CN113147799A - 一种变流器及应用其的混合动力机车的牵引传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变流器及应用其的混合动力机车的牵引传动系统，设计集约化、模块化，通过功能集成设计、模块化设计等方式，降低生产、运用和维护的难度；变流器结构尽可能的紧凑，采用主辅一体化设计，一个变流器可控制机车两架共计6台电机的运转，并为辅助设备提供电源，同时承担柴油机自启机功能，最大限度节约整车上的宝贵空间；变流器重量尽可能的轻，使整车轴重控制在合理的范围内；变流器保证足够的电磁兼容性，在运行过程中对周围环境产生的电磁干扰应满足标准的要求。

Description

一种变流器及应用其的混合动力机车的牵引传动系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种变流器及应用其的混合动力机车的牵引传动系统。

背景技术

自上个世纪90年代以来，随着能源的日益枯竭以及环境恶化给人类生存带来的严重影响，能源危机和环境保护已经成为全球所面临的重大挑战。混合动力内燃机车，作为传统内燃机车与电力机车之间的一种过渡技术形态，能够在现有技术基础上大幅度提高燃油经济性并减少排放，是实现节能减排的重要机型之一。

混合动力机车，兼具柴油发电机和牵引蓄电池两种供电电源，具有节能、环保特色，是新时代内燃机车发展趋势。但是两种电源设备包含柴油机、发电机以及储备油箱和蓄电池的电池包等部件，需占用超过整个机车空间的三分之一，对整车设备空间的要求更加严格，同时变流器是混合动力机车牵引主传动系统的核心大部件之一，在大功率机车变流器的基础上发展而来，对于变流器的结构设计提出了更高的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种变流器，减小空间占用。

本发明还提供了一种应用上述变流器的混合动力机车的牵引传动系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种混合动力机车牵引变流器，包括：骨架、冷却子系统和两组控制子系统；

所述骨架设置有：

两个一一对应安装两组所述控制子系统的控制腔体；

位于两个所述控制腔体之间，安装所述冷却子系统的冷却腔体；

每组所述控制子系统均包括：部件，所述部件包括：变流器模块。

优选的，一组所述控制子系统中所述变流器模块的数量为多个，包括：整流逆变器和若干个牵引逆变器；另一组所述控制子系统中所述变流器模块的数量为多个，包括：辅助逆变器和若干个牵引逆变器。

优选的，所述控制腔体包括与多个所述变流器模块一一对应的多个变流器腔体。

优选的，每个所述变流器模块的外形相同。

优选的，所述部件还包括：接触器、传动控制单元和/或高压指示灯。

优选的，还包括：设置于所述控制腔体远离所述冷却腔体一侧的多个门；每个门均对应所述控制子系统的若干个所述部件。

优选的，还包括：设置于所述控制腔体靠近所述冷却腔体一侧的连接器，所述连接器用于所述控制子系统的控制电源、辅助电源、控车信号、外部传感器信号和/或网络信号的连接。

优选的，所述冷却子系统包括：水管和与所述部件对应的散热器；所述水管的进水口高度低于出水口高度。

优选的，所述变流器模块包括：

用于连接柴油发电机，具备三相不可控整流和逆变功能的整流逆变器；

用于连接牵引电动机的牵引逆变器；

连接于所述整流逆变器和所述牵引逆变器之间，用于连接牵引蓄电池的斩波支路。

一种混合动力机车的牵引传动系统，包括变流器，所述变流器为如上述的变流器。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的变流器，目的在于克服复杂的功能和性能需求与空间尺寸、重量、运用环境等方面限制的矛盾，提出一种新的变流器集成设计方案，该变流器与功能类似的产品相比，在空间利用、减重设计、可维护性等方面均有较大幅度的提升。

本发明还提供了一种混合动力机车的牵引传动系统，由于采用了上述的变流器，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。

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为本发明实施例提供的混合动力机车牵引变流器的结构示意图；

图2为图1中A面的正视结构示意图；

图3为图1中B面的正视结构示意图；

图4为图1中A面隐藏柜门的正视结构示意图；

图5为沿图1中E-E截面的剖视结构示意图；

图6为图1中B面隐藏柜门的正视结构示意图；

图7为沿图1中D-D截面的剖视结构示意图；

图8为本发明实施例提供的骨架的正视结构示意图；

图9为本发明实施例提供的骨架的侧视结构示意图；

图10为本发明实施例提供的骨架的后视结构示意图；

图11为本发明实施例提供的电路原理示意图。

其中，1为骨架，2为第一门，3为第二门，4为第三门，5为变流器模块，6为三相接触器，7为传动控制单元，8为冷却子系统，9为连接器，10为高压指示灯，11为进水管，12为出水管。

具体实施方式

变流器是一个复杂的系统，包含控制子系统、牵引逆变器、辅助逆变器、接地检测单元、水冷系统等子部件，合理的系统集成设计才能获得较为理想的变流器特性和性能，从而满足混合动力机车牵引传动系统的需求。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的混合动力机车牵引变流器，包括：骨架1、冷却子系统8和两组控制子系统，其结构可以参照图1所示；

