專利名稱：機(jī)車變流柜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變流柜技術(shù)，尤其涉及一種大功率的機(jī)車變流柜。
背景技術(shù)：
變流柜是大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車中的關(guān)鍵部件之一，用于為機(jī)車中的電機(jī)提供電源，變流柜性能的好壞直接影響著機(jī)車運(yùn)行的安全性和可靠性。其中，變流柜中主要放置牽引變流器和驅(qū)動(dòng)控制單元，牽引變流器中的整流電路、直流回路以及逆變器等均是大功率電氣設(shè)備，這些大功率電氣設(shè)備均是由功率模塊(即絕緣柵雙極晶體管IGBT元件)、復(fù)合母排、驅(qū)動(dòng)單元和散熱器等組成，這些部件在變流柜中的排布方式直接影響著牽引變流器電氣性能。現(xiàn)有機(jī)車變流柜中，各電氣元件的排布方式簡(jiǎn)單，布局不合理，各種高壓和低壓元件混合排布，影響變流器的電氣性能，同時(shí)也不利于電氣元件的散熱，進(jìn)一步導(dǎo)致電氣元件性能下降。綜上，現(xiàn)有機(jī)車大功率變流柜中，各電氣元件排布方式不合理，高壓和低壓電氣元件混合排布，影響電氣元件和整個(gè)變流器的電氣性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種機(jī)車變流柜，可有效克服現(xiàn)有變流柜內(nèi)電氣元件排布造成的電氣性能下降的問題。本發(fā)明提供一種機(jī)車變流柜，包括柜體，所述柜體包括按照從左到右方向相鄰設(shè)置的左框架和右框架；所述左框架的前后端分別設(shè)置有左前門和左后門，所述右框架的前后端分別設(shè)置有右如門和右后門；所述左后門上，位于所述柜體的上方位置從左到右依次安裝有膨脹水箱、慢放電阻、預(yù)充電電阻、預(yù)充電接觸器；所述右后門上，位于所述柜體的上方位置從左到右依次安裝有牽引控制單元和輔助控制單元；所述左后門和右后門上，位于所述柜體的中間位置從左到右依次安裝有多個(gè)功率模塊組件，所述功率模塊組件包括左右相鄰設(shè)置的功率模塊和支撐電容，以及連接各功率模塊和支撐電容的復(fù)合母排；所述左后門上，位于所述柜體的下方位置從左到右依次安裝有水泵、接觸器和輸入電流傳感器；所述右后門上，位于所述柜體的下方位置從左到右依次安裝有輸出電流傳感器、電流互感器、熔斷器和電壓傳感器；所述左框架的左側(cè)外壁上安裝有柜外冷卻管路，所述柜外冷卻管路的兩端分別與所述膨脹水箱和水泵連接；所述左框架和右框架內(nèi)的各部件外圍設(shè)置有柜內(nèi)冷卻管路，所述柜內(nèi)冷卻管路的兩端分別與所述膨脹水箱和水泵連接。本發(fā)明提供的機(jī)車變流柜，將柜體分成左右兩個(gè)框架，并通過在框架內(nèi)合理設(shè)置電氣元件的位置，將各高壓電氣元件和低壓電氣元件設(shè)置在不同的框架和位置，使得各電氣元件配置合理，變流柜占用空間較少，同時(shí)可具有較好的冷卻效果，可確保各電氣元件的電氣性能，提高整個(gè)變流柜的電氣性能。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)車變流柜的主視圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)車變流柜的后視圖；圖3為圖1機(jī)車變流柜內(nèi)各部件排布的主視圖；圖4為圖1機(jī)車變流柜內(nèi)各部件排布的后視圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的變流柜對(duì)應(yīng)的變流器的電路原理示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)車變流柜的主視圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)車變流柜的后視圖；圖3為圖1機(jī)車變流柜內(nèi)各部件排布的主視圖；圖4為圖1機(jī)車變流柜內(nèi)各部件排布的后視圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的變流柜對(duì)應(yīng)的變流器的電路原理不意圖。