一種集中式輔助變流裝置的製作方法

2023-10-29 10:01:37

專利名稱：一種集中式輔助變流裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種變流裝置，尤其是涉及一種應用於軌道交通地鐵車輛上的集中式輔助變流裝置。
背景技術：
在軌道交通技術水平不斷提高的當今，輔助變流器如何快速響應市場需求、節約安裝空間和成本、減小重量和體積等越來越受到相關技術人員的關注。現有軌道交通地鐵上運用的輔助變流裝置及充電機箱體結構獨立自成一體，牽引變流器和輔助變流器集成在同一箱體，箱體內還設置有水冷卻裝置。這樣的結構設計容易導致以下缺陷1、現有輔助變流裝置的安裝固定、拆卸維護、故障查找都十分不方便；2、現有輔助變流裝置佔用的安裝空間過大；3、現有輔助變流裝置的箱體重，散熱風道結構對外要求嚴格。而在現有技術當中，有以下兩篇文獻涉及到本發明。文獻I為北京交通大學於2008年03月31日申請，並於2008年08月27日公開，公開號為CN101249801A的中國發明專利申請《一種車輛輔助變流器》，具體涉及到一種車輛輔助變流器，包括網側濾波部分，直流變換部分和交流變換部分。網側濾波部分中二極體和網側功率開關管的集電極連接，網側功率開關管的發射極與濾波電容的正極連接形成直流母線的正極，軟啟動電阻的兩端分別與網側功率開關管的集電極和網側功率開關管的發射極連接。DC/DC斬波器中的功率開關管工作在軟開關狀態。交流、直流變換部分的DC/DC斬波器為零電壓軟開關諧振變換器。採用無觸點的功率開關管代替接觸器減少了開關噪聲；功率開關管工作在軟開關狀態減少了開關損耗；採用高頻變壓器隔離使之輕量化。文獻2為永濟新時速電機電器有限責任公司於2008年12月06日申請，並於2009年09月09日公開，公開號為CN201307823Y的中國實用新型專利《一種牽引輔助供電一體式變流裝置》，用於高速動車組的變流裝置，具體為牽引輔助供電一體式變流裝置。解決現有高速動車組上的牽引變流器及輔助變流器結構獨立自成一體，安裝固定有極大難度，安裝拆卸、維修維護、故障查找處理不方便；以及風冷卻結構不便維修、維護等問題。包括箱體，含有整流電路、逆變電路的牽引供電變流器和輔助供電變流器，牽引變流器和輔助變流器集成在同一箱體，並在結構上，採用模塊化結構設計，牽引供電變流器和輔助供電變流器共用一個由整流功率模塊構成的整流電路，箱體內還設置有水冷卻裝置。但是以上兩篇文獻依然沒有解決現有技術存在的問題，因此開發設計一種輔助變流裝置，解決現有技術輔助變流裝置的安裝固定、拆卸維護、故障查找都十分不方便；輔助變流裝置佔用的安裝空間過大；箱體過重，散熱風道結構對外要求嚴格的技術問題成為亟待解決的技術問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種集中式輔助變流裝置，解決了車下安裝空間有限的難題和集成式輔助變流器散熱的問題，減小了櫃體的重量和體積，主要功能模塊容易拆換，維護方便。為了實現上述發明目的，本發明具體提供了一種集中式輔助變流裝置的技術實現方案，一種集中式輔助變流裝置，包括箱體、過濾網、逆變模塊、充電機模塊、控制單元、冷卻風機、輸出電器板、中間電器板、變壓器板、電抗器板和輸入電器板，逆變模塊、充電機模塊、控制單兀、冷卻風機、輸出電器板、中間電器板、變壓器板、電抗器板和輸入電器板分三層布置在箱體的內部；第一層包括逆變 模塊、充電機模塊和控制單元，逆變模塊、充電機模塊和控制單元依次排列，在箱體上靠近逆變模塊的位置設置有過濾網；中間層包括冷卻風機、變壓器板和電抗器板，冷卻風機、變壓器板和電抗器板依次排列，冷卻風機設置在靠近控制單兀的位置；第三層包括輸出電器板、中間電器板和輸入電器板，輸出電器板、中間電器板和輸入電器板依次排列。