动车组牵引变流器冷却系统冷却方式研究
牵引变流器中IGBT的水冷实验研究
环流过功率电子元件的安装基板 ， 功率模块产生 的 热量被循环水带走 ， 然后水泵将此混合剂抽人到空
气一 水热交换器中， 将热量散发到周围空气环境中 ，
达 到冷却 的效 果 。 冷却 系统 结构如 图 １ 示 。 所
冷却散热基板内介质流动如图 ２ 所示。
１ ２ 目的 ．
ＩＢ Ｇ Ｔ产生的热量能否及 时、 高效 的散掉， 表现
在 ＩＢ Ｇ Ｔ与 冷板 接 触 表 面 的壁 温 的 大小 ， 且 是 壁 并 温越 小越好 ， Ｉ Ｂ 即 Ｇ Ｔ的壁温越低 越好 。
由牛顿冷却公式我们知道，
ｎ
将会超过最大值 １５ ＩＢ ２ ￣ Ｇ Ｔ就可能损坏。有统计 Ｃ， 资料表 明， 电子元器件温度每升高 ２ 可靠性下降 ℃， １ ％； ０ 温升 ５ ℃时的寿命只有温升为 ２ ￣ 时的１６ Ｏ ５Ｃ ／，
ｔ Ｊ Ｉｔ
进 口温度 ｔ 出 口温 度 ｔ ， 用 ＝ 利
二
， 到 得
冷 却 液 的温度 ｔ 单 位 ： 发 热 块 的加 热 采 用 直 流 Ｋ；
稳压电源通 电的方式实现， 用安培表、 伏特表分别测 得 电路 中的 电流 Ｉ电压 Ｕ， 用公 式 Ｐ＝Ｕ ， 、 利 ＩＱ＝Ｐ ，
受其 他 条件 的限制 ， 以有效 的降低 。 可
所 以， 当表面传热系数最大时 ， 最小 ， 也就是使 得 ＩＢＴ的表 面壁 温最低 ，Ｇ Ｔ的工 作更 安 全 、 可 Ｇ ＩＢ 更
靠。 因此 ， 如何 获得 冷 却散 热 基 板 最 大 的表 面传 热
图 ４ 实 验 系统
该系统主要包括 １ 个恒温水箱 ， 个 电动水泵 ， １ ｌ 套水净化装置及水补 给系统 ， 套 乙二醇补 充系 １ 统 ， 直 流 电源 系统 （ 括 ２个 伏 特 表 ， 安 培 ２套 包 ２个
CRH3动车组牵引变压器冷却系统性能研究
时提供补给 。通过在副 油箱上安装 的可 视液位检测仪 来观
察系统油量变化。 Ｃ Ｒ Ｈ ３ 型高速动车组牵 引变压器冷却 方式将油 的循 环速
压器 是高漏抗 、多绕 组变压器 ，当采用饼 式 、分裂 式绕组
度 比自然对流时提高３ 倍 ，则变压器可增加容量３ ０ ％ 。
９
遇和 挑战 。 目前 以Ｃ Ｒ Ｈ ３ 系列 为代表 的高速 动车组 已经奔驰 在全 国的 高速 铁路上 ，京滓城 际客运专 线、武广客运 专线 为 国产 高速动 车组提供 了广阔的舞 台。 目前 ，高速 电动车组 全部是动 力分散 式交流传 动 电动 车 组 。在 交 流传 动 电动 车组 将 电能 转变 为 机械 能这个 能
３ 冷却 系统构成及原理
３ ． １ 牵 引变压 器冷 却系统 构成
Ｃ Ｒ Ｈ ３ 型高速动车组牵引变压器 （ Ｔ Ｆ ）位于动车 组Ｔ Ｃ ０ ２ ／
Ｔ Ｃ ０ ７ 拖车的地板下，变压器冷却装置 （ Ｃ Ｌ Ｆ ）在每个变压器
的旁边 。牵 引变压器冷却 系统包含过滤 器、热交换器 、油 泵 、冷却风 扇、通风道 、主要框架 、带液位测量仪 的补 偿 水箱和冷却 剂等主要部件 ，过滤器包括 入 口过滤器和污 垢 粗过滤器及精 过滤器 。冷 却系统 的大部 分冷却液和绝缘 介
些热 能主要来 自于 空载损耗和 负载损耗两 个方面 ，变压器
运行 时发热 的同时也在 向外界 散热 ，当发 热量大 于散热量 时设 备的各个 部件 的温 度就会升 高 ，当发热 量与散热 量相 同时 设备温度 保持不变 ，当设备长 时间处 于发热量大 于散 热量 工况 时设 备各部件 会持续升温 ，这需要 冷却装 置的冷 却性 能足够 强才 能将 设备的温升控制在允许 的范 围内。 牵 引变压器 是高速 动车组 的关 键部件 ，其损耗主 要有 空载 损 耗 和 负载 损耗 ，但是 高速 动 车 组所 采用 的牵 引变
高速列车牵引变流器中IGBT的相变冷却实验研究
CRH3型动车组牵引变流器冷却系统RAMS分析
CRH3型动车组牵引变流器冷却系统RAMS分析文章阐述了CRH3型动车组项目牵引变流器冷却系统的系统安全性与系统可靠性、可用性以及可维修性（RAMS）的要求，目的是确保冷却系统的系统保证工作能够与车辆厂保持同步开展，以保证列车的正常运行。
标签：CRH3型动车组；牵引变流器冷却系统；RAMS；可靠性框图（RBD）前言CRH3电动车组在运行过程中，牵引变流器会产生大量的热损耗，而牵引变流器冷却系统的作用就是能够及时将这些热量带走，足见其地位的重要性，因此对其安全性、可靠性、可用性以及可维修性的分析验证，也就变得尤为关键。
1 系统概述电网提供25kv单相工频高压电、高压电经网侧高压电气设备传递给牵引变压器，牵引变压器将高压电降压后的单相工频电流输出给牵引变流器，牵引变流器将输入电流进行整流、滤波和逆变，输出可调频、调压的三相交流电，驱动三相交流异步牵引电机转动，带动车轮转动、列车运行。
