RU2411626C1

RU2411626C1 - Device of power conversion

Info

Publication number: RU2411626C1
Application number: RU2009149373/07A
Authority: RU
Inventors: Хидетоси КИТАНАКА (JP); Хидетоси КИТАНАКА; Масатака ЯБУУТИ (JP); Масатака ЯБУУТИ
Original assignee: Мицубиси Электрик Корпорейшн
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2011-02-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: for power conversion device, in which switching elements are cooled using air flows caused by vehicle motion, preferable position layout is proposed for parallel connection of multiple sets, every of which consists of multiple switching elements, as well as preferable design of radiator plates, included into cooling device. Cooling device (50A) includes base (40A) of radiator plates, serving at least as plane of fixation of switching elements, and multiple radiator plates (42A) arranged on opposite plane. Radiator plates (42A) are arranged so that they are in contact with external air for heat scattering. In case circuit of power conversion is single-phase or multi-phase bridge circuit, including multiple sets of branches, every of which consists of arm of positive side (UPC, VPC) and arm of negative side (UNC, VNC), then sets of switching elements (UPC) and (UNC); (VPC) and (VNC), forming branches, corresponding to phases, are arranged in a row on base (40A) of radiator plates in direction of motion of railway car with electric drive.

EFFECT: invention provides for compactness and improvement of weight and dimension indices.

16 cl, 17 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к устройству преобразования электроэнергии, используемому для железнодорожных вагонов с электрическим приводом.The present invention relates to an electric power conversion device used for electrically driven railway cars.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Устройство преобразования электроэнергии, подлежащее установке на железнодорожном вагоне с электрическим приводом, включает в себя схему преобразователя и схему инвертора, которые преобразовывают электроэнергию, заставляя переключающий элемент, сконфигурированный с помощью IGBT (биполярного транзистора с изолированным затвором), IPM (интеллектуального силового блока) или подобного устройства, выполнять переключение.An electric power conversion device to be installed on an electrically powered railway carriage includes a converter circuit and an inverter circuit that converts electricity by forcing a switching element configured by IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), IPM (Intelligent Power Block) or the like devices, perform a switch.

Переключающие элементы, используемые в этих схемах преобразования электроэнергии, имеют потери теплопроводности, вызываемые протеканием электрического тока, а также потерями при переключении, вызываемыми действиями переключения. Таким образом, чтобы гарантировать стабильную работу переключающих элементов, тепло, производимое этими потерями, следует рассеивать в воздух так, чтобы температура переключающих элементов могла поддерживаться более низкой, чем заранее определенный уровень.The switching elements used in these electric power conversion schemes have thermal conductivity losses caused by the flow of electric current, as well as switching losses caused by switching actions. Thus, in order to guarantee the stable operation of the switching elements, the heat produced by these losses should be dissipated into the air so that the temperature of the switching elements can be kept lower than a predetermined level.

В общей конфигурации общепринятого устройства преобразования электроэнергии для железнодорожного вагона с электрическим приводом переключающие элементы размещены на охлаждающем устройстве, а охлаждающее устройство охлаждается посредством принудительного воздушного охлаждения с использованием вентилятора так, чтобы тепло, генерируемое переключающими элементами, могло рассеиваться. Однако, когда используется такой способ принудительного воздушного охлаждения, необходимо устанавливать охлаждающий вентилятор и устройство управления, и это приводит к проблеме, заключающейся в том, что устройство становится громоздким.In the general configuration of a conventional electric power conversion device for an electrically driven railway car, the switching elements are arranged on a cooling device, and the cooling device is cooled by forced air cooling using a fan so that the heat generated by the switching elements can be dissipated. However, when such a forced air cooling method is used, it is necessary to install a cooling fan and a control device, and this leads to the problem that the device becomes bulky.

Между тем с целью уменьшения габаритов и массы устройства был предложен способ, с помощью которого переключающие элементы охлаждаются с использованием воздушных потоков, вызываемых передвижением железнодорожного вагона с электрическим приводом. Способ, раскрытый в Японской выложенной патентной заявке № 2000-92819 (ссылка 1), имеет выгодные характеристики, при которых конструкция является относительно простой, эксплуатационные расходы низкими, а нагрузка на окружающую среду снижена, потому что отсутствуют помехи, вызываемые охлаждающим вентилятором.Meanwhile, in order to reduce the size and weight of the device, a method was proposed by which the switching elements are cooled using air currents caused by the movement of a railway car with an electric drive. The method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-92819 (Ref. 1) has advantageous characteristics in which the structure is relatively simple, low maintenance, and low environmental stress because there is no interference caused by the cooling fan.

Однако при сравнении способа, которым переключающие элементы охлаждаются посредством использования воздушных потоков, вызываемых передвижением железнодорожного вагона с электрическим приводом, со способом принудительного воздушного охлаждения, использующим вентилятор, где постоянно имеется в наличии некоторая величина воздушных потоков, способ охлаждения воздушным потоком от движения имеет неприемлемую характеристику, при которой имеющаяся в наличии величина воздушного потока изменяется в зависимости от скорости железнодорожного вагона с электрическим приводом, которая не является постоянной. Кроме того, важно учитывать, что расположение следует сделать таким образом, чтобы ограниченная величина вызываемых передвижением воздушных потоков, которые находятся в зонах, окружающих железнодорожный вагон с электрическим приводом, могла эффективно использоваться в процессе охлаждения переключающего элемента. Таким образом, если охлаждающее устройство не расположено так, чтобы воздушные потоки, вызываемые передвижением, использовались максимально, охлаждающее устройство необходимо увеличить, что приведет к увеличению веса.However, when comparing the method by which the switching elements are cooled by using air currents caused by the movement of an electrically driven railway carriage, with a forced air cooling method using a fan where a certain amount of air flow is constantly available, the air-flow cooling method from movement has an unacceptable characteristic at which the available value of the air flow varies depending on the speed of the railway th wagon with an electric drive, which is not constant. In addition, it is important to take into account that the arrangement should be made in such a way that the limited amount of airflow caused by movement, which are in the areas surrounding the railway car with an electric drive, can be effectively used in the cooling process of the switching element. Thus, if the cooling device is not located so that the air currents caused by movement are used to the maximum, the cooling device must be increased, which will lead to an increase in weight.

В частности, важными факторами являются следующие аспекты:In particular, the following aspects are important factors:

(1) как множество переключающих элементов, включенных в схему преобразования электроэнергии, должны быть размещены на охлаждающем устройстве?(1) how many switching elements included in the power conversion circuit should be placed on the cooling device?

(2) в случае, если сконструирована схема преобразования электроэнергии большой емкости, в которой необходимо подсоединять множество переключающих элементов параллельно, как соединенные параллельно элементы могут быть оптимально размещены на охлаждающем устройстве? и(2) if a large-capacity electric power conversion circuit is designed in which it is necessary to connect a plurality of switching elements in parallel, how can the parallel-connected elements be optimally placed on a cooling device? and

(3) какие высоты для радиаторных пластин, находящихся в контакте с наружным воздухом, и интервалы между радиаторными пластинами в охлаждающем устройстве являются хорошими?(3) what are the good heights for the radiator plates in contact with the outside air and the intervals between the radiator plates in the cooling device?

Однако в ссылке 1 ни один из аспектов (1)-(3) не учитывается. Таким образом, трудно сделать устройство преобразования электроэнергии еще более компактным и более легким.However, in reference 1, none of the aspects (1) to (3) are taken into account. Thus, it is difficult to make the electric power conversion device even more compact and lighter.

Краткое изложение существа изобретенияSummary of the invention

Задачей настоящего изобретения является создание устройства преобразования электроэнергии, в котором процесс охлаждения осуществляется с использованием воздушных потоков, вызываемых передвижением транспортного средства, которое может быть более компактным и более легким, имеющего выгодное позиционное расположение для соединения, параллельного, множества наборов, каждый из которых состоит из множества переключающих элементов, и выгодную конструкцию радиаторных пластин в охлаждающем устройстве.An object of the present invention is to provide an electric power conversion device in which a cooling process is carried out using air flows caused by the movement of a vehicle, which may be more compact and lighter, having an advantageous positional arrangement for connecting in parallel multiple sets of each of which consists of many switching elements, and an advantageous design of the radiator plates in the cooling device.

Для решения поставленной задачи устройство преобразования электроэнергии в соответствии с настоящим изобретением установлено на железнодорожном вагоне с электрическим приводом, причем устройство преобразования электроэнергии включает в себя охлаждающее устройство для охлаждения множества переключающих элементов, которые составляют схему преобразования электроэнергии. Охлаждающее устройство включает в себя основание радиаторных пластин, которое служит по меньшей мере в качестве плоскости крепления переключающих элементов, и множество радиаторных пластин, которые расположены на противоположной плоскости относительно плоскости крепления переключающих элементов, причем радиаторные пластины подвергаются воздействию наружного воздуха для рассеяния тепла. В случае если схема преобразования электроэнергии является однофазной мостовой схемой или многофазной мостовой схемой, включающей в себя множество наборов ветвей, где каждая образована с плечом положительной стороны и плечом отрицательной стороны, причем каждая включает в себя переключающие элементы, каждый из переключающих элементов, который составляет ветвь каждой из фаз, расположен в ряд на основании радиаторных пластин в направлении движения железнодорожного вагона с электрическим приводом.To solve the problem, an electric power conversion device in accordance with the present invention is installed on an electric-powered railway carriage, the electric power conversion device including a cooling device for cooling a plurality of switching elements that make up the electric power conversion circuit. The cooling device includes a base of the radiator plates, which serves at least as the attachment plane of the switching elements, and a plurality of radiator plates, which are located on the opposite plane with respect to the attachment plane of the switching elements, the radiator plates being exposed to outside air to dissipate heat. In the case where the electric power conversion circuit is a single-phase bridge circuit or a multiphase bridge circuit including a plurality of sets of branches, where each is formed with a positive side shoulder and a negative side shoulder, each including switching elements, each of the switching elements that makes up the branch of each phase, located in a row on the base of the radiator plates in the direction of movement of the railway car with electric drive.

Эффект изобретенияEffect of the invention

В устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с аспектом настоящего изобретения охлаждающее устройство конфигурировано так, что включает в себя основание радиаторных пластин, которое служит, по меньшей мере, в качестве плоскости крепления переключающих элементов, и радиаторные пластины, которые расположены на противоположной плоскости относительно плоскости крепления переключающих элементов. Радиаторные пластины расположены так, что находятся в контакте с наружным воздухом для рассеяния тепла. Наборы переключающих элементов, которые образуют ветви, соответствующие фазам, расположены в ряд на основании радиаторных пластин в направлении движения железнодорожного вагона с электрическим приводом. С таким позиционным расположением можно достигнуть выгодных результатов, при которых возможно эффективно охлаждать переключающие элементы и обеспечивать устройство преобразования электроэнергии, которое может быть еще более компактным и более легким.In the electric power conversion device in accordance with an aspect of the present invention, the cooling device is configured to include a base of radiator plates, which serves at least as a plane of attachment of the switching elements, and radiator plates that are located on an opposite plane relative to the plane of attachment of the switch elements. The radiator plates are arranged to be in contact with outside air to dissipate heat. The sets of switching elements that form the branches corresponding to the phases are arranged in a row on the base of the radiator plates in the direction of movement of an electrically driven railway carriage. With such a positional arrangement, advantageous results can be achieved in which it is possible to efficiently cool the switching elements and provide an electric power conversion device that can be even more compact and lighter.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

В дальнейшем варианты воплощения настоящего изобретения будут описаны более подробно с использованием сопровождающих чертежей, на которых:Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail using the accompanying drawings, in which:

Фиг.1 - электрическая схема устройства преобразования электроэнергии в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;Figure 1 is an electrical diagram of an electric power conversion device in accordance with a first embodiment of the present invention;

Фиг.2 - общий вид устройства преобразования электроэнергии, установленного на железнодорожном вагоне с электрическим приводом в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;FIG. 2 is a perspective view of an electric power conversion apparatus mounted on an electric powered railway carriage in accordance with a first embodiment of the present invention; FIG.

Фиг.3 - схема взаимного расположения между охлаждающим устройством преобразователя и переключающими элементами в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;Figure 3 - diagram of the relative position between the cooling device of the Converter and the switching elements in accordance with the first embodiment of the present invention;

Фиг.4 - диаграммы характеристик скорости воздушного потока, протекающего через радиаторные пластины, в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;4 is a diagram of the characteristics of the speed of air flow flowing through the radiator plates, in accordance with the first embodiment of the present invention;

Фиг.5 - пример позиционного расположения переключающих элементов, расположенных на основании радиаторных пластин, в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;5 is an example of a positional arrangement of switching elements located on the base of the radiator plates in accordance with a first embodiment of the present invention;

Фиг.6 - схема внутренней конфигурации переключающего элемента;6 is a diagram of an internal configuration of a switching element;

Фиг.7 (а, b) - диаграммы, поясняющие примеры потерь, вызываемых в блоке преобразователя и блоке инвертора, относительно скорости железнодорожного вагона с электрическим приводом в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;7 (a, b) are diagrams explaining examples of losses caused in the converter unit and the inverter unit, with respect to the speed of an electrically driven railway car in accordance with a first embodiment of the present invention;

Фиг.8 - схема охлаждающего устройства преобразователя в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;Fig. 8 is a schematic diagram of a converter cooling device in accordance with a first embodiment of the present invention;

Фиг.9 - схема охлаждающего устройства инвертора в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;9 is a diagram of an inverter cooling device in accordance with a first embodiment of the present invention;

Фиг.10 - диаграммы уровней эффективности охлаждения охлаждающего устройства преобразователя (или охлаждающего устройства инвертора) в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;10 is a diagram of cooling efficiency levels of a converter cooling device (or inverter cooling device) in accordance with a first embodiment of the present invention;

Фиг.11 - электрическая схема блока преобразователя в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения;11 is an electrical diagram of a converter unit in accordance with a second embodiment of the present invention;

Фиг.12 - пример позиционного расположения переключающих элементов, расположенных на основании радиаторных пластин, в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения;12 is an example of a positional arrangement of switching elements located on the base of the radiator plates in accordance with a second embodiment of the present invention;

Фиг.13 - электрическая схема блока преобразователя в соответствии с третьим вариантом воплощения настоящего изобретения;13 is a circuit diagram of a converter unit in accordance with a third embodiment of the present invention;

Фиг.14 - пример позиционного расположения переключающих элементов, расположенных на основании радиаторных пластин, в соответствии с третьим вариантом воплощения настоящего изобретения;Fig. 14 is an example of a positional arrangement of switching elements disposed on the base of the radiator plates in accordance with a third embodiment of the present invention;

Фиг.15 - схема части внутренней конструкции основания радиаторных пластин в соответствии с четвертым вариантом воплощения настоящего изобретения;FIG. 15 is a diagram of a portion of an internal structure of a base of radiator plates in accordance with a fourth embodiment of the present invention; FIG.

