一種高集成變流裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及到軌道交通領域，特指一種適用于軌道交通車輛的高集成變流裝置。
【背景技術】
[0002]動車組用變流裝置作為動車組的核心部件，承擔著將電網能量進行一系列轉換用以驅動牽引電機和為車上輔助設備供給電能的重大任務。隨著軌道交通快速發展，各種電力機車或者動車組等普遍采用大功率變流裝置，例如絕緣柵雙極晶體管(Insulate GateBipolar Transistor, IGBT)變流裝置。
[0003]傳統的動車組用變流裝置柜內僅僅包含主牽引變流裝置，而二次濾波裝置、輔助變流裝置、輔助降壓濾波裝置、水冷散熱裝置等設備往往獨立于變流裝置之外單獨成柜。由于動車組受到軸重、安裝空間、維修空間和車底運行環境等的限制，綜合各方面的考慮，獨立成柜勢必增加了動車組成本和空間布置的難度。也就是說，目前所有軌道交通領域使用的主牽引變流裝置、輔助變流裝置、輔助降壓濾波裝置等都是單獨成柜。
[0004]主牽引變流裝置，主要是給電壓、電流或者功率等級高的動車組牽引電機供電。設備一般由整流裝置、中間直流回路、逆變裝置、控制單元、網絡通信單元等主電路設備構成，上述設備都組裝于一個箱體內。變流裝置中主要發熱部件為IGBT功率模塊，單位體積內的設備運行時熱流量大，使得設備散熱問題突出，因此大功率主牽引變流裝置通常需要水冷系統進行冷卻。通常循環水冷卻裝置單獨成柜，主牽引變流裝置內部只布置散熱管道。
[0005]二次濾波裝置，主要作用是對中間直流回路濾波，然后向逆變裝置和輔助變流裝置提供電源。
[0006]輔助變流裝置，主要給電壓、電流或者功率等級低的機車輔助設備供電。單獨成柜的輔助變流裝置一般也是由整流器、逆變裝置、控制單元等電路設備構成。由于單位體積內的設備運行時熱流量不大，設備散熱通常采用強迫風冷散熱進行冷卻，強迫風冷散熱的風道設計非常講宄。
[0007]輔助降壓濾波裝置，主要實現輔助變流裝置輸出的變壓和濾波等作用，供給穩定的3AC380V電源給輔助用電設備。
[0008]有從業者提出一種方案:申請號EP19940118334 19941122公開了一種變流器，其方案為:變流器的主電路包含兩個四象限模塊，兩個主牽引逆變器模塊和中間電路，僅描述了三者之間的連接關系，但是并沒有涉及輔助變流器和充電機的各種供電制式集成問題，也沒有介紹柜體布局和水冷系統等問題。又例如申請號為CN201120199859.1的文獻，公開了一種牽引變流器，主要介紹了牽引變流器的柜體布局，并沒有涉及變流器的主牽引變流器、輔助變流器和二次濾波裝置的集成問題，也沒有考慮變流器冷卻系統的集成問題。還有專利文獻:申請號為CN200820110038.4公開了一種大功率牽引變流器，主要介紹了變流器主電路構成，且其變流器包含輔助變流器功能，但是并沒有涉及此變流器的整體布局、系統集成和水冷系統等方面的問題。
【發明內容】
[0009]本發明要解決的技術問題就在于:針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構簡單緊湊、集成度高、性能可靠的高集成變流裝置。
[0010]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案:
一種高集成變流裝置，包括位于同一個變流柜內的牽引控制單元、整流單元、中間直流回路和逆變單元，所述牽引控制單元用來對整流單元、逆變單元進行實時控制，所述整流單元用來接入電源并輸出直流電壓至中間直流回路，所述中間直流回路是整流單元和逆變單元之間的中間環節；所述逆變單元用來將直流電轉變為三相交流電供給牽引電動機、且為動車組變流裝置外部的輔助設備供電。
