CRH380B高寒型動車組牽引變流器冷卻單元功率測試

CRH380B高寒型動車組牽引變流器冷卻單元功率測試馬昭鈺【摘要】根據(jù)工業(yè)散熱器熱交換原理特性，建立了冷卻系統(tǒng)功率測試平臺，基于熱量交換公式，設(shè)計出一套能夠?qū)嶋H測量動車組牽引變流器冷卻單元冷卻功率的試驗平臺。研究冷卻系統(tǒng)不同工況下的影響，進而提出了一種準確的冷卻功率計算方法。將此方法應(yīng)用于某動車組牽引變流器冷卻單元實際功率的測量中，結(jié)果表明實際測量值能夠滿足車輛運行的需要，可廣泛應(yīng)用于動車組牽引變流冷卻單元散熱功率的測量。％Accordingtotheindustrialradiatorheatexchangeprinciple^coolingsystempowertestingplatformwhichcanactuallymeasurethecoolingpowerofEMUtractionconverterisestablishedbasedontheheatexchangeformula.Aprecisemethodtocalculatethecoolingpowerispresentedbyanalyzingthecoolingsystemunderdifferentconditions.ThemethodisappliedtomeasuringtheactualpowerofthecoolingsystemoftheparticularEMUtractionconverter.Theresultshowsthattheactualmeasuredvaluecanmeettherequirementofvehiclesandthemethodcanbewidelyusedinthecoolingpowermeasure-mentofthecoolingsystemofEMUtractionconverter.【期刊名稱】《蘭州交通大學(xué)學(xué)報》【年(卷),期】2014(000)006【總頁數(shù)】3頁(P145-147)關(guān)鍵詞】牽引變流器;冷卻單元;散熱作者】馬昭鈺【作者單位】長春軌道客車股份有限公司鐵路客車開發(fā)部，吉林長春130062【正文語種】中文【中圖分類】U269近年來隨著高鐵的發(fā)展，車輛的速度變得越來越快，給人們帶來了便捷、舒適的旅程.因為隨著車輛速度的增加，牽引系統(tǒng)的功率變得越來越大，大功率牽引部件的散熱就成為了設(shè)計者不得不考慮的問題.隨著列車速度的增加，列車表面負壓急劇增加，空氣流量減少，致使冷卻風(fēng)機工作效率將會下降，嚴重時會影響牽引變流器的散熱.所以必須設(shè)計出一套大功率、可靠性強的冷卻系統(tǒng)，以滿足列車在高速運行時的散熱需求.冷卻單元工作原理CRH380B高寒動車組為4M4T編組形式，在每個動車上設(shè)有一個牽引變流器，每個牽引變流器配有一個冷卻單元.冷卻單元的冷卻方式為水循環(huán)冷卻，冷卻液為乙二醇與去離子水的混合液，高寒動車組中牽引變流器冷卻液中乙二醇與去離子水比例為56%：44%.冷卻單元吊裝在車體上緊靠牽引變流器.牽引變流器冷卻單元工作原理為冷卻介質(zhì)由水泵泵往主變流器外的熱交換器，冷卻介質(zhì)經(jīng)由熱交換器冷卻后流回主變流器，流入并行連接的牽引變流器所有的功率模塊，與功率模塊的散熱板進行熱量交換；然后由泵泵出，再由水泵泵往熱交換器，如此循環(huán)往復(fù)[1].此外在冷卻單元內(nèi)還有膨脹水箱、壓力傳感器、溫度傳感器等保護和檢查裝置.依據(jù)牽引變流器冷卻單元的工作原理，整個牽引變流器冷卻系統(tǒng)的性能主要取決于熱交換器散熱的效果.高寒動車組冷卻循環(huán)系統(tǒng)效果圖如圖1所示.圖1CRH380B高寒車牽引變流器冷卻單元循環(huán)散熱效果圖Fig.1ThecirculatingcoolingeffectdiagramofcoolingunitofCRH380BLTTTractionconverters試驗研究2.1試驗臺搭建冷卻單元試驗臺主要有以下幾個部分組成，待測冷卻單元，冷卻液加熱源，體積流量測量設(shè)備，上位機，壓力傳感器，溫度傳感器等.試驗原理是通過冷卻單元自身循環(huán)帶動整個循環(huán)散熱系統(tǒng)工作，將冷卻單元流出的冷卻液進行加熱，經(jīng)過一套熱源裝置使冷卻液升溫，來模擬牽引變流器所產(chǎn)生的熱量，通過冷卻單元散熱器將熱量通過冷卻風(fēng)機散發(fā)到空氣中去[2].冷卻液循環(huán)試驗如圖2所示.試驗中所用的各主要測試儀器及設(shè)備見表1所示.圖2冷卻單元冷卻液循環(huán)試驗Fig.2Coolantcirculatingtestofcoolingunit冷卻單元的散熱量是根據(jù)牽引變流器在不同工況下能夠產(chǎn)生最大熱量的多少來最終確定[3].