在这个能量转化和动力传递过程中，牵引变压器、牵引变流器和牵引电机的电气元件在工作中会产生热损耗，引起电气元件温度上升，如果温度超出元件所能承受的范围，变压器、变流器和电机等将不能正常工作，甚至可能会使电气元件产生绝缘失效、着火等危险。
因此，必须采用合适的冷却系统将变压器、变流器和电机工作时产生的热量带走，这样才能保证牵引变压器、牵引变流器和牵引电机正常工作，从而保证机车安全运行。
以16节车厢的动车组长编组为例，牵引变流器冷却系统共8个，分别悬挂在动力车厢EC01、VC03、IC06、IC08、BC09、IC11、IC14、EC16的车底。
如图1所示。
图1 牵引变流器冷却系统在列车上的分布牵引变流器冷却系统构成及原理：CRH3高速电动车组牵引变流器冷却系统为水冷却系统。
由以下主要部件构成：水冷基板、冷却装置、膨胀水箱、水泵、过滤器、传感器、各种控制阀门及管路等，其中冷却装置由空气过滤器、散热器、风机组、安装箱体等部件组成。
动车组牵引变流器冷却系统检修及散热器服役寿命提升技术研究
动车组牵引变流器冷却系统检修及散热器服役寿命提升技术研究摘要：在动车组进口部件检修技术研究中，对进口某型动车组牵引变流器冷却装置整体设计原理及结构、服役散热器故障模式进行了分析;通过FloEFD仿真分析和散热性能、流量及压力损失性能试验验证，研发了国产化替代散热器;优选了一种提升散热器寿命的表面防腐处理方法。
可实现动车组进口冷却系统自主化检修，并降低散热器泄漏率，延长散热器寿命，为动车组安全可靠运用提供了基本保障。
本文主要分析动车组牵引变流器冷却系统检修及散热器服役寿命提升技术研究。
关键词：冷却系统;散热器;动车组;检修;寿命提升引言随着我国高铁列车保有量的不断扩大和运用里程不断增加，动车组各零部件开始逐渐进入故障多发期，故障情况更加复杂。
保持动车组各部件安全稳定服役和特殊故障处理的精准维护检修已经成为越来越关键的技术问题。
维护检修技术对于动车组的安全性、可靠性、检修效率、维修成本等方面起到至关重要的作用。
牵引变流器冷却装置是动车组牵引系统的关键部件，结构复杂、零部件种类多。
对某型动车组牵引变流器冷却装置检修时发现进入四级修的散热器故障率较高，进一步分析散热器故障模式，提出有针对性的散热器服役能力提升方法，对动车组冷却系统服役能力提升性具有一定参考价值。
1、产品结构某型动车组牵引变流器冷却装置包括空气过滤器、散热器、风机组、中间风筒、膨胀水箱、谐振电感、水泵、进水管、中间水管、出水管和承重梁等几个大部件。
工作时，在风机的作用下，冷却空气从列车侧面进入，经过过滤器、散热器并与散热器内腔中的冷却液进行热交换，一部分高温空气垂直排向车下，另外一部分空气经过中间风筒后与谐振电感进行热交换后排向车下。
冷却装置纵、横梁与动车组车架之间通过减振器连接，风机箱体、水泵分别通过减振器与纵梁和横梁连接，其他各部件通过螺栓刚性连接。
系统运行的组成和原理。
混合动车组牵引变压器的冷却系统由油冷却器、过渡空气导管、风机箱、离心风机和钢结构组成。
CRH3型动车组牵引便变压器冷却系统维护分析
CRH3型动车组牵引便变压器冷却系统维护分析摘要：动车组牵引变压器在工作时产生大量的热，若散热不及时会造成设备温度升高，触发温度保护，限制运行功率，严重的影响设备使用寿命。
牵引冷却系统是主要的散热设备，其散热性能受外界条件影响较大，柳絮期极易发生超温现象。
本文对季节性温度升高进行了分析，并制定了对应的解决方案。
通过研究，确定增加滤棉的方案可靠，并且借结合设备温度确定了更合理的维护时间，实现了降低温度升高故障率的同时，又避免了过渡维修，降低了维护成本。
关键词：CRH3型动车组冷却系统清网周期温度升高牵引系统作为动车组的动力系统关系到动车组的运行状态，而牵引系统能否可靠工作很大程度上又依赖于其冷却系统的性能。
在冷却系统工作过程中，为了加快热量的散发，通常采用冷却风机来加大空气对流速度，提高散热效率。
而随着季节的变化，冷却系统的温度升高现象呈现显著的规律性。
一、动车组冷却系统概述CRH3C和CRH380B(L)型动车组高压系统冷却单元采用FSA型空气过滤器，该结构对于过滤水、砂尘颗粒的综合效果较好，被广泛采用。
但该结构过滤柳絮、短纤维等外物的效果较差，柳絮等纤维物能够通过过滤设备，直接附着在冷却器表面，容易造成冷却器散热性能不佳。
夏初冷却器滤网表面易附着杨柳絮等杂物，这将导致新风难以从变流器及牵引电机冷却系统的风道入口处进入，此时风量减少，情况严重时，牵引变流器及牵引变压器会因过热而停止工作，威胁运行秩序。
每年4、5月前后，在京津城际、京广和京沪高铁运营的CRH3C和CRH380B(L)动车组，经常发生牵引变流器、变压器冷却液温度过高的现象，列车诊断系统自动降低牵引功率，导致车组降速运行。
现场检查后发现冷却单元空气过滤网表面、散热器表面柳絮污染严重，如图1所示。
经过调查确定，在日常维护过程中，车组均严格按照正常的清网周期进行清网，清网质量符合要求，不存在漏检漏修、作业质量不达标现象。