作為本發明一種集中式輔助變流裝置技術方案的進一步改進，過濾網包括側過濾網和前過濾網，側過濾網設置在箱體靠近逆變模塊的相對側部位置，前過濾網設置在箱體靠近逆變模塊的相對前部位置。作為本發明一種集中式輔助變流裝置技術方案的進一步改進，集中式輔助變流裝置採用強迫風冷散熱結構，在箱體的相對底部設置有出風口，外部的自然風經側過濾網和前過濾網，由冷卻風機強迫吸入，經過逆變模塊、充電機模塊和控制單元，再由冷卻風機經過變壓器板和電抗器板後，最後從靠近電抗器板位置的箱體底部的出風口排出。作為本發明一種集中式輔助變流裝置技術方案的進一步改進，輸出電器板設置在靠近冷卻風機的位置。作為本發明一種集中式輔助變流裝置技術方案的進一步改進，箱體採用鋼板折彎結構組裝成型。作為本發明一種集中式輔助變流裝置技術方案的進一步改進，輸入電器板包括應急電源電路，控制單元包括控制電路，應急電源電路與控制電路相連。作為本發明一種集中式輔助變流裝置技術方案的進一步改進，中間電器板包括充放電電路，變壓器板包括輸出變壓器，電抗器板包括輸入濾波電路，輸入濾波電路與充放電電路相連。作為本發明一種集中式輔助變流裝置技術方案的進一步改進，輸出電器板包括三相濾波電路、三相輸出電路和直流濾波電路，三相濾波電路與三相輸出電路相連。作為本發明一種集中式輔助變流裝置技術方案的進一步改進，逆變模塊包括逆變電路，逆變電路採用功率模塊為IGBT的兩電平三相橋式逆變電路，逆變電路的輸入端與充放電電路相連，逆變電路的輸出端與輸出變壓器相連。作為本發明一種集中式輔助變流裝置技術方案的進一步改進，充電機模塊包括直流電路，直流電路包括三相全波整流電路和IGBT半橋式高頻DC/DC電路，三相全波整流電路與IGBT半橋式高頻DC/DC電路相連，充電機模塊的輸入端與輸出電器板中的三相輸出電路相連，充電機模塊的輸出端與輸出電器板中的直流濾波電路相連。通過實施上述本發明一種集中式輔助變流裝置的技術方案，具有以下技術效果 此集成式輔助變流器由輸入濾波電路、充放電電路、逆變電路等電路模塊以及相關的
控制電路組成，將輔助變流器、充電機和相關的控制電路集成在同一箱體內，並採用風冷冷卻方式，有效地解決了車下安裝空間有限和集成式輔助變流器散熱的問題，減小了櫃體的重量和體積，主要功能模塊容易拆換，維護方便。採用模塊化的設計方案，提高了輔助系統穩定性和可維護性。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發明集中式輔助變流裝置一種具體實施方式
的外部結構示意圖。圖2是本發明集中式輔助變流裝置一種具體實施方式
的內部結構布局示意圖。圖3是本發明集中式輔助變流裝置一種具體實施方式
的主電路結構原理圖。圖4是本發明集中式輔助變流裝置一種具體實施方式
的風道原理示意圖。圖中1_箱體，2-側過濾網，3-前過濾網，4-逆變模塊，5-充電機模塊，6-控制單兀，7-冷卻風機，8-輸出電器板，9-中間電器板，10-變壓器板，11-電抗器板，12-輸入電器板，13-輸入濾波電路，14-充放電電路，15-逆變電路，16-輸出變壓器，17-三相濾波電路，18-三相輸出電路，19-應急電源電路，20-控制電路，21-直流電路，22-直流濾波電路，23-三相全波整流電路，24-IGBT半橋式高頻DC/DC電路。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。如附圖I至附圖4所示，給出了本發明一種集中式輔助變流裝置的具體實施例，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。如附圖2所示的一種集中式輔助變流裝置的具體實施方式