Фиг.16 - вид в разрезе по линии A-A на фиг.15;Fig.16 is a view in section along the line A-A in Fig.15;

Фиг.17 - пример позиционного расположения переключающих элементов и пример позиционного расположения тепловых труб относительно основания радиаторных пластин для блока преобразователя в соответствии с пятым вариантом воплощения настоящего изобретения.17 is an example of a positional arrangement of switching elements and an example of a positional arrangement of heat pipes relative to the base of the radiator plates for a converter unit in accordance with a fifth embodiment of the present invention.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретенияDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Ниже подробно поясняются примерные воплощения устройства преобразования электроэнергии в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на прилагаемые чертежи. Настоящее изобретение не ограничено описанными ниже примерными вариантами воплощения.Exemplary embodiments of an electric power conversion device in accordance with the present invention are explained in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the exemplary embodiments described below.

Первый вариант воплощенияThe first embodiment

На Фиг.1 схематически показано устройство преобразования электроэнергии в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения. Устройство 100 преобразования электроэнергии включает в себя блок 20 преобразователя, конденсатор 30 и блок 60 инвертора, которые образуют схему преобразования электроэнергии, а также контактор 10. Трансформатор 6 подсоединен к контактору 10, который предусмотрен на входном конце устройства 100 преобразования электроэнергии. Электродвигатель 80, который приводит в движение железнодорожный вагон с электрическим приводом, подсоединен к блоку 60 инвертора, который предусмотрен на выходном конце устройства 100 преобразования электроэнергии. В качестве электродвигателя 80 может использоваться асинхронный двигатель или синхронный двигатель.1 schematically shows an electric power conversion device in accordance with a first embodiment of the present invention. The electric power conversion device 100 includes a converter unit 20, a capacitor 30 and an inverter unit 60 that form an electric power conversion circuit, and also a contactor 10. A transformer 6 is connected to a contactor 10, which is provided at the input end of the electric power conversion device 100. An electric motor 80, which drives a railway car with an electric drive, is connected to an inverter unit 60, which is provided at the output end of the electric power conversion device 100. As the electric motor 80, an induction motor or a synchronous motor can be used.

Один конец первичной обмотки трансформатора 6 подсоединен к воздушной линии 1 электропитания через пантограф 2, тогда как другой конец подсоединен к рельсу 4, который является электрическим потенциалом Земли, через колесо 3. Электрическая мощность (обычно 20 КВ-25 КВ переменного тока), подводимая от воздушной линии 1 электропитания, подается на первичную обмотку трансформатора 6 через пантограф 2. Также электрическая мощность, генерируемая во вторичной обмотке трансформатора 6, подается в блок 20 преобразователя через контактор 10.One end of the primary winding of the transformer 6 is connected to the overhead power line 1 through the pantograph 2, while the other end is connected to the rail 4, which is the electric potential of the Earth, through the wheel 3. Electric power (usually 20 KV-25 KV AC) supplied from overhead power line 1, is supplied to the primary winding of transformer 6 through pantograph 2. Also, the electric power generated in the secondary winding of transformer 6 is supplied to converter unit 20 through contactor 10.

Между вторичной обмоткой трансформатора 6 и блоком 20 преобразователя предусмотрен контактор 10, который отключает и подключает схему электропитания. В примере, изображенном на фиг.1, показана конфигурация, в которой обе из двух входных линий переменного тока включаются и выключаются. Однако приемлемой является и другая компоновка, в которой контактор предусмотрен для одной из входных линий переменного тока.Between the secondary winding of the transformer 6 and the converter unit 20, a contactor 10 is provided which disconnects and connects the power supply circuit. In the example of FIG. 1, a configuration is shown in which both of the two input AC lines are turned on and off. However, another arrangement is acceptable in which a contactor is provided for one of the input AC lines.

Блок 20 преобразователя включает в себя части схемы (в дальнейшем упоминаемые как "ветви"), каждая из которых получена посредством подсоединения, последовательно, плеча положительной стороны, состоящего из переключающих элементов UPC и VPC (например, UPC для U-фазы) и плеча отрицательной стороны, состоящего из переключающих элементов UNC и VNC (например, UNC для U-фазы). Другими словами, в блоке 20 преобразователя сконструирована однофазная мостовая схема, имеющая два набора ветвей (соответствующих U-фазе и V-фазе соответственно). В качестве каждого из переключающих элементов UPC, VPC, UNC и VNC может использоваться элемент IGBT или элемент IPM, включающий в себя встроенный встречно-параллельный диод. Также является приемлемой другая компоновка, в которой многофазная мостовая схема сконструирована посредством использования большего количества ветвей. Такая компоновка также расценивается как включенная в сущность настоящего изобретения.The converter unit 20 includes parts of the circuit (hereinafter referred to as “branches”), each of which is obtained by connecting, in series, the positive side arm, consisting of UPC and VPC switching elements (for example, UPC for the U-phase) and the negative arm side, consisting of switching elements UNC and VNC (for example, UNC for the U-phase). In other words, a single-phase bridge circuit having two sets of branches (corresponding to the U-phase and V-phase, respectively) is constructed in the converter unit 20. As each of the UPC, VPC, UNC, and VNC switching elements, an IGBT element or an IPM element may be used, including an integrated anti-parallel diode. Another arrangement is also acceptable in which a multiphase bridge circuit is constructed by using more branches. Such an arrangement is also regarded as being included in the essence of the present invention.

Выполняя управление широтно-импульсной модуляцией (PWM) на переключающих элементах UPC, VPC, UNC и VNC, блок 20 преобразователя преобразовывает напряжение переменного тока, которое подается в него, в требуемое напряжение постоянного тока и выводит напряжение постоянного тока. Различные широко известные примеры детализированных конфигураций блока 20 преобразователя и способов управления для них являются доступными. Таким образом, их подробное пояснение будет опущено. В примере фиг.1 блок 20 преобразователя показывается в виде двухуровневой схемы преобразователя. Однако приемлемой является и другая компоновка, в которой блок 20 преобразователя сконфигурирован, например, в виде трехуровневой схемы преобразователя (широко известной). Этот пример конфигурации поясняется ниже.By performing pulse width modulation (PWM) control on the switching elements UPC, VPC, UNC, and VNC, the converter unit 20 converts the AC voltage that is supplied thereto to the desired DC voltage and outputs the DC voltage. Various well-known examples of detailed configurations of the converter unit 20 and control methods for them are available. Thus, their detailed explanation will be omitted. In the example of FIG. 1, the converter unit 20 is shown as a two-level converter circuit. However, another arrangement is acceptable in which the converter unit 20 is configured, for example, in the form of a three-level converter circuit (commonly known). This configuration example is explained below.

Конденсатор 30, который служит в качестве источника электроэнергии постоянного тока, подсоединен, параллельно, к выходному концу блока 20 преобразователя. Также блок 60 инвертора, который принимает напряжение постоянного тока от конденсатора 30 в качестве входного сигнала, преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, имеющее произвольный уровень напряжения и произвольную частоту, а выходы напряжения переменного тока подсоединены к выходному концу блока 20 преобразователя.A capacitor 30, which serves as a DC power source, is connected, in parallel, to the output end of the converter unit 20. Also, the inverter unit 60, which receives the DC voltage from the capacitor 30 as an input signal, converts the DC voltage to an AC voltage having an arbitrary voltage level and an arbitrary frequency, and the AC voltage outputs are connected to the output end of the converter unit 20.

Блок 60 инвертора включает в себя ветви, каждая из которых получена при подсоединении, последовательно, плеча положительной стороны, состоящего из переключающих элементов UPI, VPI и WPI (например, UPI для U-фазы), и плеча отрицательной стороны, состоящего из переключающих элементов UNI, VNI и WNI (например, UNI для U-фазы). Другими словами, в блоке 60 инвертора сконструирована трехфазная мостовая схема, имеющая три набора ветвей (соответствующих U-фазе, V-фазе и W-фазе соответственно). В качестве каждого из переключающих элементов UPI, VPI, WPI, UNI, VNI и WNI может использоваться элемент IGBT или элемент IPM, включающий в себя встроенный встречно-параллельный диод.The inverter unit 60 includes branches, each of which is obtained by connecting, in series, a positive side arm consisting of UPI, VPI, and WPI switching elements (e.g., UPI for the U-phase), and a negative side arm consisting of UNI switching elements , VNI and WNI (e.g., UNI for the U-phase). In other words, a three-phase bridge circuit having three sets of branches (corresponding to the U-phase, V-phase and W-phase, respectively) is constructed in the inverter block 60. As each of the UPI, VPI, WPI, UNI, VNI, and WNI switching elements, an IGBT element or an IPM element may be used, including an integrated anti-parallel diode.

Выполняя управление PWM на переключающих элементах UPI, VPI, WPI, UNI, VNI и WNI, блок 60 инвертора преобразовывает напряжение постоянного тока, которое подается на его вход, в требуемое напряжение переменного тока и выводит напряжение переменного тока. Различные широко известные примеры детализированных конфигураций блока 60 инвертора и способов управления для них являются доступными. Таким образом, их подробное пояснение будет опущено. Также в показанном на фиг.1 примере блок 60 инвертора показан в виде двухуровневой схемы преобразователя. Однако приемлемой является и другая компоновка, в которой блок 60 инвертора сконфигурирован в виде, например, трехуровневой схемы инвертора (широко известной). Этот пример конфигурации будет поясняться ниже. Также в показанном на фиг.1 примере изображена конфигурация, в которой количество ветвей равно трем (то есть соответствует трем фазам). Однако настоящее изобретение этим количеством ветвей не ограничено.Performing PWM control on the switching elements UPI, VPI, WPI, UNI, VNI and WNI, the inverter unit 60 converts the DC voltage that is supplied to its input into the required AC voltage and outputs the AC voltage. Various well-known examples of detailed configurations of the inverter unit 60 and control methods for them are available. Thus, their detailed explanation will be omitted. Also in the example shown in FIG. 1, the inverter unit 60 is shown as a two-level converter circuit. However, another arrangement is acceptable in which the inverter unit 60 is configured as, for example, a three-level inverter circuit (commonly known). This configuration example will be explained below. Also, in the example shown in FIG. 1, a configuration is shown in which the number of branches is three (i.e. corresponds to three phases). However, the present invention is not limited to this number of branches.

На фиг.1 показан пример, в котором устройство преобразования электроэнергии применяется для железнодорожного вагона с электрическим приводом, имеющего подводимую мощность переменного тока, в виде примерного варианта воплощения устройства преобразования электроэнергии в соответствии с первым вариантом воплощения. Однако точно так же возможно применять устройство преобразования электроэнергии для железнодорожного вагона с электрическим приводом, имеющего подводимую мощность постоянного тока, который часто используется для поездов метрополитена, пригородных поездов или подобных транспортных средств. В случае если устройство преобразования электроэнергии применяется для железнодорожного вагона с электрическим приводом, имеющего подводимую мощность постоянного тока, можно использовать конфигурацию, подобную показанной на фиг.1, за исключением того, что трансформатор 6 и блок 20 преобразователя могут быть опущены. Таким образом, само собой разумеется, что допустимо применять первый вариант воплощения для такого железнодорожного вагона с электрическим приводом, имеющего подводимую мощность постоянного тока.1 shows an example in which an electric power conversion device is used for an electric powered railway carriage having AC input power, as an exemplary embodiment of an electric power conversion device according to a first embodiment. However, in the same way, it is possible to use an electric power conversion device for an electrically driven railway carriage having a supplied direct current power, which is often used for subway trains, commuter trains or similar vehicles. If the electric power conversion device is used for an electric-powered railway carriage having a supplied direct current power, a configuration similar to that shown in FIG. 1 can be used, except that the transformer 6 and the converter unit 20 can be omitted. Thus, it goes without saying that it is permissible to apply the first embodiment for such an electrically driven railway car having DC power input.