因此有必要对季节性温度升高问题进行研究，确定合理的可靠的冷却系统滤网维护方案，既要达到预期的清网效果，避免冷却系统超温，又要避免“过度维修”、“成本浪费”、“次生灾害”等问题或隐患。
CRH3型动车组牵引冷却系统季节性超温的原因及优化方案武旭博
CRH3型动车组牵引冷却系统季节性超温的原因及优化方案武旭博发布时间：2021-09-14T03:43:54.168Z 来源：《中国科技人才》2021年第16期作者：武旭博王蒙孙鹏飞[导读] 本文阐述了CRH3型动车组牵引变压器、牵引变流器、牵引电机冷却系统功能的实现方式及空气过滤器工作原理，牵引冷却系统是主要的散热设备，其散热性能受外界条件影响较大，柳絮期极易发生超温现象，列车诊断系统自动降低整车牵引功率，导致动车组降速运行，影响正常的运营秩序，通过对季节性温度升高进行了分析，并制定了对应的解决方案，保证牵引冷却系统正常工作，确保列车的正常运行。
中国中车集团唐山机车车辆有限公司总装配一厂河北唐山 063035摘要：本文阐述了CRH3型动车组牵引变压器、牵引变流器、牵引电机冷却系统功能的实现方式及空气过滤器工作原理，牵引冷却系统是主要的散热设备，其散热性能受外界条件影响较大，柳絮期极易发生超温现象，列车诊断系统自动降低整车牵引功率，导致动车组降速运行，影响正常的运营秩序，通过对季节性温度升高进行了分析，并制定了对应的解决方案，保证牵引冷却系统正常工作，确保列车的正常运行。
关键词：动车组；牵引冷却系统；清网；防杨柳絮一、牵引冷却系统的组成1.牵引变压器的散热装置布置在主变压器旁边，通过法兰与主变压器连通，主变压器冷却液通过法兰进入散热装置，油泵为油的循环提供充足的动力，将变压器顶层高温油送入冷却管内，使其产生的热量传送给冷却管内壁和翅片，再由管壁和翅片将热量传到空气中。
同时，使用冷却风机通过空气过滤器沿垂直于车辆的走行方向从外部抽入冷却空气，将冷空气吹入冷却器管束内，带走从冷却器管束放出的热量，热空气在穿过冷却器后朝着道床向下吹出，使热油加速冷却，冷却后的油从冷却器下端进入变压器下部油箱内，达到降低主变压器冷却剂温度的效果，实现主变压器器身的冷却。
为了取得最大的冷却效益，通过介质循环泵和风扇使得冷却介质和空气以设定好的速度和压力流动。
动车组冷却系统维护策略分析
动车组冷却系统维护策略分析发布时间：2021-08-10T15:41:04.580Z 来源：《工程建设标准化》2021年第36卷第8期作者：付云强1 孙鹏帅2[导读] 本文阐述了CRH3型动车组主要设备（牵引变压器、牵引变流器、牵引电机）冷却系统的工作方式及工作原理。
付云强1 孙鹏帅2中国中车集团唐山机车车辆有限公司服务事业部河北唐山 063035摘要：本文阐述了CRH3型动车组主要设备（牵引变压器、牵引变流器、牵引电机）冷却系统的工作方式及工作原理。
主要研究了季节对冷却装置的影响，并制定恰当的滤网清洁方案，达到节约清网成本的同时降低设备高温故障风险。
关键词：CRH3型动车组牵引冷却系统牵引变压器空气过滤器 CRH3型动车组主要牵引高压系统均设置有冷却设备，冷却设备以油、冷却液等为介质，以风冷为主要方式，因此设备均设置有过滤网，为避免冷却器中堆积杂质过多影响冷却效果，需要定期进行清洁。
但是在不同季节，滤网中堆积的杂质成分有很大不同，因此有必要对不同季节的清网问题进行研究，实现在节约清网成本的同时降低设备高温故障风险。
一、冷却系统滤网清洁维护概述电网提供 25kv 50Hz单相工频高压电，经网侧高压电气设备传递给牵引变压器，牵引变压器将高压电降压后的单相工频（1550V50Hz）输出给牵引变流器，牵引变流器将输入电流通过四象限斩波器进行整流、正弦滤波器滤波，脉宽调制逆变器逆变后，输出可以调频、调压的三相交流电，驱动三相交流异步牵引电机转动，通过齿轮箱带动车轮转动，列车运行。
在这个能量转化和动力传递过程中，牵引变压器、牵引变流器和牵引电机的电气元件在工作中会产生大量热损耗，引起电气元件温度上升，如果温度超出元件所能承受的范围，牵引变压器、牵引变流器和牵引电机等将不能正常工作，甚至可能会使电气元件产生绝缘失效、着火等危险。
因此，必须采用合适的冷却系统及时将牵引变压器、牵引变流器和牵引电机工作时产生的热量带走，这样才能保证牵引系统正常工作，从而保证动车组安全运行。
动车组牵引变流器冷却系统冷却方式研究
