CRH380B高寒型動(dòng)車(chē)組牽引變流器冷卻單元功率測(cè)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(cè)試平臺(tái)，基于熱量交換公式，設(shè)計(jì)出一套能夠?qū)嶋H測(cè)量動(dòng)車(chē)組牽引變流器冷卻單元冷卻功率的試驗(yàn)平臺(tái)。研究冷卻系統(tǒng)不同工況下的影響，進(jìn)而提出了一種準(zhǔn)確的冷卻功率計(jì)算方法。將此方法應(yīng)用于某動(dòng)車(chē)組牽引變流器冷卻單元實(shí)際功率的測(cè)量中，結(jié)果表明實(shí)際測(cè)量值能夠滿(mǎn)足車(chē)輛運(yùn)行的需要，可廣泛應(yīng)用于動(dòng)車(chē)組牽引變流冷卻單元散熱功率的測(cè)量。％Accordingtotheindustrialradiatorheatexchangeprinciple^coolingsystempowertestingplatformwhichcanactuallymeasurethecoolingpowerofEMUtractionconverterisestablishedbasedontheheatexchangeformula.Aprecisemethodtocalculatethecoolingpowerispresentedbyanalyzingthecoolingsystemunderdifferentconditions.ThemethodisappliedtomeasuringtheactualpowerofthecoolingsystemoftheparticularEMUtractionconverter.Theresultshowsthattheactualmeasuredvaluecanmeettherequirementofvehiclesandthemethodcanbewidelyusedinthecoolingpowermeasure-mentofthecoolingsystemofEMUtractionconverter.【期刊名稱(chēng)】《蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)》【年(卷),期】2014(000)006【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(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(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司鐵路客車(chē)開(kāi)發(fā)部，吉林長(zhǎng)春130062【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】U269近年來(lái)隨著高鐵的發(fā)展，車(chē)輛的速度變得越來(lái)越快，給人們帶來(lái)了便捷、舒適的旅程.因?yàn)殡S著車(chē)輛速度的增加，牽引系統(tǒng)的功率變得越來(lái)越大，大功率牽引部件的散熱就成為了設(shè)計(jì)者不得不考慮的問(wèn)題.隨著列車(chē)速度的增加，列車(chē)表面負(fù)壓急劇增加，空氣流量減少，致使冷卻風(fēng)機(jī)工作效率將會(huì)下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響牽引變流器的散熱.所以必須設(shè)計(jì)出一套大功率、可靠性強(qiáng)的冷卻系統(tǒng)，以滿(mǎn)足列車(chē)在高速運(yùn)行時(shí)的散熱需求.冷卻單元工作原理CRH380B高寒動(dòng)車(chē)組為4M4T編組形式，在每個(gè)動(dòng)車(chē)上設(shè)有一個(gè)牽引變流器，每個(gè)牽引變流器配有一個(gè)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(dòng)車(chē)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(chē)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(jìn)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(hù)和檢查裝置.依據(jù)牽引變流器冷卻單元的工作原理，整個(gè)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(dòng)車(chē)組冷卻循環(huán)系統(tǒng)效果圖如圖1所示.圖1CRH380B高寒車(chē)牽引變流器冷卻單元循環(huán)散熱效果圖Fig.1ThecirculatingcoolingeffectdiagramofcoolingunitofCRH380BLTTTractionconverters試驗(yàn)研究2.1試驗(yàn)臺(tái)搭建冷卻單元試驗(yàn)臺(tái)主要有以下幾個(gè)部分組成，待測(cè)冷卻單元，冷卻液加熱源，體積流量測(cè)量設(shè)備，上位機(jī)，壓力傳感器，溫度傳感器等.試驗(yàn)原理是通過(guò)冷卻單元自身循環(huán)帶動(dòng)整個(gè)循環(huán)散熱系統(tǒng)工作，將冷卻單元流出的冷卻液進(jìn)行加熱，經(jīng)過(guò)一套熱源裝置使冷卻液升溫，來(lái)模擬牽引變流器所產(chǎn)生的熱量，通過(guò)冷卻單元散熱器將熱量通過(guò)冷卻風(fēng)機(jī)散發(fā)到空氣中去[2].冷卻液循環(huán)試驗(yàn)如圖2所示.試驗(yàn)中所用的各主要測(cè)試儀器及設(shè)備見(jiàn)表1所示.