CN203326858U - 一种双源制变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双源制变流器，包括柜体，所述柜体包括顶板和侧板，所述柜体分为前后两部分；所述柜体前部和后部均通过一块竖直隔板分为左右两侧，本实用新型变流器的所有高压电气接线通过母排连接，降低系统的电磁干扰和发热等问题，采用风冷系统，结构简单、安全可靠；本实用新型能满足电力机车车辆领域的特殊工作环境，方便安装维护、结构强度高、外表美观精致、内部结构紧凑，通过电池组功率等级的提升，实现不同机车装车功率的要求，在电力机车领域可以满足不同客户的需求。

Description

一种双源制变流器

技术领域

本实用新型涉及变流器,特别是一种双源制变流器。 

背景技术

内燃机车采用双动力源主要考虑的是节能、减排，减小地球上不可再生资源的消耗以及越来越多的环境问题，由于现有能量储存技术尚无法达机车牵引的要求，采用混合动力机车作为传统内燃机车和“纯”电力机车之间的过渡技术形态是目前比较理想的选择。 

毫无疑问，混合动力火车在未来的市场上会占有一席之地。虽然混合动力火车的研发费用要比传统火车高很多，但火车专家表示，前者在节能减排上的优势会很快让投资方收回成本。 

在电力机车领域，国内外机车制造业尚无采用双动力源的先例。事实上，没有一种单一的燃料能够满足我们的需求，而在铁路系统使用可再生能源时还必须对现有的基础设施进行升级。 

机车运输比公路运输的负载更重、震动更强烈，可靠性与安全性也是不可忽视的问题。 

近年来，混合型电源系统传动技术主要集中于公路车辆（如电动汽车），但研究中面临着诸如电池组重量、体积大等众多技术难题，内燃机车领域由于柴油机本身重量较大，无法再继续增加较大重量的电池组。而电力机车领域相对可用空间大、为提高粘着力需要增加机车轴重等特点，十分有利于该技术在电力牵引领域的应用，双源制变流装置在节能、减小变压器容量、无电区运行方面有明显优势，具有广阔的发展空间。 

申请号为201120256308.4的实用新型公开了一种平台化变流器装置，包括柜体、电流检测单元、DCU机箱、逆变器模块、充放电模块、功率电阻组件、斩波电阻、控制箱接线盒、整流器模块、电流传感器、电压传感器、母排、接触器模块，四个逆变器模块对称分布在柜体两侧，整流器模块安装在柜体背面左侧，DCU机箱固定在控制箱安装板上，底部通过两根横梁支撑，斩波电阻、电流检测单元通过螺栓固定在柜体安装板上，电流传感器分布在柜体底部，电压传感器安装在柜体顶部和DCU机箱上部，充放电模块和功率电阻组件布置在柜体顶部。实用新型不但能够满足内燃机车的特殊工作环境，安装维护方便、结构强度高、内部结构紧凑，且可实现机车不同功率等级的要求及不同轴式的要求，满足不同客户的装车需求。该实用新型专利是基于电力机车领域四轴、六轴通用的基础上进行设计的一种平台化变流装置。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，在申请号为201120256308.4的实用新型的基础上，提供一种双源制变流器，满足电力机车车辆领域的特殊工作环境，方便安装维护、结构强度高、外表美观精致、内部结构紧凑，通过电池组功率等级的提升，实现不同机车装车功率的要求，在电力机车领域满足不同客户的需求。 

