CN111699620B - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

电力转换装置具有：框体，具有收纳部；电路基板，收纳于收纳部，具有逆变器电路或者控制逆变器电路的逆变器控制电路；冷却风扇，产生穿过收纳部而流动的流通空气，以便冷却电路基板；温度传感器，检测框体的内部或者框体的外部的温度；以及冷却风扇控制电路，对冷却风扇进行驱动。冷却风扇控制电路构成为在温度传感器的检测温度高于预先设定的规定温度的情况下，将冷却风扇接通。冷却风扇控制电路构成为在检测温度成为规定温度以下的情况下，以将冷却风扇断开或者使流通空气的风速比接通时小的方式控制冷却风扇。

Description

电力转换装置

技术领域

本申请涉及电力转换装置。

背景技术

以往，已知有例如日本特开2012－228062号公报所公开的具有换气用的换气扇的功率调节器。在有关该公报的技术中，换气过滤器埋设在功率调节器的框体的侧面。换气扇配置在框体的内部，与该换气过滤器重叠。能够切换换气扇的正转和反转，以便将附着于换气过滤器的尘埃去除。但是，在上述公报中，关于换气扇的安装位置，只不过是在图1的斜视图中图示了配置在框体的侧面，在第0017段中进行了附带的说明。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012－228062号公报

发明内容

发明要解决的课题

功率调节器是将直流电转换成交流电的电力转换装置。这种电力转换装置具有框体、内置于框体的电路基板、从电路基板接受热量的散热部件、和将散热部件冷却的冷却风扇。在上述现有技术中，通过使用换气过滤器，减少进入框体的尘埃。但是，存在通过基于换气过滤器的去除来减少尘埃具有极限的问题。因此，本申请发明人通过研究减少尘埃用的冷却风扇控制或者冷却风扇的安装位置，发现了通过与上述现有技术不同的方法实现减少尘埃的技术。在这些方面，上述现有技术还有改善的余地。

本申请正是为了解决如上所述的课题而提出的。本申请的目的在于，提供经过改善的可以减少进入框体的尘埃的电力转换装置。

用于解决课题的手段

本申请所公开的第一电力转换装置具有：

框体，具有收纳部；

电路基板，收纳于所述收纳部，具有逆变器电路或者控制所述逆变器电路的逆变器控制电路；

冷却风扇，产生穿过所述收纳部而流动的流通空气，以冷却所述电路基板；

温度传感器，检测所述框体的内部或者所述框体的外部的温度；以及

冷却风扇控制电路，对所述冷却风扇进行驱动，

所述冷却风扇控制电路构成为，在所述温度传感器的检测温度高于预先设定的规定温度的情况下，将所述冷却风扇接通。

本申请所公开的第二电力转换装置具有：

框体，具有顶部、底部和收纳部，所述顶部具有顶部侧通气口，所述底部具有底部侧通气口，所述收纳部设置于所述顶部和所述底部之间，并与所述顶部及所述底部连通；

电路基板，收纳于所述收纳部，具有逆变器电路或者控制所述逆变器电路的逆变器控制电路；

冷却风扇，通过进行驱动产生在所述收纳部流动的流通空气；以及

冷却风扇控制电路，构成为以所述流通空气从所述顶部侧通气口朝向所述底部侧通气口流动的方式对所述冷却风扇进行驱动。

发明效果

根据上述第一电力转换装置，能够根据检测温度判断必要的冷却量，并切换冷却风扇的动作，使得根据需要增减流通空气的风速。在冷却的必要性大时将冷却风扇接通，由此能够用流通空气将电路基板冷却。在冷却的必要性小时将冷却风扇断开或者进行低速驱动，由此能够减少含有尘埃的外部空气的进入量。

根据上述第二电力转换装置可以得到如下的效果。尘埃由于重力向铅直方向坠落，并积存于较低的部位。底部侧容易积存尘埃。通过从顶部吸入空气并朝向底部流动，可以抑制尘埃从底部侧进入。

