CN113381583A - 一种牵引变流装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种牵引变流装置，在箱体内风机的两侧分别设置发热部件变流模块和电抗器，并且在距离变流模块近的箱体侧壁上设置冷却风道入口，在距离电抗器近的箱体侧壁上设置冷却风道出口，使得冷却空气从冷却风道入口进入，依次流经变流模块、风机和电抗器后从冷却风道出口流出；其中，冷却空气的流向与安装该牵引变流装置的车辆的运行方向垂直。由于本申请采用流向与车辆运行方向垂直的冷却空气代替走行风对牵引变流装置进行散热，因此解决了受限于车速导致不能满足牵引变流装置的散热需求的问题。同时，还充分利用车辆宽度方向的空间，而减少对车辆长度方向空间的占用。

Description

一种牵引变流装置

技术领域

本申请属于变流技术领域，尤其涉及一种牵引变流装置。

背景技术

现有的牵引变流装置采用走行风冷却方式进行冷却。由于走行风冷却方式的散热效率受限于车速，在车速不能达到预设车速时不能满足牵引变流装置的散热需求。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种牵引变流装置，用于解决现有技术中走行风冷却方式不能满足牵引变流装置的散热需求的问题。

技术方案如下：

本申请提供一种牵引变流装置，包括：

箱体；

设置于箱体内的变流模块、电抗器和风机，所述变流模块和所述电抗器分别设置于所述风机两侧；

设置在箱体第一侧壁上的冷却风道入口以及设置在箱体第二侧壁上的冷却风道出口，所述第一侧壁距离所述变流模块的距离小于所述第一侧壁距离所述电抗器的距离，所述第二侧壁距离所述变流模块的距离大于所述第二侧壁距离所述电抗器的距离，使得所述冷却空气从冷却风道入口进入，依次流经所述变流模块、风机和所述电抗器后从所述冷却风道出口流出；其中，所述冷却空气的流向与安装该牵引变流装置的车辆的运行方向垂直。

优选地，还包括：

设置在所述冷却风道入口与所述变流模块顶部的冷却风道之间的导风板，所述导风板向远离地面的方向倾斜。

优选地，所述冷却风道入口为可拆卸门结构。

优选地，还包括：

导向结构，用于在将所述可拆卸门结构从所述箱体上拆卸后，将所述变流模块沿着所述导向结构的导向从箱体内移出。

优选地，所述变流模块包括：

与所述电抗器的第一端连接的支撑电容，通过所述电抗器和所述支撑电容对电源输入端的直流电流进行滤波；

与所述支撑电容连接的斩波单元，与所述斩波单元的控制端连接的控制单元，与所述斩波单元的输出端连接的斩波电流检测单元，通过所述控制单元控制所述斩波单元工作，利用所述斩波单元释放电路中的能量，通过所述斩波电流检测单元测量输出给制动电阻的电流值并将测量到的电流值发送至所述控制单元，以通过所述控制单元判断斩波输出是否正常；

与所述控制单元连接的逆变单元，与所述逆变单元的输出端连接的交流电流检测单元，通过所述控制单元控制所述逆变单元工作，利用所述逆变单元将电源输入端的直流电逆变为交流电，通过所述交流电流检测单元测量输出给牵引电机的电流值并将测量到的电流值发送至所述控制单元，以通过所述控制单元判断交流输出是否正常。

优选地，所述牵引变流装置还包括：

分别与电源输入端连接的直流电流检测单元和直流电压检测单元，通过所述直流电流检测单元测量所述电源输入端的电流值，通过所述直流电压检测单元测量所述电源输入端的电压值；

一端与所述电源输入端连接，另一端与所述电抗器连接的预充电单元，所述预充电单元的控制端与所述控制单元连接，通过所述控制单元控制所述预充电单元工作，以为所述支撑电容充电；

与所述支撑电容连接的中间电压检测单元，通过所述中间电压检测单元测量所述支撑电容两端的电压值。

优选地，所述变流模块、所述风机和所述电抗器设置在所述箱体的第一腔室内，所述直流电流检测单元、直流电压检测单元、中间电压检测单元和预充电单元设置在所述箱体的第二腔室内，所述第一腔室和所述第二腔室不同。

优选地，还包括：

设置在所述箱体第一侧的交流输出接线端，以及设置在所述箱体第二侧的控制信号接线端、斩波输出接线端、直流电源输入接线端；其中，全部接线端上的接线方向均与所述车辆的运行方向平行。

