CN112713748A - 一种外走廊式内燃机车用牵引变流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外走廊式内燃机车用牵引变流器，包括柜体（1），所述柜体（1）顶部设有顶架（2），所述顶架两侧的侧倾斜框口处安装一级过滤网（7），所述柜体（1）中部设有纵向风道（5），所述纵向风道（5）顶部进风口与顶架（2）底面出风口连通；所述纵向风道（5）两侧面分别沿纵向设有三个开口（9），所述纵向风道（5）底部安装风机（6），所述风机（6）出风口位于柜体（1）底面；所述柜体（1）内位于纵向风道（5）两侧分别对称设有安装架（10），两个安装架（10）采用镜像结构安装内部模块组件。本发明变流器内功率模块采用强迫风冷方式冷却，减少了水冷却方式带来的漏液故障，提高变流器可靠性。

Description

一种外走廊式内燃机车用牵引变流器

技术领域

本发明涉及牵引变流器技术领域，具体为一种外走廊式内燃机车用牵引变流器。

背景技术

现有牵引变流器采用箱体结构设计方式，箱体安装于机车机械间内，呈现内走廊式，变流器安装于走廊的两侧，柜体的纵向尺寸大概在1000mm左右，柜子整体布局按照单面排布，柜体前门属于检修维护区域，可拆卸部件的安装位置靠近柜门，风道位于柜体后侧，变流器进风口位于柜体下部，风机安装于柜体上部，由于风机属于体积大重量重部件，拆卸时需要有工装做辅助工具，在机械间内不易拆卸，部分电气部件由于空间限制只能安装于柜体后侧，电器部件故障时不利于工人的安装与拆卸，不利于后期的维修维护。

发明内容

本发明目的是设计出适应于3000马力节能环保重混混合动力调车机车的牵引变流器。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种外走廊式内燃机车用牵引变流器，包括柜体，所述柜体顶部设有顶架，所述顶架两侧的侧倾斜框口处安装一级过滤网，所述柜体中部设有纵向风道，所述纵向风道顶部进风口与顶架底面出风口连通；所述纵向风道两侧面分别沿纵向设有三个开口，所述纵向风道底部安装风机，所述风机出风口位于柜体底面；所述柜体内位于纵向风道两侧分别对称设有安装架，两个安装架采用镜像结构安装内部模块组件，所述内部模块组件包括铜排组件、熔断器组件、接地检测组件、低压端子组件、控制箱、低压输出端子组件、输入连接器、整流功率模块、逆变功率模块、逆变+斩波功率模块、输入输出电流传感器、低压输入输出连接器；所述整流功率模块背面的散热板伸入纵向风道侧面最上开口，所述逆变功率模块背面的散热板伸入纵向风道侧面中间开口，所述逆变+斩波功率模块背面的散热板伸入纵向风道侧面最下开口；所述柜体两侧对称设有柜门。

该强迫风冷牵引变流器柜体结构呈“背靠背”镜像结构，所有电器部件均安装在柜体两侧的检修区域内，电器部件故障时方便工人的拆卸。满足3000马力节能环保重混混合动力调车机车要求，该机车采用柴油机和电池双动力供电，单架牵引功率1100kW，采用先进的交流传动技术和Co-Co转向架，是DF5\DF7机车的升级换代产品。

本发明具有如下优点：

1、充分利用柜内可检修空间进行电器部件的安装，满足变流器部件故障时不落车检修设计趋势。

2、变流器内功率模块采用强迫风冷方式冷却，减少了水冷却方式带来的漏液故障，提高变流器可靠性。

本发明设计合理，具有很好的实际应用价值。

附图说明

图1表示牵引变流器的结构外形示意图。

图2表示牵引变流器的单侧爆炸示意图。

图3表示牵引变流器的冷却系统示意图。

图4表示逆变模块示意图。

图5表示整流模块示意图。

图6表示变流器简统化平台、部件简统化、部件组件化示意图。

图中：1-柜体，2-顶架，3-上柜门，4-下柜门，5-纵向风道，6-风机，7-一级过滤网，8-提手，9-开口，10-安装架，11-铜排组件，12-熔断器组件，13-接地检测组件，14-低压端子组件，15-控制箱，16-低压输出端子组件，17-输入连接器，18整流功率模块，19-逆变功率模块，20-逆变+斩波功率模块，21输入输出电流传感器，22-低压输入输出连接器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种外走廊式内燃机车用牵引变流器，如图1所示，包括柜体1，柜体1顶部设有顶架2，顶架两侧的侧倾斜框口处安装一级过滤网7，顶架2两侧内进风口处安装二级过滤装置。顶架2顶面设有两个提手8，方便搬运。

如图3所示，柜体1中部设有纵向风道5，纵向风道5顶部进风口与顶架2底面出风口连通；纵向风道5两侧面分别沿纵向设有三个开口9，分别用于放置整流功率模块、逆变功率模块、逆变+斩波功率模块的背部散热板；纵向风道5底部安装风机6，风机6出风口位于柜体1底面。

