一种新型变流器的制作方法

本实用新型涉及变流装置领域，更具体地，涉及一种新型变流器。

背景技术：

变流器作为机车最重要的部分，随着机车的逐渐轻量化，对结构方面的重量、强度以及体积要求也越来越高。变流器作为大型的功率柜体，后期的维护也是重中之重，很多变流器设计合理，但是维修过程非常复杂，维修成本很高。

传统变流器的功率密度很大，各部分的功率器件在大功率工作情况下，对变流器整体的散热要求很高，在变流器结构设计中，稍不注意，造成局部过热就会大幅影响部件寿命。例如传统变流器的放电电阻组件采用风冷方式，常常由于温度过高，导致放电电阻出现开路、阻值异常等故障。

同时，机车正常运行工况下的振动很大，这对变流器柜体的结构设计的要求很高，否则很可能影响到机车整体的可靠性。

此外，传统变流器的功率模块使用正负极分离的母排相连接，母排呈L型、Z型和八字形等，由于折弯处较多，杂散电感较大；除去L和Z型母排，其余非常规形状的母排表面很难制作绝缘层，有很大可能形成正负放电的情况。并且，线缆的长度、粗细，在电路中都会很大程度上影响到杂散电感的数值，杂散电感很容易产生电压尖峰，对变流器整体的运行稳定性影响很大。

本说明书中，IGBT：一种电力电子开关元器件；功率模块：由IGBT组成的PWM整流模块、VVVF逆变模块、辅助逆变模块；功率单元：一个PWM整流模块与VVVF逆变模块合称一个功率单元（包括其附带的支撑电容及放电电阻）,一个辅助逆变模块为一个功率单元；复合母排：一种将正负极集成在一整块母排上的新型母排；杂散电感：连接导线、元件本体等效出来的电感；并柜设计：即将相同的柜体作为一个单元整合成一个大柜体的设计（相同的柜体可以是2个，也可以是多个）；冷却塔：对冷却液进行整体冷却的装置。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对现有的技术不足，提供一种散热均匀、空间利用率高、抗振性能好、维护方便的变流器。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种新型变流器，包括采用并柜方式的柜体，所述柜体包括支撑柜体的底架、竖梁以及安装横梁；所述竖梁将柜体纵向划分成不同的腔体，安装横梁将每一腔体横向分隔成不同的安装区域；所述安装区域中分别设有热交换器组件、主变流器模块、辅助变流器模块、支撑电容以及DCU机箱；所述热交换器组件设置在中间的安装区域中；所述主变流器模块关于热交换器组件左右对称设置；所述辅助变流器模块、支撑电容、DCU机箱均安装在柜体的上部；以最中间的竖梁为界，所述辅助变流器模块、支撑电容、DCU机箱在各并柜中的位置相同。

本实用新型通过根据各部件的特点，对变流器整体进行优化设计，采用了并柜的结构，对变流器各部件进行了合理的划分布局；此布局结构简单，包含的零部件较少，使用和维护方便。

进一步地，所述主变流器模块和支撑电容通过复合母排相连；所述主变流器模块包括模块化的整流模块和逆变模块，两者的对外接口一致；所述整流模块的输出与逆变模块的输入通过复合母排相连。本实用新型采用大面积的复合母排，用于连接功率模块和支撑电容器，线路杂散电感值低，美观高效；同时，由于对外接口一致，整流模块和逆变模块两者在结构布局上可以进行互换，不需要进行接线的变换，方便了布线。

进一步地，还包括逆变模块输出电流传感器，所述柜体中下部设有电连接压塑件，柜体底部设有出线板；所述逆变模块输出电流传感器安装在电连接压塑件上，并与出线板相互固定。方便检修时直接对电流传感器进行检查、安装拆卸，以及接线。

进一步地，为了便于柜体的出线，所述柜体的一侧设有重载连接器，所述重载连接器连接控制线出线以及MVB网络线。

进一步地，所述柜体内设有模块安装架，所述模块安装架的上方、下方共设有一对固定在安装横梁上的滑轨；所述主变流器模块以及辅助变流器模块均通过滑轨安装在模块安装架上，并通过模块安装架固定在柜体内；所述DCU机箱通过安装板固定在柜体内，安装板底部设有一对支撑横梁进行支撑，使得部件的拆装简便，安装稳固。

