電力機(jī)車輔助濾波柜通風(fēng)冷卻仿真分析

1、    電力機(jī)車輔助濾波柜通風(fēng)冷卻仿真分析    孫杰楊帆王強(qiáng)摘 要：輔助濾波柜是電力機(jī)車重要部件，它能否正常工作直接影響到機(jī)車的正常運(yùn)行。運(yùn)行中，輔助濾波柜內(nèi)的電氣部件會產(chǎn)生大量的熱，柜內(nèi)的通風(fēng)能否滿足散熱要求是需要著重考慮的，同時，柜內(nèi)溫度傳感器的布設(shè)位置需要設(shè)置合理。本文采用仿真的方式模擬輔助濾波柜處于工作狀態(tài)時的發(fā)熱情況，進(jìn)而為風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量設(shè)計(jì)以及傳感器的布置點(diǎn)的選取提供科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞：電力機(jī)車 輔助濾波柜 散熱分析：u269.6 ：a ：1003-9082（2018）10-0-02隨著我國經(jīng)濟(jì)的日益增長，國內(nèi)鐵路的發(fā)展異常迅猛，這對電力機(jī)車的

2、性能也提出了更高的要求，而機(jī)車的安全運(yùn)行與穩(wěn)定運(yùn)行一直都是設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)考慮的兩個方面。機(jī)車內(nèi)部的電氣部件能否可靠工作會影響到這兩個方面。由于電力機(jī)車內(nèi)部的空間有限，且大部分設(shè)備均為大功率電氣設(shè)備，因此設(shè)備的散熱是一個亟需解決的問題。輔助濾波柜是電力機(jī)車的重要電氣屏柜，安裝在其內(nèi)部的用于濾波的變壓器在工作中會產(chǎn)生大量的熱，這些熱量如果不能及時散發(fā)出去，在運(yùn)行一段時間之后，會使得電氣線路的絕緣失效，甚至引發(fā)火災(zāi)，嚴(yán)重威脅到機(jī)車的安全穩(wěn)定運(yùn)行。仿真技術(shù)可以快速的模擬電氣屏柜的發(fā)熱以及散熱情況，可以指導(dǎo)溫度傳感器的合理布置點(diǎn)，從而減少傳感器的布置數(shù)量。仿真技術(shù)的采用可以有效的降低試驗(yàn)費(fèi)用，以及研發(fā)成本

3、。本文針對電力機(jī)車輔助濾波柜通風(fēng)性能進(jìn)行散熱模擬，根據(jù)模擬結(jié)果可以得出風(fēng)機(jī)通風(fēng)量是否滿足要求的結(jié)論，并根據(jù)仿真得到的溫度分布云圖提出溫度傳感器的布置點(diǎn)。一、仿真模型圖1所示的內(nèi)容為散熱仿真所用到的散熱模型，它略去了變壓器上的接線柱，端子，以及過線板等不影響散熱的小部件，通過合理簡化模型，節(jié)省計(jì)算資源。圖2中所示的是輔助濾波柜入風(fēng)口和出風(fēng)口的位置示意圖。二、仿真邊界條件設(shè)置輔助濾波柜在運(yùn)行中會有兩種工作模式：正常模式和緊急模式。不同的工作模式，發(fā)熱情況是不同的。因此在仿真時要將這兩種情況都考慮進(jìn)去。表1和表2分別是兩種工作模式下的電氣參數(shù)。三、材料物性參數(shù)仿真時各種材料的參數(shù)屬性均按照表3中提供

4、的設(shè)置。四、仿真結(jié)果及分析仿真結(jié)果主要考察溫度，考察位置有以下幾項(xiàng)：（1）柜內(nèi)空氣的溫度（2）出風(fēng)口1的溫度（3）出風(fēng)口2的溫度（4）變壓器1的第一個線圈的溫度（5）變壓器1的第二個線圈的溫度（6）變壓器1的第三個線圈的溫度（7）變壓器2的第一個線圈的溫度（8）變壓器2的第二個線圈的溫度（9）變壓器2的第三個線圈的溫度（10）變壓器1鐵芯的溫度（11）變壓器2鐵芯的溫度1.正常模式仿真結(jié)果2.緊急模式仿真結(jié)果從圖7-8中可以看出溫度高的位置在變壓器處，這與實(shí)際也是相符的，因?yàn)樵谳o助濾波柜中，實(shí)際的熱產(chǎn)生源就是變壓器。因此在輔助濾波柜考察溫度設(shè)計(jì)是否合理時，著重考慮變壓器的溫度即可。gbt 17

5、211-1998 干式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則中規(guī)定了干式變壓器絕緣系統(tǒng)的溫度等級與溫度限值的關(guān)系，具體見表4。電力機(jī)車輔助濾波柜變壓器采用熱類別為h級，根據(jù)表4核對仿真結(jié)果圖7和圖8，可得濾波柜的設(shè)計(jì)符合散熱要求。預(yù)設(shè)的1.3 m3/s的通風(fēng)量可以滿足使用需求。在實(shí)際中，可以多種通風(fēng)量的情況進(jìn)行仿真，選擇最經(jīng)濟(jì)且符合要求的。因?yàn)樽儔浩鞴ぷ髟趦煞N模式下，這兩種模式下的溫度仿真值都滿足設(shè)計(jì)要求，但是在緊急模式下的溫度值要比正常模式下的要高，因此布置傳感器時應(yīng)根據(jù)緊急模式情況來考慮。圖9為緊急模式下柜內(nèi)溫度云圖的正視透視圖，圖中標(biāo)記處為柜內(nèi)空氣溫度最高的區(qū)域。10柜內(nèi)空氣溫度云圖的左視圖，圖中標(biāo)記處為柜內(nèi)空氣溫度最高的區(qū)域，在布置溫度傳感器的時候，可以布置在標(biāo)記區(qū)域。結(jié)語本文采用仿真的方式模擬了輔助濾波柜內(nèi)部發(fā)熱情況，以及在給定通風(fēng)量的情況下，通風(fēng)散熱情況，根據(jù)仿真結(jié)果評價了通風(fēng)風(fēng)量是否滿足需求，并給出了溫度傳感器的布置點(diǎn)。參考文獻(xiàn)1王強(qiáng)，楊帆，邢亮，曹寒冰，高生嵐.30t大軸重機(jī)車輔助變流柜冷卻性能仿真分析j.鐵道機(jī)車車輛.2016，36（4）：108-1112王福軍.計(jì)算流體動力學(xué)分析cf