本發(fā)明涉及地鐵機(jī)車牽引逆變技術(shù)，具體為一種新型地鐵永磁牽引逆變器。

背景技術(shù)：

地鐵永磁牽引逆變器是地鐵永磁牽引系統(tǒng)關(guān)鍵部件之一，地鐵永磁逆變器能否正常運(yùn)行對(duì)地鐵列車運(yùn)行至關(guān)重要。為保障逆變器運(yùn)行的可靠性，逆變器柜體的電氣設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。目前運(yùn)行的地鐵列車上的牽引逆變器主要是異步牽引逆變器，其布局方式不夠合理，造成逆變器體積龐大，維修拆卸不方便；同時(shí)其動(dòng)力配置方式為1C4M的架控方式，由于輪徑差不同，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率不同，力矩分配不均勻，沒有充分利用粘著，主電路功率密度低，故障時(shí)保護(hù)方式單一，無法滿足永磁牽引控制要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決目前的牽引逆變器布局方式不合理導(dǎo)致體積龐大、拆裝維護(hù)不方便等技術(shù)問題，提供一種新型地鐵永磁牽引逆變器。

本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種新型地鐵永磁牽引逆變器，包括一個(gè)呈矩形的安裝底板，安裝底板的兩短邊上均設(shè)有一個(gè)擋板，兩個(gè)擋板之間通過五個(gè)橫梁分隔出六個(gè)安裝空間；由第一到第六個(gè)安裝空間依次安裝有主接觸器、預(yù)充電電阻、功率模塊組件、隔離開關(guān)、TCU和ATI；第一個(gè)安裝空間還安裝有預(yù)充電接觸器；第二個(gè)安裝空間還安裝有慢放電阻，第三個(gè)安裝空間中在功率模塊組件后部安裝有冷卻風(fēng)道，并通過風(fēng)機(jī)支撐組件固定有風(fēng)機(jī)，功率模塊組件上還安裝有傳感器組件、輸出接觸器和低壓連接器；第四個(gè)安裝空間安裝有銅排組件；第六個(gè)安裝空間還安裝有電源組件；第一安裝空間和第二安裝空間的正面共同安裝有一個(gè)門板，第一安裝空間和第二安裝空間的背面共同安裝有一個(gè)門板；第四、第五安裝空間正面共同安裝有一個(gè)門板，第四、第五安裝空間背面共同安裝有一個(gè)門板；第六安裝空間正面和背面各安裝有一個(gè)門板；六個(gè)安裝空間的頂部均設(shè)有蓋板；牽引逆變器采用動(dòng)力控制方式為4×1C1M。

所述功率模塊組件包括功率模塊、中間支撐電容和復(fù)合母排，功率模塊中集成有散熱器；功率模塊垂直安裝于安裝底板之上，冷卻風(fēng)道機(jī)械連接于第三安裝空間兩側(cè)的橫梁上，冷卻風(fēng)道與散熱器采用軟性連接方式；所述功率模塊包括與四個(gè)永磁同步電機(jī)一一對(duì)應(yīng)的四個(gè)逆變單元以及一個(gè)斬波單元，每個(gè)逆變單元均通過一個(gè)輸出接觸器與對(duì)應(yīng)的永磁同步電機(jī)相連接；每個(gè)逆變單元包括六個(gè)逆變IGBT，六個(gè)逆變IGBT兩兩組合組成三個(gè)IGBT半橋。

本發(fā)明適用于采用3動(dòng)3拖模式的列車，每個(gè)動(dòng)力車廂設(shè)有1臺(tái)牽引逆變器，網(wǎng)側(cè)直流1500V電網(wǎng)電壓通過受電弓，通過主斷路器、高速斷路器，傳輸?shù)綘恳孀兤?，牽引逆變器?nèi)部通過預(yù)充電回路將網(wǎng)側(cè)電壓傳輸?shù)街虚g回路，中間回路包含1臺(tái)濾波電抗器、2組支撐電容、1組斬波電路，然后經(jīng)過逆變功率模塊完成功率變換，為永磁同步電機(jī)提供三相交流電，動(dòng)力控制方式為4×1C1M，即每個(gè)逆變單元只為一個(gè)永磁同步電機(jī)供電，每個(gè)永磁同步電機(jī)的力矩均獨(dú)立控制，可充分利用粘著條件，發(fā)揮永磁同步電機(jī)的最大牽引力，動(dòng)力冗余性好。具體電氣結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

牽引逆變器的容量為1291KVA，滿足地鐵列車最高80Km/h的總體要求，功率模塊采用最新半橋IGBT，體積小功率密度高，整個(gè)牽引逆變器在各種工況下均有完善而可靠的短路、過載、接地、過電壓、欠壓、過熱、空轉(zhuǎn)、滑行等故障保護(hù)功能。本發(fā)明所述的牽引逆變器布局方式合理，逆變器體積顯著減小，維修拆卸也十分方便。

附圖說明

圖1 本發(fā)明具體電氣結(jié)構(gòu)圖。

圖2 牽引逆變器柜體正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 牽引逆變器柜體背面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 牽引逆變器柜體帶門板正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5 牽引逆變器柜體帶門板背面結(jié)構(gòu)示意圖。

1-主接觸器，2-預(yù)充電電阻，3-輸出接觸器，4-功率模塊，5-隔離開關(guān)，6-電源組件，7-IGBT組件，8-傳感器組件，9-ATI，10- TCU，11-銅排組件，12-風(fēng)機(jī)支撐組件，13-風(fēng)機(jī)，14-慢放電阻，15-預(yù)充電接觸器，16-低壓連接器，17-安裝底板，18-擋板，19-橫梁，20-門板，21-蓋板，22-安全標(biāo)示。

