CRH380B高寒型动车组牵引变流器冷却单元功率测试

CRH380B高寒型动车组牵引变流器冷却单元功率测试马昭钰【摘要】根据工业散热器热交换原理特性，建立了冷却系统功率测试平台，基于热量交换公式，设计出一套能够实际测量动车组牵引变流器冷却单元冷却功率的试验平台。研究冷却系统不同工况下的影响，进而提出了一种准确的冷却功率计算方法。将此方法应用于某动车组牵引变流器冷却单元实际功率的测量中，结果表明实际测量值能够满足车辆运行的需要，可广泛应用于动车组牵引变流冷却单元散热功率的测量。％Accordingtotheindustrialradiatorheatexchangeprinciple^coolingsystempowertestingplatformwhichcanactuallymeasurethecoolingpowerofEMUtractionconverterisestablishedbasedontheheatexchangeformula.Aprecisemethodtocalculatethecoolingpowerispresentedbyanalyzingthecoolingsystemunderdifferentconditions.ThemethodisappliedtomeasuringtheactualpowerofthecoolingsystemoftheparticularEMUtractionconverter.Theresultshowsthattheactualmeasuredvaluecanmeettherequirementofvehiclesandthemethodcanbewidelyusedinthecoolingpowermeasure-mentofthecoolingsystemofEMUtractionconverter.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】3页(P145-147)关键词】牵引变流器;冷却单元;散热作者】马昭钰【作者单位】长春轨道客车股份有限公司铁路客车开发部，吉林长春130062【正文语种】中文【中图分类】U269近年来随着高铁的发展，车辆的速度变得越来越快，给人们带来了便捷、舒适的旅程.因为随着车辆速度的增加，牵引系统的功率变得越来越大，大功率牵引部件的散热就成为了设计者不得不考虑的问题.随着列车速度的增加，列车表面负压急剧增加，空气流量减少，致使冷却风机工作效率将会下降，严重时会影响牵引变流器的散热.所以必须设计出一套大功率、可靠性强的冷却系统，以满足列车在高速运行时的散热需求.冷却单元工作原理CRH380B高寒动车组为4M4T编组形式，在每个动车上设有一个牵引变流器，每个牵引变流器配有一个冷却单元.冷却单元的冷却方式为水循环冷却，冷却液为乙二醇与去离子水的混合液，高寒动车组中牵引变流器冷却液中乙二醇与去离子水比例为56%：44%.冷却单元吊装在车体上紧靠牵引变流器.牵引变流器冷却单元工作原理为冷却介质由水泵泵往主变流器外的热交换器，冷却介质经由热交换器冷却后流回主变流器，流入并行连接的牵引变流器所有的功率模块，与功率模块的散热板进行热量交换；然后由泵泵出，再由水泵泵往热交换器，如此循环往复[1].此外在冷却单元内还有膨胀水箱、压力传感器、温度传感器等保护和检查装置.依据牵引变流器冷却单元的工作原理，整个牵引变流器冷却系统的性能主要取决于热交换器散热的效果.高寒动车组冷却循环系统效果图如图1所示.图1CRH380B高寒车牵引变流器冷却单元循环散热效果图Fig.1ThecirculatingcoolingeffectdiagramofcoolingunitofCRH380BLTTTractionconverters试验研究2.1试验台搭建冷却单元试验台主要有以下几个部分组成，待测冷却单元，冷却液加热源，体积流量测量设备，上位机，压力传感器，温度传感器等.试验原理是通过冷却单元自身循环带动整个循环散热系统工作，将冷却单元流出的冷却液进行加热，经过一套热源装置使冷却液升温，来模拟牵引变流器所产生的热量，通过冷却单元散热器将热量通过冷却风机散发到空气中去[2].冷却液循环试验如图2所示.试验中所用的各主要测试仪器及设备见表1所示.