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种双源制变流器，包括柜体，所述柜体包括顶板和侧板，所述柜体分为前后两部分；所述柜体前部和后部均通过一块竖直隔板分为左右两侧，所述竖直隔板上固定有直流母排和模块支路母排，所述柜体前部和后部的左右两侧分别设有三个腔体；在所述柜体前部，左侧顶部腔体和右侧顶部腔体的上安装板上均固定有整流器模块，左侧中部腔体的中安装板上固定有辅助逆变器模块，右侧中部腔体的中安装板上固定有DCU机箱，左侧底部腔体的下安装板上设有线路接触器、充电接触器、辅助逆变器输出端子，左侧底部腔体内还固定有谐振电抗器输入端子、输入电流传感器、输入电连接压塑件、充电电阻，右侧底部腔体的下安装板上安装有输出电连接压塑件、输出电流传感器；在所述柜体后部，左侧顶部和右侧顶部的腔体内均安装有逆变器模块，右侧中部的腔体内固定有斩波电阻，左侧中部的腔体内设有充电机，右侧底部的腔体内固定有充电接触器、输出电流传感器、输出电连接压塑件、充电电阻、充电机输出端子，左侧底部腔体内固定有线路接触器、输入电流传感器、输入电连接压塑件；所述下安装板上设有出风口；所述柜体侧面设有一个贯穿所述柜体侧面的侧腔体，所述侧腔体两端各设有一块风道板，其中一块风道板一侧的侧腔体内固定有二次谐振电容器，两块风道板之间的侧腔体内固定有冷却风机，所述冷却风机设置在所述侧腔体与所述出风口相通的位置上；所述侧腔体顶部通过风道板与所述柜体后部连通；所述柜体顶板上开设有与所述柜体后部连通的进风口；所述出风口上固定有放电电阻组件；所述柜体侧面设有重载连接器；所述柜体的两块侧板内侧固定有模块支路母排、转接母排、输出母排、输入母排。 

所述柜体前部和后部左右两侧各设有一张柜门，所述侧腔体外设有侧门。 

所述整流器模块和逆变器模块底部均设有两根支撑横梁，所述两根支撑横梁之间设有滑板。 

所述DCU机箱底部设有两根支撑横梁。 

双源制变流器通过柜体底座前后8个T型螺栓固定在机车底架的C型梁上，变流器顶部有4个M20的螺纹孔，用以安装吊环螺钉，在转运和安装时需使用专门的吊具用起重机吊运。本实用新型的双源制变流器由柜体、逆变器模块、整流器模块、DCU机箱、充电机模块、电流传感器、电压传感器、功率电阻组件、连接母排、中间直流母排、低感母排、充电接触器、短接接触器、充电电阻、放电电阻、冷却风机、二次谐振电容器等构成。变流器柜体为两面对称结构，变流器柜体主要包括框架结构、承重梁、顶板、底板、安装板、风道板、接线板、控制箱安装板、侧板等组成。 

变流器输入采用中下部的电连接压塑件连接到线路接触器，线路接触器的输出连接到整流器模块的输入端，为变流器提供动力源。 

充电机通过母排连接到中间直流母排，在电网供电或者在制动工矿下，对电池组进行充电， 电池组为变流器的另一个动力源。 

四个变流器模块分别安装在柜体正反两面的上部，变流器模块通过螺栓固定在柜体的模块安装板上，每个模块底部有滑板，在模块安装时有导向作用，并且可以提高变流器模块的抗振性。变流器模块包括2个整流器模块、2个逆变器模块，两者之间结构完全一致，在功能上可以进行互换。 

辅助变流器模块安装在柜体中部，通过螺栓固定在柜体的模块安装板上，模块底部有滑板，在模块安装时有导向作用，并且可以提高变流器模块的抗振性。 

DCU机箱通过螺栓固定在控制箱安装板上，其底部通过两根支撑横梁支撑。 

其它区域主要放置斩波电阻、充电机、电流检测单元、母排，柜体为两边对称结构。此布局结构简单、对称、包含的零部件较少，使用及维护方便。 

输出电流传感器通过螺钉安装在电连接压塑件上，最后通过螺钉固定柜体底部出线板上，检修时，直接对电流传感器进行检查、安装拆卸，以及接线。为了便于控制线的出线，在柜体的右侧板上有重载连接器，主要用于安装控制插头及MVB插头，电压传感器安装在DCU机箱左侧，并通过螺钉连接固定在侧板上。 

