[实用新型]一种内燃机车用变流器装置

说明书

技术领域

本实用新型主要涉及轨道交通技术领域，特指一种内燃机车用变流器装置。

背景技术

在电力牵引系统中，交流传动以其特有的优势发挥着越来越重要的作用。交流传动系统最基本的任务是通过电力电子器件对电能的电压和频率进行转换，实现对牵引电动机传调速的目的。变流器装置就是实现上述功能的装置，是交流传动系统的核心部件。通常要求变流器装置安装在有限的空间里，根据系统的要求输出相应的功率，即为负载提供电压和频率可调节的电源。

由于变流器装置的电能转化功能是通过电力电子器件实现的，电力电子器件在工作时会产生大量的热量。为了保证电力电子器件可以稳定可靠的工作，变流器装置要能够具备很好的散热能力，所以冷却技术是变流器装置的关键技术之一。冷却效果关系到牵引变流器装置部件的稳定运行、使用安全和使用寿命等，是保障交流传动系统可靠工作的一项关键技术，且变流器装置正在向小型化和轻量化方向发展，轻便和有效的散热技术也成为研究的重点。

另外，变流器装置采用的电力电子器件需要在高频率下进行开通和关断，工作时容易引起很高的电压变化率和电流变化率。实际上，变流器装置的主电路内各器件通过电缆连接后存在杂散分布的电容和电感，会产生一系列问题，比如：电力电子器件开关过程中会产生的瞬态过电流和过电压，特别是变流器装置输出电源经过长距离电缆驱动牵引电动机时会引起过电压；而控制系统以低电压和小电流为主，容易受到电力电子器件工作时产生的强电磁干扰信号的影响，干扰控制系统的信号采集和输出，甚至使执行机构产生误动作。

变流器装置需要在有限的空间内实现复杂的功能，对于轨道交通行业而言，变流器装置的安装空间紧张，接口类型较多，还需要能在车辆上狭小的空间内实现零部件的拆卸和维护。这样对变流器装置的小型化、轻量化和可维护性都提出了很高的要求。伴随电气传动控制理论与电力电子器件的不断更新和迅猛发展，交流传动系统在国内外内燃机车上的应用经验已趋于成熟。交流传动系统通过大功率变频变压变流器装置驱动交流电动机，实现了优良调速性能，从而使交流传动内机车得到充分的发展。

内燃机车变流器装置多安装在机车车辆的电气室内，须满足安装可靠、接线方便、易于维护和更换等要求。变流器装置内部多为电气部件和电子部件，需要一个良好的工作环境，因此对变流器装置的结构强度、防电磁干扰、散热系统有一定的要求。机车工作时处于运动状态，工作环境多变，也需要变流器装置具有一定的防冲击、防振动以及防尘的功能。

交直交内燃机车（即交流传动内燃机车）变流器装置需要电能输入端及输出端作为外部接口，并包含一个或多个变流模块和相应的控制设备。变流模块的电路可以实现整流或逆变功能。变流器装置输入端接收的电能一般为三相交流电，通过整流电路变换为直流电能后再输入到逆变电路，经过逆变调节后从变流器装置输出端提供变压和变频的交流电源。输出的交流电源为电压相位差互为120°的三相交流电。本变流器装置能够用半导体开关元件实现交流传动内燃机车变流器装置输出变压和变频电能的需要。

目前交流传动内燃机车变流器装置主电路一般采用三相二极管整流器加VVVF逆变器模式，VVVF逆变器牵引一台或者多台交流电动机。内燃机车变流器装置的冷却方式包括风冷散热和水冷散热两种方式。由于冷却介质的比热容差异，水冷散热系统的散热效率明显优于风冷系统，可以大大提高电力电子器件的可靠性，还可以使变流器装置内保持很高的清洁度，相对风冷散热而言，能降低维护和保养成本。变流器装置电磁干扰一直是机车领域的研究重点，如何降低或减少电磁干扰，优化布线也成为重要问题。

而目前GE内燃车牵引变流器装置的缺陷：

1）主发电机输出通过熔断器接入牵引变流器装置，没有实现两架牵引系统的隔离；

2）一个整流器带六路逆变器，若出现整流器或逆变器故障，整车动力全部损失，影响机车的运行；

3）采用IGBT元件分立式布置，每个IGBT后面安装独立的铜散热器，整柜器件布置分散，不便于组装和维护；

4）电阻制动靠DB接触器控制，制动功率不能精确控制，且直流接触器带载分断时拉弧，故障率高；

5）门安全联锁采用机械开关联锁，对门安装精度要求高，易发生误报；

6）没有高压警示灯，无法对中间电路电压进行直观的判断，检修时有安全风险。

另外EMD内燃车变流器装置的缺点有：

1）整流器和逆变器分离，且距离较远，集成度低，非独立放置的变流器装置；

2）变流器装置主电路采用架空的拓扑结构，如果单个逆变器失效，则整车损失一半的动力；