变流装置的结构组成及冷却

牵引变流器与辅助变流器构成一体式箱形结构，称为电源变换装置。除与复合冷却器相连接的管路以外，其他器件都安装在箱体内部。

一、牵引变流器的结构组成

1.牵引变流器在电源变换装置中的配置

每台电源变换装置内含有三组牵引变流器和一组辅助变流器，变换装置结构紧凑，便于安装。图4.14及图4.15为三组牵引变流器各部件在电源变换装置中的配置图。

在装置的左上段，从上依次为1组、2组、3组设备，从左至右依次设置有逆变器单元、滤波电容、整流器单元。

在装置的左下段，设置有水泵、水箱等牵引变流器循环水冷用品。

在装置的中央下段，设置有CI（牵引变流器）主回路接线端子台、在上面设置有交流接触器，在里面为充电电阻及主回路的配线空间。

在装置的右上段，设置有OVTR（过压保护）单元、DCPT（电压传感器）单元、I/F（接口）；在里面设置有GR（接地电阻）单元、NF（同步变压器和噪声过滤器）单元。另外在I/F单元、DCPT单元、OVTR单元的下侧还设置有加热器盘，当周围温度比较低时，为各零件预热。

在装置的右中段，设置有CI控制单元；在里面设置有OVRe（限流电阻）单元、RY（继电器）单元、DCHR（放电电阻）单元。另外在CI控制单元的下侧设置着风扇和加热盘，风扇用于冷却控制单元；当低温启动的时候，加热电阻用于预热控制单元。

在装置右侧设置有控制回路连接器，代号为CN1到CN5牵引变流器的主要构成部件。

图4.14　牵引变流器构成图（正面）

图4.15　牵引变流器构成图（背面）

2.牵引变流器的主要构成部件

牵引变流器的主要构成部件如表4.3所示。

表4.3　牵引变流器的主要构成部件

二、辅助变流器的结构组成

在变流器装置的中央下段，设置有APU接线端子台、APU 交流接触器及熔断器、充电电阻器等，如图4.16所示。

图4.16　辅助变流器构成图（正面）

在变流器装置的右上段，设置有辅助变流器与牵引变流器共用的DCPT（电压传感器）单元、I/F（接口）单元、辅助变流器控制单元、塑壳断路器；在里面设置着辅助变流器与牵引变流器共用的GR（接地）单元、同步变压器与噪声过滤器元件。另外与在辅助变流器控制单元、I/F（接口）单元、DCPT（电压传感器）单元、OVTR（过压保护）单元的下侧设置有加热器元件，当周围温度比较低时为各零件加温。

在变流器装置的右下段，设置有辅助变流器逆变器单元、整流器单元及滤波电容。在该单元的下侧，设置着加热器元件，侧面设置着风扇等，如图4.17所示。

图4.17　辅助变流器构成图（背面）

三、牵引变流器的冷却

1.冷却系统的组成

牵引变流器的冷却系统是由复合冷却器的水-空气热交换器、连管、阀门、储水箱、水泵、塞门、流量计、冷却介质等组成，利用去离子水和乙二醇的混合冷却介质通过热交换器对IGBT器件进行冷却，具有很好的冷却效果。为了提高装置的小型化及冷却性能，牵引变流器采用强制循环水冷方式。这种方式具有冷却效果好、无污染、结构上维修方便等特点，是国际上流行的冷却方式。冷却液采用纯水45%与乙二醇55%的混合溶液，确保在-40 °C时不冻结。

图4.18所示为IGBT模块冷却示意图，变换装置内设有水泵（WP），用来推动冷却液进行循环。

图4.18　IGBT模块冷却示意图

在装置外部的复合冷却器中被冷却的冷却液从装置入水口进入装置，沿配管进入水。通过水箱的冷却液，在经过水泵之后被分为3 路，分配给各组的变流设备。每路冷却液在每一组再分成7个分支，通过与冷却板交换热量来冷却半导体元件。冷却半导体元件的冷却液在一根总管内汇集，从装置出水口流出变流装置，返回复合冷却器再冷却。这样，通过冷却液反复的循环，来实现半导体元件的冷却效应。

2.冷却系统的保护

（1）通过流量计检测冷却水的流速，实现牵引变流器进口水压检测和失压保护。

（2）通过热敏电阻温度继电器对元件的检测，实现牵引变流器进出口水温的监视和保护。

（3）通过水位计，对储水箱的水位进行监视和低于最低许用水位的保护。

四、辅助变流器的冷却

在辅助变流器右下段的侧面设置有风扇，见图4.16。变流器装置后面设置有风道，通过通风机对辅助变流器逆变器单元和整流器单元进行强制风冷。