本實(shí)施例機(jī)車變流柜可用于對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以為牽引電機(jī)和輔助設(shè)備供電，具體地，如圖1-圖4所示,本實(shí)施例機(jī)車變流柜包括:柜體I,柜體I包括按照從左到右方向相鄰設(shè)置的左框架11和右框架12 ;左框架11的前后端分別設(shè)置有左前門111和左后門112，右框架12的前后端分別設(shè)置有右前門121和右后門122 ;左后門112上，位于柜體I的上方位置從左到右依次安裝有膨脹水箱21、慢放電阻31、預(yù)充電電阻32和預(yù)充電接觸器33 ;右后門122上，位于柜體I的上方位置從左到右依次安裝有牽引控制單元TCU 61和輔助控制單元A⑶62，其中，T⑶61的數(shù)量為3個(gè)，ACU 62的數(shù)量為I個(gè)，用于對(duì)功率模塊的功率元件進(jìn)行控制，以及檢測(cè)柜體中的重要電氣參數(shù)；左后門112和右后門122上，位于柜體I的中間位置分別安裝有多個(gè)功率模塊組件4，功率模塊組件4包括左右相鄰設(shè)置的功率模塊41和支撐電容42，以及連接各功率模塊41和支撐電容42的復(fù)合母排43 ;左后門112上，位于柜體I的下方位置從左到右依次安裝有水泵22、主接觸器51和輸入電流傳感器52，所述主接觸器51和輸入電流傳感器52與功率模塊組件4之間還設(shè)置有二次濾波電容53，此夕卜，左后門112下方還可設(shè)置有接地傳感器、斬波回路電流傳感器；右后門122上，位于柜體I的下方位置從左到右依次安裝有輸出電流傳感器54、電流互感器55、熔斷器56和電壓傳感器57 ;左框架11的左側(cè)外壁上安裝有柜外冷卻管路23，柜外冷卻管路23的兩端分別與膨脹水箱21和水泵22連接；左框架11和右框架12內(nèi)的各部件外圍設(shè)置有柜內(nèi)冷卻管路24，柜內(nèi)冷卻管路24的兩端分別與膨脹水箱21和水泵22連接。本實(shí)施例機(jī)車變流柜，功率模塊組件設(shè)置在柜體的中間位置，其他組件分別設(shè)置在柜體的上方或下方位置，使得各電氣元件設(shè)置合理，可滿足各電氣元件的冷卻需要，提高電氣兀件的電氣性能。本實(shí)施例中，如圖3所示，上述的各功率模塊組件4中的功率模塊41和支撐電容42左右相鄰設(shè)置在柜體I的中間位置，這樣，可便于連接功率模塊41和支撐電容42的復(fù)合母排的設(shè)置，同時(shí)也可有效減少功率模塊組件4安裝所占用的空間，減少整個(gè)變流體的尺寸，降低成本。此外，功率模塊組件4設(shè)置在柜體I的中間位置，也便于柜體I中冷卻管路的布置，且打開柜體的前門時(shí)，也便于直接對(duì)功率模塊組件進(jìn)行拆裝、維護(hù)。本實(shí)施例中，柜體I中的冷卻可采用水冷方式，其中水泵、膨脹水箱放置在柜體I內(nèi)，冷卻風(fēng)機(jī)、散熱器集成在機(jī)車的冷卻塔內(nèi)，冷卻塔通過相應(yīng)的管路和法蘭實(shí)現(xiàn)與變流柜中冷卻回路的連接。具體地，如圖3所示，在變流柜的最左側(cè)壁上懸掛安裝柜外冷卻管路23，其上集成有與冷卻塔連接的各種接口，同時(shí)，為便于連接水管，將重量較重的水泵安裝于左框架11的左下方。本實(shí)施例中，如圖3所示，作為發(fā)熱量較大的慢放電阻31、預(yù)充電電阻32、預(yù)充電接觸器33等電氣元件，安裝在左框架的上方，可盡量減小該些元?dú)饧陌l(fā)熱量對(duì)其它元件的損傷，進(jìn)而提高整個(gè)變流柜的電氣性能。