附图说明

图1是表示有关实施方式1的电力转换装置及使用该电力转换装置的电力系统的图。

图2是有关实施方式1的电力转换装置的电路图。

图3是表示有关实施方式1的电力转换装置的内部构造的剖面图，是沿着图1中的A-A假想平面的剖面图。

图4是表示有关实施方式1的电力转换装置的内部构造的斜视图。

图5是表示有关实施方式1的电力转换装置的内部构造的俯视图。

图6是用于说明有关实施方式1的电力转换装置的动作的图。

图7是用于说明有关实施方式1的电力转换装置的动作的图。

图8是表示有关实施方式1的变形例的电力转换装置的内部构造的剖面图。

图9是表示有关实施方式1的变形例的电力转换装置的内部构造的剖面图。

图10是表示有关实施方式1的变形例的电力转换装置的内部构造的剖面图。

图11是表示有关实施方式1的变形例的电力转换装置的内部构造的剖面图。

图12是表示有关实施方式1的变形例的电力转换装置的内部构造的剖面图。

图13是表示有关实施方式1的变形例的电力转换装置的内部构造的剖面图。

图14是有关实施方式2的电力转换装置的电路图。

图15是表示有关实施方式3的电力转换装置的内部构造的剖面图。

图16是表示有关实施方式3的变形例的电力转换装置的内部构造的剖面图。

具体实施方式

实施方式1

图1是表示有关实施方式1的电力转换装置20及使用该电力转换装置的电力系统1的图。电力系统1具有由多个太阳能电池模块12构成的太阳能电池阵列10、电力转换装置20、和通过输出配线16从电力转换装置20接收交流电的变压器18。电力转换装置20将通过输入配线14从太阳能电池阵列10接收的直流电转换成交流电。电力系统1是所谓的分布式电源。也可以替代太阳能电池阵列10，设置其他的直流电源。其他的直流电源包括蓄电池、燃料电池、或者输出直流电的风力发电装置。

电力系统1具有的电力转换装置20通过变压器18与电力系统19连接。电力系统1和电力系统19进行并网运转。电力转换装置20具有一个控制装置22a和四个逆变器装置22b、22c、22d、22e。

图2是有关实施方式1的电力转换装置20的电路图，以电路图示出图1所示的系统结构的一部分。控制装置22a和逆变器装置22b、22c、22d、22e分别具有框体21。逆变器装置22b～逆变器装置22e分别在框体21的内部具有逆变器电路基板230和冷却风扇209。逆变器电路基板230具有IGBT或者MOSFET等半导体开关元件和续流二极管。

控制装置22a在框体21的内部具有逆变器控制电路基板30。逆变器控制电路基板30包括冷却风扇控制电路32和温度传感器34。逆变器控制电路基板30生成使逆变器电路基板230具有的半导体开关元件导通截止的PWM信号。温度传感器34检测框体21的内部或者框体21的外部的温度。冷却风扇控制电路32在电力转换装置20工作时驱动冷却风扇209。

图3是表示有关实施方式1的电力转换装置20的内部构造的剖面图，是沿着图1中的A-A假想平面的剖面图。使用图3说明逆变器装置22b的构造。图3的构造还同样适用于其他逆变器装置22c、22d、22e。

逆变器装置22b具有用于内置逆变器装置构成要素的框体21。框体21包括：顶部21a，具有顶部侧通气口241；底部21c，具有底部侧通气口242；收纳部21b，设置于顶部21a和底部21c之间。收纳部21b连通顶部21a及底部21c。

顶板212夹在顶部21a和收纳部21b之间。底板210夹在收纳部21b和底部21c之间。在收纳部21b的前方设有构成为可以开闭的前门201。在收纳部21b的后方设有构成为可以开闭的后门202。收纳部21b包括通过隔断壁203隔断出的第一收纳室220及第二收纳室222。

逆变器电路基板230收纳于收纳部21b，具体地说收纳于收纳部21b具有的第一收纳室220。隔断壁203的一个面在第一收纳室220侧露出。逆变器电路基板230安装于隔断壁203的一个面。逆变器电路基板230包括与隔断壁203的一个面直接接触的基板本体204、和安装在基板本体204上的电路元件205。电路元件205包括前述的半导体开关元件及续流二极管。

隔断壁203的另一个面在第二收纳室222侧露出。隔断壁203优选由金属等导热性较高的材料形成。在隔断壁203的另一个面安装有水冷散热部件207。水冷散热部件207夹着隔断壁203配置在与逆变器电路基板230的相反侧的部位。

水冷散热部件207是在内部流动冷却液的散热管。也可以替代水冷散热部件207，使用散热鳍片等风冷散热部件。在隔断壁203的另一个面安装有分别与逆变器电路基板230连接的第一发热部件206及第二发热部件208。第一发热部件206是电抗器，第二发热部件208是电容器。

在顶板212设置有内部通气口212a，使顶部21a的顶部空间224和收纳部21b连通。冷却风扇209设置在底板210，由此底部21c的底部空间226和收纳部21b的第二收纳室222连通。