进一步地，所述底架上设有固定螺栓，用于将变流器固定在机车上；所述变流器的顶部对称设有用于吊运的螺纹孔；方便了变流器的安装及运输。

进一步地，所述柜体包括设置于柜体前部的前门和设置于柜体后部的后门；所述复合母排设置在后门内；所述后门内还设置有二次谐振电容，后门上设有用于观测支撑电容和二次谐振电容的残余电量是否放完的显示灯观测区。

进一步地，还包括水冷系统；所述水冷系统外接冷却塔，包括依次连接的水泵、进水主管、出水主管；所述水泵中的冷却液通过进水主管流经放电电阻组件、IGBT元件以及热交换器组件，至出水主管。

进一步地，包括均设置在柜体顶部的放电电阻组件、充电电阻组件以及斩波电阻组件；所述放电电阻组件集成于一块散热板上，散热板上连接水冷接头，与主变流器模块共用水冷系统。放电电阻组件、充电电阻组件和斩波电阻组件位置的分布有效利用了柜体空间；放电电阻组件的水冷散热方式，相较传统的风冷散热方式，有利于提高了放电电阻的散热效率，且静音环保。

进一步地，所述热交换组件包括冷却风机；所述冷却风机的进风口朝向柜体内的前方，与柜内设置的接触器、充电电阻组件、支撑电容连通；所述冷却风机的出风口面向柜体内的后方，与二次谐振电容、复合母排连通；所述柜体内前后相通。

本新型变流器利用水循环强迫风冷的冷却方式，将接触器、充电电阻、支撑电容、二次谐振电容等功率器件置于柜体内部的空气热循环内，将功率模块上的IGBT元件、放电电阻组件、热交换器组件通过水冷系统进行冷却，热交换器组件则负责柜体内部的空气冷却，散热效果好。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型变流器中，主变流器模块与支撑电容之间的连接采用复合母排相连接，能大幅减小等效杂散电感；将放电电阻集成在水冷散热板上，与变流器共用水冷系统，有效解决了放电电阻的散热问题；将斩波电阻组件置于柜体上方，有效节约了柜体内部的空间，同时利用机械件内的空气循环，能使斩波电阻得到较好的散热；变流器整体采用模块化设计，通过模块化部件之间的组合、布置完成整体的结构设计，简化了产品本身的设计步骤，同时也符合当今变流器平台化、模块化的需求；对整体的结构布局进行优化设计，合理化地将各模块分区布置，在简化结构的同时也使安装和维修更加方便；本新型变流器柜体的设计充分考虑了强度要求，能够承受车辆运行中的各种振动和冲击。

总之，本新型流器散热均匀、结构合理，充分考虑到各模块化部件之间的协作，外观美观，内部空间利用充分，在保障功能的同时，满足轻量化以及强度的要求。

附图说明

图1 本新型变流器柜体框架示意图。

图2本新型变流器柜体C-C剖面示意图。

图3本新型变流器器件布置主视图示意图。

图4本新型变流器器件布置后视图示意图。

图5本新型变流器器件布置A-A剖面示意图。

图6本新型变流器器件布置B-B剖面示意图。

图7本新型主变流器模块安装架示意图。

图8本新型变流器复合母排DE示意图。

图9本新型变流器体前柜门示意图。

图10本新型变流器柜体后柜门示意图。

图11本新型变流器风冷系统空气流向示意图。

图12 本新型变流器水冷系统冷却液流向示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

本实施例提供一种新型变流器。

如图1至图2所示，变流器包括采用并柜方式的柜体，柜体包括支撑柜体的底架53、竖梁以及用于安装元器件的安装横梁；竖梁将柜体纵向划分成不同的腔体，安装横梁将每一腔体横向分隔成不同的安装区域。竖梁分为两个侧竖梁50和五个中竖梁45；以最中间的中竖梁45为界，本实施例采用了两个相同的柜体进行并柜设计。安装横梁包括四个支撑电容安装横梁 42、十四个模块安装横梁 43、四个电动隔离开关安装横梁 44、五个辅助逆模块安装横梁 46、两个热交换器组件安装横梁 49、两个接触器组件安装横梁 52、充电接触器安装横梁 58、两个放电电阻安装横梁59以及四个充电电阻安装横梁 60。变流器柜体还包括顶部设置的两个顶板A40、两个顶板B41，支撑顶板的上横梁39，安装区域中辅助承重的四个支撑横梁47，侧边设置的左侧板38、右侧板51以及底板、风道板、四个控制箱安装板 48、三个电容安装架 54 、热交换器组件安装板 55、斩波电流传感器安装板 56。接线板57设置于柜体底部，用于放置主变流器的输入和输出端子、辅助逆变模块的输出端子及用于检测的电流传感器部件。