斩波电阻和充电机安装在柜体中部，通过螺栓固定在柜体的安装板上。 

整流器模块的输出与逆变器模块的输入通过两根直流母排及低感母排直接相连，逆变器模块的输出和交流输出母排相连，最后母排通过电缆与电连接压塑件相连，用于连接牵引电机。 

功率电阻的散热片上有两个功率电阻，功率电阻通过螺栓固定在散热片上，通过螺栓将功率电阻组件固定在风道出风口处对其冷却。 

所有需要冷却的元器件，其散热器都安置在风道内，可通过强迫风冷对其冷却。 

双源制变流器，在牵引工况下，可通过两个动力源对机车进行牵引工作；在制动工矿下，再生能量通过电网或电池组进行吸收，将制动能量进行储存，在用电高峰或者无电区，通过电池组将能量释放出来，进行正常的牵引、调度工作，既节约了能源，又改善了电网供电品质；在中间回路并联上燃料电池等储能装置，转化为新型混合动力机车，对节能环保都有重要意义。 

双动力源变流器中逆变器模块已实现模块化，集成了逆变功能和斩波功能，也很方便安装和拆卸，整流器模块也实现了模块化设计，便于维修和拆卸，可通过预留输入接口，以及预留空间，安置整流器模块，通过功率器件的选型，实现不同功率等级的装车要求。 

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型可在有电区和无电区同时进行牵引、调度的工作；变流器的所有高压电气接线通过母排连接，降低系统的电磁干扰和发热等问题，采用风冷系统，结构简单、安全可靠；本实用新型能满足电力机车车辆领域的特殊工作环境，方便安装维护、结构强度高、外表美观精致、内部结构紧凑，通过电池组功率等级的提升，实现不同机车装车功率的要求，在电力机车领域可以满足不同客户的需求。 

附图说明

图1为本实用新型一实施例柜体主视图； 

图2为本实用新型一实施例柜体后视图；

图3为本实用新型一实施例柜体内器件布置主视图；

图4为本实用新型一实施例柜体内器件布置后视图；

图5为本实用新型一实施例柜体一侧板上的母排布置图；

图6为本实用新型一实施例柜体另一侧板上的母排布置图；

图7为本实用新型一实施例母排连接示意图；

图8为本实用新型一实施例柜体内部结构主视图；

图9为本实用新型一实施例柜体内部结构后视图；

图10为本实用新型一实施例风冷系统示意图。

具体实施方式

如图1-图9所示，本实用新型一实施例包括柜体1，侧门A 2、进风口3、门A 4、门B 5、显示灯观测区6、DCU灯观测区7、重载连接器8、侧门B 9、门C 10、二次谐振电容器11、整流器模块12（共2个）、DCU机箱13、线路接触器14（共2个）、谐振电抗器输入端子15（共2个）、充电接触器16（共3个）、辅助逆变器模块17、输入电流传感器18（共4个）、输入电连接压塑件19（共8个）、充电电阻20（共6个）、辅助逆变器输出端子21（共3个）、输出电连接压塑件22（共6个）、输出电流传感器23（共4个）、放电电阻组件24（共2个）、斩波电阻25、逆变器模块26（共2个）、冷却风机47、充电机输出端子48（共2个）、中间直流母排27（共4个）、充电机28、模块支路母排49（共8个）、母排A 29、母排B 30、母排C 31、母排D 32、转接母排1A 33、转接母排1B 34、转接母排1C 35、转接母排1D 36、输出母排1A 37、输出母排1B 38、输出母排1C 39、输入母排1A 40、输入母排1B 41、输入母排1C 42、输入母排1D 43、转接母排2A 44、转接母排2B 45、转接母排2C 46、低感母排69、绝缘子组件A70（共8个）绝缘子组件B71（共2个） 