牵 引 系统 来 说 不是 一种 理 想 的冷 却 方式 。 液体 冷 却 ，一 般包 括水 冷 和 油 冷 。 由于 水 的热 容 量 为 空 气 的 ５ ３ ０ ０倍 ［ ３ １ ， 其 特 点 在 于散 热 器 的体 积 较 小 ， 易于带走热 量 ， 可 靠 性 高。 特 别是 它 可 以采 用 水一 风 或 水一 水 换热 的方 式将 热量 高 效 地 与外 界 交换 ， 所 以也 是 最节 能 的 冷却 方 式 应用 于体 积 功率 密 度 较 高 的元 降１ ０ ％， 温升 ５ ０ ℃时的寿命 只有温升为 ２ ５ ℃时的 １ ／ ６ ， 因此 只有快 器 件 ， 以 及 在 高 温环 境 下 的工 况 中 ， 液 体 冷 却 方 式缺 点 是 管 路 结 构 速、 及 时 的将 产 生 的热 量散 走 ， 才 能保 证 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的 正常 运 行 。实 践 经 比较 复 杂 ， 密封 接 头 多 ， 容易 发 生泄 漏 ， 检 修不 方 便 。 验表 明， 牵 引变 流 器 冷 却 系 统散 热 能 力 的 好 坏 ， 直 接 影 响 到 变 流 器 相变冷却与传统冷却方式相 比， 是一种全新的冷却技术 。传统 性 能 和牵 引 系 统安 全 稳定 的Ｔ作 。 冷却方式主要靠介 质的比热来传递热量 ， 相变冷却利用介质的相变 由牛 顿 冷却 公 式 有： 潜 热 来 吸 收 和释 放 热 量 ， 其 机 理 与 传 统 上 的 完全 不 同 ， 相 变 冷 却 基 于 热平 衡 原理 ， 是一 个实 现 稳 定 工况 的闭 式循 环 系 统 。 热源 提 供 工 ｔ ＝ 质 所需 的热量 ， 冷却 风提 供 冷 却 沸腾 工 质 所需 的制 冷 量 。工 质 在 蒸 其中 ， Ｑ — Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的热 量 ； ｈ － 表 面 传 热 系数 ； Ｓ － Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ与 冷 却散 热 基 发 器 中 吸收 热源 的 热量 达 到沸 点 后 沸腾 ， 产 生 的饱 和 蒸 汽进 入 冷 凝 板接 触 的表 面 积 ； ｔ ｗ － Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ与冷 却 散 热基 板 接 触 的壁 温 ； ｔ ｏ － － 冷却 液 体 器 中 ， 冷凝 器 在 冷却 风 的作 用 下 ， 使 内部 饱 和 蒸 汽凝 结 为液 体 ， 凝 结 的 温度 。 液再流回到蒸发器中 ， 完成循环过程 ， 期间释放 出大量的潜热 ， 达到 当热 量 Ｑ的下 降 时 会 引起 ｔ 的下 降 ， 但在 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ产 生 的 热 量不 冷 却 的 目的 会下 降太 多 ， 所 以使 ｔ 下 降 的方 法在 应 用 上有 限 。 表 １ 空 气冷却 、 液体 冷 却 、 相 变冷 却 三种 方 式 区别 表 面积 ｓ的增 加 可 以 引起 ｔ 的下降 ， 但 是 由于 实 际产 品的 重量 项目 空气冷却 液体玲却 相变玲却 和体 积 要 求等 限制 ， 以及 动 车 牵 引 系统 自身 需求 使 得 表 面积 的 ｓ 增 热流 热游 路 径 散热器 — 空气 热源—冷圭 口 器—液体一散热器 一 空气 热 源一 沸腾 々 凝—敬 热 器—空 气 大有限， 使ｔ 下 降的 空 间被 限制 。 冷 却 液体 的温 度 ｔ 的 降低 可 以 引起 ｔ 的下 降 ， 但 是 冷却 液 体 的 工 质 空气 水 或油 制冷剂 温度 ｔ 的 降低 也受 外 界一 些 因 素 的影 响 。 动力源 浮力、风扇或 泵 ● 毛 细管力或泵 冈肌 表 面 传热 系数 ｈ 的 提 高可 以引起 ｔ 的下 降 ， 一 般 不 受 其他 条 件 冷壬 口 小 的限 制 ， 可以有 效 的 降低 ｔ 。因此 ， 解 决 问题 的关 键 是 如何 获得 冷 却 能力 中 大 大 散 热 基 板最 大 的表 面 传 热系 数 ｈ ， 这 也 是研 究 的 目的。 装置 大、中 小 小 ２牵 引变 流器 冷却 系统 构成 及 原理 结构 简单 复 杂 一 股 主要 介 绍 牵 引变 流 器水 冷 系统 和 相变 冷 却 系统 。 动车 组 典 型牵 维护 引变 流 器 的水 冷却 系统一 般 由水 冷基 板 、 膨胀水箱 、 冷 却装 置 、 过 滤 操作 方 便 一 般 下偿 器、 水泵 、 传感器 、 流量 计 、 各 种 控 制 阀 门及 管路 等 主 要 部件 构 成 ， 其 对环境的污絷 无 无 由 中 冷 却 装 置 由散 热 器 、 风机组 、 空气 过 滤 器 、 安装箱体等部件组成。 对空气要求 低 低 在 动车 组 上 ， 整套 冷 却 系统 吊装 在 车架 上 。 Ｃ Ｈ Ｒ ２动车 组牵 引变 流器 相 变 冷却 系统 构 成如 下 ：采 用 热 管原 应用 热流密度低 热流密度高 热流密度 高 方面 理 来 冷 却牵 引 系统 ， 热管 是 一 个 真 空 密 封 的管 状 体 ， 它 的 内部 设 置 有管芯， 在 外 部罩 一 壳 体 ， 散 热 片 上 按一 定 规 律设 置 圆孑 Ｌ ， 管 芯 均匀 由表 １ 可看 出， 相变冷却方式较空气冷却方式 、 液体冷却方式 布置在散热翅片上， 所 有 热管 的 同一 端 穿 过 散热 翅 片 ， 管 壁 与 散 热 有很多优点 ， 相变冷却能力大 ， 而且相变冷却装 置结构简单 、 占用体 翅 片 胀接 紧 密 ， 以减 少 接触 热 阻 ， 热 管 的管 芷 ： 内部 注有 冷 却 工质 ， 热 积小 ， 虽然相变冷却装置在维护方面有些不便 ， 但其有较 高的冷却 管 按工 作 原 理 ， 被划 分 成蒸 发段 、 绝 热段 和 冷凝 段 三个 部 分 。 