该骨架1设置有：

两个一一对应安装两组控制子系统的控制腔体；

位于两个控制腔体之间，安装冷却子系统8的冷却腔体；

每个控制子系统均包括：部件，该部件包括：变流器模块5。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的混合动力机车牵引变流器，通过子系统的模块化设计，及其在骨架1中腔体的对应装配，实现了变流器的小型化，进而有助于轻量化；两组控制子系统的设置便于多个变流器模块5的集成，中间的冷却子系统8散热效果良好，整个结构易于维护。本方案适用于混合动力机车的牵引传动系统。

作为优选，一组控制子系统中变流器模块5的数量为多个，包括：整流逆变器和若干个牵引逆变器，其结构可以参照图4中的A面所示；另一组控制子系统中变流器模块5的数量为多个，包括：辅助逆变器和若干个牵引逆变器，其结构可以参照图6中的B面所示。即本方案采用主辅一体化设计，一个变流器可控制机车两架多台电机的运转，并为辅助设备提供电源，实现了功能的集成，以提变流器结构紧凑程度。其中变流器模块5的具体数量根据实际情况中电机的需要来设置。

在本实施例中，控制腔体包括与多个变流器模块5一一对应的多个变流器腔体，其结构可以参照图4和图6所示，便于装卸维护。在这里，控制腔体具体被划分为六个子腔体，以满足各类部件的安装需要。

为了进一步优化上述的技术方案，每个变流器模块5的外形相同。其结构可以参照图4和图6所示，即变流器模块5完全统型，从而具有了互换性。相应的，还可以将变流器腔体的形状设计为相同。

作为优选，控制子系统的部件还包括：接触器6、传动控制单元7和/或高压指示灯10，以与控制子系统的其他部件变流器模块5配合更好工作。

本发明实施例提供的混合动力机车牵引变流器，还包括：设置于控制腔体远离冷却腔体一侧的多个门；每个门均对应控制子系统的若干个部件，以实现针对部件功能的集成设计，便于装卸维护。其结构可以参照图2和图3所示：第一门2对应多个变流器模块5；第二门3对应传动控制单元7和高压指示灯10，第二门3还有观察窗，用于观察高压指示灯10状态；第三门4对应变流器模块5和接触器6。

本发明实施例提供的混合动力机车牵引变流器，还包括：设置于控制腔体靠近冷却腔体一侧的连接器9，其结构可以参照图5和图7所示，该连接器9用于控制子系统的控制电源、辅助电源、控车信号、外部传感器信号和/或网络信号的连接，通过连接器9连接可方便且迅速的安装或拆除。

进一步的，两个控制腔体及安装于其的两组控制子系统关于冷却腔体对称设置。其结构可以参照图1所示，整柜前后两面模块布局完全对称；具体的，整个模块组装水平放置于导轨，通过螺栓固定，方便安装和维护。

作为优选，冷却子系统8包括：水管和与部件对应的散热器；水管的进水口11高度低于出水口12高度。其结构可以参照图1所示，进出水口分别在变流器中间内侧的下方和顶部处，从入水口流入的冷却水通过各个散热器后，从出水口流出，同时带走热量，对变流器模块、电阻等柜内发热部件进行有效散热。

具体的，变流器模块5包括：

用于连接柴油发电机，具备三相不可控整流和逆变功能的整流逆变器，其结构可以参照图11左侧的整流逆变模块所示；

用于连接牵引电动机的牵引逆变器，如图11右侧的逆变模块所示，整流逆变器与牵引逆变器对应连接；

连接于整流逆变器和牵引逆变器之间，用于连接牵引蓄电池的斩波支路。辅助逆变器及其相应设备线路的设计与此类似。

通过设置一个具备三相不可控整流和逆变功能的整流逆变模块，当柴油发电机需要启机时，整流逆变模块可以将蓄电池提供的中间直流电直接逆变成三相交流电，驱动柴油发电机(此时柴油发电机当作电动机使用)，从而带动柴油发电机转动，达到启动的目的，且无需外部主电路变换。

此外，通过设置一个具备三相不可控整流功能的整流逆变模块，接受柴油发电机输出的三相交流电作为供电电源，同时设置多路斩波支路分别与牵引逆变器或辅助逆变器配合，接受牵引蓄电池输出的直流电作为供电电源。

进一步的，通过设置双向DC-DC斩波支路，满足牵引蓄电池的充电和放电功能。

下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

本发明公开的变流器包含8个逆变单元、2个传动控制单元、2个接触器、固定放电电阻、1套水冷系统等部件。

整柜采用模块化、集成化以及对称化结构设计，8个变流器模块完全统型，在一个变流器组装里面，集成1个整流逆变器、6个牵引逆变器、1个辅助逆变器、7路斩波通道以及支撑电容，整柜前后两面模块布局完全对称，整个模块组装水平放置于导轨，通过螺栓固定，方便安装和维护。

变流器含两组完全相同的控制子系统，机箱采用机车平台使用的60R机箱，体积小，方便安装与维护。

变流器安装冷却子系统，由水管和部件散热器组成，柜内发热部件的散热器设计在部件水冷板内，通过从柜体底部流入冷却液，通过部件散热器，再从柜体顶部出去，从而将热量带出变流器，达到散热的目的。