优选地，还包括：

设置在所述冷却风道入口处的过滤器。

优选地，所述箱体上设置有吊耳，通过所述吊耳将所述箱体固定于车辆的底部。

与现有技术相比，本申请提供的上述技术方案具有如下优点：

从上述技术方案可知，本申请的牵引变流装置，在箱体内风机的两侧分别设置发热部件变流模块和电抗器，并且在距离变流模块近的箱体侧壁上设置冷却风道入口，在距离电抗器近的箱体侧壁上设置冷却风道出口，使得冷却空气从冷却风道入口进入，依次流经变流模块、风机和电抗器后从冷却风道出口流出；其中，冷却空气的流向与安装该牵引变流装置的车辆的运行方向垂直。由于本申请采用流向与车辆运行方向垂直的冷却空气代替走行风对牵引变流装置进行散热，因此解决了受限于车速导致不能满足牵引变流装置的散热需求的问题。同时，还充分利用车辆宽度方向的空间，而减少对车辆长度方向空间的占用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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是本申请公开的一种牵引变流装置内功能单元的水平面布置示意图；

图2是本申请公开的一种牵引变流装置的原理示意图；

图3是本申请公开的一种牵引变流装置的三维结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请提供了一种牵引变流装置，参见图1所示，为本实施例中牵引变流装置内包括的各个功能单元的水平面布置图。

该牵引变流装置包括：

箱体101；

箱体101内设置有变流模块102、风机103和电抗器104。变流模块102和电抗器104为大功率发热部件，具有一定的体积和重量，可以将变流模块102和电抗器104设置在风机103的两侧，这样有利于牵引变流装置的整体重量均衡。

以图1所示的水平面布置图为例，将变流模块102设置在风机103的左侧，将电抗器104设置在风机103的右侧。

牵引变流装置工作过程中会产生热量，需要对牵引变流装置进行散热。

为了实现对牵引变流装置的散热，本实施例中在箱体101上开设冷却风道入口和冷却风道出口，以使得外界环境的冷却空气通过箱体101上开设的冷却风道入口进入箱体101内，并从箱体101内的风道流过后从箱体101上开设的冷却风道出口流出，实现对箱体101内的大功率发热部件产生的热量进行散热。

本实施例中冷却风道入口开设在箱体的第一侧壁上，冷却风道出口开设在箱体的第二侧壁上，其中，第一侧壁距离变流模块102的距离小于第一侧壁距离电抗器104的距离，第二侧壁距离变流模块102的距离大于第二侧壁距离电抗器104的距离。

仍然参照图1所示，在箱体101的左侧壁上开设冷却风道入口，在箱体101的右侧壁上开设冷却风道出口。如图1所示的箭头所示方向，冷却空气从冷却风道入口进入，依次流经变流模块102、风机103和电抗器104后从冷却风道出口流出，其中，冷却空气的流向与安装该牵引变流装置的车辆的运行方向垂直。

本实施例中先对发热量相对较少且对温度耐受性能差的变流模块102进行冷却后，流经风机103后再对冷却发热量较大且能耐高温的电抗器104进行冷却，实现了利用单台风机就可以满足牵引变流装置的散热需求的目的。且，正是由于冷却空气的流向与安装该牵引变流装置的车辆的运行方向垂直，因此车辆运行过程中产生的走行风不会对冷却空气产生阻力，从而不会对冷却空气的流动产生影响，避免了降低冷却空气的散热效率的问题产生。

同时，可充分利用车辆宽度方向的空间，而减少对车辆长度方向空间的占用。

通过上述技术方案，本实施例的牵引变流装置，在箱体内风机的两侧分别设置发热部件变流模块102和电抗器104，并且在距离变流模块102近的箱体侧壁上设置冷却风道入口，在距离电抗器104近的箱体侧壁上设置冷却风道出口，使得冷却空气从冷却风道入口进入，依次流经变流模块、风机和电抗器后从冷却风道出口流出；其中，冷却空气的流向与安装该牵引变流装置的车辆的运行方向垂直。由于本申请采用流向与车辆运行方向垂直的冷却空气代替走行风对牵引变流装置进行散热，因此解决了受限于车速导致不能满足牵引变流装置的散热需求的问题。同时，还充分利用车辆宽度方向的空间，而减少对车辆长度方向空间的占用。

