流器32的正极输出端，以构成中间直流供电端的正极端；第一重PWM整流器31的负极输出端连接第二重PWM整流器32的负极输出端，以构成中间直流供电端的负极端。第一重PWM整流器31和第二重PWM整流器32互相错开一定的相位角度，减小电网的谐波污染，降低直流回路的纹波。

在一个具体实施例中，如图1所示，还包括充电短接组件7，其包括，第一充电短接部71，其串联在牵引变压器1的第一副边与第一重PWM整流器31的交流输入端之间；以及第二充电短接部72，其串联在牵引变压器1的第二副边与第二重PWM整流器32的交流输入端之间。当其中任意一个主电路单元故障时(四象限PWM整流器或逆变器)，断开相应的充电短接部开关，将该故障单元切除，其余单元正常工作，机车只损失1/6的动力，从而将故障造成的影响降至最低。

在一个具体实施例中，如图1所示，还包括由二次谐振电容8和设置在外围的二次谐振电感9串联构成的二次谐振电路，其中，二次谐振电路并联在第一重PWM整流器31的正极端与第二重PWM整流器32的负极端之间，能够滤除第一重PWM整流器31和第二重PWM整流器32输出的二次谐波电流。

在一个具体实施例中，如图1、图2所示，辅助逆变器5和列供逆变器6并联到中间直流回路，辅助逆变器5输出经变压器后输出AC415V(交流额定电压，伏)，给辅助设备供电。列供逆变器6输出经变压器后输出AC415V，给列车电器设备供电。

在一个具体实施例中，如图3所示，本发明提出的客货两用机车变流器，还包括柜体10，柜体10包括第一腔体，用于放置辅助逆变器5和列供逆变器6；第二腔体，用于放置第一重四象限PWM整流器31和第二重四象限PWM整流器32；第三腔体，用于放置牵引逆变器4。二电平四象限PWM整流器3、牵引逆变器4、辅助逆变器5和列供逆变器6能够承载客运和货运的牵引和供电任务。

在一个具体实施例中，柜体10包括由多个横梁101和多个竖梁102连接而成的框架结构，在框架结构上设置有左右两侧板103以及顶板104。在柜体10的底部设置有底架，用于支撑柜体10。柜体10还包括竖向布置的隔板11(如图5所示)，用于将柜体10分割为第一单元和第二单元。其中，第一单元设置在柜体10的前部，第二单元设置在柜体10的后部。第一腔体的数目为两个，两第一腔体并排设置在第一单元的顶部，辅助逆变器5和列供逆变器6分别位于两第一腔体内。第二腔体的数目为两个，两第二腔体并排设置在第一单元的中部，第一重四象限PWM整流器31和第二重四象限PWM整流器32分别位于两第二腔体内。第三腔体的数目为三个，三个第三腔体共同设置在第一腔体和第二腔体共同第一侧(右侧)的第一单元内，两第三腔体与两第二腔体并排设置，第三个第三腔体与两第一腔体并排设置，三个牵引逆变器4分别放置在三个第三腔体内。

在一个优选的实施例中，牵引逆变器4、辅助逆变器5和列供逆变器6分别设置成相同模块，牵引逆变器4、辅助逆变器5和列供逆变器6均采用相同的电力电子开关元器件(IGBT)。其能够实现同等替换，以减少实际运营过程中备品备料的数量。

在一个具体实施例中，如图3所示，在第一单元内两第二腔体和两第三腔体的底部均设置有用于放置接线模块12的第四腔体，在第四腔体的底部设置有接线板13，在接线板13上间隔设置有主变和辅变接线端子14以及多个电流传感器15。

在一个具体实施例中，主变和辅变接线端子14包括多个输入接线端子、多个输出接线端子和多个放电端子。

在一个具体实施例中，多个电流传感器15包括多个电机电流传感器、多个输入电流传感器和多个辅助模块电流传感器。

在一个优选的实施例中，如图3所示，在第一重四象限PWM整流器31和第二重四象限PWM整流器32、辅助逆变器5、列供逆变器6和各牵引逆变器4的底部分别设置有模块滑块16，各模块滑块16对应与设置在两第一腔体、两第二腔体和三第三腔体底部的左右两侧横梁滑动连接。在安装时能够有利于各模块器件的推入，同时能够提高各模块器件的耐震性。

在一个具体实施例中，如图3所示，在第一腔体和第二腔体共同第二侧(左侧)的第一单元内由顶部至底部设置有三个第五腔体，依次放置机箱模块17、内循环模块18、接触器19。