，包括箱體I、過濾網、逆變模塊4、充電機模塊5、控制單兀6、冷卻風機7、輸出電器板8、中間電器板9、變壓器板10、電抗器板11和輸入電器板12,逆變模塊4、充電機模塊5、控制單兀6、冷卻風機7、輸出電器板8、中間電器板9、變壓器板10、電抗器板11和輸入電器板12分三層布置在箱體I的內部；第一層包括逆變模塊4、充電機模塊5和控制單元6，逆變模塊4、充電機模塊5和控制單元6依次排列，在箱體I上靠近逆變模塊4的位置設置有過濾網；中間層包括冷卻風機7、變壓器板10和電抗器板11，冷卻風機7、變壓器板10和電抗器板11依次排列，冷卻風機7設置在靠近控制單元6的位置；第三層包括輸出電器板8、中間電器板9和輸入電器板12，輸出電器板8、中間電器板9和輸入電器板12依次排列。如附圖I和附圖4所示，過濾網進一步包括側過濾網2和前過濾網3，側過濾網2設置在箱體I靠近逆變模塊4的側部B處，前過濾網3設置在箱體I靠近逆變模塊4的前部A處。集中式輔助變流裝置採用強迫風冷散熱結構，在箱體I的底部D的E處設置有出風口，外部的自然風經側過濾網2和前過濾網3，由冷卻風機7強迫吸入，經過逆變模塊4、 充電機模塊5和控制單元6，再由冷卻風機7經過變壓器板10和電抗器板11後，最後從靠近電抗器板11位置的箱體I底部E處的出風口排出。如附圖4中箭頭所指的A處為箱體I的前部，B處為箱體I的側部，C處為箱體I的頂部，D處為箱體I的底部，E處為底部出風口的位置。如附圖4的風道結構圖所示，本發明集中式輔助逆變器採用強迫風冷方式，自然風經由圖中的a、b處過濾網被冷卻風機強迫吸入，經過裝有逆變模塊4、充電機模塊5和控制單元6的腔體c到達d處，經過冷卻風機7將冷卻風再次導向裝有變壓器板10的e處和裝有電抗器板11的f處後由底部將熱風排出。輸出電器板8進一步設置在靠近冷卻風機7的位置。箱體I採用鋼板折彎結構組裝成型。如附圖3所示，輸入電器板12進一步包括應急電源電路19 ;中間電器板9進一步包括充放電電路14 ;輸出電器板8進一步包括三相濾波電路17、三相輸出電路18和直流濾波電路22 ;控制單元6進一步包括相關的控制電路20 ;變壓器板10進一步包括輸出變壓器16，電抗器板11進一步包括輸入濾波電路13 ;逆變模塊4進一步包括逆變電路15，逆變電 路15採用功率模塊為IGBT的兩電平三相橋式逆變電路。輸入濾波電路13與充放電電路14相連，逆變電路15的輸入端與充放電電路14相連，逆變電路15的輸出端與輸出變壓器16相連，輸出變壓器16與三相濾波電路17相連，三相濾波電路17與三相輸出電路18相連；應急電源電路19與相關的控制電路20相連，控制電路20與三相濾波電路17相連；充電機模塊5進一步包括直流電路21，直流電路21包括三相全波整流電路23和IGBT半橋式高頻DC/DC電路24，三相全波整流電路23與IGBT半橋式高頻DC/DC電路24相連；充電機模塊5的輸入端與輸出電器板8中的三相輸出電路18相連,充電機模塊5的輸出端與輸出電器板8中的直流濾波電路22相連。集中式輔助變流裝置包括箱體1，輸入濾波電路13、充放電電路14、逆變電路15、輸出變壓器16、三相濾波電路17、三相輸出電路18、應急電源電路19、控制電路20、直流電路21，直流濾波電路22以及相關的直流濾波電路22都設置於同一箱體I內。採用三相兩電平逆變電路結構設計的逆變電路15和充電機模塊5的電路設計，確保輔助變流裝置持續運行。三相兩電平式的逆變電路15將直流電逆變成交流電，充電機模塊5的電路將三相兩電平逆變電路15的輸出轉變成直流電。如附圖3所示，輸入濾波電路13由直流濾波電抗器和濾波電容器組成LC濾波電路。充放電電路14由隔離二極體、充放電電阻、充電接觸器及短接接觸器等組成。