在 蒸 发 效率 ， 对 于 大 功耗 、 高 热 流密 度 的功 率 器件 来 说 是较 好 的选 择 。 段， 变 流器 电气 元 件 和管 壁 紧密 接 触 ， 将 自身产 生 的 热 量 通 过 管 壁 ４ 结束 语 传 递 给管 芯 内部 的冷却 ］ ＿ 质， 冷 却工 质 吸 收 热量 后 蒸 发 变成 蒸 汽 并 随 着 未 来 动 车组 高 速 化 ，牵 引 变 流 器冷 却 系统 必 须 向更 加 紧 沿 管 内扩 散 ， 蒸 汽 经 过 绝 热段 后进 入 冷 凝 段 ， 冷 凝 段 装 设 有 大 量 翅 凑 、 高效 、 低 噪音 、 安 全可 靠 的方 向发展 。 与传 统 的冷 却 方式 相 比 ， 采 片， 外 界 冷却 牵 气 受 强 迫 作 用 吹 向散 热 翅 片 ， 冷 凝 段 的热 量 和 外 界 用相 变 冷 却方 式 进行 冷 却 ， 冷 却效 率 高 ， 发 热 表 面 温度 均 匀 ， 无 局 部 进干 亍 热交换 ， 冷 却 风 带 走 冷凝 段 内部 蒸 汽 的 热 量 ， 蒸 汽 会 冷 凝 成 液 过 热 点 ， 可靠安全 ， 相 变 方 式 非 常适 用 于 牵 引 变 流 器 这 种 大 功 率 器 体， 液 体 管 芯 的 毛细 力 或重 力 的作 用下 ， 重 新 流 回蒸 发段 ， 再 次 进 件 的冷 却 ， 对 于动 车 牵 引 系统 相变 冷却 是 一 种 较好 选 择 。 行 蒸 发 冷凝 ， 完 成 了一 个 传热 的循环 工 作 过程 。 参 考 文 献 ３ 冷却 方 式 【 １ １ 杨世铭 ， 陶 文铨 ． 传 热 学【 Ｍ］ ． 北京 ： 高等教 育 出版 社 ， １ ９ ９ ８ ． 功率 器 件 冷却 方 式 主要 有 自然冷 却 、 强迫风冷 、 液 体冷 却 、 相 变 （ ２ ］ 陈 建业 ， 昊 文伟 ． 大 功 率 变流 器冷 却技 术及 其进 展 ． 大功 率 变流 冷却 等 ， 前三 者 是传 统 的冷 却 方式 。 技术 ， ２ ０ １ ０ ， １ ２ （ １ ） ： １ ５ — ２ ４ ． 自然 冷 却是 在 自然 环 境 中 ， 利用导热 、 自然 对 流 和辐 射 换
有关复兴号CR400BF动车组牵引传动系统的研究
有关复兴号CR400BF动车组牵引传动系统的研究摘要：中国标准动车组复兴号CR400系列分为AF与BF两种型号,其中BF为中车长客生产。
其牵引系统应用大功率IGBT元件组成的交直传动牵引结构。
笔者对CR400BF动车组牵引传动系统的构成与工作原理、传动系统的结构分布进行了描述，重点分析了牵引变压器、牵引变流器、牵引控制单元、牵引电机这四个组成部件的结构和功能。
关键词：标准动车组；牵引传动；结构组成；工作原理；部件中国标准动车组复兴号CR400系列分为AF与BF两种型号。
其中AF为中车青岛四方生产，BF为中车长客生产。
其牵引系统应用大功率IGBT元件组成的交直传动牵引结构。
经过提升中间直流环节的电压，提升效率，减少消耗，改进电机控制性能，增加单位质量下的牵引输出功率。
最大限度的应用元件的功能，在牵引功率方面提升电制动的效率。
通过移植相应的操孔技术，确保再生能量可以被更高效的应用，从而使总的能耗减少。
一、CR400BF 型动车组牵引系统的构成与工作原理CR400BF 型动车组牵引系统的主要构成为两个牵引单元，两个牵引单元则分别有两个动车及拖车组成，应用的是对称式设计，所有牵引单元的电路图如下所示。
二、CR400BF 型动车组传动系统的结构分布CR400BF 型动车组牵引系统的一个牵引的单元主要有一台牵引变压器和冷却单元、两台牵引变流器和冷却单元，八台牵引电机以及四台牵引冷却风机。
其变压其共有两台，一般都会装置在3号车或6号车上，这样一来就能使其为相邻的车辆提供交流电源。
所有的动车都有一台牵引变流其，其应用的电路为交-直-交变换，能使此动车组中的四台牵引电机保持正常的工作，同时能使牵引电机达到变频调速的功能。
除此之外，牵引变流器经过中间的直流缓解作为配电的交流器产生电能。
牵引电机应用三项鼠笼式的异步电动机，经过驱动能使电能变为动能，发生制动的过程中再将动能变为电能。
三、CR400BF 型动车组组成部件的结构和功能（一）牵引变压器牵引变压器一般都是在动车则的3号车和6号车的底部。
高速动车组变流器水冷系统的设计
高速动车组变流器水冷系统的设计摘要：动车组变流器大多采用水冷的水冷方式，水冷系统的性能直接影响变流器的可靠性。
