牽引變流器機櫃和電動軌道車輛的製作方法
2023-11-05 22:56:27
牽引變流器機櫃和電動軌道車輛的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及牽引變流器機櫃和電動軌道車輛。一種牽引變流器機櫃(18)，包括：為牽引變流器(14)的功率電子模塊(48，50，52，54，56)提供容納空間(58)的第一隔室(32)；在容納空間(58)的前面安裝至第一隔室(32)上的擺動框架(68)，擺動框架(68)用於容納控制構件(72)，控制構件(72)用於控制和/或監測功率電子模塊；以及容置牽引變流器(14)的無源構件(62，64，66)的第二隔室(34)。
【專利說明】牽引變流器機櫃和電動軌道車輛
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及牽引變流器的領域。尤其是，本實用新型涉及牽引變流器機櫃和電動軌道車輛。
[0002]
【背景技術】
[0003]電動軌道車輛需要牽引變流器，用來為其電動馬達供應電能。作為一種可能性，變流器從架空接觸線中抽取電能。牽引變流器一般還負責調製供應的電流的頻率，並且因此調節馬達的轉速。
[0004]牽引變流器可以安裝在車輛的頂部上，底板下方或發動機室的內部。無論如何，變流器可布置在機櫃內部，機櫃必須適於電動軌道車輛的內部和/或外部的環境條件，並且適於牽引變流器的電磁兼容性設計規則。
[0005]照例，這種機櫃包括笨重且密集的部件(譬如電感器和變壓器)、用於產生輸出電流的半導體、控制部件(譬如，電路板、繼電器)和附加的部件，附加的部件大多數是無源構件和連接電纜。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的是提供一種便於維護並且安全的牽引變流器機櫃，其適於電動軌道車輛的環境條件。
[0007]該目的是通過獨立權利要求的主題來實現的。根據從屬權利要求和以下的描述，進一步的示例實施例是顯而易見的。
[0008]本實用新型的一方面涉及一種牽引變流器機櫃。機櫃可以是包圍牽引變流器的構件的外殼或箱。例如，機櫃具有框架，板或壁附連至框架上。此外，機櫃可以提供端子，用於將電纜連接至供應線，並且用於將電纜連接至電動馬達。還可行的是，機櫃具有將機櫃附連至電動軌道車輛上的附連器件。
[0009]根據本實用新型的一個實施例，牽引變流器機櫃包括:為功率電子模塊提供容納空間的第一隔室；在容納空間的前面安裝至第一隔室上的擺動框架，其中擺動框架容納控制構件，控制構件用於控制和/或監測功率電子模塊；以及第二隔室，其容置牽引變流器的無源構件。
[0010]牽引變流器包括可以由門來封閉的兩個隔室，其中第一隔室實質上容納變流器的有源部件(即，可控的部件)，而第二隔室實質上容納變流器的無源(不可控)部件。在設置在有源部件的前面的前部擺動框架中實現變流器控制。
[0011]機櫃提供了耐震性和耐衝擊性。牽引變流器可以安裝在有需要的應用中。機櫃簡單且容易組裝，並將廣生聞品質的施工質量、聞比例的可重複性和聞品質。
[0012]大部分的故障通常將發生在變流器的有源部件中，有源部件設置成可容易安裝至第一隔間的容納空間中且還可以輕鬆地更換的功率模塊或功率電子構塊。機櫃具有高的可維護性。在不到30分鐘內更換模塊是可能的，這將使不可預期的停機時間降至最低。
[0013]為更換這種功率模塊，維護人員可能必須打開第一隔室的門，並且隨後必須將擺動框架向旁邊偏轉，以接近容納空間。在打開門和/或將擺動框架偏轉離開其位置之前，由這些動作啟動的安全機構可以關閉功率模塊和/或使高功率構件接地。這可為牽引變流器的維護提供高安全性。
[0014]根據本實用新型的一個實施例，第一隔室和第二隔室並排布置。例如，第一隔室和第二隔室可基本上是箱形的，並且可由機櫃的內壁所分隔。
[0015]根據本實用新型的一個實施例，第一隔室和第二隔室中的每一個均包括可圍繞豎向軸線鉸接的門。擺動框架也可以圍繞豎向軸線鉸接。門和/或擺動框架可以具有用於在電動車輛移動時將它們保持就位的鎖定器件。
[0016]根據本實用新型的一個實施例，變流器機櫃包括側壁、頂壁、後壁、底壁和鉚接至變流器機櫃的框架上的門扇中的至少一個。壁可以用金屬片材來構造。變流器可以具有鉚接的金屬片材結構，以及牽引變流器的區段的組件。取決於技術需求，機櫃結構可以由鋼或鋁製成。壁和/或門扇焊接至框架上也是可行的。
[0017]根據本實用新型的一個實施例，容納空間設計成以便更換功率電子模塊，使得功率模塊可以整體地從容納空間中取出，並以相同設計的功率模塊來代替。例如,每個容納空間可以包括軌道，相應的功率電子模塊可以在軌道上移動至其位置。此外，每個容納空間可以包括用於將功率電子模塊保持就位的鎖定機構。