图2冷却单元冷却液循环试验Fig.2Coolantcirculatingtestofcoolingunit冷却单元的散热量是根据牵引变流器在不同工况下能够产生最大热量的多少来最终确定[3].按照CRH380B高寒车牵引变流器在最高时速时产生的热量，以及在实际运行中散热效率和列车运行负压带来的影响等综合分析后，得出此冷却系统的冷却功率在海拔1500m处工作时应不小于67kW,67kW是冷却系统能否满足实际要求的一个重要依据[4].数据处理系统包括数据采集、信号处理及数据分析系统[5]，如图3所示.表1测量仪器与设备Tab.1Measuringinstrumentsandequipment设备名称型号测量范围精度数量温度传感器PT1000~100°C±0.8°C8热电偶K-40~100°C±0.8°C18流速计MAG60251/s±0.5%1差压计P903VG0~10bar<1%2风速计Testo4350~20m・s-12%1图3数据处理系统Fig.3Dataprocessingsystem2.2冷却单元冷却效率计算CRH380B高寒车牵引变流器冷却单元功率测试的理论依据为单位时间内由冷却液所带走的热量为冷却单元的功率，即：由式（2）可以推导出：由式（2）和式（3）可以得出：其中：Q为冷却液散发热量；P为冷却单元功率；Cl为冷却液的比热；pl为冷却液密度；Ml为冷却液质量；AT为进出口液体温度差；v为冷却液流速.由式（4）可知，要实现冷却单元功率的测量就需要冷却液的比热、密度、流速及进出口温度差值.因此需要在冷却单元的进出口处，设有温度传感器.冷却液密度随温度增高而变小，实际密度将根据通用乙二醇冷却液密度表进行准确选取，以确保试验的准确性.在循环的管路里设有流速计，并将数据及时送入上位机.2.3散热功率试验试验的理论基础并不是很复杂，然而在实际的操作中，影响到试验的准确性还有其他因素[6].如：冷却液的密度随温度的增高而改变、冷却液的比热随温度增高而改变、空气密度、空气温度.此外列车在实际运行中产生的负压，污染等因素都是影响到冷却单元性能的重要因素[7-8].尤其是列车在高速运行时产生的负压有时严重影响新风的进气量，从而影响冷却效果.鉴于此为了让冷却单元能够更接近真实情况，本试验采用了3种不同工况•工况1:300Pa夕卜压，无污染；工况2:350Pa夕卜压，10%污染；工况3:700Pa夕卜压，10%污染；模拟污染等级则采用遮挡进风口面积的比例来选取，进风口被遮挡的面积越多则表明污染越严重，在本次试验中采用方法是使用胶条对进风口过滤器进行粘贴遮挡的办法.具体试验结果如表2所示.表2不同工况下的冷却功率试验结果Tab.2Thetestresultofcoolingpowerunderdifferentconditions试验次数123进风口温度/°C27.9323.4626.3冷却液入口温度/°C51.4746.6447.63冷却液出口温度/°C44.1839.4841.39平均温度/°C47.8343.0644.51冷却液体积流量/s-13.293.283.3冷却液密度/(kg・m-3)105910621060比热容/(J・(kgK)-1)351535003510海拔1500m下实际功率/kW767471试验结果表明无论是哪种工况下，冷却单元的冷却功率都高于要求的67kW，故此冷却单元能够满足CRH380B高寒车牵引变流器所需的散热功率.结论本文结合CRH380B高寒型动车组牵引传动系统热特性，研制出牵引变流器热冷却单元测试平台，对各种不同运行条件下牵引变流器冷却系统的功率进行了准确的测量•测试结果表明：CRH380B高寒型高速动车组在复杂条件下，牵引变流器的冷却系统能够满足动车组以300km・h-1持续运行的要求.【相关文献】刘建强，郑琼林，郭超勇，等•高速动车组牵引变流器热容量[J].电工技术学报，2011,26(10)：205-210.郭晓燕，张波，黄金.城铁列车牵引系统集成设计技术研究[J].铁道机车车辆，2013，33(3)：56-62.[3]董焕彬，林范坤，陈乐恒.CRH3型高速动车组牵引变流器冷却系统试验研究[J]•电力机车与城轨车辆，2012，35(6)：28-30.[4]王业峰，白军，梁雪•牵引变流器中IGBT的水冷实验研究[J].甘肃科技，2011,27(23):51-53.[5]刘俊杰•交流传动八车由9600kW货运机车冷却系统研