冷却风扇209产生通过在第二收纳室222流动而与水冷散热部件207接触的流通空气。冷却风扇控制电路32构成为控制冷却风扇209，使得流通空气从顶部侧通气口241朝向底部侧通气口242流动。冷却风扇209产生穿过收纳部21b并流动的流通空气，以便将逆变器电路基板230冷却。冷却风扇控制电路32构成为，在温度传感器34的检测温度高于预先设定的规定温度的情况下，将冷却风扇209接通。将这种情况也称为冷却风扇209的“通常接通”。

冷却风扇控制电路32构成为在检测温度达到规定温度以下的情况下，将冷却风扇209断开。通过将冷却风扇209接通从而实施“强制风冷”，与此相对在将冷却风扇209断开时实施“自冷”。

图4是表示有关实施方式1的电力转换装置20的内部构造的斜视图。在实施方式1中，将冷却风扇209设置在底板210。冷却风扇209优选比较大型，而且优选叶片和叶片的间隙足够大。这是为了在将冷却风扇209断开的“自冷中”，通过空气的对流产生从收纳部21b的下方朝向上方流动的气流。

图5是表示有关实施方式1的电力转换装置20的内部构造的俯视图。如图5所示，冷却风扇209足够大而且以在俯视观察底板210时与水冷散热部件207重叠的方式设置于底板210的中央部。冷却风扇209的尺寸可以根据需要进行各种变形。可以将冷却风扇209设计成在俯视观察底板210时，越向比水冷散热部件207的外形靠外侧突出则直径越大。也可以将冷却风扇209的直径设计成在俯视观察底板210时，收纳于水冷散热部件207的外形的内侧程度的尺寸。

图6及图7是用于说明有关实施方式1的电力转换装置20的动作的图。图6表示自冷中的状态，图7表示强制风冷中的状态。根据实施方式1，能够根据检测温度判断必要的冷却量并切换冷却风扇209的动作，使得根据需要增减流通空气的风速。

在冷却的必要性小时，即使是在电力转换装置20的工作中，也能够通过将冷却风扇209断开，按照图6所示抑制含有尘埃的外部空气进入。如果将冷却风扇209断开，还能够利用从底部侧通气口242流入的空气对逆变器电路基板230进行自冷。如果将冷却风扇209断开，还能够延长冷却风扇209的装置寿命。由于外部空气不仅含有尘埃，而且还含有潮气，因而还可以抑制潮气进入框体21。

另一方面，在冷却的必要性大时，通过将冷却风扇209接通，能够按照图7所示通过流通空气将逆变器电路基板230冷却。并且，根据实施方式1，按照图7所示控制冷却风扇209，使得流通空气从顶部侧通气口241朝向底部侧通气口242流动。尘埃由于重力向铅直方向坠落，并积存于较低的部位。因此，底部21c侧容易积存尘埃。根据实施方式1，通过从顶部21a吸入空气并向底部21c流动，可以抑制尘埃从底部21c侧进入第二收纳室222。

对实施方式1的变形例进行说明。作为实施方式1的变形例，冷却风扇控制电路32还可以构成为，在检测温度达到规定温度以下的情况下，对冷却风扇209进行低速控制。低速控制是指以流通空气的风速相比冷却风扇209的通常接通时减小的方式驱动冷却风扇209的控制。具体地说，将冷却风扇209的通常接通时的冷却风扇209的旋转速度设为第一旋转速度，将冷却风扇209的低速控制时的冷却风扇209的旋转速度设为第二旋转速度，将第二旋转速度设定成比第一旋转速度慢。

在实施方式1中，流通空气通过与逆变器电路基板230进行热交换的水冷散热部件207间接地将逆变器电路基板230冷却。另一方面，作为变形例，还可以通过使流通空气直接接触逆变器电路基板230，直接将逆变器电路基板230冷却。

在实施方式1中，把内置了逆变器电路基板230的逆变器装置22b作为对象，作为变形例，还可以对控制装置22a追加与实施方式1相同的冷却风扇209。控制装置22a和逆变器装置22b、22c、22d、22e在具有框体21这一点上是相同的，不同之处是，在框体21的内部具有逆变器控制电路基板30和逆变器电路基板230中的某一个。还可以对控制装置22a追加冷却风扇209。