集中式輔助變流裝置集成在SIV (Static Inverter，靜態逆變器)的內部，SIV經輸入濾波電路13後，電容器先通過充電電阻預充電，當其電壓充電到一定電壓值時閉合短接接觸器而短接充電電阻，從而減小電容器的充電電流，降低對電容器的衝擊，延長電容器的使用壽命。當對SIV進行維護保養時，斷開隔離開關，其聯鎖接點閉合，將SIV的輸入端電容器短接，以實現快速放電。逆變電路15由IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型電晶體)逆變器模塊組成，採用功率模塊為IGBT的兩電平三相橋式逆變電路，採用SPWM(Sinusoidal PWM，正弦脈寬調製)控制方式將恆定的直流電壓轉換成三相交流PWM。三相輸出電路18由變壓器、濾波電容器以及EMI(Electro Magnetic Interference,電磁兼容)濾波器組成，並利用變壓器漏感和電容組成LC濾波器，將IGBT逆變器輸出的PWM (PulseWidth Modulation,脈衝寬度調製)電壓經過低通濾波後得到接近正弦波的三相電壓；充電機模塊5的電路採用三相全波整流+IGBT半橋式高頻DC/DC電路；從輸出變壓器16的三相輸出電壓經過自動開關、預充電電阻、交流濾波電抗器後輸入到三相整流橋整流，電容器濾波後得到直流電壓(中間環節電路電壓)，當中間電路電壓達到一定值後，閉合接觸器短接電阻。直流環節電路電壓經半橋變換電路變換為高頻矩形波電壓，經高頻變壓器進行隔離、降壓後，再經整流橋整流、電抗器和電容器濾波後得到穩定的直流。充電機輸入端設置過流保護自動開關。冷卻風機7採用三相離心風機，冷卻風機7的輸入端設置過流保護開關，同時自身有過熱保護。對輔助電源內部的發熱部件進行強迫風冷。直流的應急電源電路19由熔斷器、電源模塊、應急電源啟動接觸器組成。當直流電壓低於一定值的時候，電源模塊空載輸出，外部送入應急電源啟動信號後，應急電源電路19開始為負載提供電源。輸入端的熔斷器對應急電源電路19的輸入端電路進行短路保護。
本發明集中式輔助變流裝置將逆變模塊4、充電機模塊5以及相關的控制電路和電源電路集成在一起集成在同一箱體中，採用模塊化的設計思路，並採用風冷冷卻方式，解決了車下安裝空間有限的難題和集成式輔助變流器散熱的問題，減小了櫃體的重量和體積，其主要功能模塊容易拆換、維護方便，同時提高了輔助變流裝置的穩定性。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。
權利要求
1.一種集中式輔助變流裝置，其特徵在於，包括箱體(I)、過濾網、逆變模塊(4)、充電機模塊(5)、控制單元(6)、冷卻風機(7)、輸出電器板(8)、中間電器板(9)、變壓器板(10)、電抗器板(11)和輸入電器板(12)，所述的逆變模塊(4)、充電機模塊(5)、控制單元(6)、冷卻風機(7)、輸出電器板(8)、中間電器板(9)、變壓器板(10)、電抗器板(11)和輸入電器板(12)分三層布置在箱體(I)的內部；第一層包括逆變模塊(4)、充電機模塊(5)和控制單兀(6)，所述的逆變模塊(4)、充電機模塊(5)和控制單元(6)依次排列，在箱體(I)上靠近所述逆變模塊(4)的位置設置有過濾網；中間層包括冷卻風機(7)、變壓器板(10)和電抗器板(11)，所述的冷卻風機(7)、變壓器板(10)和電抗器板(11)依次排列，所述的冷卻風機(7)設置在靠近控制單元(6)的位置；第三層包括輸出電器板(8)、中間電器板(9)和輸入電器板(12 )，所述的輸出電器板(8 )、中間電器板(9 )和輸入電器板(12 )依次排列。
