CN113659849B - 辅助变流装置及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种辅助变流装置及轨道车辆。所述辅助变流装置包括：箱体，所述箱体内部具有沿箱体长度方向竖直设置的逆变器隔板、充电机隔板，将箱体分割成逆变器腔室、中间腔室和充电机腔室；所述中间腔室内设有散热风机和变压器，所述逆变器腔室的上方设有逆变器模块，所述充电机腔室的上方设有充电机模块，所述逆变器模块与所述充电机模块相对设置在所述散热风机的两侧，所述散热风机用以向所述逆变器模块和所述充电机模块输送强迫风实现散热。本发明结构紧凑、集成度高，按功能及电压等级划分为三个腔室，每个腔室内模块化设计，有效提升了组装效率；采用强迫风冷散热结构，其散热风道较短、进风均匀，极大提高散热效果及安全性、稳定性。

Description

辅助变流装置及轨道车辆

技术领域

本发明属于轨道车辆变流装置技术领域，尤其涉及一种辅助变流装置及其控制方法、机车。

背景技术

现有地铁辅助变流装置按冷却方式主要分为自然冷却类和强迫风冷类，自然冷却类变器模块热管体积巨大，需三人以上合作才能拆卸安装，具有施工安全隐患；强迫风冷逆变器相对于自然冷却类型来说，重量体积相对较小，因而得到广泛的应用。现有的强迫风冷的辅助变流器产品中，多存在以下缺点：

1、风道设计不合理，箱体内风道不易清理且风道较长，风阻较大，及容易造成箱体内各模块、器件散热效果变差，进而影响其寿命其可靠性；

2、箱体内各器件布置不合理，导致占用空间大，箱体高度较高，且体积及重量大，不利于辅助变流装置在列车底部的安装及拆卸，同时箱体重心与几何重心相差较远，严重影响箱体稳定性；

3、箱体内安装有功率模块、变压器、电抗器、控制模块等多种电器元部件，以及用于各种电子元件连接的母排和线缆等，其拆卸维修线路繁复，使得维修成本高，且拆卸维护需进入车底作业，不利于维修工作的进行；

因此亟需设计一种辅助变流装置以解决上述技术问题。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种辅助变流装置及轨道车辆。该装置具有高集成化的优点，其按功能及电压等级划分为三个腔室，每个腔室内模块化设计，对箱体内部器件进行合理布局，极大降低箱体高度以及体积、重量，有效提升了组装效率，提高了安全性及稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种辅助变流装置，包括：箱体，所述箱体内部具有沿箱体长度方向竖直设置的逆变器隔板、充电机隔板，将箱体分割成逆变器腔室、中间腔室和充电机腔室；所述中间腔室内设有散热风机和变压器，所述逆变器腔室的上方设有逆变器模块，所述充电机腔室的上方设有充电机模块，所述逆变器模块与所述充电机模块相对设置在所述散热风机的两侧，所述散热风机用以向所述逆变器模块和所述充电机模块输送强迫风实现散热。

本技术方案采用强迫风冷散热结构，按功能及电压等级将箱体划分为逆变器腔室、中间腔室和充电机腔室三个腔室，每个腔室内模块化设计，对箱体内各器件进行合理布局，有效提升组装效率；同时采用变压器位于中间，充电机模块及逆变器模块两边对称设计，使箱体重心与箱体几何中心基本一致，在安装到车体下方时，各安装梁受力均匀，极大提高了安全性能。

在其中一些实施例中，所述逆变器模块和充电机模块均设有散热器和进风风道，所述变压器设有出风风道，所述散热器的散热翅片置于进风风道内，所述进风风道位于所述箱体的上部，所述进风风道与散热风机、出风风道连通形成散热风道。

所述散热风机上方的风道隔板与两侧的进风风道的底壁之间设有挡水台，用以阻止水流从进风风道进入散热风机；挡水台的下方设有单向漏水组件，用以排出挡水台处的积水。

本技术方案中整体散热风道位于箱体上方，散热风机为箱体输送大量空气经过充电机模块和逆变器模块的进风风道进风，后经变压器的出风风道出风，空气流向近似直进直出的方式，使风道距离最短，且进风均匀，极大的降低了风阻，间接提高风机的散热性能、降低噪音。