冷却风扇控制电路32基于温度传感器34的检测温度和预先设定的规定温度的比较，切换冷却风扇209的控制内容。在此，对规定温度的变形进行说明。规定温度可以设定为高于0℃的预先设定的温度。规定温度还可以设定为作为室温的27℃即300K。规定温度还可以设定为高于27℃的温度。规定温度还可以设定为高于0℃低于27℃的温度。规定温度还可以设定为刚好0℃。

规定温度还可以设定为冰点以下，还可以设定为负20℃等。有时使用水冷散热部件207的防冻液，防冻液也称为长效冷却剂(Long Life Coolant)。规定温度还可以设定为与使用中的防冻液的冻结温度相同，还可以设定为比该冻结温度高且小于0℃的温度。

冷却液在水冷散热部件207的内部流通。在低温气体环境中使电力转换装置20工作时，通过冷却风扇209的驱动，使冷气积极接触水冷散热部件207，有可能导致冷却液的冻结。作为产生低温气体环境的环境存在各种各样的场所，更具体地说，包括寒冷地域、标高较高的地域、标高较低但在冬季容易导致冻结的地形。在逆变器电路基板230设置的电路元件205通过通电而发热。在使冷却风扇209停止或者降低冷却风扇209的风速时，接触水冷散热部件207的冷气减少。如果接触水冷散热部件207的冷气减少，则电路元件205的发热传递至水冷散热部件207，由此能够防止防冻液的冻结。因此，能够通过冷却风扇209的驱动控制进行水冷散热部件207的冻结防止。

作为变形例，冷却风扇控制电路32还可以存储多个规定温度。多个规定温度可以包括第一规定温度和设定得比第一规定温度低的第二规定温度。冷却风扇控制电路32还可以构成为，在检测温度属于第一规定温度以下而且比第二规定温度高的温度范围的情况下，将冷却风扇209控制为与接通时相比流通空气的风速减小。冷却风扇控制电路32还可以构成为，在检测温度成为第二规定温度以下的情况下，将冷却风扇209断开。

图8～图13是表示有关实施方式1的变形例的电力转换装置20的内部构造的剖面图。第一发热部件206、第二发热部件208及水冷散热部件207相互的位置关系具有各种各样的变形。可以是，如图8所示，作为电抗器的第一发热部件206和作为电容器的第二发热部件208双方设置于水冷散热部件207的下方。还可以是，第一发热部件206和第二发热部件208中任一个设置于水冷散热部件207的上方，第一发热部件206和第二发热部件208中另一个设置于水冷散热部件207的下方。作为水冷散热部件207的冻结对策，还可以利用因第一发热部件206及第二发热部件208的发热而加热的热气朝向上方上升的现象，通过该热气将水冷散热部件207加热。其结果是，能够抑制水冷散热部件207的冻结。

冷却风扇209的安装位置能够进行各种各样的变形。可以是，如图9所示，将冷却风扇209安装于顶板212。还可以是，如图10所示，将冷却风扇209安装于底部21c的后侧。还可以是，如图11所示，将冷却风扇209安装于底部21c的前侧。还可以是，如图12所示，将冷却风扇209安装于顶部21a的后侧。还可以是，如图13所示，将冷却风扇209安装于顶部21a的前侧。

实施方式2

图14是有关实施方式2的电力转换装置290的电路图。除了将冷却风扇控制电路32替换为冷却风扇控制电路132以外，有关实施方式2的电力转换装置290具有与实施方式1的电力转换装置20相同的构造。与实施方式1不同，在电力转换装置290的工作中，冷却风扇控制电路132构成为使冷却风扇209始终以固定速度旋转。冷却风扇控制电路132以流通空气从顶部侧通气口241朝向底部侧通气口242流动的方式控制冷却风扇209。

在实施方式2中，也能够按照与在实施方式1中由图7所示的箭头相同的朝向使流通空气持续流动。尘埃由于重力向铅直方向坠落，并积存于较低的部位。底部21c侧容易积存尘埃。通过从顶部21a吸入空气并朝向底部21c流动，可以抑制尘埃从底部21c侧进入。使用图8及图9说明的变形例也能够应用于实施方式2。

实施方式3

图15是表示有关实施方式3的电力转换装置具有的逆变器装置322b的内部构造的剖面图。对比图5所示的逆变器装置22b的动作和图15所示的逆变器装置322b的动作，表示风的流动的箭头的朝向相反。在实施方式3中，冷却风扇控制电路32以流通空气从底部侧通气口242朝向顶部侧通气口241流动的方式控制冷却风扇209。即，在实施方式3中，冷却风扇209的旋转方向设定为与实施方式1相反。实施方式3同样能够应用于其他逆变器装置22c、22d、22e，还能够应用于控制装置22a。