具體實(shí)施方式

一種新型地鐵永磁牽引逆變器，包括一個(gè)呈矩形的安裝底板17，安裝底板17的兩短邊上均設(shè)有一個(gè)擋板18，兩個(gè)擋板18之間通過五個(gè)橫梁19分隔出六個(gè)安裝空間；由第一到第六個(gè)安裝空間依次安裝有主接觸器1、預(yù)充電電阻2、功率模塊組件、隔離開關(guān)5、TCU10和ATI9；第一個(gè)安裝空間還安裝有預(yù)充電接觸器15；第二個(gè)安裝空間還安裝有慢放電阻14，第三個(gè)安裝空間中在功率模塊組件后部安裝有冷卻風(fēng)道，并通過風(fēng)機(jī)支撐組件12固定有風(fēng)機(jī)13，功率模塊組件上還安裝有傳感器組件8、輸出接觸器3和低壓連接器16；第四個(gè)安裝空間安裝有銅排組件11；第六個(gè)安裝空間還安裝有電源組件6；第一安裝空間和第二安裝空間的正面共同安裝有一個(gè)門板20，第一安裝空間和第二安裝空間的背面共同安裝有一個(gè)門板20；第四、第五安裝空間正面共同安裝有一個(gè)門板，第四、第五安裝空間背面共同安裝有一個(gè)門板20；第六安裝空間正面和背面各安裝有一個(gè)門板20；六個(gè)安裝空間的頂部均設(shè)有蓋板21；牽引逆變器采用動(dòng)力控制方式為4×1C1M。

所述功率模塊組件包括功率模塊4、中間支撐電容和復(fù)合母排，功率模塊4中集成有散熱器；功率模塊4垂直安裝于安裝底板17之上，冷卻風(fēng)道機(jī)械連接于第三安裝空間兩側(cè)的橫梁19上，冷卻風(fēng)道與散熱器采用軟性連接方式；所述功率模塊包括與四個(gè)永磁同步電機(jī)一一對(duì)應(yīng)的四個(gè)逆變單元以及一個(gè)斬波單元，每個(gè)逆變單元均通過一個(gè)輸出接觸器與對(duì)應(yīng)的永磁同步電機(jī)相連接；每個(gè)逆變單元包括六個(gè)逆變IGBT，六個(gè)逆變IGBT兩兩組合組成三個(gè)IGBT半橋。斬波單元和逆變單元合稱IGBT組件7。

所述牽引逆變器為車體內(nèi)底部懸掛式結(jié)構(gòu)，安裝底板、擋板、門板以及蓋板共同構(gòu)成本發(fā)明所述牽引逆變器的柜體，柜體外形尺寸（L×W×H）為3300×900×650，主框架材料為鋼板，蓋板和門板上鉚接鋁板，整個(gè)箱體采用焊接方式，所有焊接縫隙處抹密封膠，防護(hù)等級(jí)為IP54。根據(jù)電氣部件的安裝要求，箱體被分為高壓輸入?yún)^(qū)、高壓輸出區(qū)、低壓控制區(qū)（見圖2所示）。

整個(gè)變流柜主要包括九種組件，見圖2、3。九種組件為：功率模塊組件（包括功率模塊、中間支撐電容、復(fù)合母排等主要部件）、低壓電器組件（包括TCU、ATI、繼電器等主要部件）、開關(guān)電器組件（主要包括預(yù)充電電阻、慢性放電電阻、預(yù)充電回路用接觸器、主接觸器等主要部件）、冷卻組件（包括散熱風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)道、風(fēng)機(jī)支撐架等主要部件）、低壓線組件（各種低壓線、光纖）、中壓線組件（各種中壓線）、高壓線組件（各種輸入、輸出銅排、電纜）、箱體組件和門組件。

牽引逆變器的冷卻方式采用鋁型材散熱器+強(qiáng)迫風(fēng)冷，其中鋁型材散熱器集成于功率模塊中，功率模塊垂直安裝于逆變器箱體底部，冷卻風(fēng)道組件安裝于逆變器箱體側(cè)部，機(jī)械連接與逆變器側(cè)部橫梁上，冷卻風(fēng)道與散熱器采用軟性連接方式，避免風(fēng)機(jī)的振動(dòng)傳遞到散熱器，更有利于功率器件的應(yīng)用。充電電阻、慢性放電電阻等發(fā)熱量大的元器件安裝于獨(dú)立的區(qū)域中，盡量減小其所發(fā)熱量對(duì)其它部件的損傷。

風(fēng)機(jī)支撐組件大體呈一個(gè)矩形框，朝外的一側(cè)設(shè)有網(wǎng)框，風(fēng)機(jī)設(shè)在矩形框內(nèi)部，整個(gè)矩形框突出安裝空間。

由于牽引逆變器柜體的輸入輸出接口限定了嚴(yán)格的位置，所以在極狹小的空間內(nèi)，設(shè)計(jì)了形狀各異的銅排，用于滿足接口要求。

一個(gè)TCU和一個(gè)ATI依次排列設(shè)置單獨(dú)的安裝空間，可減少干擾，集中布線。為滿足電磁兼容的要求，逆變器中各高壓線和低壓線、光纖均分束、分距離綁扎。

功率模塊與外圍控制電路均通過連接器相連，與外部各連接部件均易于接近。為了降低主電路的雜散電感，功率模塊和支撐電容之間采用復(fù)合母排連接，形成一體化安裝，提高功率密度、縮小體積，便于安裝。這種布局方式打開逆變器柜門即可方便的對(duì)功率模塊進(jìn)行拆裝維護(hù)。

牽引逆變器前后均安裝有門板，門板為懸掛式安裝，門板帶有門把手便于門板開合，有利于逆變器柜體內(nèi)部件的安裝和維護(hù)。