[0018]同樣可行的是，在容納空間的端部處提供端子，使得當功率電子模塊移動至容納空間中時，功率電子模塊可以自動地電連接。
[0019]根據本實用新型的一個實施例，功率電子模塊包括直流輸入模塊、限壓器模塊、中壓變流器模塊、整流器模塊和/或低壓模塊中的至少一個。變流器可以提供電容器組和/或功率電子構塊的模塊化設置。
[0020]根據本實用新型的一個實施例，無源構件包括冷卻單元、變壓器、正弦濾波器、平滑柄(joke)和/或馬達端子中的至少一個。
[0021]根據本實用新型的一個實施例，控制構件包括用於為功率模塊產生門控信號的輔助功率供應控制器、保護繼電器和/或CAN電路板中的至少一個。
[0022]本實用新型的另一方面涉及一種具有上述和下述牽引變流器機櫃的電動軌道車輛。例如，電動軌道車輛具有由牽引變流器供電的電動馬達和用於將電動軌道車輛連接至供應線的集電器。
[0023]本實用新型的這些以及其它方面將根據下文描述的實施例變得顯而易見，並且將參考下文描述的實施例來進行說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]本實用新型的主題將在下文中，參考在附圖中所示出的示例性實施例來更加詳細地闡釋。
[0025]圖1示意性地示出了根據本實用新型的一個實施例的電動軌道車輛。
[0026]圖2示出了根據本實用新型的一個實施例的牽引變流器機櫃的透視圖。
[0027]圖3示出了圖2的牽引變流器機櫃的第一隔室的正視圖。
[0028]圖4示出了圖2的牽引變流器機櫃的第二隔室的正視圖。
[0029]圖5示出了圖2的牽引變流器機櫃的擺動框架的正視圖。
[0030]圖中使用的附圖標記，以及其含義，在附圖標記列表中以總結的形式列出。原則上，在圖中相同的部件設有相同的附圖標記。
[0031]附圖標記列表:
[0032]10電動軌道車輛
[0033]12電動馬達
[0034]14牽引變流器
[0035]16集電器
[0036]18 機櫃
[0037]20 支腳
[0038]22 側壁
[0039]24 後壁
[0040]26 頂壁
[0041]28 底壁
[0042]30 框架
[0043]32第一隔室
[0044]34第二隔室
[0045]36 門
[0046]38功率輸入
[0047]40冷卻劑入口
[0048]42冷卻劑出口
[0049]44控制接口
[0050]46馬達輸出
[0051]48直流輸入模塊
[0052]50限壓器模塊
[0053]52中壓變流器模塊
[0054]54整流器模塊
[0055]56低壓模塊
[0056]58容納空間
[0057]60冷卻單元
[0058]62正弦濾波器
[0059]64平滑柄
[0060]66馬達端子
[0061]68擺動框架
[0062]70輔助功率供應
[0063]72控制器
[0064]74保護繼電器
[0065]76CAN 電路板。
【具體實施方式】
[0066]圖1示出了電動軌道車輛10，其包括由牽引變流器14供電的電動馬達12。牽引變流器14經由集電器16連接至電力(架空)線。
[0067]牽引變流器14可以是使用標準3.3kVl.200A IGBT模塊的3級變流器。這種拓撲結構可以最小化馬達電流的諧波含量，同時顯著地降低架空線電流諧波，架空線電流諧波對於具有3kV直流架空線的直接變流器是典型的。
[0068]圖2示出了牽引變流器機櫃18，其容置牽引變流器14。例如，牽引變流器機櫃18可以布置在電動軌道車輛10的發動機室內。
[0069]機櫃18具有基本上箱形形式，並可以經由支腳20安裝至電動軌道車輛10的底板上。支腳20可以包括U型金屬片材。
[0070]側壁22、後壁24、頂壁26和底壁28採用特別摺疊的金屬片材構造而成，金屬片材鉚接至機櫃18的框架30上。牽引變流器機櫃18的框架30和壁22、24、26、28確保變流器的穩定可靠性和剛性。
[0071]機櫃18包括兩個隔室32、34，隔室並排布置，並且可以由兩個門36封閉，門36可相對於機櫃18沿豎向鉸接。門36還可以採用鉚接的金屬片材構造而成。
[0072]在頂部上，機櫃提供了功率輸入38，其可以看做是與架空線的中壓3kV直流輸入的接口。此外，在機櫃18的頂部提供冷卻劑入口 40和冷卻劑出口 42以及控制接口 44。
[0073]在機櫃18的底部提供用於將機櫃18連接至馬達12的馬達輸出46。
[0074]圖3示出了機櫃18的第一左隔室32，其容納中壓變流器功率電子模塊和直流鏈路電容器，直流鏈路電容器可以包括相同的且可容易更換的電容器組。例如，變流器模塊可以裝配有IGBT，作為有源構件。例如，功率電子模塊包括直流輸入模塊48、限壓器模塊50、三個中壓變流器模塊52、整流器模塊54和低壓模塊56。