动车组变流器若发生水冷系统低压报警故障，则会影响动车组的正常运行。
本文在介绍高速动车组变流器水冷系统运行原理的基础上，对高速动车组变流器水冷系统进行设计。
关键词：水冷系统；变流器；高速动车组1 高速动车组变流器水冷系统的原理变流模块IGBT元件水冷采用强迫水冷内部热循环的方式，IGBT元件的热量通过水冷板传递到水冷系统中的水冷液，水泵驱动水冷液在管道中流动，把热量传递到热交换器。
水冷系统中集成了膨胀水箱，膨胀水箱对整个水冷系统起定压作用，变流器水冷系统原理如图1所示。
图1 牵引变流器水冷系统检测及控制原理图如图1左侧部分所示，一次水循环回路通过水泵驱动，经热交换器降温后，分别流经变流器的整流柜，制动斩波柜，以及U、V、W三相逆变柜，然后回到一次水箱，再次进入循环；循环其间若检测到一次水电导率高，则流经去离子装置的阀门打开，对一次水进行去离子。
如图1右侧部分所示，二次循环水通过水泵驱动，进入室外的空调压缩机制冷机组；二次循环水在蒸发器中和压缩机中的低压、低温气液混合制冷剂进行热交换，二次水温得到降低。
制冷剂吸热变为低压气体，经过压缩机绝热压缩变成高温高压气态，送入冷凝器向环境放热后冷凝为高压液体，再经过膨胀阀节流后进入蒸发器，如此循环往复。
压缩机组不仅能够提高水冷效率，使得二次循环水温快速降低，而且能够准确控制二次水温。
根据一次水温度的高低，二次水通过三位置阀（三通）控制进入热交换器水量，来控制一次水的温度。
一次循环的水压须大于二次循环水压，避免热交换器有漏点时，二次水通过漏点污染一次水。
2 高速动车组变流器水冷系统的设计2.1水冷系统方案介绍牵引变流器中功率元件产生的废热经导热硅胶传导至变流器底部的水冷基板中，基板内嵌入若干组环路热管的蒸发器，毛细芯表面处的液体工质在这里吸收由基板传输而来的热量后蒸发，经由蒸气槽道汇集至蒸气管线中。
动车组牵引变流技术探讨
动车组牵引变流技术探讨摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，动车组建设越来越多。
牵引变流器作为动车组的心脏，重要性不言而喻。
文章主要介绍动车组牵引变流的组成,并且阐述了牵引变流技术的工作原理,据此可以对动车组牵引变流技术有所了解。
关键词：动车组；牵引变流；组成引言高速动车组牵引变流器冷却系统主要用于对整流模块、逆变模块散热器进行强制冷却散热，其工作原理为：冷却风从牵引变流器进风侧通过主风机吸入，先后对整流模块、逆变模块散热器进行冷却散热，吸收热量后从外风道吹向车外。
1铁路机车车辆牵传动技术现状我国现役机车牵引传动可以分为交流传动和直流传动两种方式。
直流传动机车至今在我国铁路牵引动力上仍占据一席之地，在干线重载运输，国产重载直流电力机车主要以SS4、SS4改及SS4B系列机车为代表，它们是目前国内功率最大的重载货运直流电力机车，承担着部分重载货运任务；部分客运干线上，SS8、SS9等机车仍担当着牵引160km／ｈ速度等级旅客列车任务。
但随着运用年限的增加，直流机车逐渐进入了报废淘汰周期，直流传动机车在未来20年内将逐渐退出干线运输生产一线。
随着电力电子技术的不断发展，交流传动技术日益成熟，交流传动机车及动车组已经成为中国铁路的主力军。
目前中国的机车、动车组牵引传动方式基于ＩＧＢＴ器件及异步电机，经过多年的运用及发展，其控制技术不断成熟，可靠性不断提高。
各主机厂根据其技术路线及运用需求，各自研制的牵引系统主电路拓扑、整车轮周功率、ＩＧＢＴ器件电压等级有所区别。
2牵引变流器结构组成牵引变流器主要有整流模块﹑中间直流环节﹑逆变模块﹑冷却模块组成。
（1）整流模块。
动车组牵引变流器考虑到使用环境及参数多采用三电平式脉冲整流的方式。
整流器件多采用IGBT模块，每个IGBT模块都反向并联了一只续流二极管，这样就是给反向电压一个通路，保护管子不会被反向截止后的反向电压击穿。
（2）逆变模块。
动车组牵引电机均采用三相交流异步电动机，并且采用了变频调速以便实现较宽的速度范围，这就需要牵引变流器具备逆变模块，在车辆处于牵引工况时，将得到的直流电逆变为电压和频率均可调的三相交流电供电机使用：同时，在车辆处于制动工况时，可以将电机的三相交流电进行整流以便回馈电网。
机车和动车组冷却系统技术标准现状及建议分析
机车和动车组冷却系统技术标准现状及建议分析摘要：随着机车、动车组技术和换热技术的发展，我国机车、动车组冷却系统技术标准实现了从无到有的发展，从注重热性能到关注适用性、可靠性，逐渐从零部件再到系统，已经逐渐形成了冷却系统技术标准体系的基本框架。
关键词：冷却系统；技术标准；现状铁路客、货运主要牵引装备有内燃机车、电力机车、内燃动车组、电动车组等。
其机车、动车组牵引传动系统主要分为两类，一种电力源是电网供电，另外一种动力源是柴油机，牵引传动系统在能量转换、动力传递等过程中，各个部件在实际运行中因电气损耗会产生大量的热量，而冷却系统的作用就是将所产生的热量全部带走，使其能够确保各个部件在适当的温度下正常运行，确保车辆运行的稳定性。