На фиг.2 показан пример установки устройства преобразования электроэнергии на железнодорожном вагоне с электрическим приводом в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения. Устройство 100 преобразования электроэнергии расположено под полом кузова 9 вагона железнодорожного вагона с электрическим приводом вместе с другими электрическими устройствами 11. На нижней поверхности устройства 100 преобразования электроэнергии расположено охлаждающее устройство 50A преобразователя, включающее в себя основание 40A радиаторных пластин и множество радиаторных пластин 42A, а также охлаждающее устройство 50B инвертора, включающее в себя основание 40B радиаторных пластин и множество радиаторных пластин 42B. Радиаторные пластины 42A и радиаторные пластины 42B находятся в контакте с наружным воздухом. Когда устройство 100 преобразования электроэнергии расположено таким образом, воздушные потоки W (в дальнейшем называемые "воздушные потоки движения"), вызываемые передвижением железнодорожного вагона с электрическим приводом, проходящие в направлении, противоположном направлению движения железнодорожного вагона с электрическим приводом, текут через радиаторные пластины 42A и 42B так, что тепло, генерируемое переключающими элементами, рассеивается в воздух через радиаторные пластины 42A и 42B.Figure 2 shows an example of the installation of an electric power conversion device on an electrically driven railway carriage in accordance with a first embodiment of the present invention. An electric power conversion device 100 is located under the floor of the electric car body 9 of the railway carriage along with other electrical devices 11. On the lower surface of the electric power conversion device 100 is a converter cooling device 50A including a radiator plate base 40A and a plurality of radiator plates 42A, as well as an inverter cooling device 50B including a radiator plate base 40B and a plurality of radiator plates 42B. Radiator plates 42A and radiator plates 42B are in contact with outside air. When the electric power conversion device 100 is positioned in this manner, the air currents W (hereinafter referred to as the "air currents of motion") caused by the movement of the electrically driven railway carriage flowing in a direction opposite to the direction of movement of the electric railway carriage flow through the radiator plates 42A and 42B so that the heat generated by the switching elements is dissipated into the air through the radiator plates 42A and 42B.

На фиг.3 показан пример взаимного расположения между охлаждающим устройством 50A преобразователя и переключающими элементами UPC, UNC, VPC и VNC в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения. В следующих секциях основание 40A радиаторных пластин и радиаторные пластины 42A, включенные в охлаждающее устройство 50A преобразователя, и основание 40B радиаторных пластин и радиаторные пластины 42B, включенные в охлаждающее устройство 50B инвертора, будут просто упоминаться как основание 40 радиаторных пластин и радиаторные пластины 42, если их не требуется конкретно отличать друг от друга.Figure 3 shows an example of the mutual arrangement between the cooling device 50A of the Converter and the switching elements UPC, UNC, VPC and VNC in accordance with the first embodiment of the present invention. In the following sections, the radiator plate base 40A and the radiator plates 42A included in the converter cooling device 50A, and the radiator plate base 40B and radiator plates 42B included in the inverter cooling device 50B will simply be referred to as the radiator plate base 40 and radiator plates 42 if they do not need to be specifically distinguished from each other.

Как показано на фиг.3, переключающие элементы UPC, VPC, UNC и VNC расположены на плоскости основания 40 радиаторных пластин. Как объясняется ниже, каждый из переключающих элементов имеет прямоугольную форму и размещен так, что направление длинной стороны является перпендикулярным направлению движения железнодорожного вагона с электрическим приводом. Радиаторные пластины 42 закреплены на основании 40 радиаторных пластин с использованием воска или подобного материала. Радиаторные пластины 42 размещены с ориентацией в таких направлениях, что воздушные потоки, вызываемые передвижением железнодорожного вагона с электрическим приводом, могут проходить через радиаторные пластины 42. В качестве материала, из которого сделаны радиаторные пластины 42 и основание 40 радиаторных пластин, может использоваться алюминий.As shown in FIG. 3, the switching elements UPC, VPC, UNC and VNC are located on the plane of the base 40 of the radiator plates. As explained below, each of the switching elements is rectangular in shape and arranged so that the long-side direction is perpendicular to the direction of movement of the electrically driven railway car. Radiator plates 42 are fixed to the base 40 of the radiator plates using wax or the like. Radiator plates 42 are arranged with orientations in such directions that airflow caused by the movement of an electrically driven railway carriage can pass through radiator plates 42. Aluminum can be used as the material from which the radiator plates 42 and the base 40 of the radiator plates are made.

На фиг.4 показаны диаграммы характеристик скорости воздушного потока, протекающего через радиаторные пластины 42, в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения. На фиг.4 показано течение воздушного потока W движения, которое наблюдается, когда основание 40 радиаторных пластин и радиаторные пластины 42 видны со стороны вагона, как показано на фиг.2, и скорость воздушного потока, протекающего через радиаторные пластины 42.FIG. 4 is a diagram showing characteristics of the velocity of air flow flowing through the radiator plates 42 in accordance with a first embodiment of the present invention. Figure 4 shows the flow of air flow W movement, which is observed when the base 40 of the radiator plates and radiator plates 42 are visible from the side of the car, as shown in figure 2, and the speed of the air flow flowing through the radiator plates 42.

Как показано на фиг.4, при проведении имитационных экспериментов наблюдаются следующие характеристики: воздушный поток W движения, который втекает в радиаторные пластины 42 от предыдущей секции (левая часть чертежа) благодаря передвижению железнодорожного вагона с электрическим приводом, вытекает наружу к внешней стороне радиаторных пластин 42 (то есть в направлении от основания 40 радиаторных пластин), когда воздушный поток движется вперед к следующей секции (то есть к правой стороне чертежа); и скорость воздушного потока находится на своем максимуме в предыдущей секции и становится более низкой, когда воздушный поток движется вперед к следующей секции.As shown in figure 4, when conducting simulation experiments, the following characteristics are observed: the air flow W movement, which flows into the radiator plates 42 from the previous section (the left part of the drawing) due to the movement of the railway car with an electric drive, flows outward to the outer side of the radiator plates 42 (i.e., in the direction from the base 40 of the radiator plates) when the air flow moves forward to the next section (i.e., to the right side of the drawing); and the air flow rate is at its maximum in the previous section and becomes lower when the air flow moves forward to the next section.

Причины таких характеристик можно объяснять следующим образом: в то время как воздушный поток W движения течет через радиаторные пластины 42, воздушный поток W движения рассеивается по направлению к более низкой стороне радиаторных пластин 42, потому что более низкая часть радиаторных пластин 42 не ограничена каналом или подобным приспособлением и скорость воздушного потока постепенно становится более низкой из-за трения с поверхностями радиаторных пластин 42. Соответственно, предпочтительно располагать протяженности основания 40 радиаторных пластин и радиаторных пластин 42 в направлении движения настолько короткими, насколько это возможно.The reasons for such characteristics can be explained as follows: while the air flow W of the movement flows through the radiator plates 42, the air flow W of the movement is scattered towards the lower side of the radiator plates 42, because the lower part of the radiator plates 42 is not limited by a channel or the like device and the air flow rate gradually becomes lower due to friction with the surfaces of the radiator plates 42. Accordingly, it is preferable to arrange the length of the base 40 radiato GOVERNMENTAL plates and the fins 42 in the direction of travel as short as possible.

На фиг.5 показан пример позиционного расположения переключающих элементов, размещенных на основании 40 радиаторных пластин в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения. Фиг.6 является схематическим изображением внутренней конфигурации переключающего элемента.Figure 5 shows an example of the positional arrangement of the switching elements placed on the base 40 of the radiator plates in accordance with the first embodiment of the present invention. 6 is a schematic illustration of an internal configuration of a switching element.

Вообще говоря, переключающий элемент, сконфигурированный с помощью модуля IGBT или модуля IPM, имеет прямоугольную форму и сконфигурирован так, что включает в себя множество наборов, каждый из которых образован из большого количества микросхем IGBT, которые соединены параллельно. В результате, как показано на фиг.6, в типичном позиционном расположении микросхем 45 IGBT количество элементов, расположенных в направлении длинной стороны, оказывается больше, чем количество элементов, расположенных в направлении короткой стороны.Generally speaking, a switching element configured using an IGBT module or an IPM module is rectangular in shape and configured to include a plurality of sets, each of which is composed of a large number of IGBT chips that are connected in parallel. As a result, as shown in FIG. 6, in a typical positional arrangement of IGBT chips 45, the number of elements located in the long side direction is greater than the number of elements located in the short side direction.

Когда используются переключающие элементы, сконфигурированные так, как описано выше, размер радиаторных пластин 42 в направлении движения можно снижать до минимума, размещая каждый из переключающих элементов (например, UPC) так, чтобы его длинные стороны продолжались в направлении, перпендикулярном направлению движения, как показано на фиг.5. В результате можно поддерживать понижение скорости воздушных потоков W движения минимальным в позициях переключающих элементов на стороне выхода воздушного потока. Следовательно, можно поддерживать повышение температур переключающих элементов на стороне выхода воздушного потока минимальным.When using switching elements configured as described above, the size of the radiator plates 42 in the direction of movement can be minimized by placing each of the switching elements (e.g., UPC) so that its long sides extend in a direction perpendicular to the direction of movement, as shown figure 5. As a result, it is possible to keep the decrease in air velocity W of the movement minimum at the positions of the switching elements on the outlet side of the air flow. Therefore, it is possible to keep the temperature rise of the switching elements on the outlet side of the air flow to a minimum.

Кроме того, как показано на фиг.5, ветви, соответствующие различным фазам, расположены в ряд в том же самом направлении, что и направление движения железнодорожного вагона с электрическим приводом. Другими словами, переключающий элемент (например, UPC) в плече положительной стороны и переключающий элемент (например, UNC) в плече отрицательной стороны, которые образуют одну ветвь, расположены в ряд в том же самом направлении, что и направление движения железнодорожного вагона с электрическим приводом.In addition, as shown in FIG. 5, the branches corresponding to the various phases are arranged in a row in the same direction as the direction of movement of the electrically driven railway carriage. In other words, the switching element (e.g., UPC) in the positive side shoulder and the switching element (e.g., UNC) in the negative side shoulder, which form one branch, are arranged in a row in the same direction as the direction of movement of the electrically driven railway car .

В таком позиционном расположении количество переключающих элементов, через которые проходят воздушные потоки W движения между втеканием из предыдущей секции радиаторных пластин 42 и вытеканием в следующую секцию, всегда составляет два и снижено до минимума независимо от количества фаз в мостовой схеме в блоке 20 преобразователя или блоке 60 инвертора. Таким образом достигнут выгодный эффект, при котором возможно улучшить ситуации, когда температуры воздушных потоков W движения поднимаются из-за тепла, генерируемого переключающими элементами, размещенными на стороне входа воздушного потока, и в результате этого подъема температур температуры других переключающих элементов, размещенных на стороне выхода воздушного потока, также поднимаются.In such a positional arrangement, the number of switching elements through which air flows W move between flowing from the previous section of the radiator plates 42 and flowing into the next section is always two and reduced to a minimum regardless of the number of phases in the bridge circuit in the converter unit 20 or block 60 inverter. Thus, an advantageous effect is achieved in which it is possible to improve situations where the temperatures of the air flow W of the movement rise due to the heat generated by the switching elements located on the inlet side of the air flow, and as a result of this rise in temperature, the temperature of the other switching elements located on the output side airflows also rise.

Далее будут объясняться характеристики потерь в блоке 20 преобразователя и блоке 60 инвертора относительно скорости железнодорожного вагона с электрическим приводом со ссылкой на фиг.7а, b. Фиг.7 включает в себя диаграммы для объяснения примеров потерь, вызываемых в блоке 20 преобразователя и блоке 60 инвертора, относительно скорости железнодорожного вагона с электрическим приводом в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения. На фиг.7 показаны характеристики, соответствующие обычно используемому железнодорожному вагону с электрическим приводом, имеющему подводимую мощность переменного тока.Next, the loss characteristics in the converter unit 20 and the inverter unit 60 with respect to the speed of an electrically driven railway car will be explained with reference to FIGS. 7a, b. 7 includes diagrams for explaining examples of losses caused in the converter unit 20 and the inverter unit 60, with respect to the speed of an electrically driven railway car in accordance with a first embodiment of the present invention. 7 shows characteristics corresponding to a commonly used railway carriage with an electric drive having AC input power.

Сначала будут объясняться характеристики потерь блока 20 преобразователя. Как показано на фиг.7(a), потери в блоке 20 преобразователя имеют характеристики, при которых потери увеличиваются при увеличении скорости и достигают максимального уровня, когда скорость становится равной приблизительно 30-50% от самой высокой скорости, и потери по существу остаются на максимальном уровне до тех пор, пока скорость не достигает самой высокой скорости. Эти характеристики выводят из характеристик контроля по крутящему моменту железнодорожного вагона с электрическим приводом.First, loss characteristics of the converter unit 20 will be explained. As shown in FIG. 7 (a), the losses in the converter unit 20 have characteristics in which the losses increase with increasing speed and reach a maximum level when the speed becomes approximately 30-50% of the highest speed, and the losses essentially remain at maximum level until the speed reaches the highest speed. These characteristics are derived from the torque control characteristics of an electrically driven railway car.

