[發明專利]一種內燃機車交流傳動系統主電路功率單元

在審

• 申請號: 201711386695.1
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN107888083A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 劉志敏;宋佩利;陳彥肖;張潔;王曉妮
• 申請（專利權）人: 西安中車永電電氣有限公司
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于內燃機車技術領域，涉及內燃機車交流傳動系統主電路，尤其是一種內燃機車交流傳動系統主電路功率單元。

背景技術

內燃機車交流傳動系統為單柴油機組發電，柴油機拖動主發電機，輸出三相交流電，經不控整流電路、斬波電路、中間直流環節、逆變電路，驅動牽引電機從而完成機車牽引控制，系統主電路原理如圖1所示。

斬波電路的作用是當直流電網發生過壓時，開啟斬波電路，保持直流電網波動在允許的范圍內；在制動過程中牽引電動機轉為發電機運行。由于采用二極管不控整流電路，制動過程發出的能量無法回饋電網，所以過壓斬波電路也兼具電阻制動的功能，將電能變成制動電阻的熱能消耗掉。

現有技術中，內燃機車交流傳動系統主電路采用如圖2的電路拓撲：整流采用三相二極管不控全橋電路，逆變采用三相全橋可控電路，采用IGBT作為開關器件，采用PWM調制方式。斬波電路采用兩個IGBT并聯的方式進行分流，滿足斬波電路的設計容量要求。

根據主電路的結構，每個變流器由1個整流模塊、1個斬波模塊和3個逆變模塊共同構成機車主電路。3個逆變模塊實現相同的功能，因而采用相同的結構設計。整流模塊、斬波模塊放置于變流器上方，3個逆變功率模塊置于變流柜底部，方便和下面的牽引電機相連接，風道在變流柜背部，功率單元的散熱器置于風道中。功率單元在變流器中的布局示意如圖3所示。由圖3可知，作為變流柜的主要發熱源，幾個功率單元在風道中的布置并不均勻，這將會產生以下問題：

1、由于阻力原因，較多的風量會從左側阻力最小的地方通過，該位置功率模塊需耗散的熱量卻最小。

2、三個相同的逆變模塊前級為不同的功率單元，功能不同導致發熱量不同，外形結構不同導致風阻不同，但對于逆變模塊的部件選型，必須按照滿足最惡劣工況下的工作條件進行設計，導致系統設計余量大。

3、對于一個變流器來說，需設計整流模塊、斬波模塊、逆變模塊三種不同的模塊產品，模塊的互換性也不好，也增加了產品設計的工作量，另外，為了滿足產品設計要求，斬波電路采用IGBT雙管并聯，再與斬波電阻連接，IGBT器件的并聯存在不均流等問題，導致電路可靠性不高。

以上問題帶來的結果是增加了整個系統的設計復雜程度和設計容量，也增加了設計成本，而且整個系統的散熱設計也不合理，系統的可靠性不高。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種內燃機車交流傳動系統主電路功率單元。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

這種內燃機車交流傳動系統主電路功率單元，包括整流電路、斬波電路和逆變電路；所述整流電路由三組橋臂并聯，組成一個完整的三相整流電路；所述斬波電路包括三個獨立的斬波支路，每條斬波支路由單管和斬波電阻串接而成；一組整流橋臂和一路斬波支路組成一個牽引整流和斬波相模塊，三個相模塊并聯后，再跨接在中間直流環節的直流母線的正負兩端；所述中間直流環節連接至逆變電路；所述逆變電路由三個逆變功率模塊并聯組成。

進一步，上述整流電路、斬波電路和逆變電路均設置在內燃機車變流柜的柜體中，在柜體中設置有三個相互獨立用以散熱的風道，每個獨立風道中設置有一個牽引整流和斬波相模塊和一個逆變功率模塊。

進一步，上述逆變功率模塊為三相逆變功率單元。

進一步，上述三相逆變功率單元連接有電動機。

進一步，上述三個相互獨立的風道結構布局相同。

進一步，上述整流電路的為三相不控整流電路，所述三相不控整流電路連接至斬波電路。

本發明具有以下有益效果：

本發明的內燃機車交流傳動系統主電路功率單元采用強迫風冷散熱方式，模塊化的設計實現了大功率變流裝置的高功率密度和高度集成，增加了功率模塊的可維護性。整流和斬波采用相模塊的功率單元結構方式，均勻布置于變流柜內，模塊的統型簡化了功率模塊的設計；斬波電路采用IGBT單管，并采用支路并聯的方式，滿足電路容量的同時，也增加了系統冗余，提高了系統的可靠性。

附圖說明

圖1為內燃機車交流傳動系統主電路原理圖；

圖2為現有技術的主電路拓撲圖；

圖3為現有技術的功率單元布局示意圖；

圖4為本發明的主電路拓撲圖；

圖5為本發明的功率單元布局示意圖；

圖6為本發明的功率單元柜內布局三維示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：