本實(shí)施例中，如圖3所示，通過將3個(gè)T⑶61和I個(gè)A⑶62，依次排列安裝在右框架2的上方位置，可減少外界對(duì)該設(shè)備的干擾，并便于集中布線。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，TCU和ACU主要用于對(duì)柜體I內(nèi)其他電氣元件的工作進(jìn)行控制，其控制性能直接影響著整個(gè)變流柜的工作的電氣性能，因此，將這些控制電氣元件單獨(dú)設(shè)置在右框架的上方，可有效確保變流柜工作的電氣性能。本實(shí)施例中，為便于對(duì)各功率模塊組件進(jìn)行冷卻處理，各功率模塊41上分別設(shè)置有水冷卻回路(圖中未示出)，并通過設(shè)置的快速水接頭連接到柜內(nèi)冷卻管路24上，使得水泵22泵出的冷卻液可通過這些管路對(duì)功率模塊進(jìn)行冷卻。通過設(shè)置快速水接頭，可便于與柜內(nèi)冷卻管路連接，實(shí)現(xiàn)快捷的插拔操作。此外，柜體I中的其他電氣元件也可設(shè)置單獨(dú)的冷卻回路，并通過相應(yīng)的接頭連接到柜內(nèi)冷卻管路上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各電氣元件的冷卻，提高各電氣兀件的電氣性能。本實(shí)施例中，左框架11和右框架12均為鋼板框架結(jié)構(gòu)，具體地，可通過采用折彎鋼板以及鉚釘鉚接的方式制作得到所述的柜體1，以確保柜體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。本實(shí)施例中，如圖4所示，左后門112和右后門122上可分別設(shè)置有圓孔和/或方孔，本實(shí)施例中設(shè)置的為圓孔1121，以方便對(duì)安裝在柜體內(nèi)的各銅牌進(jìn)行散熱以及檢修；此外，左前門111和右前門121上可分別設(shè)置有門扣手1123和門鎖1124，以便操作人員拆卸前門，對(duì)柜體內(nèi)的各部件進(jìn)行檢修。本實(shí)施例中，如圖3所示，功率模塊組件4的數(shù)量為8個(gè)，其中，位于左框架11內(nèi)的功率模塊組件4的數(shù)量為4個(gè)，且每?jī)山M功率模塊組件4形成一個(gè)四象限整流器；位于右框架12內(nèi)的功率模塊組件4數(shù)量為4個(gè)，各功率模塊組件分別形成逆變器，且形成的3個(gè)逆變器分別用于與機(jī)車上的電機(jī)連接，以為電機(jī)提供電力，驅(qū)動(dòng)機(jī)車運(yùn)行，I個(gè)逆變器作為輔助逆變器，用于為機(jī)車上的用電設(shè)備供電。本實(shí)施例中，如圖5所示，為本發(fā)明實(shí)施例變流柜中形成的牽引變流器的電路原理示意圖，其中，四象限整流器10中的整流電路101，以及逆變器電路20均是由圖3中所示的功率模塊組件4形成，具體地，左框架11中的兩個(gè)功率模塊組件4串聯(lián)形成如圖5所示的四象限整流器10，這樣，在左框架11中可兩個(gè)形成四象限整流器；此外，上述的預(yù)充電電阻32、預(yù)充電接觸器33和主接觸器51可與外界輸入的電源連接，用于將外界電源輸入左框架11的功率模塊組件4中的功率模塊，以對(duì)輸入電源進(jìn)行整流濾波處理。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，左框架上還可設(shè)置有與外界輸入電源連接的接線端子，以與外界輸入電源連接，其具體實(shí)現(xiàn)方式，可以是通過銅排接口等實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)施例中，上述的二次濾波電容可作為如圖5所示的中間直流回路30中的電路元件，以實(shí)現(xiàn)直流電的輸出，連接在四象限整流器和逆變器之間，使得右框架12中的四個(gè)功率模塊組件4形成的4個(gè)逆變器可共用左框架11內(nèi)形成的2個(gè)四象限整流器和中間直流回路。 