柜体1内位于纵向风道5两侧分别对称设有安装架10，两个安装架10采用镜像结构安装内部模块组件，如图2所示，内部模块组件包括铜排组件11、熔断器组件12、接地检测组件13、低压端子组件14、控制箱15、低压输出端子组件16、输入连接器17、整流功率模块18、逆变功率模块19、逆变+斩波功率模块20、输入输出电流传感器21、低压输入输出连接器22。

整流功率模块18（如图5所示）背面的散热板伸入纵向风道5侧面最上开口，逆变功率模块19（如图4所示）背面的散热板伸入纵向风道5侧面中间开口，逆变+斩波功率模块20背面的散热板伸入纵向风道5侧面最下开口。

柜体1两侧对称设有柜门。铜排组件11、熔断器组件12、接地检测组件13、输入连接器17、整流功率模块18、逆变功率模块19、逆变+斩波功率模块20位于安装架10上部，并通过上柜门3封闭；低压端子组件14、控制箱15、低压输出端子组件16、输入输出电流传感器21、低压输入输出连接器22位于安装架10下部，并通过下柜门4封闭。

具体实施时，设计出适应3000马力节能环保重混混合动力调车机车牵引变流器，柜体结构主要采取的措施：1）依据设计要求适用环境为-40℃，牵引变流器的柜体主框架选用Q345E耐低温中厚钢板；2）考虑机车运行环境工况，机车停放或者运行在雨雪天气时会遇到湿度高且盐度大，具有强腐蚀性的环境，风道主材选用06Cr19N10不锈钢板；3）由于牵引变流器空间小且内部安装电器部件较多，所以在柜体的结构上多采用由下而上，柜门两侧布局；4）为实现牵引变流器在各种工况下均可实现可靠的接地，在靠近电器部件安装位置增加接地点，以便部件可靠接地。

图1为牵引变流器的整体外形图，图2为牵引变流器的单侧爆炸图。3000马力重混调车机车牵引变流器的柜体内采用左右两个安装架（关于风道对称），每个安装架包含一个整流功率模块和两个逆变功率模块（逆变+斩波功率模块与逆变功率模块），给六个牵引电机供电。牵引变流器采用“背靠背”镜像结构，两架功率模块共用一个风道。牵引变流器功率模块与外围控制电路通过连接器相连，外部各连接部件（例如主电路接线端子、控制连接器、光纤接头等）方便连接，打开变流器柜门即可方便地对变流器模块进行拆装、维护。变流器箱体采用钢板焊接结构，表面喷漆处理，箱体密闭区为密封式设计，减少柜内灰尘污染。

从电气结构上分解功能单元为：整流功率模块、逆变功率模块、熔断器单元、中间接地检测单元、输出电流传感器单元、风机冷却单元、低压控制检测单元、牵引控制单元。

按结构单元，通过风道将电器部件成“背靠背”镜像对称结构，具体分为：铜排组件、熔断器组件、接地检测组件、低压端子组件、控制箱、低压输出端子组件、输入连接器、整流功率模块、逆变功率模块、逆变+斩波功率模块、输入输出电流传感器、低压输入输出连接器。

整个产品设计理念，从整体到部件，遵循变流器简统化平台、部件简统化、部件组件化，考虑产品的可维护性、安全性、可靠性、电气功能模块化以及结构组件化，如图6所示。

熔断器组件主要由两组熔断器组成，通过绝缘子固定在安装板上，作为从动力蓄电池到变流器的输入回路，同时也作为中间直流回路到动力蓄电池的输入回路，发生短路时起到保护功能。该结构具有如下特点：a）可用性强：单元最小化，统型化；b）集成度好：整体组件；c）维修性优：整体拆装，安装方便。

输入输出电流传感器集成了牵引电机的3相电流传感器，通过端子排和牵引电机进线连接，用以检测负载电流，当出现过载或短路时，触发保护；可维护性强，具有便于安装、维护维修的特点。

接地检测组件由接地电阻、接地电容、接地检测电压传感器组成，采用1/2电压检测法，能够判断直流正、直流负、输入侧、输出侧四种接地故障；同时将母线电压的电压检测板、中间电压传感器集中在组件内，对外高压连接采用铜排连接，对外低压连接采用连接器，操作简单，维修简便，安装板可整体拆出。

低压电器单元组件，根据接线方便原则，分成两个小组件，其中一个组件集成了模拟信号转化板、端子排，另外一个组件集成了110V滤波器、端子排，方便所有低压线的连接，组件对外连接采用连接器连接，能够保证接线正确和快速连接。维修简便，安装板可整体拆出。