2.根據權利要求I所述的一種集中式輔助變流裝置，其特徵在於所述的過濾網包括側過濾網(2)和前過濾網(3)，所述的側過濾網(2)設置在箱體(I)靠近逆變模塊(4)的相對側部位置，所述的前過濾網(3)設置在箱體(I)靠近逆變模塊(4)的相對前部位置。
3.根據權利要求I或2所述的一種集中式輔助變流裝置，其特徵在於所述的集中式輔助變流裝置採用強迫風冷散熱結構，在所述箱體(I)的相對底部設置有出風口，外部的自然風經側過濾網(2)和前過濾網(3)，由冷卻風機(7)強迫吸入，經過逆變模塊(4)、充電機模塊(5)和控制單元(6)，再由冷卻風機(7)經過變壓器板(10)和電抗器板(11)後，最後從靠近電抗器板(11)位置的箱體(I)底部的出風口排出。
4.根據權利要求3所述的一種集中式輔助變流裝置，其特徵在於所述的輸出電器板(8)設置在靠近冷卻風機(7)的位置。
5.根據權利要求4所述的一種集中式輔助變流裝置，其特徵在於所述的箱體(I)採用鋼板折彎結構組裝成型。
6.根據權利要求1、2、4和5中任一權利要求所述的一種集中式輔助變流裝置，其特徵在於所述的輸入電器板(12)包括應急電源電路(19)，所述的控制單元(6)包括控制電路(20)，應急電源電路(19)與控制電路(20)相連。
7.根據權利要求6所述的一種集中式輔助變流裝置，其特徵在於所述的中間電器板(9)包括充放電電路(14)，所述的變壓器板(10)包括輸出變壓器(16)，所述的電抗器板(11)包括輸入濾波電路(13)，輸入濾波電路(13)與充放電電路(14)相連。
8.根據權利要求7所述的一種集中式輔助變流裝置，其特徵在於所述的輸出電器板(8 )包括三相濾波電路(17 )、三相輸出電路(18 )和直流濾波電路(22 )，三相濾波電路(17 )與三相輸出電路(18)相連。
9.根據權利要求7或8所述的一種集中式輔助變流裝置，其特徵在於所述的逆變模塊(4)包括逆變電路(15)，逆變電路(15)採用功率模塊為IGBT的兩電平三相橋式逆變電路，逆變電路(15)的輸入端與充放電電路(14)相連，逆變電路(15)的輸出端與輸出變壓器(16)相連。
10.根據權利要求9所述的一種集中式輔助變流裝置，其特徵在於所述的充電機模塊(5)包括直流電路(21)，所述的直流電路(21)包括三相全波整流電路(23)和IGBT半橋式高頻DC/DC電路(24)，所述的三相全波整流電路(23)與IGBT半橋式高頻DC/DC電路(24)相連，所述充電機模塊(5)的輸入端與輸出電器板(8)中的三相輸出電路(18)相連,充電機模塊(5)的輸出端與輸出電器板(8)中的直流濾波電路(22)相連
全文摘要
本發明公開了一種集中式輔助變流裝置，包括箱體、過濾網、逆變模塊、充電機模塊、控制單元、冷卻風機、輸出電器板、中間電器板、變壓器板、電抗器板和輸入電器板，逆變模塊、充電機模塊、控制單元、冷卻風機、輸出電器板、中間電器板、變壓器板、電抗器板和輸入電器板分三層布置在箱體的內部；第一層包括逆變模塊、充電機模塊和控制單元；中間層包括冷卻風機、變壓器板和電抗器板；第三層包括輸出電器板、中間電器板和輸入電器板。本發明將輔助變流器和充電機集成在同一箱體內，並採用風冷冷卻方式，有效地解決了車下安裝空間有限和集成式輔助變流器散熱的問題，減小了櫃體的重量和體積，主要功能模塊容易拆換，維護方便。
文檔編號H02M1/00GK102638155SQ20121007554
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月21日 優先權日2012年3月21日
發明者劉敏安, 劉長清, 李志傑, 李碧鈺, 黃芳軍 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司