HX_D3C型机车牵引-辅助变流器冷却系统传热特性数值研究.pdf
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第 36卷第 3期 铁 道 机 车 车 辆 V01.36 No.3
2016年 6月 RA1LWAY L0COMOT1VE & CAR Jun. 2016
文章编号:1008—7842(2016)03—0125一O5
HXD3C型机车牵引一辅助变流器冷却系统传热特性数值研究
李 莎 ,韩建宁 ,武彩生 ,刘志敏
(中车永济 电机有限公司 技术 中心,陕西西安 710016)
摘 要 以HXn3C型机车为例 ,针对其牵引一辅助变流器冷却系统的传热特性进行 了数值分析 ,数值结果表 明,
其他条件不变时,增加水泵流量或冷却风机流量时,系统总换热量增大 ;在其他条件不变时,提高水冷基板进 口温
度 ,系统总换热量随之增加 ;在其他条件不变时,提高环境温度 ,系统的换热能力减弱 。在系统总换热量保持不变
时,系统阻力随水泵流量增加而增加 ;提高水冷基板进 口温度 ,致使系统水泵流量减小并伴随水冷基板 出口温度增
加。从中获得冷却系统各部件传热特性的变化规律,从而对后续牵引一辅助变流器的冷却系统设计及部件选型提
供依据和技术支撑 。
关键词 工程热物理 ;传热特性 ;牵引一辅助变流器 ;冷却系统;数值研究
中图分类号 :U266.1.3 文献标志码 :A doi:10.3969/j.issn.1008—7842.2016.03.28
牵引一辅助变流器是交流传动系统的重要组成部 并分析其强化传热的主要机理 ,为进一步强化和改进牵
分 ,在牵引一辅助变流器 的正常工作 中,变流器 中的功 引一辅助变流器冷却系统设计奠定基础。
率模块 (含有 IGBT、二极管等电子器件)会产生一定 的 1 几何模型及数学描述
热量 ,如果这些热量不能及时有效地散发出去,就会使 1.1 研 究对象
功率模块的效率大大降低 ,甚至导致 电子器件损坏 ,使 如图 1所示为 HX。3C型机车牵引一辅助变流器冷
变流器无法正常工作。为解决牵引一辅助变流器 中功 却系统的物理模型 。其主要 由水冷基板、热交换器 、冷
率模块的散热问题 ,以及充分利用变流器中功率模块 的 却风机、水泵、相关配套管道及其他辅助设施组成 ,采用
输 出功率 ,必须对功率器件进行冷却 以提高系统效率 。 多级串联式布置 。变流器功率模块 中电力 电子器件产
Howes等人u 以VDF为工质对 IGBT进行 了冷却 生的热量通过功率模块中的冷却基板与循环流过功率
研究 ,结果显示散热效果远远 高于空气冷却 。Steiner 模块的水冷却液进行热量交换 ,水泵作为水冷却的循环
等人_2研究发现水 的换热性能要优于电绝缘液体 ,且单 动力 ,将进行热量交换的冷却液通过水分配器的进水 口
相液体强制换热相 比于沸腾换热易于控制且换热性能 抽入到空气~水热交换器中,然后从水分配器的出水 口
较好。郭洪卫。。。等对装载机上用水冷散热器取代风冷 将水冷却液抽 回到水泵 ,依次不断循环。为了达到更好
散热器的优势进行了相应 的研究,使装载机 日作业率 由 的冷却效果 ,热交换器通过其上方 的冷却风机进行强制
86.5 提高到了96 。谢旭 良等 对正方形截面扰流 风冷 。
柱交错布置的水冷散热器进行 了三维层流流动与换热
的数值模拟 ,结果表明雷诺数为 200~2000的范围内, 温度传感器 压力传感器 快速接头
扰流柱的存在有效提高了散热效果 ,但 同时也增大 了流 冷却风机 】L膨胀水箱
动阻力系数 。刘衍平等 用 ANSYS/FLOTRAN对耗 排气管 ● ·冷却液流向
散功率为 4~6kW 的水冷散热器进行了数值模拟,结
果显示采用水冷强迫对流散热对解决大功率元件的散
热问题具有普遍意义 。Gillot等人l6
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