圖2冷卻單元冷卻液循環(huán)試驗(yàn)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(lái)最終確定[3].按照CRH380B高寒車(chē)牽引變流器在最高時(shí)速時(shí)產(chǎn)生的熱量，以及在實(shí)際運(yùn)行中散熱效率和列車(chē)運(yùn)行負(fù)壓帶來(lái)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(shí)應(yīng)不小于67kW,67kW是冷卻系統(tǒng)能否滿(mǎn)足實(shí)際要求的一個(gè)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(hào)處理及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)[5]，如圖3所示.表1測(cè)量?jī)x器與設(shè)備Tab.1Measuringinstrumentsandequipment設(shè)備名稱(chēng)型號(hào)測(cè)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(jì)MAG60251/s±0.5%1差壓計(jì)P903VG0~10bar<1%2風(fēng)速計(jì)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(jì)算CRH380B高寒車(chē)牽引變流器冷卻單元功率測(cè)試的理論依據(jù)為單位時(shí)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(jìn)出口液體溫度差；v為冷卻液流速.由式（4）可知，要實(shí)現(xiàn)冷卻單元功率的測(cè)量就需要冷卻液的比熱、密度、流速及進(jìn)出口溫度差值.因此需要在冷卻單元的進(jìn)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(shí)際密度將根據(jù)通用乙二醇冷卻液密度表進(jìn)行準(zhǔn)確選取，以確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性.在循環(huán)的管路里設(shè)有流速計(jì)，并將數(shù)據(jù)及時(shí)送入上位機(jī).2.3散熱功率試驗(yàn)試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)并不是很復(fù)雜，然而在實(shí)際的操作中，影響到試驗(yàn)的準(zhǔn)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(chē)在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的負(fù)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(chē)在高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓有時(shí)嚴(yán)重影響新風(fēng)的進(jìn)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(shí)情況，本試驗(yàn)采用了3種不同工況?工況1:300Pa夕卜壓，無(wú)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(jí)則采用遮擋進(jìn)風(fēng)口面積的比例來(lái)選取，進(jìn)風(fēng)口被遮擋的面積越多則表明污染越嚴(yán)重，在本次試驗(yàn)中采用方法是使用膠條對(duì)進(jìn)風(fēng)口過(guò)濾器進(jìn)行粘貼遮擋的辦法.具體試驗(yàn)結(jié)果如表2所示.表2不同工況下的冷卻功率試驗(yàn)結(jié)果Tab.2Thetestresultofcoolingpowerunderdifferentconditions試驗(yàn)次數(shù)123進(jìn)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(shí)際功率/kW767471試驗(yàn)結(jié)果表明無(wú)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(mǎn)足CRH380B高寒車(chē)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(dòng)車(chē)組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)熱特性，研制出牽引變流器熱冷卻單元測(cè)試平臺(tái)，對(duì)各種不同運(yùn)行條件下?tīng)恳兞髌骼鋮s系統(tǒng)的功率進(jìn)行了準(zhǔn)確的測(cè)量?測(cè)試結(jié)果表明：CRH380B高寒型高速動(dòng)車(chē)組在復(fù)雜條件下，牽引變流器的冷卻系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足動(dòng)車(chē)組以300km?h-1持續(xù)運(yùn)行的要求.【相關(guān)文獻(xiàn)】劉建強(qiáng)，鄭瓊林，郭超勇，等?高速動(dòng)車(chē)組牽引變流器熱容量[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011,26(10)：205-210.郭曉燕，張波，黃金.城鐵列車(chē)牽引系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)技術(sh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