顶架采用二级过滤，一级过滤钢丝网可以滤除柳絮等较大异物，二级过滤装置主要过滤灰尘和水等，下部开漏水孔可以防止尘土和水阻挡在变流器外部，同时让外部冷风带入变流器风道内；一级过滤网用螺栓固定柜体顶部外侧，方便拆卸；二级过滤装置安装于顶架内进风口处，可实现免维护功能。

冷却系统单元（风道）从变流器上部的侧方位进风，通过两级过滤单元-功率模块的散热板-风机，从车体底部出风口排风。冷却风机可以通过拆除高压输出端子排后，从前面拆除，实现不落车维修。

功率模块根据变流器整体布局和简统化的要求，进一步减少用户备品种类与数量，安装在变流器上的六台模块统型为两种，分别为整流模块和牵引逆变模块，功率模块采用干式电容（具有防爆设计）或无壳电容，通过导轨安装。

具体应用时，内燃机车用高压电器柜安装于车体底架之上，强迫风冷电器柜内装通常有功率模块、电容、风机、低压电器等部件。在总体结构可考虑高低压分开布局，重量较大的部件置于整个柜内的中心位置，经常拆卸部件可考虑靠近柜门布局，尽量让柜体的重心和形心重合。柜体主框架结构一般采用Q345E等作为主材进行折弯加强的设计，局部安装板可使用不锈钢板，或Q195钢板，板厚的选取也根据其安装其上的电气部件的重量进行选择。

内燃机车一般为外走廊式设计，该外走廊式内燃机车用牵引变流器应用于3000马力节能环保重混混合动力调车机车，是国铁集团公司3000马力混合动力机车平台化产品，该产品是未来混合动力、电-电调车、救援车以及隧道工程车的平台，能够有效减少柴油机的排放、噪音，节能环保。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。

Claims (9)

1.一种外走廊式内燃机车用牵引变流器，包括柜体（1），其特征在于：所述柜体（1）顶部设有顶架（2），所述顶架两侧的侧倾斜框口处安装一级过滤网（7），所述柜体（1）中部设有纵向风道（5），所述纵向风道（5）顶部进风口与顶架（2）底面出风口连通；所述纵向风道（5）两侧面分别沿纵向设有三个开口（9），所述纵向风道（5）底部安装风机（6），所述风机（6）出风口位于柜体（1）底面；所述柜体（1）内位于纵向风道（5）两侧分别对称设有安装架（10），两个安装架（10）采用镜像结构安装内部模块组件，所述内部模块组件包括铜排组件（11）、熔断器组件（12）、接地检测组件（13）、低压端子组件（14）、控制箱（15）、低压输出端子组件（16）、输入连接器（17）、整流功率模块（18）、逆变功率模块（19）、逆变+斩波功率模块（20）、输入输出电流传感器（21）、低压输入输出连接器（22）；所述整流功率模块（18）背面的散热板伸入纵向风道（5）侧面最上开口，所述逆变功率模块（19）背面的散热板伸入纵向风道（5）侧面中间开口，所述逆变+斩波功率模块（20）背面的散热板伸入纵向风道（5）侧面最下开口；所述柜体（1）两侧对称设有柜门。

2.根据权利要求1所述的一种外走廊式内燃机车用牵引变流器，其特征在于：所述纵向风道（5）选用06Cr19N10不锈钢板制作。

3.根据权利要求1或2所述的一种外走廊式内燃机车用牵引变流器，其特征在于：所述柜体（1）选用Q345E钢板制作。

4.根据权利要求1所述的一种外走廊式内燃机车用牵引变流器，其特征在于：所述顶架（2）两侧内进风口处安装二级过滤装置。

5.根据权利要求1所述的一种外走廊式内燃机车用牵引变流器，其特征在于：铜排组件（11）、熔断器组件（12）、接地检测组件（13）、输入连接器（17）、整流功率模块（18）、逆变功率模块（19）、逆变+斩波功率模块（20）位于安装架（10）上部，并通过上柜门（3）封闭；低压端子组件（14）、控制箱（15）、低压输出端子组件（16）、输入输出电流传感器（21）、低压输入输出连接器（22）位于安装架（10）下部，并通过下柜门（4）封闭。

6.根据权利要求1所述的一种外走廊式内燃机车用牵引变流器，其特征在于：所述顶架（2）顶面设有提手（8）。

7.根据权利要求1所述的一种外走廊式内燃机车用牵引变流器，其特征在于：所述熔断器组件（12）由两组熔断器组成，通过绝缘子固定在安装架（10）上。

8.根据权利要求1所述的一种外走廊式内燃机车用牵引变流器，其特征在于：所述输入输出电流传感器（21）集成牵引电机的3相电流传感器，通过端子排和牵引电机进线连接。

9.根据权利要求1所述的一种外走廊式内燃机车用牵引变流器，其特征在于：所述接地检测组件（13）由接地电阻、接地电容、接地检测电压传感器组成。

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