Чтобы пояснить это дополнительно с использованием примера, в котором железнодорожный вагон с электрическим приводом выполняет операцию управления мощностью, контроль по постоянному крутящему моменту выполняется на электродвигателе 80 с момента времени, когда железнодорожный вагон с электрическим приводом начинает движение, до момента времени, когда скорость становится равной приблизительно 30-50% от самой высокой скорости. В результате требуемая электрическая мощность увеличивается пропорционально скорости. Следовательно, в случае если напряжение источника электроэнергии является постоянным, электрический ток в блоке 20 преобразователя увеличивается по существу пропорционально скорости. Таким образом, потери, вызываемые в блоке 20 преобразователя, имеют характеристику, при которой потери увеличиваются по существу пропорционально скорости.To further illustrate this using an example in which an electric-powered railway carriage performs a power control operation, constant torque control is performed on the electric motor 80 from the time when the electric-powered railway car begins to move until the time when the speed becomes equal approximately 30-50% of the highest speed. As a result, the required electrical power increases in proportion to speed. Therefore, if the voltage of the electric power source is constant, the electric current in the converter unit 20 increases substantially in proportion to the speed. Thus, the losses caused in the converter unit 20 have a characteristic in which the losses increase substantially in proportion to the speed.

Напротив, в диапазоне, где скорость движения железнодорожного вагона с электрическим приводом равна или выше приблизительно 30-50% от самой высокой скорости, контроль по постоянной мощности выполняется на электродвигателе 80. В результате требуемая электрическая мощность является по существу постоянной независимо от скорости. Следовательно, в случае где напряжение источника питания постоянное, электрический ток в блоке 20 преобразователя является по существу постоянным независимо от скорости движения. Таким образом, потери, вызываемые в блоке 20 преобразователя, имеют характеристику, при которой потери по существу постоянные независимо от скорости движения.In contrast, in the range where the speed of the electric-powered railway car is equal to or higher than about 30-50% of the highest speed, constant power control is performed on the electric motor 80. As a result, the required electric power is substantially constant regardless of speed. Therefore, in the case where the voltage of the power source is constant, the electric current in the converter unit 20 is substantially constant regardless of the speed of movement. Thus, the losses caused in the converter unit 20 have a characteristic in which the losses are substantially constant regardless of the speed of movement.

Далее поясняются характеристики потерь в блоке 60 инвертора. Как показано на фиг.7(b), потери в блоке 60 инвертора имеют характеристики, при которых чем ниже скорость, тем больше потери, и потери являются относительно большими до тех пор, пока скорость не становится равной приблизительно 30-50% от самой высокой скорости. Однако в диапазоне скоростей после этого потери сильно снижаются и остаются на этом уровне до тех пор, пока скорость не становится самой высокой скоростью. Эти характеристики выводят главным образом из характеристик электрического тока в электродвигателе и характеристик частоты переключений блока 60 инвертора.The following describes the characteristics of the losses in block 60 of the inverter. As shown in FIG. 7 (b), the losses in the inverter unit 60 have characteristics in which the lower the speed, the greater the losses, and the losses are relatively large until the speed becomes approximately 30-50% of the highest speed. However, in the speed range after this, the losses are greatly reduced and remain at that level until the speed becomes the highest speed. These characteristics are derived mainly from the characteristics of the electric current in the electric motor and the characteristics of the switching frequency of the inverter unit 60.

Подобно пояснению работы блока 20 преобразователя, чтобы дать дополнительное объяснение с использованием примера, в котором железнодорожный вагон с электрическим приводом выполняет операцию управления мощностью, контроль по постоянному крутящему моменту выполняется в электродвигателе 80 при максимальном крутящем моменте с того времени, когда железнодорожный вагон с электрическим приводом начинает движение, до момента времени, когда скорость становится равной приблизительно 30-50% от самой высокой скорости. В результате электрический ток в электродвигателе находится на максимальном уровне. Кроме того, поскольку выполняется асинхронное управление PWM, чтобы поддерживать частоту переключений переключающих элементов равной приблизительно 1000 Гц, следствием этого является и большая величина потерь теплопроводности, и большая величина потерь на переключения. Следовательно, потери в блоке 60 инвертора находятся на максимальном уровне.Similar to the explanation of the operation of the converter unit 20, to give an additional explanation using an example in which an electric-powered railway carriage performs a power control operation, constant torque control is performed in the electric motor 80 at the maximum torque since the electric-powered railway carriage begins to move, until the moment when the speed becomes approximately 30-50% of the highest speed. As a result, the electric current in the electric motor is at the maximum level. In addition, since PWM is asynchronously controlled to maintain a switching frequency of the switching elements of approximately 1000 Hz, a consequence of this is a large amount of thermal conductivity loss and a large amount of switching loss. Therefore, the losses in the inverter unit 60 are at a maximum level.

Напротив, в диапазоне, где скорость железнодорожного вагона с электрическим приводом равна или выше приблизительно 30-50% от самой высокой скорости, переключающие элементы в блоке 60 инвертора находятся в режиме PWM, который также называется синхронным одноимпульсным режимом. Этот режим реализован с помощью широко известной методики. Что касается количества раз, когда выполняется действие переключения, то переключающие элементы выполняют действие переключения только один раз за полупериод выходного напряжения блока 60 инвертора при его нахождении в синхронном одноимпульсном режиме. В результате потери на переключения в значительной степени уменьшаются. Кроме того, когда переключающие элементы находятся в синхронном одноимпульсном режиме, частота выходного сигнала блока 60 инвертора увеличивается при увеличении скорости железнодорожного вагона с электрическим приводом. Таким образом, потери на переключения имеют тенденцию постепенно увеличиваться; однако, поскольку значение потерь на переключения не является настолько большим, потери, вызываемые в блоке 60 инвертора, имеют характеристику, при которой потери по существу постоянные независимо от скорости железнодорожного вагона с электрическим приводом.In contrast, in the range where the speed of the electric-powered railway car is equal to or higher than about 30-50% of the highest speed, the switching elements in the inverter unit 60 are in PWM mode, which is also called synchronous single-pulse mode. This mode is implemented using a well-known technique. As for the number of times when the switching action is performed, the switching elements perform the switching action only once per half-cycle of the output voltage of the inverter unit 60 when it is in the synchronous single-pulse mode. As a result, the switching loss is greatly reduced. In addition, when the switching elements are in synchronous single-pulse mode, the frequency of the output signal of the inverter unit 60 increases with increasing speed of an electrically driven railway car. Thus, switching losses tend to increase gradually; however, since the value of the switching loss is not so large, the loss caused in the inverter unit 60 has a characteristic in which the loss is substantially constant regardless of the speed of the electric railway car.

На фиг.8 показан пример охлаждающего устройства 50A преобразователя в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения. Фиг.8 является видом спереди, если смотреть на конфигурацию охлаждающего устройства 50A преобразователя от направления движения железнодорожного вагона с электрическим приводом. Толщина основания 40A радиаторных пластин (в дальнейшем упоминаемая как "толщина основания радиаторных пластин") обозначена как Т1, тогда как высота каждой из радиаторных пластин 42A (в дальнейшем упоминаемая как "высота радиаторных пластин") обозначена символом H, а индивидуальные интервалы между радиаторными пластинами 42A (в дальнейшем упоминаемые как "расстояние между радиаторными пластинами") обозначены как LC, а толщина каждой из радиаторных пластин 42A (в дальнейшем упоминаемая как "толщина радиаторных пластин") обозначена как T2.FIG. 8 shows an example of a converter cooling device 50A in accordance with a first embodiment of the present invention. Fig. 8 is a front view, when looking at the configuration of the converter cooling device 50A from the direction of movement of the electrically driven railway car. The thickness of the base 40A of the radiator plates (hereinafter referred to as the "thickness of the base of the radiator plates") is indicated by T1, while the height of each of the radiator plates 42A (hereinafter referred to as the "height of the radiator plates") is indicated by H, and the individual intervals between the radiator plates 42A (hereinafter referred to as the "distance between the radiator plates") is designated as LC, and the thickness of each of the radiator plates 42A (hereinafter referred to as the "thickness of the radiator plates") is indicated as T2.

На фиг.9 показан пример охлаждающего устройства 50B инвертора в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения. Фиг.9 является видом спереди, получаемым, если смотреть на конфигурацию охлаждающего устройства 50B инвертора от направления движения железнодорожного вагона с электрическим приводом. На фиг.9 толщина основания радиаторных пластин для основания 40B радиаторных пластин обозначена как Т1, тогда как высота радиаторных пластин для каждой из радиаторных пластин 42B обозначена как H, а расстояние между радиаторными пластинами 42B обозначено как LI, а толщина радиаторных пластин для каждой из радиаторных пластин 42B обозначена как T2. Другими словами, основная разница между конфигурациями охлаждающего устройства 50A преобразователя и охлаждающего устройства 50B инвертора заключается в разнице в расстояниях между радиаторными пластинами.FIG. 9 shows an example of an inverter cooling device 50B in accordance with a first embodiment of the present invention. Fig. 9 is a front view obtained when looking at the configuration of the inverter cooling device 50B from the direction of movement of the electrically driven railway car. In Fig. 9, the thickness of the base of the radiator plates for the base 40B of the radiator plates is indicated as T1, while the height of the radiator plates for each of the radiator plates 42B is indicated by H, and the distance between the radiator plates 42B is indicated by LI, and the thickness of the radiator plates for each of the radiator plates 42B are designated as T2. In other words, the main difference between the configurations of the converter cooling device 50A and the inverter cooling device 50B is the difference in the distances between the radiator plates.

На фиг.10 показаны диаграммы, поясняющие примеры уровней эффективности охлаждения охлаждающего устройства 50A преобразователя (или охлаждающего устройства 50B инвертора) в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения. На фиг.10 горизонтальная ось представляет расстояние между радиаторными пластинами (то есть индивидуальные интервалы между радиаторными пластинами 42A [или радиаторными пластинами 42B]), тогда как вертикальная ось представляет значения, полученные из эксперимента, связанного с показателем эффективности охлаждения (то есть значение, показывающее подъем температуры радиаторных пластин, когда к ним применяются данные потери).10 is a diagram illustrating examples of cooling efficiency levels of a converter cooling device 50A (or an inverter cooling device 50B) according to a first embodiment of the present invention. 10, the horizontal axis represents the distance between the radiator plates (that is, the individual intervals between the radiator plates 42A [or radiator plates 42B]), while the vertical axis represents the values obtained from the experiment associated with the cooling efficiency indicator (i.e., a value showing temperature rise of the radiator plates when data loss is applied to them).

На фиг.10 кривая, соединяющая черные точки, показывает характеристику эффективности охлаждения, полученную при скорости, составляющей 20 км/ч, тогда как кривая, соединяющая белые точки, показывает характеристику эффективности охлаждения, полученную при скорости 45 км/ч, а кривая, соединяющая черные треугольники, показывает характеристику эффективности охлаждения, полученную при скорости 70 км/ч.In Fig. 10, the curve connecting the black dots shows the characteristic of cooling efficiency obtained at a speed of 20 km / h, while the curve connecting the white dots shows the characteristic of cooling efficiency obtained at a speed of 45 km / h, and the curve connecting black triangles, shows the characteristic of the cooling efficiency obtained at a speed of 70 km / h.

Данные, показанные на фиг.10, соответствуют примеру, в котором параметры радиаторных пластин 42 сконфигурированы так, что высота H радиаторных пластин составляет 150 мм, тогда как толщина T2 радиаторных пластин составляет 3 мм, а толщина Т1 основания радиаторных пластин охлаждающего устройства составляет 20 мм. Высота H радиаторных пластин ограничена размером зазора под полом железнодорожного вагона с электрическим приводом и обычно устанавливается на значение в диапазоне 100 мм - 200 мм. Чтобы поддерживать теплоемкость, которая способна допускать временное увеличение потерь переключающего элемента, вызываемое перегрузкой, для толщины Т1 основания радиаторных пластин обычно выбирают значение между 20 мм и 40 мм. Поскольку радиаторные пластины 42 открыты под железнодорожным вагоном с электрическим приводом и поскольку имеется возможность того, что снег может ударять в радиаторные пластины 42, или камни на железнодорожном пути могут ударять в радиаторные пластины 42, когда глыба снега падает с нижней части железнодорожного вагона с электрическим приводом и заставляет взлетать камни, для толщины T2 радиаторных пластин обычно выбирают значение между 2 мм и 4 мм, чтобы препятствовать возникновению повреждений радиаторных пластин 42.The data shown in FIG. 10 corresponds to an example in which the parameters of the radiator plates 42 are configured such that the height H of the radiator plates is 150 mm, while the thickness T2 of the radiator plates is 3 mm and the thickness T1 of the base of the radiator plates of the cooling device is 20 mm . The height H of the radiator plates is limited by the clearance under the floor of an electrically driven railway carriage and is usually set to a value in the range of 100 mm - 200 mm. In order to maintain a specific heat that is capable of allowing a temporary increase in the loss of the switching element caused by overload, a value between 20 mm and 40 mm is usually chosen for the thickness T1 of the base of the radiator plates. Since the radiator plates 42 are open under an electrically driven railway carriage, and since there is a possibility that snow can hit the radiator plates 42, or stones on the railway track can hit the radiator plates 42 when a block of snow falls from the bottom of the electrically driven railway carriage and causes stones to fly up, for a thickness T2 of the radiator plates, a value between 2 mm and 4 mm is usually chosen to prevent damage to the radiator plates 42.

Из описанных выше параметров высота H радиаторных пластин и толщина Т1 основания радиаторных пластин едва влияют на характеристики, показанные на фиг.10. Таким образом, показанные на фиг.10 данные являются пригодными даже в случае, если высота H радиаторных пластин установлена на значение в пределах диапазона 100 мм - 200 мм, а толщина Т1 основания радиаторных пластин установлена на значение в пределах диапазона 20 мм - 40 мм.Of the above parameters, the height H of the radiator plates and the thickness T1 of the base of the radiator plates hardly affect the characteristics shown in FIG. 10. Thus, the data shown in FIG. 10 are suitable even if the height H of the radiator plates is set to a value within the range of 100 mm to 200 mm, and the thickness T1 of the base of the radiator plates is set to a value within the range of 20 mm to 40 mm.

