一种高集成变流装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及到轨道交通领域，特指一种适用于轨道交通车辆的高集成变流装置。
【背景技术】
[0002]动车组用变流装置作为动车组的核心部件，承担着将电网能量进行一系列转换用以驱动牵引电机和为车上辅助设备供给电能的重大任务。随着轨道交通快速发展，各种电力机车或者动车组等普遍采用大功率变流装置，例如绝缘栅双极晶体管(Insulate GateBipolar Transistor, IGBT)变流装置。
[0003]传统的动车组用变流装置柜内仅仅包含主牵引变流装置，而二次滤波装置、辅助变流装置、辅助降压滤波装置、水冷散热装置等设备往往独立于变流装置之外单独成柜。由于动车组受到轴重、安装空间、维修空间和车底运行环境等的限制，综合各方面的考虑，独立成柜势必增加了动车组成本和空间布置的难度。也就是说，目前所有轨道交通领域使用的主牵引变流装置、辅助变流装置、辅助降压滤波装置等都是单独成柜。
[0004]主牵引变流装置，主要是给电压、电流或者功率等级高的动车组牵引电机供电。设备一般由整流装置、中间直流回路、逆变装置、控制单元、网络通信单元等主电路设备构成，上述设备都组装于一个箱体内。变流装置中主要发热部件为IGBT功率模块，单位体积内的设备运行时热流量大，使得设备散热问题突出，因此大功率主牵引变流装置通常需要水冷系统进行冷却。通常循环水冷却装置单独成柜，主牵引变流装置内部只布置散热管道。
[0005]二次滤波装置，主要作用是对中间直流回路滤波，然后向逆变装置和辅助变流装置提供电源。
[0006]辅助变流装置，主要给电压、电流或者功率等级低的机车辅助设备供电。单独成柜的辅助变流装置一般也是由整流器、逆变装置、控制单元等电路设备构成。由于单位体积内的设备运行时热流量不大，设备散热通常采用强迫风冷散热进行冷却，强迫风冷散热的风道设计非常讲宄。
[0007]辅助降压滤波装置，主要实现辅助变流装置输出的变压和滤波等作用，供给稳定的3AC380V电源给辅助用电设备。
[0008]有从业者提出一种方案:申请号EP19940118334 19941122公开了一种变流器，其方案为:变流器的主电路包含两个四象限模块，两个主牵引逆变器模块和中间电路，仅描述了三者之间的连接关系，但是并没有涉及辅助变流器和充电机的各种供电制式集成问题，也没有介绍柜体布局和水冷系统等问题。又例如申请号为CN201120199859.1的文献，公开了一种牵引变流器，主要介绍了牵引变流器的柜体布局，并没有涉及变流器的主牵引变流器、辅助变流器和二次滤波装置的集成问题，也没有考虑变流器冷却系统的集成问题。还有专利文献:申请号为CN200820110038.4公开了一种大功率牵引变流器，主要介绍了变流器主电路构成，且其变流器包含辅助变流器功能，但是并没有涉及此变流器的整体布局、系统集成和水冷系统等方面的问题。
【发明内容】
[0009]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、集成度高、性能可靠的高集成变流装置。
[0010]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种高集成变流装置，包括位于同一个变流柜内的牵引控制单元、整流单元、中间直流回路和逆变单元，所述牵引控制单元用来对整流单元、逆变单元进行实时控制，所述整流单元用来接入电源并输出直流电压至中间直流回路，所述中间直流回路是整流单元和逆变单元之间的中间环节；所述逆变单元用来将直流电转变为三相交流电供给牵引电动机、且为动车组变流装置外部的辅助设备供电。
[0011]作为本发明的进一步改进:所述逆变单元包括两个主逆变模块和一个辅变模块，所述主逆变模块用来将恒定的直流电压转换为三相交流供给牵引电机；所述辅变模块用来将恒定的直流电压转换为三相交流恒压恒频或者变压变频供给车上辅助用电设备。