变流器柜体在结构设计时充分考虑了强度要求和振动对变流器内部器件的影响以及行车安全，能够承受车辆运行中的各种振动和冲击。

如图3所示为本新型变流器器件布置主视图，变流器中设有热交换器组件、主变流器模块、辅助变流器模块、支撑电容以及DCU机箱等主要部件。

如图3至图6所示，变流器中设有八个支撑电容器13、两个DCU机箱14、两个辅助逆变模块15、主变流器模块16、两个电动隔离开关17、两个线路接触器组件18、热交换器组件19、八个输入电连接压塑件20、十二个输出电连接压塑件21、四个充电接触器22、六个谐振电容器23、复合母排A24、B25、和C26（三段式连接）、四个输入电流传感器27、八个输出电流传感器28、六个辅助逆变器输出电流传感器29、放电电阻水冷组件30、两个充电电阻组件31、六个中间直流电压传感器、六个辅助逆变器输出电压传感器33、四个斩波电阻组件34、六个辅助输出端子35，两个复合母排D36、两个复合母排E37。

热交换器组件19设置在中间的安装区域中，通过螺栓固定在热交换器组件安装板 55上，安装板55通过焊接固定在热交换器组件安装横梁 49上。

主变流器模块安装在柜体的中部，关于热交换器组件19左右对称设置。如图7所示为模块安装架结构示意图。每个安装架上方和下方分别设有一条滑轨，滑轨通过螺栓固定在变流器的模块安装梁43上。主变流器模块通过滑轨推入模块安装架内，再利用螺栓连接模块和垫片，将其固定。滑轨对变流器有一定的抗振作用。

主变流器模块，分为四组，每组左边为整流模块，右边为逆变模块；整流模块和逆变模块两者之间结构完全一致，在功能上可以进行互换。

整流模块的输出与逆变模块的输入通过复合母排相连，母排通过电缆与电连接压塑件相连，用于连接牵引电机。整流模块的输出端通过复合母排A24、B25、C26直接连接到逆变模块，整流模块的输入通过电缆连接到接触器18上，接触器通过电缆，经过输入电流传感器27连接到输入电连接压塑件20上，四个整流模块的输入端连接方式一致。逆变器模块的输入端直接与复合母排A24、B25、C26相连接，逆变器模块的输出端直接通过电缆，经过输出电流传感器28电流传感器与输出电连接压塑件21相连，四个逆变模块的输出端连接方式一致。

整流模块的输入和逆变模块的输出都采用母排连接方式，为方便布线，两者在结构布局上可以进行互换，而不需要进行接线的变换，对外接口完全一致。

逆变模块已实现模块化，集成了逆变功能和斩波功能，也很方便安装和拆卸；整流模块也实现了模块化设计，便于维修和拆卸，可通过预留输入接口，以及预留空间，安置整流模块，通过功率器件的选型，实现不同功率等级的装车要求。

如图8所示为复合母排结构示意图，复合母排主要用于连接支撑电容和主变流器模块，呈三段式，用螺栓连接。

辅助变流器模块、支撑电容、DCU机箱均安装在柜体的上部；以最中间的中竖梁为界，辅助变流器模块、支撑电容、DCU机箱在各并柜中的位置相同。

辅助逆变模块15同样利用滑轨，滑入安装架内，再利用螺栓连接模块和垫片，将其固定。每个安装架共有上下两条滑轨，通过螺栓固定在变流器的辅逆模块安装横梁 46上，滑轨对变流器有一定的抗振作用。输入端通过复合母排直接连接到中间直流回路上，输出端通过电缆，经过辅助逆变器输出电流传感器29连接到辅助输出端子35上。