В этой ситуации, когда толщина T2 радиаторных пластин варьируется, показанные на фиг.10 характеристики также слегка изменяются. Что касается характеристик, связанных с величинами изменений, когда толщина T2 радиаторных пластин установлена на 3 мм в качестве опорного значения, если толщину T2 радиаторных пластин увеличивают на 1 мм, оптимальное расстояние увеличивается приблизительно на 1,5 мм, тогда как если толщину T2 радиаторных пластин уменьшают на 1 мм, оптимальное расстояние уменьшается приблизительно на 1,5 мм.In this situation, when the thickness T2 of the radiator plates varies, the characteristics shown in FIG. 10 also change slightly. Regarding the characteristics associated with the magnitude of the changes, when the thickness T2 of the radiator plates is set to 3 mm as a reference value, if the thickness T2 of the radiator plates is increased by 1 mm, the optimal distance increases by approximately 1.5 mm, whereas if the thickness T2 of the radiator plates reduced by 1 mm, the optimal distance is reduced by approximately 1.5 mm.

Причину для этих изменений можно объяснить следующим образом: когда толщина T2 радиаторных пластин увеличивается (или уменьшается) при том, что расстояние между радиаторными пластинами является фиксированным, в то время как интервалы между радиаторными пластинами становятся меньше (или больше) в соответствии с увеличением (или уменьшением) толщины T2 радиаторных пластин, сопротивление, которое оказывается, когда воздушные потоки W движения протекают через радиаторные пластины, увеличивается (или уменьшается), так что скорость воздушного потока становится ниже (или становится выше). В результате оптимальное значение расстояния между радиаторными пластинами увеличивается (или уменьшается).The reason for these changes can be explained as follows: when the thickness T2 of the radiator plates increases (or decreases) while the distance between the radiator plates is fixed, while the intervals between the radiator plates become smaller (or more) in accordance with the increase (or by decreasing) the thickness T2 of the radiator plates, the resistance that occurs when the air flow W flows through the radiator plates increases (or decreases), so that the air velocity otok becomes lower (or becomes higher). As a result, the optimal distance between the radiator plates increases (or decreases).

Возвращаясь к пояснению эффективности охлаждения, показанной на фиг.10, отметим, как должно быть понятно из фиг.10, что если расстояние между радиаторными пластинами является одним и тем же, то чем выше скорость, тем выше уровень эффективности охлаждения. Также должно быть понятно, что если скорость является одинаковой, уровень эффективности охлаждения ухудшается, когда расстояние между радиаторными пластинами становится слишком маленьким или слишком большим. Соответственно, должно быть понятно, что существует оптимальное расстояние между радиаторными пластинами, соответствующее каждой из различных скоростей.Returning to the explanation of the cooling efficiency shown in FIG. 10, we note how it should be clear from FIG. 10 that if the distance between the radiator plates is the same, then the higher the speed, the higher the level of cooling efficiency. It should also be understood that if the speed is the same, the level of cooling efficiency deteriorates when the distance between the radiator plates becomes too small or too large. Accordingly, it should be understood that there is an optimum distance between the radiator plates corresponding to each of the various speeds.

Причину того, почему существует оптимальное расстояние между радиаторными пластинами, соответствующее каждой из различных скоростей, можно объяснить следующим образом. Когда расстояние между радиаторными пластинами установлено на меньшее значение для такой же скорости, в одно и то же время происходят следующие два явления: (i) количество радиаторных пластин 42, предусмотренных на основании 40 радиаторных пластин, становится больше, и площадь тепловыделяющей поверхности становится больше, способствуя повышению эффективности охлаждения; и (ii) сопротивление, которое оказывается, когда воздушные потоки W движения протекают через радиаторные пластины, увеличивается, а скорость воздушных потоков, протекающих через радиаторные пластины, уменьшается, способствуя ухудшению эффективности охлаждения. Наоборот, когда расстояние между радиаторными пластинами установлено на большую величину, в одно и то же время происходят следующие два явления: (i) количество радиаторных пластин 42, предусмотренных на основании 40 радиаторных пластин, становится меньше, и площадь тепловыделяющей поверхности становится меньше, способствуя ухудшению эффективности охлаждения; и (ii) сопротивление, которое оказывается при протекании воздушных потоков W движения через радиаторные пластины, уменьшается, и уменьшенная величина скорости воздушных потоков, протекающих через радиаторные пластины, становится меньше, способствуя повышению эффективности охлаждения. Другими словами, точка равновесия между двумя факторами является точкой, в которой для этой скорости эффективность охлаждения находится на максимальном уровне.The reason why there is an optimal distance between the radiator plates corresponding to each of the different speeds can be explained as follows. When the distance between the radiator plates is set to a lower value for the same speed, the following two phenomena occur at the same time: (i) the number of radiator plates 42 provided on the basis of the 40 radiator plates becomes larger and the heat-generating surface area becomes larger, Contributing to improved cooling performance and (ii) the resistance that occurs when movement air streams W flow through the radiator plates increases, and the speed of the air flows flowing through the radiator plates decreases, contributing to a deterioration in cooling efficiency. Conversely, when the distance between the radiator plates is set to a larger value, at the same time, the following two phenomena occur: (i) the number of radiator plates 42 provided on the basis of the 40 radiator plates becomes smaller and the heat-generating surface area becomes smaller, contributing to deterioration cooling efficiency; and (ii) the resistance that occurs when the air flows W flows through the radiator plates decreases, and the reduced velocity of the air flows flowing through the radiator plates becomes smaller, thereby improving cooling efficiency. In other words, the equilibrium point between the two factors is the point at which the cooling efficiency is at its maximum for this speed.

Когда применяют способ принудительного воздушного охлаждения (то есть общепринятый способ) с использованием вентилятора, чтобы получать постоянную величину воздушных потоков независимо от скорости, даже если расстояние между радиаторными пластинами установлено на меньшую величину, чтобы увеличить площадь тепловыделяющей поверхности, можно поддерживать уровень эффективности охлаждения с помощью увеличения скорости воздушного потока. Таким образом предполагается, что нет никаких строгих ограничений в отношении расстояния между радиаторными пластинами или подобной характеристики.When a forced air cooling method (i.e., a conventional method) is used using a fan to obtain a constant airflow regardless of speed, even if the distance between the radiator plates is set to a smaller value to increase the area of the heat-generating surface, it is possible to maintain the level of cooling efficiency by increase air speed. Thus, it is assumed that there are no strict restrictions regarding the distance between the radiator plates or a similar characteristic.

Напротив, когда применяют способ охлаждения, который использует воздушные потоки, вызываемые движением железнодорожного вагона с электрическим приводом, поскольку скорость воздушного потока W движения изменяется в зависимости от скорости, важным фактором является то, как определено расстояние между радиаторными пластинами.On the contrary, when a cooling method is used that uses air flows caused by the movement of an electrically driven railway carriage, since the air speed W of the movement varies depending on the speed, an important factor is how the distance between the radiator plates is determined.

На фиг.7 обозначено, что потери в блоке 20 преобразователя находятся на максимальном уровне в диапазоне, где скорость является высокой, тогда как потери в блоке 60 инвертора находятся на максимальном уровне в диапазоне, где скорость является низкой. Когда эти характеристики принимаются во внимание, предпочтительно устанавливать расстояние между радиаторными пластинами 42A для блока 20 преобразователя на маленькую величину так, чтобы эффективность охлаждения стала выше в диапазоне, где скорость высокая, тогда как является предпочтительным устанавливать расстояние между радиаторными пластинами 42B для блока 60 инвертора на маленькую величину, чтобы эффективность охлаждения стала выше в диапазоне, где скорость низкая. Другими словами, предпочтительно выбирать взаимно отличающиеся оптимальные расстояния между радиаторными пластинами для блока 20 преобразователя и для блока 60 инвертора.7, it is indicated that the losses in the converter unit 20 are at a maximum level in the range where the speed is high, while the losses in the inverter unit 60 are at the maximum level in the range where the speed is low. When these characteristics are taken into account, it is preferable to set the distance between the radiator plates 42A for the converter unit 20 to a small value so that the cooling efficiency becomes higher in the range where the speed is high, while it is preferable to set the distance between the radiator plates 42B for the inverter unit 60 to small value so that the cooling efficiency becomes higher in the range where the speed is low. In other words, it is preferable to choose mutually different optimum distances between the radiator plates for the converter unit 20 and for the inverter unit 60.

Второй вариант воплощенияSecond Embodiment

На фиг.11 показана электрическая схема блока преобразователя в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения. Блок 20 преобразователя, показанный на фиг.11, имеет конфигурацию схемы, отличающуюся от конфигурации блока 20 преобразователя по первому варианту воплощения, показанной на фиг.1, в которой переключающие элементы, включенные в каждое из плеч, соединены параллельно.11 is an electrical diagram of a converter unit according to a second embodiment of the present invention. The converter unit 20 shown in FIG. 11 has a circuit configuration different from the configuration of the converter unit 20 of the first embodiment shown in FIG. 1, in which switching elements included in each of the arms are connected in parallel.

На фиг.11, в плече положительной стороны U-фазы, переключающие элементы UPCA и UPCB соединены параллельно, тогда как в плече отрицательной стороны U-фазы переключающие элементы UNCA и UNCB соединены параллельно. В плече положительной стороны V-фазы переключающие элементы VPCA и VPCB соединены параллельно, тогда как в плече отрицательной стороны V-фазы переключающие элементы VNCA и VNCB соединены параллельно.11, in the arm of the positive side of the U-phase, the switching elements UPCA and UPCB are connected in parallel, while in the arm of the negative side of the U-phase, the switching elements UNCA and UNCB are connected in parallel. In the arm of the positive side of the V-phase, the switching elements VPCA and VPCB are connected in parallel, while in the arm of the negative side of the V-phase, the switching elements VNCA and VNCB are connected in parallel.

Далее будет объясняться пример позиционного расположения переключающих элементов, который является подходящим для ситуации, в которой переключающие элементы соединены параллельно. На фиг.12 показан пример позиционного расположения переключающих элементов, расположенных на основании 40 радиаторных пластин, в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения. Как показано на фиг.12, в дополнение к способу позиционирования, описанному в первом варианте воплощения, переключающие элементы, которые соединены параллельно в каждом из плеч, расположены в ряд в направлении, которое является перпендикулярным направлению движения.Next will be explained an example of the positional arrangement of the switching elements, which is suitable for a situation in which the switching elements are connected in parallel. 12 shows an example of a positional arrangement of switching elements located on the base 40 of the radiator plates in accordance with a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, in addition to the positioning method described in the first embodiment, the switching elements that are connected in parallel in each of the arms are arranged in a row in a direction that is perpendicular to the direction of movement.

С таким позиционным расположением возможно получить такое расположение, при котором элементы в паре (например, переключающие элементы UPCA и UPCB в плече положительной стороны U-фазы), которые соединены параллельно в каком-либо из плеч, имеют температуры, по существу равные друг другу, потому что элементы в паре размещены так, что находятся на равном расстоянии от переднего края радиаторных пластин, предусмотренных на стороне входа воздушного потока. Вообще говоря, падение напряжения прямого направления для каждого из переключающих элементов изменяется в зависимости от температуры. Таким образом, в любой из пар, когда температуры переключающих элементов, которые соединены параллельно, отличаются друг от друга, падения напряжения прямого направления переключающих элементов в паре отличаются друг от друга. В результате возникает проблема, при которой коэффициент распределения электрического тока между переключающими элементами в паре ухудшается так, что электрический ток, например, концентрируется в одном из переключающих элементов.With such a positional arrangement, it is possible to obtain an arrangement in which the elements in pair (for example, the switching elements UPCA and UPCB in the arm of the positive side of the U-phase), which are connected in parallel in any of the arms, have temperatures essentially equal to each other, because the elements are paired so that they are equally spaced from the front edge of the radiator plates provided on the air inlet side. Generally speaking, the forward voltage drop for each of the switching elements varies with temperature. Thus, in any of the pairs, when the temperatures of the switching elements, which are connected in parallel, are different from each other, the voltage drops of the forward direction of the switching elements in the pair are different from each other. As a result, a problem arises in which the distribution coefficient of the electric current between the switching elements in the pair deteriorates so that the electric current, for example, is concentrated in one of the switching elements.

Напротив, в соответствии со вторым вариантом воплощения переключающие элементы, которые соединены параллельно, размещены так, что находятся на равном расстоянии от переднего края радиаторных пластин, предусмотренных на стороне входа воздушного потока. В результате можно по существу выравнивать температуры элементов, соединенных параллельно в каждой из пар, и реализовывать превосходное распределение электрического тока.On the contrary, in accordance with the second embodiment, the switching elements that are connected in parallel are arranged so that they are at an equal distance from the front edge of the radiator plates provided on the air inlet side. As a result, it is possible to substantially equalize the temperatures of the elements connected in parallel in each of the pairs and realize an excellent distribution of electric current.

Кроме того, можно снижать до минимума размер радиаторных пластин 42 в направлении движения. В результате возможно поддерживать уменьшение скорости воздушных потоков W движения на минимальном уровне в позициях переключающих элементов, размещенных на стороне выхода воздушного потока. Следовательно, можно поддерживать увеличение температур переключающих элементов, размещенных на стороне выхода воздушного потока, на минимальном уровне.In addition, it is possible to minimize the size of the radiator plates 42 in the direction of travel. As a result, it is possible to maintain a decrease in the speed of the air flow W of the movement at a minimum level in the positions of the switching elements located on the outlet side of the air flow. Therefore, it is possible to keep the temperature increase of the switching elements located on the outlet side of the air flow to a minimum.