变流器柜体1， 如图8、9所示，侧板A 50、上横梁51（共2个）、侧竖梁52（共4个）、顶板53（共两个）、顶梁54（共两个）、中竖梁55（共2个）、中安装板A 56、上安装板57（共2个）、下安装板A 58、中横梁59（共8个）、接线板A 60、底架61、出风口62（共2个）、侧板B 63、中安装板B 64、下安装板B 65、接线板B 66、接触器安装板67（共2个）、支撑横梁68（共12个）、DCU支撑板72（共2个）、DCU安装板73（共2个）、风道板A74、风道板B75。

电力机车变流器柜体的结构需要保证足够的结构强度与疲劳寿命，以及振动对变流器内部器件的影响及行车安全，其结构设计时充分考虑强度要求，能够承受车辆运行中的各种振动和冲击。 

变流器柜体1是由底架61、侧竖梁52、中竖梁55、安装板56、57、58、64、65构成的12个区域，主要用于放置变流器模块、DCU机箱、辅助逆变器模块、充电机、斩波电阻等关键部件；进风口3、顶板53、侧板50、63、出风口62形成变流器风道；变流器风道内，通过风道板74、75分割出两个独立区域，用于放置冷却风机及谐振电容器；接线板60、66用于放置变流器、充电机及电池组的输入、输出端子及用于检测的电流传感器部件。 

变流器柜体1有四个柜门，用于防护外界对变流器柜内的污染，以及防止变流器模块爆炸对外部造成的伤害，主要起到防护作用；门B5开设有显示灯观测区6和DCU灯观测区7，显示灯观测区用于观测中间支撑电容及二次谐振电容的残余电量是否放完，DCU显示灯区用于观测变流器的运行状态。 

重载连接器8主要用于布置对外控制线及MVB网络线。侧门A2区内主要放置有二次谐振电容器11、侧门B9区主要放置冷却风机47，拆开固定柜门的螺钉后，可方便的对其区域内放置的器件进行维护及操作。 

两个整流器模块19、两个逆变器模块35，通过螺栓固定在柜体安装板57上，每个模块底部有两根支撑横梁支撑以及滑板导向，滑板与支撑梁之间采用螺钉连接。 

整流器模块的输出端通过模块支路母排49连接到中间直流母排18上，整流器模块的输入连接到母排29、30、31、32，再通过转接母排33、34、35、36连接到线路接触器14上，线路接触器通过电缆连接到输入电连接压塑件19上，两个整流器模块的输入端连接方式一致。 

逆变器模块的输入端通过支路母排49连接到中间直流母排18上，前后的中间直流母排通过低感母排69相连。中间直流母排通过绝缘子组件70固定在支撑横梁上，低感母排69通过绝缘子组件B71固定在顶板53上； 

整流器模块的输入端和逆变器模块的输出端都采用母排连接，为方便布线，两者在结构布局上可以进行互换，而不需要进行接线的变换，对外接口完全一致。

辅助变流器模块17通过螺栓固定在柜体安装板56上，模块底部有两根支撑横梁支撑以及滑板导向，滑板与支撑梁之间采用螺钉连接。输入端通过模块支路母排连接到中间直流母排上，输出端通过电缆连接到辅助逆变器输出端子21上。 