固定放电电阻采用模块化结构设计，电阻安装在水冷基板上，基板另一面安装水冷散热器，冷却液流过水冷散热器，电阻的热量经基板、散热器传递后，被冷却液带出变流器。

变流器具体的系统集成方案如下：

附图2、3分别为变流器A、B面的正视图，1为骨架、2为第一门、3为第二门3、4为第三门。骨架是变流器的基础结构，所有变流器的子部件和子系统均安装在变流器骨架上，骨架顶部的四个角落有吊环螺钉的安装接口，用于变流起吊和运输，骨架底部有安装接口用于变流器在车体上安装固定。第二门3有观察窗，用于观察LED高压指示灯状态。

附图4为变流器A面隐藏柜门的正视图，附图6为变流器B面隐藏柜门的正视图，其中1为骨架、5为变流器模块、6为三相接触器、7为传动控制单元、10为高压指示灯；附图5为变流器A面反面的剖视图，附图7为变流器B面反面的剖视图，9附为连接器；附图1为变流器A面右视图，8为冷却子系统。变流器模块、传动控制单元以及高压指示灯等部件对称分布在变流器A、B两面，冷却子系统8放置在变流器中间位置，进出水口分别在变流器中间内侧的下方和顶部处，从入水口流入的冷却水通过各个散热器后，从出水口流出，同时带走热量，对变流器模块、电阻等柜内发热部件进行有效散热。连接器放置在变流器中间两侧，用于变流器的控制电源、辅助电源、控车信号、外部传感器信号、网络信号的连接，通过连接器连接可方便且迅速的安装或拆除。

附图8-10为变流器的骨架图，骨架由碳钢等金属材料通过焊接的方式构成，通过骨架的梁、板等结构将变流器分割成不同的功能腔体用于变流器的子部件和子系统的安装。

本发明所述的变流器能够很好的解决下列问题，适用于混合动力机车的牵引传动系统：

基于永磁电机开发的牵引变流器，运行效率更高，更加节能；

设计集约化、模块化，通过功能集成设计、模块化设计等方式，降低生产、运用和维护的难度；

变流器结构应尽可能的紧凑，采用主辅一体化设计，一个变流器可控制机车两架共计6台电机的运转，并为辅助设备提供电源，同时承担柴油机自启机功能，最大限度节约整车上的宝贵空间；

变流器重量应尽可能的轻，使整车轴重控制在合理的范围内；

变流器应保证足够的电磁兼容性，在运行过程中对周围环境产生的电磁干扰应满足标准的要求；

本发明所述的变流器具有体积优势和重量优势，既可以适应新的市场需求又可以替代历史产品。同时变流器集成如下功能：

1.本发明可以通过一个变流器同时给两架的六个异步牵引电机以及辅助电源供电；

2.本发明可以完成柴油机自启机功能，且无需外部主电路变换；

3.本发明可以兼容柴油发电机和牵引蓄电池两种输入电源；

4.本发明可以兼容牵引蓄电池的充放电功能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种变流器，其特征在于，包括：骨架(1)、冷却子系统(8)和两组控制子系统；

所述骨架(1)设置有：

两个一一对应安装两组所述控制子系统的控制腔体；

位于两个所述控制腔体之间，安装所述冷却子系统(8)的冷却腔体；

每组所述控制子系统均包括：部件，所述部件包括：变流器模块(5)。

2.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，一组所述控制子系统中所述变流器模块(5)的数量为多个，包括：整流逆变器和若干个牵引逆变器；另一组所述控制子系统中所述变流器模块(5)的数量为多个，包括：辅助逆变器和若干个牵引逆变器。

3.根据权利要求2所述的变流器，其特征在于，所述控制腔体包括与多个所述变流器模块(5)一一对应的多个变流器腔体。

4.根据权利要求2所述的变流器，其特征在于，每个所述变流器模块(5)的外形相同。

5.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述部件还包括：接触器(6)、传动控制单元(7)和/或高压指示灯(10)。

6.根据权利要求5所述的变流器，其特征在于，还包括：设置于所述控制腔体远离所述冷却腔体一侧的多个门；每个门均对应所述控制子系统的若干个所述部件。

7.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，还包括：设置于所述控制腔体靠近所述冷却腔体一侧的连接器(9)，所述连接器(9)用于所述控制子系统的控制电源、辅助电源、控车信号、外部传感器信号和/或网络信号的连接。

8.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述冷却子系统(8)包括：水管和与所述部件对应的散热器；所述水管的进水口(11)高度低于出水口(12)高度。

9.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述变流器模块(5)包括：

用于连接柴油发电机，具备三相不可控整流和逆变功能的整流逆变器；

用于连接牵引电动机的牵引逆变器；

连接于所述整流逆变器和所述牵引逆变器之间，用于连接牵引蓄电池的斩波支路。

10.一种混合动力机车的牵引传动系统，包括变流器，其特征在于，所述变流器为如权利要求1-9任意一项所述的变流器。

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