Кроме того, возможно снижать до минимума количество переключающих элементов, через которые проходят воздушные потоки W движения между втеканием из предыдущей секции радиаторных пластин 42 и вытеканием в следующую секцию, таким образом, чтобы количество переключающих элементов было таким же, как в примере, где переключающие элементы не соединены параллельно. При этом достигается выгодный эффект, при котором можно облегчать обстоятельства, когда температуры воздушных потоков W движения повышаются из-за тепла, генерируемого переключающими элементами, размещенными на стороне входа воздушного потока, и в результате этого подъема температур температуры других переключающих элементов, размещенных на стороне выхода воздушного потока, также поднимаются.In addition, it is possible to minimize the number of switching elements through which air flows W move between flowing from the previous section of the radiator plates 42 and flowing into the next section, so that the number of switching elements is the same as in the example where the switching elements not connected in parallel. In this case, an advantageous effect is achieved in which circumstances can be alleviated when the temperatures of the air flow W of the movement increase due to the heat generated by the switching elements located on the inlet side of the air flow, and as a result of this rise in temperature, the temperatures of other switching elements located on the output side airflows also rise.

Кроме того, количество переключающих элементов, через которые проходят воздушные потоки W движения между втеканием из предыдущей секции радиаторных пластин 42 и вытеканием в следующую секцию, всегда составляет два и снижено до минимума независимо от количества фаз в мостовой схеме в блоке 20 преобразователя или блоке 60 инвертора. Таким образом достигнут выгодный эффект, при котором возможно облегчать обстоятельства, когда температуры воздушных потоков W движения поднимаются из-за тепла, генерируемого переключающими элементами, размещенными на стороне входа воздушного потока, и в результате этого подъема температур температуры других переключающих элементов, размещенных на стороне выхода воздушного потока, также поднимаются.In addition, the number of switching elements through which air flows W flows between flowing in from the previous section of the radiator plates 42 and flowing into the next section is always two and reduced to a minimum regardless of the number of phases in the bridge circuit in the converter unit 20 or inverter unit 60 . Thus, an advantageous effect is achieved in which it is possible to alleviate circumstances when the temperature of the air flow W of the movement rises due to the heat generated by the switching elements located on the inlet side of the air flow, and as a result of this rise in temperature of the other switching elements located on the output side airflows also rise.

Третий вариант воплощенияThird Embodiment

На фиг.13 показана электрическая схема блока 20b преобразователя в соответствии с третьим вариантом воплощения настоящего изобретения. Блок 20b преобразователя, показанный на фиг.13, имеет конфигурацию схемы, отличающуюся от конфигурации блока 20 преобразователя в соответствии с первым вариантом воплощения, показанной на фиг.1, тем, что блок 20b преобразователя сконфигурирован в виде так называемой трехуровневой схемы.13 is an electrical diagram of a converter unit 20b in accordance with a third embodiment of the present invention. The converter unit 20b shown in FIG. 13 has a circuit configuration different from that of the converter unit 20 in accordance with the first embodiment shown in FIG. 1, in that the converter unit 20b is configured as a so-called three-level circuit.

На фиг.13, на положительной стороне U-фазы, переключающие элементы UPC1A и UPC1B, которые соединены параллельно, и переключающие элементы UPC2A и UPC2B, которые соединены параллельно, подключены последовательно. Кроме того, к точке соединения этого подключения подсоединена катодная сторона диодов UD1A и UD1B, которые соединены параллельно. Помимо этого, анодная сторона диодов UD1A и UD1B подсоединена к средней точке (то есть к точке соединения) между конденсаторами 30P и 30N. Точно так же в плече отрицательной стороны U-фазы переключающие элементы UNC3A и UNC3B, которые соединены параллельно, и переключающие элементы UNC4A и UNC4B, которые соединены параллельно, подключены последовательно. Помимо этого, к точке соединения этого подключения подсоединена анодная сторона диодов UD2A и UD2B, которые соединены параллельно. Кроме того, катодная сторона диодов UD2A и UD2B подсоединена к средней точке (то есть к точке соединения) между конденсаторами 30P и 30N. Конфигурации плеча положительной стороны V-фазы и плеча отрицательной стороны V-фазы являются такими же, как конфигурации плеча положительной стороны U-фазы и плеча отрицательной стороны U-фазы соответственно. Таким образом, подробное пояснение конфигураций этих соединений будет опущено.13, on the positive side of the U-phase, the switching elements UPC1A and UPC1B, which are connected in parallel, and the switching elements UPC2A and UPC2B, which are connected in parallel, are connected in series. In addition, the cathode side of the diodes UD1A and UD1B, which are connected in parallel, is connected to the connection point of this connection. In addition, the anode side of the diodes UD1A and UD1B is connected to the midpoint (i.e., the connection point) between the capacitors 30P and 30N. Similarly, in the shoulder of the negative side of the U-phase, the switching elements UNC3A and UNC3B, which are connected in parallel, and the switching elements UNC4A and UNC4B, which are connected in parallel, are connected in series. In addition, the anode side of the diodes UD2A and UD2B, which are connected in parallel, is connected to the connection point of this connection. In addition, the cathode side of the diodes UD2A and UD2B is connected to the midpoint (i.e., the connection point) between the capacitors 30P and 30N. The configurations of the arm of the positive side of the V-phase and the arm of the negative side of the V-phase are the same as the configuration of the arm of the positive side of the U-phase and the arm of the negative side of the U-phase, respectively. Thus, a detailed explanation of the configurations of these connections will be omitted.

Относительные потери для каждой из фаз в переключающих элементах и диодных элементах в случае, где блок 20b преобразователя должен выполнять действие переключения с частотой переключений, составляющей приблизительно 1 кГц, показаны в таблице ниже. В таблице потери, соответствующие одной фазе, выражены как 100%, при этом в качестве примера используется U-фаза. The relative losses for each phase in the switching elements and diode elements in the case where the converter unit 20b has to perform a switching action with a switching frequency of approximately 1 kHz are shown in the table below. In the table, the losses corresponding to one phase are expressed as 100%, while the U-phase is used as an example.

Относительные потери элементовRelative loss of elements UPC1UPC1 UPC2UPC2 UD1UD1 UD2UD2 UNC3UNC3 UNC4UNC4 13%13% 32% 32 % 5% 5 % 5% 5 % 32% 32 % 13% 13 %

Что касается таблицы, то должно быть понятно, что переключающие элементы UPC2 и UNC3 имеют более высокие относительные потери, чем другие элементы.As for the table, it should be understood that the switching elements UPC2 and UNC3 have higher relative losses than other elements.

Далее поясняется пример позиционного расположения переключающих элементов, являющегося подходящим для ситуации, в которой переключающие элементы соединены параллельно. На фиг.14 показан пример позиционного расположения переключающих элементов, расположенных на основании 40 радиаторных пластин, в соответствии с третьим вариантом воплощения настоящего изобретения. Как показано на фиг.14, группа переключающих элементов, которые образуют каждую из ветвей (то есть плечо положительной стороны и плечо отрицательной стороны), соответствующих фазам, расположены в продольном направлении в ряд на основании 40 радиаторных пластин в направлении движения.The following is an example of a positional arrangement of the switching elements, which is suitable for a situation in which the switching elements are connected in parallel. On Fig shows an example of the positional arrangement of the switching elements located on the basis of 40 radiator plates, in accordance with a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, a group of switching elements that form each of the branches (i.e., the positive side shoulder and the negative side shoulder) corresponding to the phases are arranged in a longitudinal direction in a row based on 40 radiator plates in the direction of movement.

Это поясняется более конкретно на примере использования ветвей U-фазы. Переключающие элементы UPC1A и UPC2A, включенные в плечо положительной стороны, и переключающие элементы UNC3A и UNC4A, включенные в плечо отрицательной стороны, расположены в ряд в установленном порядке в направлении движения. Кроме того, размещенные рядом с ветвью U-фазы переключающие элементы UPC1B и UPC2B, включенные в плечо положительной стороны, и переключающие элементы UNC3B и UNC4B, включенные в плечо отрицательной стороны, которые, соответственно, подсоединены параллельно к этим переключающим элементам в направлении, перпендикулярном направлению движения, расположены в ряд в установленном порядке. Что касается диодов UD1A, UD2A, UD1B и UD2B, поскольку их относительные потери составляют всего лишь приблизительно 10% от общих потерь, как показано в таблице 1, эти диоды не принимаются во внимание. Точно так же переключающие элементы в других фазах также расположены в ряд в направлении, перпендикулярном направлению движения.This is explained more specifically with the use of U-phase branches. The switching elements UPC1A and UPC2A included in the positive side arm and the switching elements UNC3A and UNC4A included in the negative side arm are arranged in a row in the established order in the direction of travel. In addition, the switching elements UPC1B and UPC2B, located next to the U-phase branch, included in the positive side arm, and the UNC3B and UNC4B switching elements included in the negative side arm, which are respectively connected in parallel to these switching elements in the direction perpendicular to the direction movements are arranged in a row in the prescribed manner. As for the diodes UD1A, UD2A, UD1B and UD2B, since their relative losses are only about 10% of the total losses, as shown in table 1, these diodes are not taken into account. Similarly, switching elements in other phases are also arranged in a row in a direction perpendicular to the direction of movement.

Рассмотрим случай, в котором позиционное расположение переключающих элементов такое, как показано на фиг.14, в то время как направление движения и ориентационное направление радиаторных пластин являются перпендикулярными направлению движения, показанному на фиг.14. В такой ситуации воздушные потоки W движения будут проходить через четыре элемента, имеющие большие потери (например, через переключающие элементы UPC2A, UPC2B, VPC2A и VPC2B). В результате температуры переключающих элементов, которые размещены на стороне выхода воздушного потока, могут подниматься из-за тепла, генерируемого переключающими элементами, которые размещены на стороне входа воздушного потока.Consider a case in which the positional arrangement of the switching elements is as shown in FIG. 14, while the direction of movement and the orientation direction of the radiator plates are perpendicular to the direction of movement shown in FIG. In such a situation, the air flows W of the movement will pass through four elements having large losses (for example, through the switching elements UPC2A, UPC2B, VPC2A and VPC2B). As a result, the temperatures of the switching elements that are located on the outlet side of the air flow can rise due to the heat generated by the switching elements that are located on the inlet side of the air stream.

Напротив, когда переключающие элементы размещены так, как описано выше, размер радиаторных пластин 42 в направлении движения возможно снижать до минимума. В результате можно поддерживать снижение скорости воздушных потоков W движения на минимальном уровне в позициях переключающих элементов, размещенных на стороне выхода воздушного потока. Следовательно, можно поддерживать повышение температур переключающих элементов, размещенных на стороне выхода воздушного потока, на минимальном уровне.On the contrary, when the switching elements are arranged as described above, it is possible to reduce the size of the radiator plates 42 in the direction of travel to a minimum. As a result, it is possible to maintain a decrease in the speed of the air flow W of the movement at a minimum level in the positions of the switching elements located on the outlet side of the air flow. Therefore, it is possible to keep the temperature rise of the switching elements located on the outlet side of the air flow to a minimum.

Кроме того, можно снижать до минимума количество переключающих элементов, через которые проходят воздушные потоки W движения между втеканием из предыдущей секции радиаторных пластин 42 и вытеканием в следующую секцию, и снижать до минимума суммарные потери (UPC1A+UPC2A+UNC3A+UNC4A в U-фазе). Таким образом, достигается выгодный эффект, при котором возможно облегчать обстоятельства, когда температуры воздушных потоков W движения повышаются из-за тепла, генерируемого переключающими элементами, размещенными на стороне входа воздушного потока, и в результате этого повышения температур температуры других переключающих элементов, размещенных на стороне выхода воздушного потока, также повышаются. В описании третьего варианта воплощения в качестве примера поясняется блок 20 преобразователя; однако такую же конфигурацию можно применять к блоку 60 инвертора.In addition, it is possible to minimize the number of switching elements through which air flows W move between flowing from the previous section of the radiator plates 42 and flowing into the next section, and minimizing the total losses (UPC1A + UPC2A + UNC3A + UNC4A in the U-phase ) Thus, an advantageous effect is achieved in which it is possible to alleviate circumstances when the temperature of the air flow W of the movement increases due to the heat generated by the switching elements located on the inlet side of the air flow, and as a result of this increase in temperature of the other switching elements placed on the side airflow output also increase. In the description of the third embodiment, the converter unit 20 is explained as an example; however, the same configuration can be applied to the inverter unit 60.

