[发明专利]一种双面散热的风冷型轴控牵引逆变功率单元

说明书

本发明属于动车机车牵引系统技术领域，涉及一种双面散热的风冷型轴控牵引逆变功率单元，将原有的架控式一个三相逆变电路牵引3台电机更换为轴控式三个三相逆变电路牵引3台电机，在满足原有架控式牵引逆变功率单元安装尺寸的前提下，将三个三相逆变单元和一个斩波单元以及直流母线支撑电容集成到一个功率模块上，实现原架控牵引逆变功率单元中一个三相逆变单元和一个斩波单元的功率变换功能，提高了系统冗余度，增强了抗故障能力；同时，通过在主体风道的两侧增加热管散热器，实现了风冷散热模式下一个功率单元中IGBT的双面布局方式，使IGBT散热更加均匀，减小了散热器的长度，提高了机车空间利用率，最终提高功率单元的冷却效果。

技术领域

本发明属于动车机车牵引系统技术领域，涉及内燃机车的轴控式牵引逆变功率单元，具体涉及一种双面散热的风冷型轴控牵引逆变功率单元。

背景技术

目前，现有的交流传动内燃机车，通常有架控和轴控两种动力配置方式。架控配置方式是一台牵引逆变器驱动其所对应转向架下的所有电机运行，此种动力配置方式，系统受车轮轮径影响较大，粘着利用率较低，当逆变器发生故障时，机车会损失一半动力，系统抗故障能力较差，冗余度较低。轴控配置方式是一台逆变器单独驱动一台电机运行，此种配置方式，相较于架控配置方式，系统不会受到轮径偏差的影响，其粘着利用率较高，可以较为充分地利用牵引电机的最大牵引力。而且，当一台逆变器发生故障时，只损失一台电机的牵引功率，牵引力损失很少，机车可以正常运行，系统冗余度较高，抗故障能力较强。

架控式交流传动内燃机车的变流系统包含两套整流器和两套牵引逆变器，一套整流器和一套牵引逆变器一起完成一个车架的工作，另一套整流器和另一套牵引逆变器一起完成另一个车架的工作。就一个车架来说，每台牵引逆变器由8只大功率IGBT模块组成，其中6只组成三相逆变电路，2只组成斩波电路，采用电压型、两电平电路结构。在牵引工况下，牵引逆变器采用变压变频(VVVF)方式向牵引电机供电；在制动工况下，牵引逆变器通过交-直变换，将牵引电机发出的三相交流电转换成直流电，回馈到中间直流回路，用于动力电池充电、辅助系统用电或消耗在制动电阻上，其电气原理图如图1。而这种架控式内燃机车的牵引逆变器电子器件数量较少，因此逆变装置的故障位置点较少，对器件的容量和耐受能力要求较高，一旦IGBT功率器件出现故障，系统将失去一半甚至全部动力，使机车无法正常工作。

目前，动车、机车的牵引逆变功率单元由于其功率器件开关频率大、耗散功率大等特点，常常采用水冷散热方式。水冷散热方式的逆变功率单元有IGBT单面布局方式和IGBT双面布局方式。但是，内燃机车由于自身空间限制，无法安装冷却塔等庞大的水路冷却系统，其牵引功率单元常常采用风冷散热方式。采用风冷散热方式的牵引逆变功率单元只有IGBT单面布局方式，即所有的功率器件布置在一个散热器的基板上，整体结构占用尺寸较大，并且牵引逆变功率单元安装在风道的一个侧面上，冷却风从入口到出口流经所有的功率器件，冷却风不断带走所流经器件的热量，风温不断升高，入口远端的器件散热效果大幅降低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种双面散热的风冷型轴控牵引逆变功率单元，通过将三个三相逆变电路与一个斩波电路集成化设计，分散了故障风险，降低了IGBT器件损坏可能引起的动力损失，提高机车运行安全；同时配合双面散热的结构设计，使IGBT散热更加均匀，同时减小了散热器的长度。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种双面散热的风冷型轴控牵引逆变功率单元，包括：功率单元主体及安装于功率单元主体外的支撑框架，所述支撑框架的前表面由上至下分布有驱动控制箱及主体风道，所述支撑框架的左、右侧面对应安装左侧盖板、右侧盖板；

所述功率单元主体的顶部分布有支撑电容，所述支撑电容安装于支撑框架的顶部。每个所述支撑电容连接一个电容母排，所述电容母排上的P/N端为逆变电路提供直流电；所述主体风道的两侧分别安装有一个热管散热器，所述热管散热器的一端伸入主体风道内；