在其他实施例中，冷却空气从冷却风道入口进入箱体101内后，从变流模块102的顶部流过，并流经风机以及电抗器后，从冷却风道出口流出。

将冷却空气的流动通道称为冷却风道，那么，在箱体101内部的冷却风道位于变流模块102的顶部。在变流模块102顶部的冷却风道与冷却风道入口之间设置导风板(图1中未示出)，且，导风板向远离地面的方向倾斜。这样，当冷却空气从冷却风道入口进入箱体后沿导风板向上流动，冷却空气中的杂质受到重力的影响将不能进入箱体内。

牵引变流装置作为车辆牵引系统的关键设备，朝着小型化、轻量化、平台化、高功率密度的技术方向发展。参见图2所示，本申请中变流模块包括：

与电抗器104的第一端连接的支撑电容，通过电抗器104和所述支撑电容对电源输入端的直流电流进行滤波。

与所述支撑电容连接的斩波单元，与所述斩波单元的控制端连接的控制单元，与所述斩波单元的输出端连接的斩波电流检测单元，通过所述控制单元控制所述斩波单元工作，利用所述斩波单元释放电路中的能量，通过所述斩波电流检测单元测量输出给制动电阻的电流值并将测量到的电流值发送至所述控制单元，以通过所述控制单元判断斩波输出是否正常。

与所述控制单元连接的逆变单元，与所述逆变单元的输出端连接的交流电流检测单元，通过所述控制单元控制所述逆变单元工作，利用所述逆变单元将电源输入端的直流电逆变为交流电，通过所述交流电流检测单元测量输出给牵引电机的电流值并将测量到的电流值发送至所述控制单元，以通过所述控制单元判断交流输出是否正常。

分别与电源输入端连接的直流电流检测单元和直流电压检测单元，通过所述直流电流检测单元测量所述电源输入端的电流值，通过所述直流电压检测单元测量所述电源输入端的电压值。

一端与所述电源输入端连接，另一端与所述电抗器连接的预充电单元，所述预充电单元的控制端与所述控制单元连接，通过所述控制单元控制所述预充电单元工作，以为所述支撑电容充电。

与所述支撑电容连接的中间电压检测单元，通过所述中间电压检测单元测量所述支撑电容两端的电压值。

本实施例中，将逆变单元、斩波单元、交流输出电流检测单元、斩波输出电流检测单元、控制单元集成于变流模块中，减少了牵引变流装置内部器件之间的布线空间要求和布线难度，有利于实现牵引变流装置的小型化、轻量化。

下面详细介绍牵引变流装置内包括的各个器件。

直流电流检测单元，用于测量电源输入端的电流值。

直流电压检测单元，用于测量电源输入端的电压值。预充电单元利用开关器件形成预充电电路，当牵引变流装置开始工作时，控制单元向预充电单元发送启动命令以控制预充电单元为支撑电容充电，使得支撑电容两端电压缓慢上升，限制了启动电流对支撑电容的冲击。其中，开关器件可以为接触器、可控半导体等。

当支撑电容充电完成后，控制单元向预充电单元发送停止命令以控制预充电单元停止为支撑电容充电，完成充电。

牵引变流装置工作过程中，预充电单元还会向控制单元实时反馈状态信号，控制单元接收到预充电单元反馈的状态信息后可以判断该预充电单元是否正常，进而在判断该预充电单元不正常时可以提示对预充电单元进行维修。

电抗器作为滤波器件，用于对电源输入端的直流电流进行滤波，减小电源输入端的电流波动。

支撑电容作为滤波器件，用于对电源输入端的直流电流进行滤波，减小电源输入端的电压波动。

中间电压检测单元，用于测量支撑电容两端的电压值。

逆变单元，用于将牵引变流装置输入的直流电逆变成频率、幅值可调的三相交流电，并驱动一台或多台牵引电机工作。其中，逆变单元可以采用三相桥式逆变电路。

斩波单元采用开关器件，用于当中间电压过高时，接通一台或多台制动电阻或者过压吸收电阻，释放电路中多余的能量。其中，开关器件为可控半导体。

交流输出电流检测单元，用于测量输出给牵引电机的电流值，并将该电流值传递至控制单元，使得控制单元能够通过该电流值判断交流输出是否正常。

斩波输出电流检测单元，用于测量输出给制动电阻的电流值，并将该电流值传递至控制单元，使得控制单元能够通过该电流值判断斩波输出是否正常。

控制单元接收到来自车辆的控制信号，并根据控制信号控制预充电单元、逆变单元、斩波单元的工作，并分别接收预充电单元、逆变单元、斩波单元反馈的状态信号，以基于接收到的状态信号判断相应的功能单元是否正常。