[0011]作為本發明的進一步改進:所述逆變單元包括兩個主逆變模塊和一個輔變模塊，所述主逆變模塊用來將恒定的直流電壓轉換為三相交流供給牽引電機；所述輔變模塊用來將恒定的直流電壓轉換為三相交流恒壓恒頻或者變壓變頻供給車上輔助用電設備。
[0012]作為本發明的進一步改進:所述輔變模塊通過輔助降壓濾波裝置供電給輔助設備，所述輔助降壓濾波裝置包含濾波電容和輔助變壓器。
[0013]作為本發明的進一步改進:所述逆變單元中主逆變模塊和/或輔變模塊與整流單元中整流模塊的結構相同。
[0014]作為本發明的進一步改進:所述整流單元包括整流模塊前級電路和兩個整流模塊，所述整流模塊前級電路包括充電電阻、充電接觸器和工作接觸器，所述整流模塊用來向電機側逆變模塊提供一個相匹配的恒定的直流電壓源。
[0015]作為本發明的進一步改進:所述中間直流回路包括中間電壓支撐電容、諧振濾波電容、斬波電路、中間電壓測量電路和固定放電電阻。
[0016]作為本發明的進一步改進:還包括二次濾波裝置，用來對中間直流回路進行濾波，然后向逆變單元中逆變提供電源。
[0017]作為本發明的進一步改進:所述二次濾波裝置包括二次濾波電抗器和斬波電阻。
[0018]作為本發明的進一步改進:還包括水冷散熱裝置，所述水冷散熱裝置包括冷卻風機以及通過冷卻管道相連的熱交換器、水泵、膨脹水箱，所述冷卻管道內填充由冷卻介質；所述熱交換器用來實現液一氣熱量的交換，所述水泵用來提供冷卻介質的循環動力。
[0019]作為本發明的進一步改進:所述冷卻管道包括主進水管、主出水管、若干分支水管和軟管，所述冷卻介質由水泵泵往主進水管，所述主進水管道通過軟管連接功率模塊并進行熱量交換；在與功率模塊進行熱量交換后熱的冷卻介質通過軟管流回主出水管，主出水管內的冷卻介質流入熱交換器，在熱交換器內部進行冷卻介質的冷卻，冷卻后的冷卻介質從熱交換器的出水口一部分流入水泵，另一部分冷卻介質從熱交換器流到膨脹水箱。
[0020]與現有技術相比，本發明的優點在于:
1、本發明將牽引控制單元(DCU)、整流單元、中間直流回路、逆變單元、二次濾波裝置、輔助降壓濾波裝置、水冷散熱裝置、控制系統和網絡通信系統在同一柜體內，集成度高。獨立成柜的設備數量減少，節省人力物力，節省動車組底部的安裝空間。本發明變流裝置的供電功能高度集成，有利于控制系統的控制、監測和網絡通信系統的走線，使動車組控制系統和網絡系統可靠性增強。
[0021]2、本發明的變流裝置通過配置不同的功能模塊，實現多種電源供電制式輸出。
[0022]3、本發明的變流裝置集成動車牽引供電裝置、動車輔助負載供電裝置、冷卻系統、控制系統和通信系統，盡量減少各設備獨立成柜，有利于節省動車安裝空間、成本和增加變流裝置可靠性。
[0023]4、本發明變流器的內循環冷卻系統，充分利用了水冷和風冷兩種冷卻方式且相互配合，功率模塊采用水冷，輔助變壓器、輔助濾波裝置和二次濾波電抗器采用風冷。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的拓撲結構原理示意圖。
[0025]圖2是本發明在具體應用實例中的冷卻示意圖。
[0026]圖3是本發明中各部件的結構組成示意圖。
【具體實施方式】
[0027]以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0028]以本發明應用于動車組為例，如圖1和圖3所示，本發明的高集成變流裝置，包括位于同一個變流柜內的牽引控制單元(DCU)、整流單元、中間直流回路和逆變單元，牽引控制單元(DCU)的作用是根據司機指令完成對整流單元、逆變單元的實時控制，以期能夠順利實現交直交的電能轉換，同時也具備完整的故障保護、故障自診斷等功能。整流單元用來接入電源并輸出直流電壓至中間直流回路，中間直流回路是整流單元和逆變單元之間的中間環節。逆變單元用來將直流電轉變為三相交流電供給牽引電動機、且為動車組變流裝置外部的輔助設備供電。
[0029]本實施例中