[0012]作为本发明的进一步改进:所述辅变模块通过辅助降压滤波装置供电给辅助设备，所述辅助降压滤波装置包含滤波电容和辅助变压器。
[0013]作为本发明的进一步改进:所述逆变单元中主逆变模块和/或辅变模块与整流单元中整流模块的结构相同。
[0014]作为本发明的进一步改进:所述整流单元包括整流模块前级电路和两个整流模块，所述整流模块前级电路包括充电电阻、充电接触器和工作接触器，所述整流模块用来向电机侧逆变模块提供一个相匹配的恒定的直流电压源。
[0015]作为本发明的进一步改进:所述中间直流回路包括中间电压支撑电容、谐振滤波电容、斩波电路、中间电压测量电路和固定放电电阻。
[0016]作为本发明的进一步改进:还包括二次滤波装置，用来对中间直流回路进行滤波，然后向逆变单元中逆变提供电源。
[0017]作为本发明的进一步改进:所述二次滤波装置包括二次滤波电抗器和斩波电阻。
[0018]作为本发明的进一步改进:还包括水冷散热装置，所述水冷散热装置包括冷却风机以及通过冷却管道相连的热交换器、水泵、膨胀水箱，所述冷却管道内填充由冷却介质；所述热交换器用来实现液一气热量的交换，所述水泵用来提供冷却介质的循环动力。
[0019]作为本发明的进一步改进:所述冷却管道包括主进水管、主出水管、若干分支水管和软管，所述冷却介质由水泵泵往主进水管，所述主进水管道通过软管连接功率模块并进行热量交换；在与功率模块进行热量交换后热的冷却介质通过软管流回主出水管，主出水管内的冷却介质流入热交换器，在热交换器内部进行冷却介质的冷却，冷却后的冷却介质从热交换器的出水口一部分流入水泵，另一部分冷却介质从热交换器流到膨胀水箱。
[0020]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1、本发明将牵引控制单元(DCU)、整流单元、中间直流回路、逆变单元、二次滤波装置、辅助降压滤波装置、水冷散热装置、控制系统和网络通信系统在同一柜体内，集成度高。独立成柜的设备数量减少，节省人力物力，节省动车组底部的安装空间。本发明变流装置的供电功能高度集成，有利于控制系统的控制、监测和网络通信系统的走线，使动车组控制系统和网络系统可靠性增强。
[0021]2、本发明的变流装置通过配置不同的功能模块，实现多种电源供电制式输出。
[0022]3、本发明的变流装置集成动车牵引供电装置、动车辅助负载供电装置、冷却系统、控制系统和通信系统，尽量减少各设备独立成柜，有利于节省动车安装空间、成本和增加变流装置可靠性。
[0023]4、本发明变流器的内循环冷却系统，充分利用了水冷和风冷两种冷却方式且相互配合，功率模块采用水冷，辅助变压器、辅助滤波装置和二次滤波电抗器采用风冷。
【附图说明】
[0024]图1是本发明的拓扑结构原理示意图。
[0025]图2是本发明在具体应用实例中的冷却示意图。
[0026]图3是本发明中各部件的结构组成示意图。
【具体实施方式】
[0027]以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0028]以本发明应用于动车组为例，如图1和图3所示，本发明的高集成变流装置，包括位于同一个变流柜内的牵引控制单元(DCU)、整流单元、中间直流回路和逆变单元，牵引控制单元(DCU)的作用是根据司机指令完成对整流单元、逆变单元的实时控制，以期能够顺利实现交直交的电能转换，同时也具备完整的故障保护、故障自诊断等功能。整流单元用来接入电源并输出直流电压至中间直流回路，中间直流回路是整流单元和逆变单元之间的中间环节。逆变单元用来将直流电转变为三相交流电供给牵引电动机、且为动车组变流装置外部的辅助设备供电。
[0029]本实施例中