在其中一些实施例中，所述散热器的基板上设有滑动组件，所述逆变器腔室与充电机腔室内设有供所述滑动组件滑动的滑道，所述滑道沿所述箱体的长度方向延伸。

本技术方案通过滑动组件与滑道配合具有良好的定位功能，使逆变器模块和充电机模块能够快速、准确的安装拆卸，有效缩短生成周期。

在其中一些实施例中，所述滑动组件包括支撑板和滑轮，所述支撑板具有连接部和安装部，所述连接部连接于所述散热器的基板，所述安装部由所述连接部朝向所述进风风道方向折弯伸出，所述滑轮安装于安装部的内侧。

本技术方案通过滑轮与滑道配合，可在车体两侧对逆变器模块和充电机模块进行安装或拆卸维修，无需进入车体，省时省力。

在其中一些实施例中，所述中间腔室还设置有直流电抗器和充电机电抗器，所述直流电抗器、充电机电抗器位于所述散热风机远离变压器的一侧，且所述直流电抗器靠近所述逆变器隔板，所述充电机电抗器靠近所述充电机隔板。

在其中一些实施例中，所述充电机腔室还设置有充电机端子排、三相滤波电容和三相输出单元，所述充电机模块、充电机端子排、三相滤波电容和三相输出单元沿所述箱体的宽度方向依次排列。

在其中一些实施例中，所述逆变器腔室内还设置有沿所述箱体的宽度方向依次排列的预充电单元、支撑电容以及控制器，所述控制器位于所述逆变器模块的下方，所述支撑电容通过电容母排连接于所述逆变器模块的一侧面。

本技术方案对逆变器采用分体式模块设计，将支撑电容拆分放置于逆变器模块的侧面，并通过电容母排相连接，从而达到降低箱体高度的目的，进而降低变流装置的重量及体积，降低箱体成本。

