CN201174655Y - 带有自循环冷风装置的高压变频器功率单元柜 - Google Patents
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Abstract
一种带有自循环冷风装置的高压变频器功率单元柜，该装置柜体内排列、重叠置放多个设有冷却散热风道的功率单元，柜体顶侧设有风机，用于将流经各个功率单元的散热风道、并汇总于密封腔中的热空气进行增压后，经由出风通道排出柜外。在出风通道中增设一个藉由金属水管中的冷水降温的热交换器，以便对进入出风通道的热空气进行隔离冷却，转换为冷空气排出；出风通道的出风口直接密封连接该功率单元柜的进风口，装置柜门为密封门，关闭柜门后，使得该装置柜体内部呈密封状态，藉由出风连接通道使该功率单元柜体内部构成冷、热空气在其中进行自循环流动的密封空间。装置结构简单、实用，制造、使用和维护的成本低廉，能够延长设备使用寿命，功效显著。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种结构新颖的高压变频设备，确切地说，涉及一种带有自循环冷风装置的高压变频器功率单元柜，属于电力电子设备技术领域。
背景技术
伴随着微电子学、电力电子技术、电子计算机技术和自动控制理论的发展，变频技术已经进入一个崭新的时代，不仅在许多领域获得了广泛应用，而且还在日新月异地迅速发展。
众所周知，变频技术就是把直流电逆变成交流电、把交流电变成直流电后再逆变成不同频率的交流电、或者把直流电变成交流电再把交流电变成直流电。在这些变化过程中，通常只是频率发生变化。高压变频器就是一种利用半导体功率器件的高速开关作用将工频电源变换为频率可调的电能变换装置。由于电力电子功率器件在不断进行的高速开启和关闭过程中，其半导体材料的结温迅速上升。为此，电力电子功率器件通常都配设有散热片，并在高压变频器内设有风冷通道，使得这些电力电子功率器件的散热片能够得到有效的散热而降温。
由于电力电子功率器件处于正常工作时的壳体温度应该不超过85℃，这就要求高压变频设备的柜体内部温度必须在65℃以下，这样才能保证高压变频设备处于正常、稳定的工作状态。例如，由于电力电子功率器件的温度升高、发热，使得高压变频器功率单元柜通常约有2％的功率热损耗。对于大功率的高压变频器功率单元柜，这种因功率器件发热而造成的损失就更加可观和严重。
为此，在高压变频器功率单元柜中的主要部件-功率单元(参见图1)中，通常是在其机壳A内的一侧设有供空气流通的散热风冷通道B(图示为该通道的进风口)，利用空气流动与功率器件的散热片进行热交换来降低器件的工作温度。现在高压变频器功率单元柜中所用的如下：
参见图2，介绍目前采用的高压变频器功率单元柜是如何解决其中功率器件散热的传统方法-利用功率单元散热风冷通道中的空气与柜体外部的空气进行循环流动：冷空气经由防尘网13进入功率单元柜11的柜体内，又经由功率单元10的散热风冷通道与功率电子器件进行热交换而变成热空气，进入密封腔12，再由功率单元柜11顶侧安装的风机1的驱动，使得该热空气经由柜体的密封腔12和风道出口14排出单元柜11的柜体外侧。风道出口14可直接安装在室外，或者就安装在室内。通常，解决小功率高压变频器单元柜的散热问题就采用这种传统方式，而且，其风道出口6可以选择上述两种结构中的任意一种。
由于高压变频器大都用于水泥、钢铁、化工、电厂、煤矿等环境污染严重的行业，上述解决高压变频设备散热问题的传统方式就呈现如下不利因素：
在机柜11的柜门上增设防尘网13，自然会增加产品设计、加工和装配工艺、使用和维修等许多工作量。而且，使用一段时间后，就要对该防尘网13进行清洗维护。如果将风道14的出口安装在室外，则车间内的空气不能循环利用，送入机柜11内的冷空气就需要源源不断地由外界环境中的空气来补充，由于重化工产业周围环境的空气中弥漫着灰尘、沙土和微小颗粒，这样就会对设备造成较大污染。而且，因为不断地将车间内的空气经由机柜排出到室外，使得密闭的车间存在负压，这就使得车间的门窗很难打开。为了避免发生这种情况，高压变频设备的安装环境就不能处于密封状态，这样也会造成上述带有尘埃、沙土的空气进入机柜内，影响电子器件的使用寿命。
如果将风道14的出口安装在室内，这样从单元柜11排出的热风就会使得车间内的空气温度迅速升高，这种热空气又被送到机柜内，就不能实现充分的热交换和冷却作用，严重时，可能影响单元柜的电子器件使用寿命。此时，为了降低车间内的温度，通常采用设置空调机组来降低室温，造成基建投资和使用成本的提高。