在一个具体实施例中，如图3所示，机箱模块17包括DCU(驱动控制器)机箱171和多个电压传感器172(如图4所示)。其中，DCU机箱171通过螺栓固定在第一单元顶部的第五腔体内左右两侧控制箱安装板上，两控制箱安装板位于该第五腔体内的顶部。DCU机箱171的底部通过两支撑板弯折支撑。多个电压传感器172分别间隔设置在第第一单元顶部的第五腔体内的底部和侧部。

在一个具体实施例中，如图3所示，内循环模块18包括固定设置的循环风机181(如图4所示)和与循环风机181对应设置的风道。其中，内循环模块18通过螺栓固定在第三容纳部中部的第五腔体内，能够对柜体1内空气进行内部循环散热。

在一个具体实施例中，接触器19的数目为两个，两接触器19通过螺栓固定在第一单元底部的第五腔体内。

在一个具体实施例中，如图3所示，两接触器19的输出母线分别连接第一重四象限PWM整流器31和第二重四象限PWM整流器32的输入端，第一重四象限PWM整流器31和第二重四象限PWM整流器32的输出端分别通过直流铜母线20连接辅助逆变器5、列供逆变器6和各牵引逆变器4的直流输入端。辅助逆变器5、列供逆变器6和各牵引逆变器4的交流输出端分别通过交流铜母线21连接接线板13的主变和辅变接线端子14。

在一个具体实施例中，直流铜母线20和交流铜母线21分别固定设置在绝缘子上。其中，绝缘子采用环氧布板制成。

在一个具体实施例中，如图4、图5、图8所示，在第二单元内间隔设置有斩波电阻22、充电电阻23和固定放电电阻24。其中，斩波电阻22通过螺栓固定在第二单元的顶部，自然冷却，在第二单元的左侧开始窗口以便于维护。固定放电电阻通过螺栓连接散热器，散热器通过螺栓固定在第二单元的顶部，且散热器翅片露在柜体10的外部进行散热。充电电阻23通过螺栓固定在第二单元的左侧侧板103上。

在一个具体实施例中，如图3、图5、图6所示，在第二单元内设置有冷却装置。冷却装置包括固定设置在隔板11上朝向第二单元的一侧(后侧)的进液管路25和出液管路26，进液管路25设置在出液管路26的上方。其中，进液管路25的进液口和出液管路26的出液口均设置在柜体10上第二单元的左侧侧板103上。进液管路25上设置有多条进液支路251，出液管路26上对应设置有多条出液支路261(如图5所示)。多条进液支路251和多条出液支路261分别通过软管连接第一重四象限PWM整流器31、第二重四象限PWM整流器32、辅助逆变器5、列供逆变器6和各牵引逆变器4，能够为其提供冷却介质。在一个优选的实施例中，冷却介质为水。在一个优选的实施例中，冷却装置还包括液温和液压检测单元，能够保护冷却装置，液温和液压检测单元若检测到过压或高温现象，及时降低变流器的功率或封锁，从而保障系统安全。

在一个具体实施例中，如图6所示，在柜体10的两第一腔体、两第二腔体、三第三腔体以及第一单元顶部和中部的两第五腔体分别设置有门体结构27，不仅能够防水防尘，而且能够使得各腔体内的模块安装、维护、拆卸更加方便。在门体结构上还设置有门连锁结构，能够实现仅在机车停运时打开各门体结构。

在一个具体实施例中，如图7所示，在柜体10的右侧靠近右侧板103的位置设置有右侧门28。如图8所示，在柜体10的后部远离隔板6的位置设置有后门29。

使用时，本发明通过横向的多个长螺栓和垂向的多个短螺栓安装在机车车辆的车架上面。所有高压电气接线按照电流流向进行布线，减少了系统的电磁干扰、线路间的涡流现象和发热问题。采用水冷散热，能够提高系统的冷却效率，同时，冷却装置不会存在由于漏水而引起电气绝缘的问题，从而提高冷却装置的可靠性和安全性。柜体10采用内部循环风机对变流器内部其它发热部件进行冷却，降低并均衡整柜体10的内部温度。柜体10内部所有部件采用模块化设计，便于生产、组装和维护。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种客货两用机车变流器，其特征在于，包括：