在其中一些实施例中，所述逆变器腔室内还设置有应急启动电源和网压测量单元，所述应急启动电源设置在所述逆变器腔室的侧壁上，所述网压测量单元安装于所述逆变器隔板上。

本技术方案通过设置应急启动电源可在检测到高压及蓄电池欠压后自动启动，输出电压为充电机模块及逆变器模块提供控制电，保证其能够正常工作。

在其中一些实施例中，所述逆变器腔室和充电机腔室均设有进风口，所述中间腔室设有出风口，且所述进风口处设有过滤器，对进入进风通道内的风进行过滤。

本发明还提供一种轨道车辆，所述轨道车辆安装有上述任一项技术方案所述的辅助变流装置，所述辅助变流装置的宽度方向为所述轨道车辆的车体中心线方向。

附图说明

图1为本发明实施例辅助变流装置外部结构示意图；

图2为本发明实施例辅助变流装置内部结构示意图；

图3为本发明实施例辅助变流装置中间腔室与散热风道的结构示意图；

图4为本发明实施例辅助变流装置逆变器腔室示意图；

图5为本发明实施例辅助变流装置充电机腔室示意图；

图6为本发明实施例辅助变流装置逆变器模块与支撑电容结构示意图；

图7为本发明实施例辅助变流装置滑道与滑动组件的结构示意图；

图8为本发明实施例辅助变流装置滑动组件爆炸图；

图9为本发明实施例辅助变流装置逆变器模块的爆炸图；

图10为本发明实施例辅助变流装置散热器组件的结构示意图1；

图11为本发明实施例辅助变流装置散热器组件的结构示意图2；

图12为本发明实施例辅助变流装置驱动板组件的结构示意图；

图13为本发明实施例辅助变流装置驱动板安装架的结构示意图；

图14为本发明实施例辅助变流装置散热风道内空气及水流流向示意图。

其中：辅助变流装置100；箱体10；逆变器隔板20；充电机隔板30；逆变器腔室1；逆变器模块11；风道组件111；基座1111；侧加强板1112；散热器组件112；IGBT单元1121；平衡电阻1122；安装架1123；绝缘支撑件1124；温度开关1125；叠层母排1126；驱动板组件113；IGBT驱动单元1131；驱动板1132；绝缘隔离柱1133；屏蔽板1134；第一绝缘板1135；第二绝缘板1136；光纤连接器1137；安装螺栓1138；螺母1139；控制器12；支撑电容13；预充电单元14；电容母排15；应急启动电源16；网压测量单元17；中间腔室2；散热风机21；风道隔板211；挡水台212；单向漏水组件213；变压器22；直流电抗器23；充电机电抗器24；充电机腔室3；充电机模块31；充电机端子排32；三相滤波电容33；三相输出单元34；散热器4；散热翅片41；基板42；进风风道5；滑动组件6；滑轮61；支撑板62；连接部621；安装部622；螺栓63；支撑座64；滑道7；检修门8；进风口81；过滤器82；出风口9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图1、图2，本发明提供了一种辅助变流装置100，辅助变流装置100包括箱体10，箱体10内部具有沿箱体10长度方向竖直设置的逆变器隔板20、充电机隔板30，将箱体10分割成逆变器腔室1、中间腔室2和充电机腔室3；中间腔室2内设有散热风机21和变压器22，逆变器腔室1的上方设有逆变器模块11，充电机腔室3的上方设有充电机模块31，逆变器模块11与充电机模块31相对设置在散热风机21的两侧，散热风机21用以向逆变器模块11和充电机模块31输送强迫风实现散热。

本实施例提供的辅助变流装置100采用强迫风冷散热结构，按功能及电压等级将箱体10划分为逆变器腔室1、中间腔室2和充电机腔室3三个腔室，每个腔室内模块化设计，实现高度集成化，并对各腔室内各器件进行合理布局，有效提升组装效率，便于辅助变流装置100内各器件的安装拆卸；同时其采用变压器22位于中间，充电机模块31及逆变器模块11两边对称设计的结构，使箱体10重心与箱体10几何中心基本一致，在安装到车体下方时，各安装梁受力均匀，极大提高了安全性能。

进一步的，参考图3,中间腔室2还设置有直流电抗器23和充电机电抗器24，直流电抗器23和充电机电抗器24位于散热风机21远离变压器22的一侧，且直流电抗器23靠近逆变器隔板20，充电机电抗器24靠近充电机隔板30；逆变器模块11和充电机模块31均设有散热器4和进风风道5，变压器22设有出风风道，散热器4的散热翅片41置于进风风道5内，且进风风道5位于箱体10的上部，进风风道5与散热风机21、出风风道连通形成散热风道。

具体地说，继续参考图3，本实施例中，进风风道5与散热风机21、出风风道连通形成散热风道，整体散热风道位于箱体10上方，散热风道内空气流向如箭头所示，散热风机21为箱体10输送大量空气经过充电机模块31和逆变器模块11的进风风道5进风，后经变压器22的出风风道出风，空气流向近似直进直出的方式，使风道距离最短，且进风均匀，极大的降低了风阻，间接提高风机的散热性能、降低噪音。同时，本实施例中，进风风道5均为逆变器模块11与充电机模块31自身集成，因此箱体10中无需单独设计风道，从而简化箱体10设计难度；同时逆变器模块11与充电机模块31集成的进风风道5，可将其拆卸下来进行清理，方便快捷。

进一步的，参考图14，散热风机21上方的风道隔板211与两侧的进风风道5的底壁之间设有挡水台212，用以阻止水流从进风风道5进入散热风机21；挡水台212的下方设有单向漏水组件213，用以排出挡水台212处的积水。该结构能有效阻止水流从进风风道5向箱体10中心进入散热风机21，增加散热风机21的转动阻力，进而增大了散热风机21功耗，降低散热性能。且单向漏水组件213能够及时将挡水台212处的水流排出散热风道，避免积水。

参考图9，逆变器模块11包括由下至上排布的设有进风风道5的风道组件111、设有散热器4的散热器组件112和驱动板组件113。

风道组件111包括基座1111，基座1111上设有贯穿其前后两侧的进风风道5，散热器4的散热翅片41位于进风风道5内且基座1111顶部的左右两侧设有侧加强板1112。侧加强板1112结合基座1111与散热器4相连接，包裹住散热翅片41，确保空气流入进风风道5、进入翅片间隙完成散热。

散热器组件112包括散热器4、IGBT单元1121、叠层母排1126、平衡电阻1122、安装架1123、绝缘支撑件1124和温度开关1125，IGBT单元1121、温度开关1125和安装架1123根据功率器件的发热功率以及安装需求按一定的次序直接安装于散热器4的基板42上，叠层母排1126直接安装于IGBT单元1121上，且两者电性连接；叠层母排1126的UVW三相输出侧引脚安装于绝缘支撑件1124上，叠层母排1126中部区域设置多处驱动线孔，平衡电阻1122按功能需求安装到叠层母排1126相对应的引脚上。