DCU机箱通过螺栓固定在控制箱安装板73上，其底部通过两跟支撑横梁72支撑，该支撑横梁采用不锈钢板。 

斩波电阻25通过螺栓固定在安装板64上，其输入端通过输出电缆接到逆变器模块的输出端，输出电缆穿过电流传感器连接到中间直流母排上，斩波电阻采用两路斩波模式。 

充电机28通过螺栓固定在安装板64上，其输入端通过电缆连接到中间直流母排上，输出端连接到充电机端子48上。 

线路接触器14、充电接触器16、充电电阻20通过螺栓固定在安装板67、65、58上。 

放电电阻组件24通过螺栓分别固定在前后风道出风口处，每个散热片上有两个功率电阻，功率电阻通过螺栓固定在散热片上。 

冷却风机47通过螺栓固定在出风口62上，通过抽风的方式，从顶部吸入冷却风，经过模块散热器后，将热风通过两边的出风口排出。 

二次谐振电容器11通过螺栓固定在柜体的左侧面区域内。 

变流器采用风冷系统，主要包括进风口、风道、风机、出风口。风机位于变流器的右侧下中部，从变流器顶部吸入冷却空气，给变流器的发热器件进行冷却,功率模块包含有散热器，将散热器布置在风道中，发热器件将热量通过传导方式传递给散热器，经过风的流动，将热量传递出去。功率模块按照冷却的优先等级进行布置，整流器模块和逆变器模块位于风道进风口处，斩波电阻、辅助逆变器模块、充电机位于柜体中部，其余散热功率较小的模块位于变流器的出风口处，各散热模块按照上中下的分层布置方式进行分流冷却。 

Claims (7)

1.一种双源制变流器，包括柜体，所述柜体包括顶板和侧板，其特征在于，所述柜体分为前后两部分；所述柜体前部和后部均通过一块竖直隔板分为左右两侧，所述竖直隔板上固定有直流母排和模块支路母排，所述柜体前部和后部的左右两侧分别设有三个腔体；在所述柜体前部，左侧顶部腔体和右侧顶部腔体的上安装板上均固定有整流器模块，左侧中部腔体的中安装板上固定有辅助逆变器模块，右侧中部腔体的中安装板上固定有DCU机箱，左侧底部腔体的下安装板上设有线路接触器、充电接触器、辅助逆变器输出端子，左侧底部腔体内还固定有谐振电抗器输入端子、输入电流传感器、输入电连接压塑件、充电电阻，右侧底部腔体的下安装板上安装有输出电连接压塑件、输出电流传感器；在所述柜体后部，左侧顶部和右侧顶部的腔体内均安装有逆变器模块，右侧中部的腔体内固定有斩波电阻，左侧中部的腔体内设有充电机，右侧底部的腔体内固定有充电接触器、输出电流传感器、输出电连接压塑件、充电电阻、充电机输出端子，左侧底部腔体内固定有线路接触器、输入电流传感器、输入电连接压塑件；所述下安装板上设有出风口；所述柜体侧面设有一个贯穿所述柜体侧面的侧腔体，所述侧腔体两端各设有一块风道板，其中一块风道板一侧的侧腔体内固定有二次谐振电容器，两块风道板之间的侧腔体内固定有冷却风机，所述冷却风机设置在所述侧腔体与所述出风口相通的位置上；所述侧腔体顶部通过风道板与所述柜体后部连通；所述柜体顶板上开设有与所述柜体后部连通的进风口；所述出风口上固定有放电电阻组件；所述柜体侧面设有重载连接器；所述柜体的两块侧板内侧固定有模块支路母排、转接母排、输出母排、输入母排。

2.根据权利要求1所述的双源制变流器，其特征在于，所述柜体前部和后部左右两侧各设有一张柜门，所述侧腔体外设有侧门。

3.根据权利要求2所述的双源制变流器，其特征在于，所述柜体前部的柜门上开设有显示灯观测区和DCU灯观测区。

4.根据权利要求1所述的双源制变流器，其特征在于，所述整流器模块和

逆变器模块底部均设有两根支撑横梁，所述两根支撑横梁之间设有滑板。

5.根据权利要求1所述的双源制变流器，其特征在于，所述竖直隔板上的模块支路母排通过低感母排与所述直流母排连接。

6.根据权利要求5所述的双源制变流器，其特征在于，所述低感母排、低感母排和直流母排上均设有绝缘子组件。

7.根据权利要求1所述的双源制变流器，其特征在于，所述DCU机箱底部设有两根支撑横梁。

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