牵引变压器，其原边通过设置在外围的主断路器连接电网；

二电平四象限PWM整流器，其交流输入端连接所述牵引变压器的副边，直流输出端构成中间直流供电端；以及

分别与所述中间直流供电端并联的牵引逆变器、辅助逆变器和列供逆变器。

2.根据权利要求1所述的客货两用机车变流器，其特征在于，所述二电平四象限PWM整流器包括：

第一重PWM整流器，其交流输入端连接所述牵引变压器的第一副边；以及

第二重PWM整流器，其交流输入端连接所述牵引变压器的第二副边，

其中，所述第一重PWM整流器的正极输出端连接所述第二重PWM整流器的正极输出端，以构成所述中间直流供电端的正极端；所述第一重PWM整流器的负极输出端连接所述第二重PWM整流器的负极输出端，以构成所述中间直流供电端的负极端。

3.根据权利要求2所述的客货两用机车变流器，其特征在于，还包括充电短接组件，其包括，

第一充电短接部，其串联在所述牵引变压器的第一副边与所述第一重PWM整流器的交流输入端之间；以及

第二充电短接部，其串联在所述牵引变压器的第二副边与所述第二重PWM整流器的交流输入端之间。

4.根据权利要求2所述的客货两用机车变流器，其特征在于，还包括由二次谐振电容和二次谐振电感串联构成的二次谐振电路，

其中，所述二次谐振电路并联在所述中间直流供电端的所述正极端与所述负极端之间。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的一种客货两用机车变流器，其特征在于，还包括柜体，所述柜体包括

第一腔体，用于放置所述辅助逆变器和所述列供逆变器；

第二腔体，用于放置所述第一重四象限PWM整流器和所述第二重四象限PWM整流器；

第三腔体，用于放置所述牵引逆变器；

所述二电平四象限PWM整流器、所述辅助逆变器、所述列供逆变器和所述牵引逆变器用于实现客运和货运的牵引和供电。

6.根据权利要求5所述的一种客货两用机车变流器，其特征在于，所述柜体还包括

隔板，其竖向布置，用于将所述柜体分割为第一单元和第二单元；

所述第一腔体的数目为两个，两所述第一腔体并排设置在所述第一单元的顶部，所述辅助逆变器和所述列供逆变器分别位于两所述第一腔体内；

所述第二腔体的数目为两个，两所述第二腔体并排设置在所述第一单元的中部，两所述二电平四象限PWM整流器分别位于两所述第二腔体内；

所述第三腔体的数目为三个，三个所述第三腔体共同设置在所述第一腔体和所述第二腔体共同第一侧的所述第一单元内，两所述第三腔体与两个所述第二腔体并排设置，第三个所述第三腔体与两所述第一腔体并排设置，三个所述牵引逆变器分别放置在三个所述第三腔体内。

7.根据权利要求6所述的一种客货两用机车变流器，其特征在于，在所述第一单元内两所述第二腔体和两所述第三腔体的底部均设置有用于放置接线模块的第四腔体，所述第四腔体的底部设置有接线板，在所述接线板上间隔设置有主变和辅变接线端子以及多个电流传感器。

8.根据权利要求7所述的一种客货两用机车变流器，其特征在于，在所述第一腔体和所述第二腔体共同第二侧的所述第一单元内由顶部至底部设置有三个第五腔体，依次放置机箱模块、内循环模块、接触器。

9.根据权利要求8所述的一种客货两用机车变流器，其特征在于，在所述第二单元内间隔设置有斩波电阻、固定放电电阻和充电电阻，所述斩波电阻固定设置在所述第二单元的顶部，所述固定放电电阻连接散热器，所述散热器固定设置在所述第二单元的顶部，所述散热器翅片露在所述柜体的外部进行散热，所述充电电阻固定设置在所述第二单元的一侧。

10.根据权利要求9所述的一种客货两用机车变流器，其特征在于，在所述隔板上朝向所述第二单元的一侧设置有冷却装置，包括

进液管路，其上设置有多条进液支路；

出液管路，其上设置有多条出液支路；

多条所述进液支路和多条所述出液支路分别通过软管连接两所述二电平四象限PWM整流器、所述辅助逆变器、所述列供逆变器和三个所述牵引逆变器。

11.根据权利要求8所述的一种客货两用机车变流器，其特征在于，所述机箱模块包括

驱动控制器机箱，所述驱动控制器机箱固定设置在所述第一单元顶部的所述第五腔体顶部左右两侧控制箱安装板上，所述驱动控制器机箱的底部通过两支撑板弯折支撑；

多个电压传感器，多个所述电压传感器分别间隔设置在所述第一单元顶部的所述第五腔体内的底部和侧部。

12.根据权利要求8所述的一种客货两用机车变流器，其特征在于，所述内循环模块包括循环风机和与所述循环风机对应设置的风道，所述循环风机固定设置在所述第一单元中部的所述第五腔体内，用于对所述柜体内空气进行内部循环散热。

Images