本實(shí)施例中，如圖3所示的各電氣元件之間的連接關(guān)系，可按照如圖5所示的電路原理進(jìn)行連接，以形成相應(yīng)的牽引變流器電路，其具體電路連接可參照現(xiàn)有牽引變流器中的電路連接，在此不再贅述。此外，為提高變流柜的電氣性能，用于連接高壓電氣元件的高壓線和用于連接低壓元?dú)饧牡蛪壕€可單獨(dú)隔離設(shè)置，分別形成高壓線和低壓線組件，且各高壓線和低壓線可分束、分距離綁扎，以減少相互之間的電磁干擾，滿足變流柜的電磁兼容要求。本實(shí)施例中，在左框架11中主要形成四象限整流器，在左框架12中形成逆變器，這樣，在左框架主要實(shí)現(xiàn)電源輸入整流，而在右框架則主要實(shí)現(xiàn)直流交流的逆變處理。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，左框架主要實(shí)現(xiàn)的是高壓電的處理，而右框架則主要實(shí)現(xiàn)低壓電的處理，可有效確保變流體的電氣性能。本實(shí)施例機(jī)車變流柜可應(yīng)用于機(jī)車中，為機(jī)車牽引提供所需的電力，以及為機(jī)車上的用電設(shè)備提供電源。具體地，每臺(tái)機(jī)車上可安裝有上述的兩臺(tái)機(jī)車變流柜，其中，每個(gè)變流柜中包含有3臺(tái)牽引變流器和I臺(tái)輔助變流器，其中3臺(tái)牽引變流器就是由左框架中的4個(gè)功率模塊組件形成的2個(gè)四象限整流器，以及右框架中的3個(gè)功率模塊件形成的3個(gè)逆變器，以及他們之間的中間直流回路組成，具體電路結(jié)構(gòu)可參見圖5所示；輔助逆變器就是由右框架中的I個(gè)功率模塊組件4與左框架中的功率模塊組件形成。實(shí)際應(yīng)用中，交流電網(wǎng)中的25KV電網(wǎng)電壓可通過受電弓傳輸?shù)綘恳儔浩髟?，牽引變壓器?5KV的電網(wǎng)電壓變換為1471V的交流電施加到左框架中的功率模塊組件的前端，由功率模塊組件形成的2個(gè)四象限整流器進(jìn)行整流濾波處理，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電；然后，將直流電通過二次濾波電容后，輸入右框架中的功率模塊組件，由功率模塊組件形成的逆變器對(duì)直流電進(jìn)行逆變，輸出交流電，提供給機(jī)車上的牽引電機(jī)，以驅(qū)動(dòng)機(jī)車工作。此外，右框架中形成輔助逆變器的功率模塊組件可從右框架中的功率模塊組件傳輸?shù)闹绷麟娭腥‰?，?jīng)過自身逆變后，輸送至機(jī)車的用電設(shè)備。本實(shí)施例變流柜可滿足機(jī)車1200KW軸功率、最高運(yùn)用速度120Km/h的總體要求，可在機(jī)車各種工況下均具有完善而可靠的短路、過載、接地、過電壓、欠壓、過熱、空轉(zhuǎn)、滑行等故障保護(hù)功能。綜上可以看出，本實(shí)施例提供的機(jī)車變流柜，將柜體分成左右兩個(gè)框架，并通過在框架內(nèi)合理設(shè)置電氣元件的位置，將各高壓電氣元件和低壓電氣元件設(shè)置在不同的框架和位置，使得各電氣元件配置合理，變流柜占用空間較少，同時(shí)可具有較好的冷卻效果，可確保各電氣元件的電氣性能，提高整個(gè)變流柜的電氣性能。