按照CRH380B高寒車牽引變流器在最高時速時產(chǎn)生的熱量，以及在實際運行中散熱效率和列車運行負壓帶來的影響等綜合分析后，得出此冷卻系統(tǒng)的冷卻功率在海拔1500m處工作時應(yīng)不小于67kW,67kW是冷卻系統(tǒng)能否滿足實際要求的一個重要依據(jù)[4].數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、信號處理及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)[5]，如圖3所示.表1測量儀器與設(shè)備Tab.1Measuringinstrumentsandequipment設(shè)備名稱型號測量范圍精度數(shù)量溫度傳感器PT1000~100°C±0.8°C8熱電偶K-40~100°C±0.8°C18流速計MAG60251/s±0.5%1差壓計P903VG0~10bar<1%2風(fēng)速計Testo4350~20m?s-12%1圖3數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Fig.3Dataprocessingsystem2.2冷卻單元冷卻效率計算CRH380B高寒車牽引變流器冷卻單元功率測試的理論依據(jù)為單位時間內(nèi)由冷卻液所帶走的熱量為冷卻單元的功率，即：由式（2）可以推導(dǎo)出：由式（2）和式（3）可以得出：其中：Q為冷卻液散發(fā)熱量；P為冷卻單元功率；Cl為冷卻液的比熱；pl為冷卻液密度；Ml為冷卻液質(zhì)量；AT為進出口液體溫度差；v為冷卻液流速.由式（4）可知，要實現(xiàn)冷卻單元功率的測量就需要冷卻液的比熱、密度、流速及進出口溫度差值.因此需要在冷卻單元的進出口處，設(shè)有溫度傳感器.冷卻液密度隨溫度增高而變小，實際密度將根據(jù)通用乙二醇冷卻液密度表進行準確選取，以確保試驗的準確性.在循環(huán)的管路里設(shè)有流速計，并將數(shù)據(jù)及時送入上位機.2.3散熱功率試驗試驗的理論基礎(chǔ)并不是很復(fù)雜，然而在實際的操作中，影響到試驗的準確性還有其他因素[6].如：冷卻液的密度隨溫度的增高而改變、冷卻液的比熱隨溫度增高而改變、空氣密度、空氣溫度.此外列車在實際運行中產(chǎn)生的負壓，污染等因素都是影響到冷卻單元性能的重要因素[7-8].尤其是列車在高速運行時產(chǎn)生的負壓有時嚴重影響新風(fēng)的進氣量，從而影響冷卻效果.鑒于此為了讓冷卻單元能夠更接近真實情況，本試驗采用了3種不同工況?工況1:300Pa夕卜壓，無污染；工況2:350Pa夕卜壓，10%污染；工況3:700Pa夕卜壓，10%污染；模擬污染等級則采用遮擋進風(fēng)口面積的比例來選取，進風(fēng)口被遮擋的面積越多則表明污染越嚴重，在本次試驗中采用方法是使用膠條對進風(fēng)口過濾器進行粘貼遮擋的辦法.具體試驗結(jié)果如表2所示.表2不同工況下的冷卻功率試驗結(jié)果Tab.2Thetestresultofcoolingpowerunderdifferentconditions試驗次數(shù)123進風(fēng)口溫度/°C27.9323.4626.3冷卻液入口溫度/°C51.4746.6447.63冷卻液出口溫度/°C44.1839.4841.39平均溫度/°C47.8343.0644.51冷卻液體積流量/s-13.293.283.3冷卻液密度/(kg?m-3)105910621060比熱容/(J?(kgK)-1)351535003510海拔1500m下實際功率/kW767471試驗結(jié)果表明無論是哪種工況下，冷卻單元的冷卻功率都高于要求的67kW，故此冷卻單元能夠滿足CRH380B高寒車牽引變流器所需的散熱功率.結(jié)論本文結(jié)合CRH380B高寒型動車組牽引傳動系統(tǒng)熱特性，研制出牽引變流器熱冷卻單元測試平臺，對各種不同運行條件下牽引變流器冷卻系統(tǒng)的功率進行了準確的測量?測試結(jié)果表明：CRH380B高寒型高速動車組在復(fù)雜條件下，牽引變流器的冷卻系統(tǒng)能夠滿足動車組以300km?h-1持續(xù)運行的要求.【相關(guān)文獻】劉建強，鄭瓊林，郭超勇，等?高速動車組牽引變流器熱容量[J].電工技術(shù)學(xué)報，2011,26(10)：205-210.郭曉燕，張波，黃金.城鐵列車牽引系統(tǒng)集成設(shè)計技術(shù)研究[J].鐵道機車車輛，2013，33(3)：56-62.[3]董煥彬，林范坤，陳樂恒.CRH3型高速動車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)試驗研究[J]?電力機車與城軌車輛，2012，35(6)：28-30.[4]王業(yè)峰，白軍，梁雪?牽引變流器中IGBT的水冷實驗研究[J].甘肅科技，2011,27(23):51-53.[5]劉俊杰?交流傳動八車由9600kW貨運機車冷卻系統(tǒng)研