控制单元还接收牵引变流装置内的各个电压检测单元、各个电流检测单元的测量值，基于测量值实现对牵引变流装置的保护。

其中，参见图1所示，所述变流模块、所述风机和所述电抗器设置在所述箱体的第一腔室内，所述直流电流检测单元、直流电压检测单元、中间电压检测单元和预充电单元设置在所述箱体的第二腔室内，所述第一腔室和所述第二腔室不同，两个腔室相互独立。第二腔室可以为高压腔室。

通过上述技术方案，本实施例中牵引变流装置包含一个变流模块，在该变流模块内集成了逆变单元、斩波单元、交流输出电流检测单元、斩波输出电流检测单元、控制单元，提高了牵引变流装置的集成度，减小了牵引变流装置的体积和重量。

同时，由于本实施例中牵引变流装置中只集成了直流电流检测单元、直流电压检测单元、预充电单元、电抗器、支撑电容、中间电压检测单元、逆变单元、斩波单元、交流输出电流检测单元、斩波输出电流检测单元和控制单元这些与变流相关的功能单元，而与高压配电和保护相关的功能单元并不集成在牵引变流装置中，如将高速断路器、熔断器等这些根据车辆的供电方式不同会发生变化的功能单元，安装于车辆牵引系统中的高压电器设备箱内。解决了由于车辆的供电方式不同导致车辆的牵引电路不同，进而导致集成了高压配电和保护相关的功能单元的牵引变流装置的通用性差的问题。

参见图3所示，为本实施例提供的牵引变流装置的结构示意图。

将设置在箱体101第一侧壁上的冷却风道入口设定为可拆卸门结构，即可以将具有冷却风道入口的这一结构与箱体101分离。

如图3所示，使用门锁方式将可拆卸门结构与箱体101固定在一起，当然还可以在可拆卸门结构的四周设置固定孔，通过螺钉方式将可拆卸门结构固定在箱体101的第一侧壁上。

在此基础上，牵引变流装置的箱体内部还设置有导向结构，其中，导向结构设置在变流模块与可拆卸门结构之间。这样，当将可拆卸门结构从箱体上拆卸下来后，变流模块可以沿着导向结构的导向从箱体内部移出，便于对变流模块的维护。

以导向结构为轨道为例，在箱体内部设置轨道，且轨道位于变流模块与可拆卸门结构之间。在变流模块的底部设置与轨道配合的卡槽，这样将可拆卸门结构从箱体上拆卸下来后，可以沿着轨道将变流模块从箱体内部移出。

在实际应用中，牵引变流装置的交流电流检测单元需要与牵引电机连接，斩波电流检测单元需要与制动电阻连接，控制单元需要与车辆的控制系统连接，直流电流检测单元需要与电源输入端连接，因此需要在牵引变流装置的箱体上分别设置交流输出接线端、控制信号接线端、斩波输出接线端和直流电源输入接线端。

其中，交流输出接线端设置在箱体第一侧上，如箱体的第三侧壁上，用于实现牵引变流装置与牵引电机的连接。

控制信号接线端、斩波输出接线端和直流电源输入接线端设置在箱体第二侧上，如箱体的第四侧壁上，其中，控制信号接线端用于实现与车辆控制系统的连接，斩波输出接线端用于实现与制动电阻的连接，直流电源输入接线端用于实现与电源输入端连接。

需要注意的是，所有接线端上的接线方向均与车辆的运行方向平行。

为了便于接线，在接线端的旁边设置可拆卸的盖板，这样在接线时可以将盖板从箱体上拆卸下来。

考虑到冷却空气中可能存在杂质，因此在冷却风道入口处设置过滤器，使得冷却空气从冷却风道入口进入箱体之前，先经过过滤器的过滤，避免了大量杂质进行箱体进而对牵引变流装置的工作造成影响。