最后應(yīng)說明的是:以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)車變流柜，其特征在于，包括柜體，所述柜體包括按照從左到右方向相鄰設(shè)置的左框架和右框架； 所述左框架的前后端分別設(shè)置有左前門和左后門，所述右框架的前后端分別設(shè)置有右前門和右后門； 所述左后門上，位于所述柜體的上方位置從左到右依次安裝有膨脹水箱、慢放電阻、預(yù)充電電阻和預(yù)充電接觸器；所述右后門上，位于所述柜體的上方位置從左到右依次安裝有牽引控制單元和輔助控制單元； 所述左后門和右后門上，位于所述柜體的中間位置從左到右依次安裝有多個(gè)功率模塊組件，所述功率模塊組件包括左右相鄰設(shè)置的功率模塊和支撐電容，以及連接各功率模塊和支撐電容的復(fù)合母排； 所述左后門上，位于所述柜體的下方位置從左到右依次安裝有水泵、接觸器和輸入電流傳感器；所述右后門上，位于所述柜體的下方位置從左到右依次安裝有輸出電流傳感器、電流互感器、熔斷器和電壓傳感器； 所述左框架的左側(cè)外壁上安裝有柜外冷卻管路，所述柜外冷卻管路的兩端分別與所述膨脹水箱和水泵連接； 所述左框架和右框架內(nèi)的各部件外圍設(shè)置有柜內(nèi)冷卻管路，所述柜內(nèi)冷卻管路的兩端分別與所述膨脹水箱和水泵連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車變流柜，其特征在于，各功率模塊上分別設(shè)置有水冷卻回路，所述水冷卻回路通過設(shè)置的快速水接頭連接到所述柜內(nèi)冷卻管路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車變流柜，其特征在于，所述左框架和右框架為鋼板框架。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車變流柜，其特征在于，所述功率模塊組件的數(shù)量為8個(gè)，其中: 位于所述左框架內(nèi)的功率模塊組件數(shù)量為4個(gè)，每?jī)山M功率模塊組件形成一個(gè)四象限整流器； 位于所述右框架內(nèi)的功率模塊組件數(shù)量為4個(gè)，各功率模塊組件分別形成逆變器，其中，形成的3個(gè)逆變器分別與機(jī)車上的電機(jī)連接，I個(gè)逆變器作為輔助逆變器，用于為機(jī)車上的用電設(shè)備供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車變流柜，其特征在于，所述左后門和右后門上分別設(shè)置有用于散熱用的圓孔和/或方孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車變流柜，其特征在于，所述左前門和右前門上分別設(shè)置有門扣手和門鎖。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)車變流柜。包括柜體，柜體包括左框架和右框架；左框架設(shè)置有左前門和左后門，右框架設(shè)置有右前門和右后門；左后門上位于柜體的上方位置安裝有膨脹水箱、慢放電阻、預(yù)充電電阻、預(yù)充電接觸器；右后門上位于柜體的上方位置安裝有TCU和ACU；左后門和右后門上位于柜體的中間位置安裝有多個(gè)功率模塊組件；左后門上位于柜體的下方位置安裝有水泵、接觸器和輸入電流傳感器；右后門上位于柜體的下方位置安裝有輸出電流傳感器、電流互感器、熔斷器和電壓傳感器；左框架的左側(cè)外壁上安裝有柜外冷卻管路；左框架和右框架內(nèi)的各部件外圍設(shè)置有柜內(nèi)冷卻管路。本發(fā)明提供的機(jī)車變流柜，電氣元件布局合理，可有效提高變流柜的電氣性能。
文檔編號(hào)H02B1/56GK103138184SQ20111039329
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者孫湘漪, 王彬, 楊麗輝, 唐子輝, 裴冰, 韓建寧, 岳文開, 劉佳 申請(qǐng)人:永濟(jì)新時(shí)速電機(jī)電器有限責(zé)任公司