驱动板组件113包括IGBT驱动单元1131，IGBT驱动单元1131通过绝缘隔离柱1133安装于屏蔽板1134上，屏蔽板1134为钣金折弯件，两侧折弯边设置扎线孔，用于驱动板组件113线缆布置。为了保证IGBT驱动单元1131中驱动板1132的绝缘要求，本实施例对驱动板1132采用双层绝缘安装，参考图13，第一绝缘板1135与第二绝缘板1136通过安装螺栓1138与螺母1139实现驱动板的安装，第一绝缘板1135与第二绝缘板1136的配合，再加上屏蔽板1134的电磁屏蔽效果、可缩短IGBT驱动单元1131与叠层母排1126高度方向上的距离，从而缩减整体高度尺寸，实现模块的高集成化。进一步的，屏蔽板1134上还设有光纤连接器1137，该器件使得IGBT驱动单元1131采用光信号传输信息，进一步提高信息传输速度以及信息传输稳定性，其抗干扰能力强。

进一步的，参考图7，在其他一些实施例中，充电机模块31与逆变器模块11的散热器4的基板42上设有滑动组件6，逆变器腔室1与充电机腔室3内设有供滑动组件6滑动的滑道7，且滑道7沿所述箱体10的长度方向延伸。具体的，参考图8，滑动组件6包括支撑板62和滑轮61，支撑板62具有连接部621和安装部622，连接部621连接于散热器4的基板42，安装部622由连接部621朝向进风风道5方向折弯伸出，滑轮61安装于安装部622的内侧。本实施例中，支撑板62为钣金折弯件，滑轮61通过螺栓63与支撑座64连接于安装部622的内侧，支撑座64固设于支撑板62内侧，支撑座64含有内螺纹，滑轮61通用螺栓63紧固于支撑座64上。

本实施例提供的辅助变流装置100，逆变器模块11通过滑道7与滑轮61配合滑入并对接到逆变器隔板20，逆变器模块11与逆变器隔板20间设置EPDM密封条。同样地，充电机模块31通过模块滑道7滑入并对接到充电机隔板30，充电机模块31与充电机隔板30间设置EPDM密封条。通过滑动组件6与滑道7配合具有良好的定位功能，使逆变器模块11和充电机模块31能够快速、准确的安装拆卸，有效缩短生成周期；进一步的，滑道7沿所述箱体10的长度方向延伸其与滑轮61配合，可在车体两侧对逆变器模块11和充电机模块31进行安装或拆卸维修，无需进入车体，省时省力。

进一步的，参考图5，充电机腔室3还设置有充电机端子排32、三相滤波电容33和三相输出单元34，充电机模块31、充电机端子排32、三相滤波电容33和三相输出单元34沿箱体10的宽度方向依次排列；三相输出单元34主要由三相接触器、磁环、电容盒组成。

逆变器腔室1内进一步设置有预充电单元、支撑电容13、控制器12、应急启动电源16以及网压测量单元17。参考图4，预充电单元、支撑电容13以及控制器12沿箱体10的宽度方向依次排列在逆变器腔室1的底板上，控制器12位于逆变器模块11的下方，对逆变器腔室1内的空间进行有效使用。支撑电容13通过电容母排15连接于逆变器模块11的一侧面，该结构与传统逆变器相比，其将支撑电容13拆分放置于逆变器模块11的侧面，并通过电容母排15相连接，从而达到降低箱体10高度的目的，进而降低变流装置的重量及体积，降低箱体10成本。辅助变流装置100安装在列车的车底，大大降低箱体10高度可方便对其进行安装拆卸，同时适用于较小车底空间的轨道车辆。应急启动电源16设于逆变器腔室靠近预充电单元的长度方向上的侧壁上，应急启动电源16可在检测到高压及蓄电池欠压后自动启动，输出电压为充电机模块31及逆变器模块11提供控制电，保证其能够正常工作。网压测量单元17，安装于逆变器隔板20上，网压测量单元17用于测量供电网压，对其时刻测量监控，提高工作稳定性。