Четвертый вариант воплощенияFourth Embodiment

На фиг.15 показана часть внутренней конструкции основания радиаторных пластин в соответствии с четвертым вариантом воплощения настоящего изобретения. На фиг.16 показан разрез по линии A-A на фиг.15. В основание 40 радиаторных пластин, показанное на фиг.15 и 16, включено множество тепловых труб 46, которые размещены непосредственно под переключающими элементами, в то время как они расположены таким образом, что продолжаются в направлении движения. Тепловые трубы 46 являются широко известным средством. Каждая из тепловых труб 46 изготовлена с использованием полой трубы, имеющей диаметр, равный приблизительно 10 мм, главным ингредиентом которой является медь и которая имеет капиллярный процесс, называемый "фитилем", применяемый для ее внутренней части, помещения рабочей текучей среды, такой как небольшое количество воды, в полую трубу и уплотнения полой трубы в вакуумной среде.On Fig shows a part of the internal structure of the base of the radiator plates in accordance with the fourth embodiment of the present invention. On Fig shows a section along the line A-A in Fig.15. In the base 40 of the radiator plates shown in FIGS. 15 and 16, a plurality of heat pipes 46 are included, which are located directly below the switching elements, while they are arranged in such a way that they continue in the direction of movement. Heat pipes 46 are a widely known means. Each of the heat pipes 46 is made using a hollow pipe having a diameter of approximately 10 mm, the main ingredient of which is copper, and which has a capillary process called a “wick”, used for its interior, to place the working fluid, such as a small amount water into the hollow pipe and sealing the hollow pipe in a vacuum environment.

С расположением, описанным выше, например, вода в теплораспределяющих трубах испаряется благодаря теплу, генерируемому переключающими элементами, размещенными на стороне выхода воздушного потока, и поглощает тепло поблизости от труб. Кроме того, пар перемещается к стороне входа воздушного потока, где температура более низкая, конденсирует, рассеивая тепло, снова становится водой и перемещается к стороне выхода воздушного потока. Благодаря повторению этого цикла можно переносить тепло со стороны, имеющей более высокую температуру, к стороне, имеющей более низкую температуру. В результате можно сделать температуры на стороне входа воздушного потока и стороне выхода воздушного потока от основания 40 радиаторных пластин однородными. Следовательно, возможно дополнительно улучшить эффективность охлаждения для переключающих элементов, размещенных на стороне выхода воздушного потока.With the arrangement described above, for example, water in the heat distribution pipes evaporates due to the heat generated by the switching elements located on the outlet side of the air flow and absorbs heat in the vicinity of the pipes. In addition, steam moves to the inlet side of the air stream, where the temperature is lower, condenses, dissipates heat, becomes water again and moves to the outlet side of the air stream. By repeating this cycle, heat can be transferred from the side having a higher temperature to the side having a lower temperature. As a result, the temperatures on the air inlet side and the air outlet side from the base 40 of the radiator plates can be made uniform. Therefore, it is possible to further improve cooling efficiency for switching elements disposed on the air outlet side.

Пятый вариант воплощенияFifth Embodiment

На фиг.17 показан пример расположения переключающих элементов и пример расположения тепловых труб относительно основания 40A радиаторных пластин для блока 20 преобразователя в соответствии с пятым вариантом воплощения настоящего изобретения. Подобно примеру, показанному на фиг.14, группа переключающих элементов, которая образует каждую из ветвей (то есть плечо положительной стороны и плечо отрицательной стороны), соответствующих фазам, расположена в продольном направлении в ряд на основании 40 радиаторных пластин в направлении движения. Далее дается более конкретное объяснение с использованием в качестве примера ветвей U-фазы на одной стороне. Переключающие элементы UPC1A и UPC2A, включенные в плечо положительной стороны, и переключающие элементы UNC3A и UNC4A, включенные в плечо отрицательной стороны, расположены в ряд в установленном порядке в направлении движения. Диоды UD1A и UD2A, которые на фиг.14 опущены, размещены между переключающим элементом UPC2A, включенным в плечо положительной стороны, и переключающим элементом UNC3A, включенным в плечо отрицательной стороны, как показано на фиг.17. Потери этих диодов составляют всего лишь приблизительно 10% от суммарной величины, как показано в таблице. Другие ветви тоже сконфигурированы таким же образом.On Fig shows an example of the location of the switching elements and an example of the location of the heat pipes relative to the base 40A of the radiator plates for the block 20 of the Converter in accordance with the fifth embodiment of the present invention. Similar to the example shown in FIG. 14, a group of switching elements that forms each of the branches (i.e., the positive side shoulder and the negative side shoulder) corresponding to the phases is arranged in a longitudinal direction in a row based on 40 radiator plates in the direction of movement. The following is a more specific explanation using, as an example, U-phase branches on one side. The switching elements UPC1A and UPC2A included in the positive side arm and the switching elements UNC3A and UNC4A included in the negative side arm are arranged in a row in the established order in the direction of travel. The diodes UD1A and UD2A, which are omitted in FIG. 14, are placed between the switching element UPC2A included in the positive side arm and the switching element UNC3A included in the negative side arm, as shown in FIG. The loss of these diodes is only about 10% of the total value, as shown in the table. Other branches are also configured in the same way.

Далее поясняется позиционное расположение тепловых труб 46A и 46B. Имеются тепловые трубы 46A и тепловые трубы 46B; однако в качестве примера будет объясняться ветвь U-фазы на одной стороне. Там смонтировано основание 40 радиаторных пластин: тепловая труба 46A расположена так, что проходит непосредственно под переключающими элементами UPC1A и UPC2A, включенными в плечо положительной стороны, так что ее один конец проходит до области, которая не находится непосредственно под переключающим элементом UPC1A, тогда как ее другой конец проходит до области, которая не находится непосредственно под переключающим элементом UPC2A; а тепловая труба 46B расположена так, что проходит непосредственно под переключающими элементами UNC3A и UNC4A, включенными в плечо отрицательной стороны, таким образом, что ее один конец проходит до области, которая не находится непосредственно под переключающим элементом UNC3A, тогда как ее другой конец проходит до области, которая не находится непосредственно под переключающим элементом UNC4A. Тепловая труба 46A и тепловая труба 46B находятся на расстоянии друг от друга.Next, the positional arrangement of the heat pipes 46A and 46B is explained. There are heat pipes 46A and heat pipes 46B; however, as an example, the U-phase branch on one side will be explained. A base 40 of radiator plates is mounted there: the heat pipe 46A is located so that it passes directly below the switching elements UPC1A and UPC2A included in the shoulder of the positive side, so that its one end extends to the area that is not directly below the switching element UPC1A, while its the other end extends to an area that is not directly below the UPC2A switching element; and the heat pipe 46B is located so that it passes directly below the switching elements UNC3A and UNC4A included in the shoulder of the negative side, so that its one end extends to an area that is not directly below the switching element UNC3A, while its other end extends to an area that is not directly below the UNC4A switching element. The heat pipe 46A and the heat pipe 46B are spaced apart.

Ниже поясняются эксплуатационные характеристики, которые достигаются в описанной выше конфигурации. Поскольку потери переключающих элементов UPC1A и UPC2A, включенных в плечо положительной стороны, большие, температуры таких областей основания 40 радиаторных пластин, которые размещены непосредственно под этими переключающими элементами, становятся высокими. Напротив, потери диода UD1A маленькие, так что область (температура области) основания 40 радиаторных пластин, которая размещена непосредственно под этим диодом, низкая. Другими словами, есть разница в температуре между областями, которые размещены непосредственно под переключающими элементами UPC1A и UPC2A, включенными в плечо положительной стороны, и областью, которая размещена непосредственно под диодом UD1A. В этих обстоятельствах часть тепла, генерируемого переключающими элементами UPC1A и UPC2A, включенными в плечо положительной стороны, переносится к области основания 40 радиаторных пластин, которая размещена около диода UD1A, благодаря функционированию тепловой трубы 46A. Точно так же часть тепла, генерируемого переключающими элементами UNC3A и UNC4A, включенными в плечо отрицательной стороны, переносится к области основания 40 радиаторных пластин, которая размещена около диода UD2A, благодаря функционированию тепловой трубы 46B.The operational characteristics that are achieved in the configuration described above are explained below. Since the losses of the switching elements UPC1A and UPC2A included in the arm of the positive side are large, the temperatures of such areas of the base 40 of the radiator plates, which are located directly below these switching elements, become high. On the contrary, the loss of the UD1A diode is small, so that the region (temperature of the region) of the base 40 of the radiator plates, which is located directly below this diode, is low. In other words, there is a temperature difference between the areas that are located directly below the switching elements UPC1A and UPC2A, included in the positive side arm, and the area that is located directly below the UD1A diode. In these circumstances, part of the heat generated by the switching elements UPC1A and UPC2A included in the positive side arm is transferred to the base region 40 of the radiator plates, which is located near the diode UD1A, due to the functioning of the heat pipe 46A. Similarly, part of the heat generated by the switching elements UNC3A and UNC4A included in the negative side arm is transferred to the base region 40 of the radiator plates, which is placed near the diode UD2A, due to the functioning of the heat pipe 46B.

В результате описанных выше эксплуатационных характеристик тепло, генерируемое переключающими элементами UPC1A, UPC2A, UNC3A и UNC4A, может рассеиваться не только с некоторых из радиаторных пластин 42 в областях, которые размещены около этих переключающих элементов, но также и с других радиаторных пластин 42 в областях, которые расположены около диодов UD1A и UD2A. Таким образом возможно эффективно охлаждать переключающие элементы UPC1A, UPC2A, UNC3A и UNC4A, которые имеют большие потери. Другими словами, некоторые из радиаторных пластин 42, размещенных около диодов UD1A и UD2A, которые имеют меньшие потери и имеют некоторый запас в отношении эффективности охлаждения, практически используются в процессе охлаждения переключающих элементов UPC1A, UPC2A, UNC3A и UNC4A, которые имеют большие потери. В результате можно улучшить эффективность охлаждения для переключающих элементов UPC1A, UPC2A, UNC3A и UNC4A без необходимости делать размер радиаторных пластин больше.As a result of the operational characteristics described above, the heat generated by the switching elements UPC1A, UPC2A, UNC3A and UNC4A can be dissipated not only from some of the radiator plates 42 in the areas that are located near these switching elements, but also from other radiator plates 42 in the areas which are located near the diodes UD1A and UD2A. In this way, it is possible to efficiently cool the switching elements UPC1A, UPC2A, UNC3A and UNC4A, which have large losses. In other words, some of the radiator plates 42 located near the diodes UD1A and UD2A, which have lower losses and have some margin in terms of cooling efficiency, are practically used in the process of cooling switching elements UPC1A, UPC2A, UNC3A and UNC4A, which have large losses. As a result, cooling performance can be improved for UPC1A, UPC2A, UNC3A and UNC4A switching elements without having to make the radiator fins larger.

В этой конфигурации возможно иметь электрический ток большей величины, протекающий в переключающие элементы UPC1A, UPC2A, UNC3A и UNC4A. В результате, даже если размер радиаторных пластин является таким же, возможно увеличивать мощность электроэнергии, которая может быть преобразована. Эксплуатационные характеристики, достигаемые в других ветвях, являются такими же, как описанные выше.In this configuration, it is possible to have an electric current of larger magnitude flowing into the switching elements UPC1A, UPC2A, UNC3A and UNC4A. As a result, even if the size of the radiator plates is the same, it is possible to increase the power of electricity that can be converted. The performance characteristics achieved in other branches are the same as those described above.

Важный аспект пятого варианта воплощения находится в конфигурации, фокус которого заключается в разных уровнях потерь переключающих элементов (которые обозначают в настоящем примере полупроводниковые элементы, включающие в себя диоды), которые образуют схему преобразования электроэнергии таким образом, что тепло, генерируемое элементами, имеющими большие потери, переносится к областям около элементов, имеющих меньшие потери, и таким образом, что некоторые из радиаторных пластин, которые размещены около элементов, имеющих меньшие потери и имеющих некоторый запас в отношении эффективности охлаждения, практически используются в процессе охлаждения элементов, имеющих большие потери. В описании пятого варианта воплощения конфигурация, которая является подходящей для однофазной трехуровневой схемы преобразователя, объясняется в качестве примера; однако, само собой разумеется, что эту конфигурацию можно применять и к другим схемам, таким как трехфазная схема инвертора. Кроме того, само собой разумеется, что тепловые трубы при необходимости могут быть разделены на меньшие участки в соответствии с конфигурацией схемы и позиционным расположением элементов.An important aspect of the fifth embodiment is in a configuration whose focus is on the different loss levels of the switching elements (which are denoted in this example by semiconductor elements including diodes), which form an electric power conversion circuit such that the heat generated by the elements having large losses , is transferred to areas near elements having less loss, and so that some of the radiator plates that are placed near elements having less loss If they have a certain margin with respect to cooling efficiency, they are practically used in the process of cooling elements with large losses. In the description of the fifth embodiment, a configuration that is suitable for a single-phase three-level converter circuit is explained as an example; however, it goes without saying that this configuration can be applied to other circuits, such as a three-phase inverter circuit. In addition, it goes without saying that heat pipes, if necessary, can be divided into smaller sections in accordance with the configuration of the circuit and the positional arrangement of the elements.

Конфигурации, раскрытые в описанных выше примерных вариантах воплощения, формируют только пример содержимого настоящего изобретения. Эти конфигурации можно комбинировать с другими широко известными методами. Само собой разумеется, к этим конфигурациям можно применять модификации, например, опуская их часть, не отступая при этом от сути настоящего изобретения.The configurations disclosed in the exemplary embodiments described above form only an example of the contents of the present invention. These configurations can be combined with other widely known methods. It goes without saying that modifications can be applied to these configurations, for example, omitting part of them without departing from the essence of the present invention.