一、内燃机车和动车组冷却系统简单来说，无论是内燃机车还是动车组，在实际应用中都是通过燃油燃烧从而产生的热能转换为机械能，使其能够实现动力传递，以此来完成牵引列车的功能。
内燃机车和动车组的冷却系统分为低温系统和高温系统，其中低温系统的部件有：中冷器、低温水散热器、低温水泵、机油热交换器、膨胀水箱、温控阀、温度传感器、管路以及压力传感器等。
高温系统的部件有：柴油机内部冷却腔道、膨胀水箱、高温水泵、压力传感器、高温散热器、管路以及温控阀等。
高温散热器、风扇、液压马达、低温散热器、电机以及钢结构等部件构成冷却装置。
内燃机车和动车组在实际运行中，柴油机低温水在低温水泵的作用下，冷却装置低温散热器所流出的水首先要流向冷器、热交换器，并且还会在热器和热交换器中与机油、增加空气进行有效交换，以此来吸收机油的热量，吸收增压的空气，使其能够完成对增压空气和机油的冷却。
当温度升高以后水流向低温散热器中，水在风扇中会强迫通风系统进行通风换热，当水温降低适宜的温度后会逐渐流向低温水泵，之后再进行下一轮冷却循环，而高温水系统的工作原理与低温水系统工作原理非常相似。
在冷却装置中，液压马达驱动电机冷却风扇转动，以此来强迫外界控制发生空气流动，促使冷空气经过散热器，使其能够在散热器吸收低温水和高温水的热量，之后将其流向环境中。
混合动力动车组的冷却系统和热管理技术
混合动力动车组的冷却系统和热管理技术随着科技的不断进步，混合动力动车组（HVD）在现代铁路交通中扮演着越来越重要的角色。
这种动力系统的引入不仅提高了列车的能源利用效率，还减少了尾气排放。
然而，在混合动力动车组的设计和制造过程中，冷却系统和热管理技术是不可忽视的关键因素。
本文将重点讨论混合动力动车组的冷却系统和热管理技术，以探索这一领域的最新发展和特点。
冷却系统在混合动力动车组中的作用不可低估。
冷却系统的主要目标是确保车辆的各个组件在工作过程中保持适宜的温度范围，并防止过热和过冷。
在混合动力动车组中，冷却系统通常由冷却介质、散热器、冷却管路和控制系统等组成。
冷却介质流经发动机、电动机、电池组和其他重要部件，吸取热量并通过散热器散发出去。
冷却管路在整个车辆中传递介质，确保热量均匀分布。
控制系统监测和调节冷却系统，以确保各个部件的温度保持在合适的范围内。
在混合动力动车组中，冷却系统的设计和优化是至关重要的。
首先，冷却系统的设计需要考虑到动车组的特点和工作条件。
例如，动车组在高速运行中会产生较大的热量，因此需要更强大的冷却能力。
其次，冷却系统的设计还需要兼顾能源效率和环保性能。
设计人员需要选择合适的散热器材料和管路结构，以及高效的冷却介质，以提高能源利用率。
同时，冷却系统的设计还需要考虑到重量和空间限制，以确保动车组的正常运行。
除了冷却系统，热管理技术在混合动力动车组中也起着重要的作用。
热管理技术主要关注如何更好地控制热量的产生、传递和散发，以提高整个系统的热效率。
例如，在混合动力动车组中，通过优化电池组的热管理技术，可以提高电池的寿命和性能。
这可以通过优化电池的温度控制、改善散热系统和采用热回收技术等手段实现。
另外，还可以通过热能的回收和利用，进一步提高混合动力动车组的能源利用效率。
热管理技术的发展也离不开先进的控制系统。
现代混合动力动车组通常配备了先进的控制系统，可以实时监测各个部件的温度和工作状态，并根据需要自动调节冷却系统和热管理技术。
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动车组牵引变流器冷却系统冷却方式研究
文章介绍了动车组牵引变流器冷却系统构成和原理，对影响功率器件IGBT 的散热特性进行了分析，对自然冷却、强迫风冷、液体冷却、相变冷却几种冷却方式特点做了一一分析，说明采用相变冷却方式的优点，即高效率，均匀热表面温度，无局部过热点，可靠安全，适用于动车组牵引变流器的冷却。
标签：牵引变流器；冷却系统；冷却方式；相变冷却
1 概述
随着功率器件小型化、紧凑型发展要求，其功率密度不断增加，散热问题已就成为影响功率器可靠運行的主要因素。
在动车中，牵引变流器是牵引系统关键部件，主要实现电能与机械能转换。
而牵引变流器主要功率元件是IGBT。
IGBT 是高频的开、关功率元件，工作时要消耗电能，把电能转化为热能的形式。
通常流过IGBT的电流较大，IGBT的开、关频率也较高，故器件的发热量较大。
若产生的热量不能及时有效散掉，IGBT器件内部的结温将会超过允许值，IGBT 就可能损坏。
有关资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%，温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6，因此只有快速、及时的将产生的热量散走，才能保证IGBT的正常运行。
实践经验表明，牵引变流器冷却系统散热能力的好坏，直接影响到变流器性能和牵引系统安全稳定的工作。
由牛顿冷却公式[1]有：