进一步的，逆变器腔室1和充电机腔室3均设有进风口81，中间腔室2设有出风口9，且所述进风口81处设有过滤器82，对进入进风通道内的风进行过滤。具体的，参考图1，逆变器腔室1和充电机腔室3的外侧壁上均设有检修门8，用于检修以及拆装逆变器腔室1和充电机腔室3内的各器件模块。进风口81设于检修门8的门板上，且进风口81处设有过滤器82，以对进入进风风道5的空气进行过滤；中间腔室2靠近变压器22的外侧壁上设有出风口9，且出风口9处设有滤网。本实施例提供的辅助变流器采用强迫风冷散热结构，外部空气经过进风口81处的过滤器82由散热风机21强迫吸入，分别进入充电机模块31内部的进风风道5、逆变器模块11的内部进风风道5后，再由散热风机21经过变压器22内部的出风风道后，最后从出风口9排出，出风口9处设置滤网，避免外部杂质进入风道造成变压器22的损坏。

本发明还提供一种轨道车辆，轨道车辆安装有上述任一项技术方案所述的辅助变流装置100，辅助变流装置100的宽度方向为轨道车辆的车体中心线方向，轨道车辆安装有上述的辅助变流装置100，因此也具有上述所有技术效果，在此不再进行赘述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种辅助变流装置，其特征在于，包括：箱体，所述箱体内部具有沿箱体长度方向竖直设置的逆变器隔板、充电机隔板，将箱体分割成逆变器腔室、中间腔室和充电机腔室；所述中间腔室内设有散热风机和变压器，所述逆变器腔室的上方设有逆变器模块，所述充电机腔室的上方设有充电机模块，所述逆变器模块与所述充电机模块相对设置在所述散热风机的两侧，所述散热风机用以向所述逆变器模块和所述充电机模块输送强迫风实现散热；

所述逆变器模块和充电机模块均设有散热器和进风风道，所述变压器设有出风风道，所述散热器的散热翅片置于进风风道内，所述进风风道位于所述箱体的上部，所述进风风道与散热风机、出风风道连通形成散热风道；

所述散热风机上方的风道隔板与两侧的进风风道的底壁之间设有挡水台，用以阻止水流从进风风道进入散热风机；挡水台的下方设有单向漏水组件，用以排出挡水台处的积水。

2.如权利要求1所述的辅助变流装置，其特征在于，所述散热器的基板上设有滑动组件，所述逆变器腔室与充电机腔室内设有供所述滑动组件滑动的滑道，所述滑道沿所述箱体的长度方向延伸。

3.如权利要求2所述的辅助变流装置，其特征在于，所述滑动组件包括滑轮和支撑板，所述支撑板具有连接部和安装部，所述连接部连接于所述散热器的基板，所述安装部由所述连接部朝向所述进风风道方向折弯伸出，所述滑轮安装于安装部的内侧。

4.如权利要求1所述的辅助变流装置，其特征在于，所述中间腔室还设置有直流电抗器和充电机电抗器，所述直流电抗器、充电机电抗器位于所述散热风机远离变压器的一侧，且所述直流电抗器靠近所述逆变器隔板，所述充电机电抗器靠近所述充电机隔板。

5.如权利要求1所述的辅助变流装置，其特征在于，所述充电机腔室还设置有充电机端子排、三相滤波电容和三相输出单元，所述充电机模块、充电机端子排、三相滤波电容和三相输出单元沿所述箱体的宽度方向依次排列。

6.如权利要求1所述的辅助变流装置，其特征在于，所述逆变器腔室内还设置有沿所述箱体的宽度方向依次排列的预充电单元、支撑电容以及控制器，所述控制器位于所述逆变器模块的下方，所述支撑电容通过电容母排连接于所述逆变器模块的一侧面。

7.如权利要求4所述的辅助变流装置，其特征在于，所述逆变器腔室内还设置有应急启动电源和网压测量单元，所述应急启动电源设置在所述逆变器腔室的侧壁上，所述网压测量单元安装于所述逆变器隔板上。

8.如权利要求1所述的辅助变流装置，其特征在于，所述逆变器腔室和充电机腔室均设有进风口，所述中间腔室设有出风口，且所述进风口处设有过滤器。

9.一种轨道车辆，其特征在于，所述轨道车辆安装有权利要求1～8任一项所述的辅助变流装置，所述辅助变流装置的宽度方向为所述轨道车辆的车体中心线方向。