DCU机箱通过螺栓固定在控制箱安装板48上，其底部通过两根支撑横梁47支撑，该支撑横梁采用不锈钢板。

逆变器输出电流传感器通过螺钉安装在电连接压塑件上，最后通过螺钉固定在底部出线板上，检修时，可以直接对电流传感器进行检查、安装拆卸，以及接线。

为了便于控制线的出线，在柜体的右侧板上有重载连接器9，主要用于安装控制插头及MVB插头。

变流器中还设有电压传感器、功率电阻组件、母排组件、充电接触器、短接接触器、充电电阻、放电电阻、谐振电容器、支撑电容器。

电动隔离开关通过螺栓固定在电动隔离开关安装横梁 44上，其主触点通过母排D36连接到母排E37上，母排E37再与复合母排C26相连，从而接入中间直流回路。

线路接触器组件18共有两个，左下角的组件通过螺栓固定在底架上，右中部的组件通过螺栓固定在接触器组件安装横梁 52上。充电接触器组件22通过螺栓固定在充电接触器安装板，充电接触器安装板通过螺栓固定在充电接触器安装横梁58上。

斩波电阻34通过螺栓固定在顶板A40、B41上，其接线端通过组件上的接线盒，经过电缆穿过电流传感器连接到中间回路直流母排上。

充电电阻31通过螺栓固定在柜体的顶部的充电电阻安装横梁 60上。放电电阻组件集成于一块散热板上，放电电阻通过螺栓与散热板相连，并固定在柜体的左边顶部；散热板上设有与冷却系统相连的水冷接头，通过水冷方式进行冷却。

放电电阻水冷组件30通过螺栓固定在柜体的顶部的放电电阻安装横梁59上，每个组件上安装有16只放电电阻，通过散热板上的快速接头接入水冷系统，与主变流器模块共用水冷散热。变流器柜内未安装水冷接头的器件，都由热交换器组件辅助散热，实现柜内的热循环。

底架53上设有固定螺栓，用于将变流器固定在机车上；变流器的顶部对称设有用于吊运的螺纹孔。变流器通过底座前后八个T型螺栓固定在机车底架的C型梁上，变流器顶部有四个M20的螺纹孔，用以安装吊环螺钉，在转运和安装时需使用专门的吊具用起重机吊运。变流器输入采用中下部的电连接压塑件连接到线路接触器，线路接触器的输出连接到整流模块的输入端，为变流器提供动力源。

如图9至图10所示，柜体包括设置于柜体前部的前门和设置于柜体后部的后门，主要起到防护作用，用于防护外界对变流器柜内的污染，以及防止主变流器模块爆炸对外部造成的伤害。本实施例中变流器柜体1有八个柜门，如门A 2、门B3、两个门C 4、两个门D 5、门E6、门F7、两个挡板A8。后门A、后门B内主要放置有二次谐振电容23和复合母排A24、B25、C26。二次谐振电容通过螺栓固定在专用的电容安装架 54上。 门A2、门B3、门E6、门F7柜门内包含有四个显示灯观测区12，显示灯观测区用于观测中间支撑电容及二次谐振电容的残余电量是否放完。

如图11所示为风冷系统空气流向示意图，风冷系统的热交换组件19主要作用为实现柜内的内部热循环。热交换组件包括冷却风机，冷却风机与热交换器组成一体；冷却风机的进风口朝向柜体内的前方，与柜内设置的接触器、充电电阻组件、支撑电容连通；冷却风机的出风口面向柜体内的后方，与谐振电容、复合母排连通；柜体内前后相通。通过抽风的方式，从柜体前部吸入空气，经过热交换器组件，向柜体后部吹出空气，形成柜内的热循环。变流器柜体没有出风口，通过柜体内部的空气循环以及热交换器的水冷散热，为柜体内部的发热器件进行冷却。主要使用风冷系统进行冷却的发热器件有，充电电阻、接触器、电容器（包括支撑电容器和二次谐振电容器）、复合母排等。

如图12所示，变流器柜体中的水冷系统外接冷却塔，包括依次连接的水泵、进水主管、出水主管；水泵中的冷却液通过进水主管流经放电电阻组件、IGBT元件以及热交换器组件，至出水主管。水冷系统主要用于对部分器件的冷却作用，例如：功率模块IGBT器件、放电电阻和热交换器等。热交换器通过水冷系统冷却，负责柜体整体的空气冷却。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型的技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。