由于牵引变流装置在工作过程中，变流模块会产生大量的热量，因此为了进一步提高散热效率可以在变流模块的顶部设置散热器，这样冷却空气通过过滤器的过滤后，从变流模块的顶部流过散热器后依次流过风机和电抗器，通过散热器进一步提高散热效率。

在实际应用中，通常将牵引变流装置固定在车辆的底部，如城市轨道交通车辆或者地铁车辆的底部。

本实施例中，在箱体的四周设置吊耳，通过吊耳将箱体固定于车辆的底部。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种牵引变流装置，其特征在于，包括：

箱体；

设置于箱体内的变流模块、电抗器和风机，所述变流模块和所述电抗器分别设置于所述风机两侧；

设置在箱体第一侧壁上的冷却风道入口以及设置在箱体第二侧壁上的冷却风道出口，所述第一侧壁距离所述变流模块的距离小于所述第一侧壁距离所述电抗器的距离，所述第二侧壁距离所述变流模块的距离大于所述第二侧壁距离所述电抗器的距离，使得所述冷却空气从冷却风道入口进入，依次流经所述变流模块、风机和所述电抗器后从所述冷却风道出口流出；其中，所述冷却空气的流向与安装该牵引变流装置的车辆的运行方向垂直。

2.根据权利要求1所述的牵引变流装置，其特征在于，还包括：

设置在所述冷却风道入口与所述变流模块顶部的冷却风道之间的导风板，所述导风板向远离地面的方向倾斜。

3.根据权利要求1或2所述的牵引变流装置，其特征在于，所述冷却风道入口为可拆卸门结构。

4.根据权利要求3所述的牵引变流装置，其特征在于，还包括：

导向结构，用于在将所述可拆卸门结构从所述箱体上拆卸后，将所述变流模块沿着所述导向结构的导向从箱体内移出。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的牵引变流装置，其特征在于，所述变流模块包括：

与所述电抗器的第一端连接的支撑电容，通过所述电抗器和所述支撑电容对电源输入端的直流电流进行滤波；

与所述支撑电容连接的斩波单元，与所述斩波单元的控制端连接的控制单元，与所述斩波单元的输出端连接的斩波电流检测单元，通过所述控制单元控制所述斩波单元工作，利用所述斩波单元释放电路中的能量，通过所述斩波电流检测单元测量输出给制动电阻的电流值并将测量到的电流值发送至所述控制单元，以通过所述控制单元判断斩波输出是否正常；

与所述控制单元连接的逆变单元，与所述逆变单元的输出端连接的交流电流检测单元，通过所述控制单元控制所述逆变单元工作，利用所述逆变单元将电源输入端的直流电逆变为交流电，通过所述交流电流检测单元测量输出给牵引电机的电流值并将测量到的电流值发送至所述控制单元，以通过所述控制单元判断交流输出是否正常。

6.根据权利要求5所述的牵引变流装置，其特征在于，所述牵引变流装置还包括：

分别与电源输入端连接的直流电流检测单元和直流电压检测单元，通过所述直流电流检测单元测量所述电源输入端的电流值，通过所述直流电压检测单元测量所述电源输入端的电压值；

一端与所述电源输入端连接，另一端与所述电抗器连接的预充电单元，所述预充电单元的控制端与所述控制单元连接，通过所述控制单元控制所述预充电单元工作，以为所述支撑电容充电；

与所述支撑电容连接的中间电压检测单元，通过所述中间电压检测单元测量所述支撑电容两端的电压值。

7.根据权利要求6所述的牵引变流装置，其特征在于，所述变流模块、所述风机和所述电抗器设置在所述箱体的第一腔室内，所述直流电流检测单元、直流电压检测单元、中间电压检测单元和预充电单元设置在所述箱体的第二腔室内，所述第一腔室和所述第二腔室不同。

8.根据权利要求6或7所述的牵引变流装置，其特征在于，还包括：

设置在所述箱体第一侧的交流输出接线端，以及设置在所述箱体第二侧的控制信号接线端、斩波输出接线端、直流电源输入接线端；其中，全部接线端上的接线方向均与所述车辆的运行方向平行。

9.根据权利要求1所述的牵引变流装置，其特征在于，还包括：

设置在所述冷却风道入口处的过滤器。

10.根据权利要求1所述的牵引变流装置，其特征在于，所述箱体上设置有吊耳，通过所述吊耳将所述箱体固定于车辆的底部。

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