[0075]模塊48、50、52、54、56容置在左隔室32中提供的容納空間58內，並且可以容易地更換。例如，每個模塊均可以從其容納空間58中拉出，並且可以插入相同設計的模塊。變流器模塊的模塊化設置允許進行簡單的更換。通過變流器模塊的快速更換，可維護性得以保證。更換過程快速且不需要高度熟練的人員。
[0076]模塊48、50、52、54、56可以採用由入口 40提供的冷卻劑(譬如水)來進行冷卻。
[0077]圖4示出了第二右隔室34，其容納變流器14的無源構件，即冷卻單元60、正弦濾波器62、平滑柄64和馬達端子66。此外，第二隔室34可以包括變壓器，以用於中壓側和低壓側的電脫耦。
[0078]冷卻單元60可以包括內部風扇和/或空氣/水熱交換器。一般，變流器14在內部通過強制空氣進行冷卻。半導體主要採用液體冷卻來冷卻。
[0079]圖5示出了擺動框架68，其設置於第一隔室32內。擺動框架68附接至機櫃18上，使得當其處於其運行位置時，其覆蓋功率電子模塊的容納空間58。擺動框架68可以圍繞可沿豎向對齊的鉸接軸線旋轉偏離第一隔室32。
[0080]變流器14的大多數或所有控制構件組裝到擺動框架68上。來自或通往擺動框架68的控制和測量信號採用光纖鏈路傳遞。擺動框架可以包括一個或多個輔助功率供應70、控制器72 (例如用於為功率模塊產生門控信號)、保護繼電器74和CAN電路板76。
[0081]CAN電路板76可以提供可以經由控制接口 44訪問的CAN(控制器區域網路)總線。至牽引控制管理系統(即，車輛10的另外的控制系統)的鏈路可以由這種總線例如通過CANopen協議提供。
[0082]儘管在附圖和之前的描述中對本實用新型進行了詳細地展示和描述，但這種展示和描述應當被認為是展示性的或示例性的，而非限制性的；本實用新型並不限於公開的實施例。對於公開的實施例的其它變形可由所屬領域技術人員通過根據附圖、公開和所附權利要求的研究而實施請求保護的本實用新型來理解和實現。在權利要求中，詞語「包括」並不排除其它元件或步驟，並且不定冠詞「一」或「一個」並不排除複數形式。單個處理器或控制器或其它單元可以實現權利要求中列舉的多個項目的功能。在相互不同的從屬權利要求中闡述某些措施的純粹事實並不表示這些措施的組合不能有益地使用。權利要求中的任意附圖標記不應理解為是對範圍的限制。
【權利要求】
1.一種牽引變流器機櫃(18)，包括: 第一隔室(32)，其為牽引變流器(14)的功率電子模塊(48，50，52，54，56)提供容納空間(58)； 擺動框架(68)，其在所述容納空間(58)的前面安裝至所述第一隔室(32)上，以用於容納控制構件(72)，所述控制構件(72)用於控制和/或監測所述功率電子模塊；以及第二隔室(34)，其容置所述牽引變流器(14)的無源構件出2，64，66)。
2.根據權利要求1所述的變流器機櫃(18)，其特徵在於，所述第一隔室(32)和所述第二隔室(34)並排布置。
3.根據權利要求1所述的變流器機櫃(18)，其特徵在於，所述第一隔室(32)和第二隔室(34)中的每一個均包括可圍繞豎向軸線鉸接的門(36)。
4.根據權利要求1所述的變流器機櫃(18)，其特徵在於，所述擺動框架￠8)可圍繞豎向軸線鉸接。
5.根據權利要求1所述的變流器機櫃(18)，其特徵在於，所述變流器機櫃(18)包括側壁(22)、頂壁(26)、後壁(24)、底壁(28)和鉚接至變流器機櫃的框架(30)上的門扇(36)中的至少一個。
6.根據權利要求1所述的變流器機櫃(18)，其特徵在於，所述容納空間(58)設計成以便更換功率電子模塊，使得可整體地從容納空間中取出功率模塊，並且可用相同設計的功率模塊代替該功率模塊。
7.根據權利要求1所述的變流器機櫃(18)，其特徵在於，所述功率電子模塊包括下者中的至少一個: 直流輸入模塊(48)； 限壓器模塊(50)； 中壓變流器模塊(52)； 整流器模塊(54)； 低壓模塊(56)。
8.根據權利要求1所述的變流器機櫃(18)，其特徵在於，所述無源構件包括下者中的至少一個: 冷卻單元(60)； 變壓器； 正弦濾波器(62)； 平滑柄(64)； 馬達端子(66)。
9.根據權利要求1所述的變流器機櫃，其特徵在於，所述控制構件包括下者中的至少一個: 輔助功率供應(70)； 控制器(72)，其用於為功率模塊產生門控信號； 保護繼電器(74)； CAN電路板(76)。
10.一種電動軌道車輛(10)，包括根據權利要求1至9中的任一項所述的牽引變流器
bο /ΓΛ-Γ N —I I,η /I/
【文檔編號】H05K5/02GK204145260SQ201420319648
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】R·菲戈, W·胡博, V·霍曼, H·考夫曼, M·維格 申請人:Abb技術有限公司