尹國(guó)龍

摘 要 地鐵主傳動(dòng)系統(tǒng)由牽引逆變器、牽引電動(dòng)機(jī)等部件組成，實(shí)施地鐵主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化有利于降低主傳動(dòng)設(shè)備投資，確保提高軌道車(chē)輛國(guó)產(chǎn)化率目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)我國(guó)地鐵健康快速發(fā)展。本文介紹城市軌道交通車(chē)輛牽引逆變器的發(fā)展，對(duì)簡(jiǎn)統(tǒng)化牽引逆變器分析，介紹牽引逆變器冷卻方式。

關(guān)鍵詞 軌道交通;地鐵車(chē)輛;牽引逆變器;技術(shù)發(fā)展

目前我國(guó)城市軌道交通裝備制造方面具備了生產(chǎn)能力，主要電氣部件已能實(shí)現(xiàn)自主研制。本文首先梳理牽引逆變器的發(fā)展，再分析牽引逆變器主電路和簡(jiǎn)統(tǒng)化平臺(tái)，最后介紹逆變器冷卻方式。

1牽引逆變器的發(fā)展

城軌車(chē)輛大多在地下隧道運(yùn)行，因此要提高部件可靠性，車(chē)輛要具有帶故障運(yùn)行能力，損失部分動(dòng)力時(shí)可行駛到最近車(chē)站[1]。在高峰期經(jīng)常發(fā)生乘客超員情況，要求其在過(guò)載工況具有持續(xù)運(yùn)行能力。VVVF交流傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)趨于成熟，其在世界各國(guó)城軌系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。

2主電路分析

目前城軌車(chē)輛牽引逆變器典型主電路為采用功率模塊驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)的架控方式。架控方式的優(yōu)點(diǎn)是牽引逆變器模塊獨(dú)立控制，當(dāng)變流器一個(gè)模塊故障時(shí)可將其切除，車(chē)輛僅損失一個(gè)轉(zhuǎn)向架動(dòng)力。相對(duì)于車(chē)控方式的缺點(diǎn)是部件增多，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低。同時(shí)，相對(duì)于軸控方式具有節(jié)省成本和可靠性高等特點(diǎn)。

典型雙模塊架控方式的主電路如圖1所示，主要包括預(yù)充電模塊、LC線(xiàn)路濾波器、功率模塊和冷卻風(fēng)機(jī)。SVES1和SVES2為網(wǎng)壓傳感器。當(dāng)檢測(cè)到網(wǎng)壓在正常范圍內(nèi)時(shí)閉合充電接觸器KM12和KM22，通過(guò)充電電阻R11和R21為支撐電容C1和C2充電以防止充電電流過(guò)大。當(dāng)充電完成后閉合主接觸器KM11和KM21同時(shí)斷開(kāi)KM12和KM22完成充電過(guò)程。

LC線(xiàn)路濾波器由濾波電抗器L1，L2和支撐電容C1，C2構(gòu)成， LC線(xiàn)路濾波器可濾除直流電壓的高頻分量和尖峰電壓，抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)與直流側(cè)電流脈動(dòng)的影響，同時(shí)避免IGBT工作時(shí)產(chǎn)生的高頻電流對(duì)電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生干擾[2]。

功率模塊的逆變單元為電機(jī)供電，斬波單元將過(guò)高的網(wǎng)壓消耗在制動(dòng)電阻上，慢放電阻R12和R22消耗支撐電容的能量。冷卻風(fēng)機(jī)主要包括風(fēng)機(jī)FAN1以及空開(kāi)和接觸器。一般風(fēng)機(jī)控制有星三角變換和高低速控制等方式。該圖風(fēng)機(jī)為高低速控制。

3牽引逆變器簡(jiǎn)統(tǒng)化平臺(tái)

隨著城市軌道交通快速發(fā)展，城軌交通牽引系統(tǒng)供電方式和供電制式向多樣化發(fā)展，目前供電制式為DC750V與DC1500V，時(shí)代電氣研制的簡(jiǎn)統(tǒng)化牽引逆變器可滿(mǎn)足城軌車(chē)輛工作環(huán)境，具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，通過(guò)改變接線(xiàn)、更換功率模塊和控制機(jī)箱的方式實(shí)現(xiàn)車(chē)控與架控互換，滿(mǎn)足不同供電制式應(yīng)用[2]。

綜合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用簡(jiǎn)統(tǒng)化設(shè)計(jì)思路，統(tǒng)一牽引逆變器吊耳數(shù)量、尺寸等外形接口信息。牽引逆變器由相同IGBT模塊構(gòu)成，包括傳感器等部件。隔艙采用門(mén)鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，防水防塵，方便部件拆卸維護(hù)。柜體密封滿(mǎn)足車(chē)底設(shè)備防護(hù)等級(jí)IP54要求。簡(jiǎn)統(tǒng)化平臺(tái)能夠縮短研發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)采購(gòu)成本。

4牽引逆變器冷卻

IGBT元件構(gòu)成變流器模塊，是城軌車(chē)輛牽引逆變器核心部件，目前時(shí)代電氣研制的城軌車(chē)輛牽引逆變器采用IGBT變流器模塊，包括熱管散熱器，溫度繼電器，支撐電容和門(mén)極驅(qū)動(dòng)等，是功能獨(dú)立的功率模塊。很多變流器采用水冷裝置散熱系統(tǒng)，但需配置熱交換器等設(shè)備，且漏水會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成很大損失。傳統(tǒng)實(shí)體散熱器必須加大散熱面積，相應(yīng)需增大基板與主干，遠(yuǎn)端降溫大，只能在散熱面積與傳導(dǎo)損失中求折中值。但熱管技術(shù)能降低傳導(dǎo)熱阻，熱管兩端溫差小，使散熱器與空氣熱阻減小。

采用熱管傳熱的IGBT變流器模塊，具有高的傳熱效率。銅-水熱管內(nèi)部蒸發(fā)端與冷凝端溫差小于3℃，在冷凝端通過(guò)外加翅片的方式能使其散熱時(shí)熱量分配均勻。熱管具有在溫差低下傳遞熱量的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)生的熱量能被及時(shí)帶出。熱管散熱器無(wú)噪聲污染。實(shí)際應(yīng)用表明，逆變器散熱器臺(tái)面最高溫升為27K，能夠保證熱量及時(shí)排散。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳林，王衛(wèi)安.軌道車(chē)輛牽引逆變器的最優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].新型工業(yè)化，2016，6（4）：34-39.

[2] 翁星方，鄒檔兵.城市軌道交通車(chē)輛牽引逆變器的技術(shù)發(fā)展[J].機(jī)車(chē)電傳動(dòng)，2012（1）：47-51.