Кроме того, в настоящем описании сущность настоящего изобретения объясняется главным образом через применения к железнодорожным вагонам с электрическим приводом. Однако подходящее использование настоящего изобретения не ограничено железнодорожными вагона с электрическими приводами. Само собой разумеется, настоящее изобретение возможно применять к другим связанным областям, таким как электрические автомобили.In addition, in the present description, the essence of the present invention is explained mainly through applications to railway cars with electric drive. However, the suitable use of the present invention is not limited to railway cars with electric drives. It goes without saying that the present invention can be applied to other related fields, such as electric cars.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Как объяснялось выше, устройство преобразования электроэнергии в соответствии с аспектом настоящего изобретения полезно как изобретение, которое может реализовывать устройство преобразования электроэнергии, в котором переключающие элементы охлаждаются с использованием воздушных потоков, вызываемых передвижением транспортного средства, и которое может быть еще более компактным и более легким.As explained above, an electric power conversion device in accordance with an aspect of the present invention is useful as an invention that can implement an electric power conversion device in which the switching elements are cooled using air currents caused by the movement of a vehicle, and which can be even more compact and lighter.

Пояснения букв или цифрExplanation of letters or numbers

1 - воздушная линия электропитания1 - overhead power line

2 - пантограф2 - pantograph

3 - колесо3 - wheel

4 - рельс4 - rail

6 - трансформатор6 - transformer

9 - кузов вагона9 - car body

10 - контактор10 - contactor

11 - электрические устройства11 - electrical devices

20, 20a, 20b - блок преобразователя20, 20a, 20b - converter block

30, 30P, 30N - конденсатор30, 30P, 30N - capacitor

40A - основание радиаторных пластин (для блока преобразователя)40A - the base of the radiator plates (for the converter unit)

40B - основание радиаторных пластин (для блока инвертора)40B - the base of the radiator plates (for the inverter unit)

42A - радиаторные пластины (для блока преобразователя)42A - radiator plates (for converter unit)

42B - радиаторные пластины (для блока инвертора)42B - radiator plates (for inverter unit)

45 - микросхема IGBT45 - IGBT chip

46 - тепловая труба46 - heat pipe

50A - охлаждающее устройство преобразователя50A - converter cooling device

50B - охлаждающее устройство инвертора50B - inverter cooling device

UD1A, UD2A, UD1B, UD2B - диодUD1A, UD2A, UD1B, UD2B - diode

UPC, VPC, UNC, VNC, UPI, VPI, WPI, UNI, VNI, WNI, UPCA, UPCB, UNCA, UNCB, VPCA, VPCB, VNCA, VNCB, UPC1, UPC2, UNC3, UNC4, VPC1, VPC2, VNC3, VNC4, UPC1A, UPC2A, UNC3A, UNC4A, UPC1B, UPC2B, UNC3B, UNC4B, VPC1A, VPC2A, VNC3A, VNC4A, VPC1B, VPC2B, VNC3B, VNC4B - переключающий элементUPC, VPC, UNC, VNC, UPI, VPI, WPI, UNI, VNI, WNI, UPCA, UPCB, UNCA, UNCB, VPCA, VPCB, VNCA, VNCB, UPC1, UPC2, UNC3, UNC4, VPC1, VPC2, VNC3, VNC4, UPC1A, UPC2A, UNC3A, UNC4A, UPC1B, UPC2B, UNC3B, UNC4B, VPC1A, VPC2A, VNC3A, VNC4A, VPC1B, VPC2B, VNC3B, VNC4B - switching element

60 - блок инвертора60 - inverter unit

80 - электродвигатель80 - electric motor

100 - устройство преобразования электроэнергии100 - power conversion device

Claims

1. An electric power conversion device (100) for use on a railway carriage with an electric drive driven on an AC electrified railway section, comprising a converter unit (20, 20a, 20b) for converting alternating current to direct current, block (60) an inverter connected to the output side of the converter unit (20, 20a, 20b) through a direct current power source and designed to convert direct current from a direct current power source to alternating current so that supply electricity to the electric motor driving the railway car with an electric drive, and a cooling device (50A, 50B) for cooling a plurality of switching elements included in each block (20, 20a, 20b) and the converter unit (60) of the inverter, wherein
the cooling device (50A, 50B) includes a base (40A, 40B) of the radiator plates, which serves as the mounting plane of the switching elements on which the switching elements are mounted, and a plurality of radiator plates (42A, 42B) located on a plane opposite to the plane attaching the switching elements, so that the radiator plates (42A, 42B) are cooled by the air flow caused by the movement of an electrically driven railway carriage, and
the switching elements of the converter unit (20, 20a, 20b) and the switching elements of the inverter unit (60) have different ratios between the amount of heat generation and the speed of an electrically driven railway car, so that the heat generation value of the switching elements of the converter unit (20, 20a, 20b) increases to the maximum when the speed of the railway car with an electric drive is in the range of speeds that are equal to or higher than 30% -50% of the maximum speed, while the first distance between the radiator the plates for the radiator plates (42A) for the converter unit (20, 20a, 20b) has a value at which the cooling efficiency of the cooling device (50A) is maximized when the speed of an electrically driven railway car is in a speed range that is equal to or higher, than 30%, the heat dissipation value of the switching elements of the inverter unit (60) increases to a maximum when the speed of the railway car with an electric drive is in the speed range that is equal to or lower than 30% -50% from the maximum speed, while the second distance between the radiator plates for the radiator plates (42V) for the inverter unit (60) has a value at which the cooling efficiency of the cooling device (50V) is increased to a maximum when the speed of an electrically driven railway car is in the speed range which is equal to or lower than 50%, and
the first distance between the radiator plates is less than the second distance between the radiator plates.

2. The device (100) for converting electricity according to claim 1, in which
each of the converter unit (20, 20a, 20b) and the inverter unit (60) is any one of a single-phase bridge circuit and a multiphase bridge circuit including a plurality of sets of branches, each of which is formed by the positive side and the negative side, and each of which includes switching elements, and
the switching elements that make up each of the branches of the various phases are arranged in a row on the base (40A, 40B) of the radiator plates in the direction of movement of the railway car with an electric drive.

3. The electric power conversion device (100) according to claim 1, wherein each of the converter unit (20, 20a, 20b) and the inverter unit (60) are any one of a single-phase bridge circuit and a multi-phase bridge circuit including a plurality of sets of branches each of which is formed by the shoulder of the positive side and the shoulder of the negative side, each of which includes switching elements, and
the branches of the various phases are arranged in a row on the base (40A, 40B) of the radiator plates in a direction perpendicular to the direction of movement of the railway car with an electric drive.

4. The electric power conversion device (100) according to claim 2, in which the switching elements are connected in parallel in each of the positive side arm and the negative side arm, and each of the sets of shoulders of the same type formed with parallel connected switching elements is located in a row on the basis of (40A, 40B) radiator plates in a direction perpendicular to the direction of movement of a railway car with an electric drive.

5. The device (100) for converting electricity according to claim 2, in which
switching elements are connected in parallel in each of the positive side arm and negative side arm, and switching elements which are connected in parallel are located at equal distances from the leading edge of the base (40A, 40B) of the radiator plates in the direction of movement of the electrically driven railway car.

6. The electric power conversion device (100) according to claim 1, in which each of the switching elements has a rectangular shape having a long side and a short side, and the switching elements are arranged in a row on the base (40A, 40B) of the radiator plates so that the long sides located in a direction perpendicular to the direction of movement of the railway car with an electric drive.

7. The device (100) for converting electricity according to claim 1, in which
cooling device (50A, 50B) includes
a first cooling device (50A) for the converter unit (20, 20a, 20b), and
a second cooling device (50V) for the inverter unit (60), and
a first cooling device (50A) and a second cooling device (50B) are provided separately.

8. The device (100) for converting electricity according to claim 1, in which the thickness of each of the radiator plates (42A, 42B) is in
range from 2 to 4 mm,
the first distance between the radiator plates for the radiator plates (42A) provided on the base (40A) of the radiator plates for the converter unit (20, 20a, 20b) has a value in the range of 6.5 to 11.5 mm, and
the second distance between the radiator plates for the radiator plates (42B) provided on the basis of the (40B) radiator plates for the inverter unit (60) has a value in the range from 8.5 to 15.5 mm.

9. The device (100) for converting electricity according to claim 1, in which
the thickness of each of the radiator plates (42A, 42B) is in the range from 2 to 4 mm,
the first distance between the radiator plates for the radiator plates (42A) provided on the base (40A) of the radiator plates for the converter unit (20, 20a, 20b) has a value in the range of 8 to 10 mm, and
the second distance between the radiator plates for the radiator plates (42B) provided on the basis of the (40 V) radiator plates for the inverter unit (60) has a value in the range from 10 to 14 mm.

10. The electric power conversion device (100) according to claim 2, wherein each of the branches of the converter unit (20b) includes a first switching element, a second switching element, a third switching element and a fourth switching element connected in series, the first switching element and the second switching element form the positive side shoulder, the third switching element and the fourth switching element form the negative side shoulder,
a DC power source includes a first DC power source and a second DC power source connected in series,
the first end of the first switching element is connected to the positive side of the first DC power supply, and the first end of the fourth switching element is connected to the negative side of the second DC power supply,
moreover, the block (20b) of the Converter further includes
a first diode whose cathode is connected to the connection point between the first switching element and the second switching element, and the anode is connected to the midpoint between the first DC power source and the second DC power source, and
a second diode, the anode of which is connected to the connection point between the third switching element and the fourth switching element, and the cathode is connected to the midpoint between the first DC power source and the second DC power source,
wherein a three-level circuit is formed in which the connection point between the second switching element and the third switching element is configured to be brought out, and
the first switching element, the second switching element, the third switching element and the fourth switching element are arranged in a row on the base (40A) of the radiator plates in the direction of movement of the electrically driven railway car.

11. The electric power conversion device (100) according to claim 10, wherein the electric power conversion circuit is any one of a single-phase bridge circuit and a multiphase bridge circuit including sets of branches, each of which is formed by a first switching element, a second switching element, and a third switching element and the fourth switching element, and the branches of the various phases are arranged in a row on the base (40A) of the radiator plates in a direction perpendicular to the direction of movement of the railway carriage with electric eral drive.

12. The electric power conversion device (100) according to claim 2, wherein each of the branches of the converter unit (20b) includes a first switching element, a second switching element, a third switching element and a fourth switching element connected in series, the first switching element and the second switching element form the positive side shoulder, the third switching element and the fourth switching element form the negative side shoulder,
a DC power source includes a first DC power source and a second DC power source connected in series,
the first end of the first switching element is connected to the positive side of the first DC power supply, and the first end of the fourth switching element is connected to the negative side of the second DC power supply,
moreover, the block (20b) of the Converter further includes
a first diode whose cathode is connected to the connection point between the first switching element and the second switching element, and the anode is connected to the midpoint between the first DC power source and the second DC power source, and
a second diode, the anode of which is connected to the connection point between the third switching element and the fourth switching element, and the cathode is connected to the midpoint between the first DC power source and the second DC power source,
wherein a three-level circuit is formed in which the connection point between the second switching element and the third switching element is configured to be brought out, and
the first switching element, the second switching element, the third switching element and the fourth switching element are arranged in order in a row on the base (40A) of the radiator plates in the direction of movement of the electric-powered railway carriage.

13. The device (100) for converting electricity according to claim 1, in which
the base (40A, 40B) of the radiator plates includes many built-in heat pipes (46),
heat pipes (46) are located directly below the switching elements, passing in the direction of movement of a railway car with an electric drive.

14. The device (100) for converting electricity according to claim 2, in which the base (40A, 40B) of the radiator plates includes many built-in heat pipes (46), and
heat pipes (46) pass directly below the switching elements included in the shoulder of the positive side and the switching elements included in the shoulder of the negative side, passing in the direction of movement of the railway car with electric drive.

15. The electric power conversion device (100) according to claim 1, wherein the heat pipe (46) is integrated in the base (40A, 40B) of the radiator plates,
the heat pipe (46) is located so that the first end is located near the area immediately below the switching element, having large losses among the switching elements included in the converter unit (20, 20a, 20b) and the inverter unit (60), and the second end is placed near the area immediately below the switching element, having less loss among the switching elements.

16. The electric power conversion device (100) according to claim 14, wherein each of the branches of the converter unit (20b) includes a first switching element, a second switching element, a third switching element and a fourth switching element connected in series, the first switching element and the second switching element form the positive side shoulder, the third switching element and the fourth switching element form the negative side shoulder,
a DC power source includes a first DC power source and a second DC power source connected in series,
the first end of the first switching element is connected to the positive side of the first DC power supply, and the first end of the fourth switching element is connected to the negative side of the second DC power supply,
moreover, the block (20b) of the Converter further includes
first diode whose cathode is connected to the junction point
between the first switching element and the second switching element, and the anode is connected to a midpoint between the first DC power source and the second DC power source, and
a second diode, the anode of which is connected to the connection point between the third switching element and the fourth switching element, and the cathode is connected to the midpoint between the first DC power source and the second DC power source,
wherein a three-level circuit is formed in which the connection point between the second switching element and the third switching element is configured to be brought out, and
the first switching element, the second switching element, the third switching element and the fourth switching element are arranged in a row in a row on the base (40A) of the radiator plates in the direction of movement of the electrically driven railway carriage, and
heat pipes (46) are embedded in the base (40A) of the radiator plates, wherein
heat pipes (46) include
a first heat pipe (46A) that extends directly below the first switching element and the second switching element so that the first end of the first heat pipe (46A) extends to an area outside the region below the first switching element, and the second end of the first heat pipe (46A) extends to the area outside the area under the second
a switching element and near the area immediately below the first diode, and
a second heat pipe (46B) that extends directly below the third switching element and the fourth switching element so that the first end of the second heat pipe (46B) extends to an area outside the region below the third switching element and the second end of the second heat pipe (46B) extends to the area outside the area under the fourth switching element and near the area directly below the second diode.