tw=+tf
其中，Q-IGBT的热量；h-表面传热系数；S-IGBT与冷却散热基板接触的表面积；tw-IGBT与冷却散热基板接触的壁温；tf-冷却液体的温度。
当热量Q的下降时会引起tw的下降，但在IGBT产生的热量不会下降太多，所以使tw下降的方法在应用上有限。
表面积S的增加可以引起tw的下降，但是由于实际产品的重量和体积要求等限制，以及动车牵引系统自身需求使得表面积的S增大有限，使tw下降的空间被限制。
冷却液体的温度tf的降低可以引起tw的下降，但是冷却液体的温度tf的降低也受外界一些因素的影响。
表面传热系数h的提高可以引起tw的下降，一般不受其他条件的限制，可以有效的降低tw。
因此，解决问题的关键是如何获得冷却散热基板最大的表面传热系数h，这也是研究的目的。
2 牵引变流器冷却系统构成及原理
主要介绍牵引变流器水冷系统和相变冷却系统。
动车组典型牵引变流器的水冷却系统一般由水冷基板、膨胀水箱、冷却装置、过滤器、水泵、传感器、流量计、各种控制阀门及管路等主要部件构成，其中冷却装置由散热器、风机组、空气过滤器、安装箱体等部件组成。
在动车组上，整套冷却系统吊装在车架上。
CHR2动车组牵引变流器相变冷却系统构成如下：采用热管原理来冷却牵引系统，热管是一个真空密封的管状体，它的内部设置有管芯，在外部罩一壳体，散热片上按一定规律设置圆孔，管芯均匀布置在散热翅片上，所有热管的同一端穿过散热翅片，管壁与散热翅片胀接紧密，以减少接触热阻，热管的管芯内部注有冷却工质，热管按工作原理，被划分成蒸发段、绝热段和冷凝段三个部分。
在蒸发段，变流器电气元件和管壁紧密接触，将自身产生的热量通过管壁传递给管芯内部的冷却工质，冷却工质吸收热量后蒸发变成蒸汽并沿管内扩散，蒸汽经过绝热段后进入冷凝段，冷凝段装设有大量翅片，外界冷却空气受强迫作用吹向散热翅片，冷凝段的热量和外界进行热交换，冷却风带走冷凝段内部蒸汽的热量，蒸汽会冷凝成液体，液体在管芯的毛细力或重力的作用下，重新流回蒸发段，再次进行蒸发冷凝，完成了一个传热的循环工作过程。
3 冷却方式
功率器件冷却方式主要有自然冷却、强迫风冷、液体冷却、相变冷却等[2]，前三者是传统的冷却方式。
自然冷却是在自然环境中，利用导热、自然对流和辐射换热的一种方式或两种以上换热方式的组合来冷却功率器件。
自然冷却优点是成本低，可靠性高，不会因为机械部件的磨损或故障影响系统的稳定。
自然冷却效率低，因此，在冷却效率要求不高、低热流密度时可考虑自然冷却方式。
强迫风冷是一种利用风机或风扇等风源产生一定流量的风带走热量从而冷却器件的方式。
强迫风冷一般应用于高热流密度和温升较大的场合，另外与液体冷却相比，强迫风冷具有设备简单、成本低的特点。
强迫通风冷却系统的缺点是体积和重量大些，对于动车牵引系统来说不是一种理想的冷却方式。
液体冷却，一般包括水冷和油冷。
由于水的热容量为空气的5300倍[3]，其特点在于散热器的体积较小，易于带走热量，可靠性高。
特别是它可以采用水-风或水-水换热的方式将热量高效地与外界交换，所以也是最节能的冷却方式应用于体积功率密度较高的元器件，以及在高温环境下的工况中，液体冷却方式缺点是管路结构比较复杂，密封接头多，容易发生泄漏，检修不方便。
相变冷却与传统冷却方式相比，是一种全新的冷却技术。
传统冷却方式主要靠介质的比热来传递热量，相变冷却利用介质的相变潜热来吸收和释放热量，其机理与传统上的完全不同，相变冷却基于热平衡原理，是一个实现稳定工况的闭式循环系统。
热源提供工质所需的热量，冷却风提供冷却沸腾工质所需的制冷量。
工质在蒸发器中吸收热源的热量达到沸点后沸腾，产生的饱和蒸汽进入冷凝器中，冷凝器在冷却风的作用下，使内部饱和蒸汽凝结为液体，凝结液再流回到蒸发器中，完成循环过程，期间释放出大量的潜热，达到冷却的目的。
表1 空气冷却、液体冷却、相变冷却三种方式区别
由表1可看出，相变冷却方式较空气冷却方式、液体冷却方式有很多优点，相变冷却能力大，而且相变冷却装置结构简单、占用体积小，虽然相变冷却装置在维护方面有些不便，但其有较高的冷却效率，对于大功耗、高热流密度的功率器件来说是较好的选择。
4 结束语
随着未来动车组高速化，牵引变流器冷却系统必须向更加紧凑、高效、低噪音、安全可靠的方向发展。
与传统的冷却方式相比，采用相变冷却方式进行冷却，冷却效率高，发热表面温度均匀，无局部过热点，可靠安全，相变方式非常适用于牵引变流器这种大功率器件的冷却，对于动车牵引系统相变冷却是一种较好选择。
参考文献
[1]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，1998.
[2]陈建业，吴文伟.大功率变流器冷却技术及其进展[J].大功率变流技术，2010，12（1）：15-24.
[3]国建鸿，李振国，傅德平.大功率电力电子器件蒸发冷却技术研究[J].电力电子技术，2005，39（5）：38-140.
作者简介：段飞（1985-），男，硕士，主要研究方向：传热的强化。