除了冷却风扇209的旋转方向的不同以外，有关实施方式3的逆变器装置322b具有与实施方式1相同的构造，而且执行与实施方式1相同的控制。根据实施方式3，按照图15中示出的箭头的朝向使流通空气流动，并且与实施方式1一样地，能够基于温度传感器34的检测温度是否比规定温度高，切换冷却风扇209的驱动控制。使用图8及图9说明的变形例也能够应用于实施方式3。

图16是表示有关实施方式3的变形例的逆变器装置322b的内部构造的剖面图。有关图16的变形例涉及第一发热部件206、第二发热部件208及水冷散热部件207的位置关系，将这三个构成要素中的水冷散热部件207配置在最上方。

因第一发热部件206及第二发热部件208的发热而被加热的热气朝向上方上升。作为水冷散热部件207的冻结对策，能够利用该热气将水冷散热部件207加热。而且，在实施方式3中，冷却风扇209产生朝向收纳部21b的上方的气流，因而具有能够促进通过第一发热部件206及第二发热部件208的发热而被加热的热气与水冷散热部件207接触的优点。

标号说明

1电力系统；10太阳能电池阵列；12太阳能电池模块；14输入配线；16输出配线；18变压器；19电力系统；20、290电力转换装置；21框体；21a顶部；21b收纳部；21c底部；22a控制装置；22b、22c、22d、22e、322b逆变器装置；30逆变器控制电路基板；32、132冷却风扇控制电路；34温度传感器；201前门；202后门；203隔断壁；204基板本体；205电路元件；206第一发热部件(电抗器)；207散热部件(水冷散热部件)；208第二发热部件(电容器)；209冷却风扇；210底板；212顶板；212a内部通气口；220第一收纳室；222第二收纳室；224顶部空间；226底部空间；230逆变器电路基板；241顶部侧通气口；242底部侧通气口。

Claims (4)

1.一种电力转换装置，其具有：

框体，具有收纳部，所述收纳部通过在铅直方向延伸的隔断壁隔断为第一收纳室及第二收纳室，所述隔断壁的一个面在所述第一收纳室侧露出，所述隔断壁的另一个面在所述第二收纳室露出；

电路基板，收纳于所述第一收纳室，具有逆变器电路或者控制所述逆变器电路的逆变器控制电路，安装于所述隔断壁的所述一个面；

水冷散热部件，收纳于所述第二收纳室，安装于所述隔断壁的所述另一个面的与所述电路基板相反侧的部位，在内部流动冷却液；

发热部件，收纳于所述第二收纳室，安装于所述隔断壁的所述另一个面，与所述逆变器电路共同构成电路；

冷却风扇，产生在所述第二收纳室流动的流通空气；

温度传感器，检测所述框体的内部或者所述框体的外部的温度；以及

冷却风扇控制电路，对所述冷却风扇进行驱动，

所述冷却风扇控制电路构成为，在所述温度传感器的检测温度高于预先设定的规定温度的情况下，将所述冷却风扇接通，

所述冷却风扇控制电路在所述检测温度成为所述规定温度以下的情况下，以将所述冷却风扇断开或者使所述流通空气的风速比所述接通时小的方式控制所述冷却风扇，

所述发热部件配置于所述隔断壁的所述另一个面的所述水冷散热部件的铅直方向正下方。

2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，

所述框体具有顶部和底部，所述顶部具有顶部侧通气口，所述底部具有底部侧通气口，

所述收纳部设置于所述顶部和所述底部之间，并与所述顶部及所述底部连通，

所述冷却风扇控制电路在所述检测温度高于所述规定温度的情况下，以使所述流通空气从所述顶部侧通气口朝向所述底部侧通气口流动的方式对所述冷却风扇进行驱动，

所述冷却风扇控制电路构成为，在所述检测温度成为所述规定温度以下的情况下，将所述冷却风扇断开。

3.根据权利要求1或2所述的电力转换装置，其中，

所述发热部件包括电抗器和电容器，

在所述水冷散热部件的铅直方向正下方，沿铅直方向呈一列地排列有所述电抗器和所述电容器。

4.根据权利要求1或2所述的电力转换装置，其中，

所述水冷散热部件具有防冻液，

所述规定温度是规定为比所述防冻液的冻结温度高且小于0℃的温度。

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