诚然，高压变频器的功率单元柜还可以采用水冷却来解决功率单元的散热问题。但是，水冷方式也有不利之处：上下水管道安装在功率单元附近，造成功率单元的电源插拔甚不方便；还存在管道漏水的严重隐患，操作起来也不便利。再者，高压变频设备的强电磁场的辐射会使冷却水发生电离而产生很多离子，为了保障设备电气绝缘和人身的安全，水离子吸附器装置就成为必须添加的附属装置，如此一来，投资成本也就提高，且安装、维护也比较繁琐。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种带有自循环冷风装置的高压变频器功率单元柜，该装置能够解决现有高压变频器功率单元柜设备的各种散热缺陷，而且结构简单、实用，制造、使用和维护的成本低廉，不会污染周围环境，也有利于保护功率单元，延长其电子器件的使用寿命，功效显著。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种带有自循环冷风装置的高压变频器功率单元柜，该功率单元柜的柜体内排列、重叠放置有多个设有冷却散热风道的功率单元，在柜体顶侧、安设有风机，用于将流经各个功率单元的散热风道、并汇总于密封腔中的热空气进行增压后，经由出风通道排出柜外；其特征在于：该装置对所述出风通道进行下述改进：所述出风通道中增设一个热交换器，该热交换器内设有金属水管，以便利用该水管中的冷水对进入出风通道的热空气进行隔离冷却，将其转换为冷空气排出；该出风通道的出风口直接密封连接该功率单元柜的进风口，且该功率单元柜的柜门改为密封门，关闭柜门后，使得该功率单元柜内呈密封状态，从而藉由该出风连接通道使该功率单元柜体内部构成冷、热空气在其中进行自循环流动的密封空间。
所述出风通道在与功率单元柜的进风口的连接处设有一个轴流风扇。
所述热交换器的结构组成是：金属水管自上而下、呈盘状或螺旋状地直接设置在出风通道内，该水管贯穿、紧贴安装有多个栅栏状散热片，水管的进水口和回水口分别设置在出风通道的外侧。
所述出风通道的进风口位于该功率单元柜顶部的风机的排风口时，该出风通道的出风口可以直接设置在该功率单元柜的柜顶部位，以简化该出风通道的结构。
所述功率单元柜的密封空间中完成自循环流动而进行热交换的空气能够保持其洁净度，不受外界环境污染。
所述金属水管是铜管，铝或铝合金管，钢、铝复合管。
本实用新型是一种带有自循环冷风装置的高压变频器功率单元柜，该装置充分利用现有功率单元柜的结构特点和散热途径，无须对现有设备进行较大的技术改造(实质上，该实用新型能相应简化功率单元柜的结构设计)，只要将传统的功率单元柜的防尘网柜门简化为密封门，再对出风通道进行改进，在该通道内设置一个热交换器和增添一个轴流风扇，就能够较好地解决现有的功率单元柜在散热问题上的缺陷，该装置结构简单、实用，制造、使用和维护的成本低廉，装置运行时既不会受到重化工行业环境污染的影响，也不会对周围环境产生新的污染，有利于保护高压变频设备，延长其电子器件的使用寿命，其中热交换器的高温水还可以进行能源综合利用，功效显著。因此，本实用新型具有很好的推广应用前景。
附图说明
图1是高压变频器的主要部件-功率单元的外观图。
图2是高压变频器单元柜的结构组成示意图。
图3是本实用新型带有自循环冷风装置的高压变频器功率单元柜的实施例结构组成示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
参见图3，介绍本实用新型带有自循环冷风装置的高压变频器功率单元柜的结构组成。该功率单元柜11的柜体内排列、重叠放置有多个设有冷却散热风道的功率单元10，在柜体顶侧、安设有风机1，用于将流经各个功率单元10的散热风道、并汇总于密封腔12中的热空气进行增压后，再经由出风通道8送出柜外。在该出风通道8中设置一个热交换器6，该热交换器6内设有金属水管7(即铜管，铝或铝合金管，钢、铝复合管)，利用该水管7中的冷却水对进入出风通道8的热空气进行隔离冷却，将其转换为冷空气排出。图中5是进水口，4是出水口。该出风通道8的进风口直接密封连接风机1的送风口，其出风口直接密封连接该功率单元柜11的进风口，并且，在该功率单元柜11的进风口处设有一个轴流风扇9。此外，将该功率单元柜11的柜门为密封门，关闭柜门后，该功率单元柜11内部就呈密封状态，并藉由该出风连接通道8使该功率单元柜11的内部构成冷、热空气在其中进行自循环流动的密封空间。
本实用新型的热交换器6的结构组成是：金属水管7自上而下、呈盘状或螺旋状地直接设置在出风通道内，该水管7贯穿、紧贴安装有多个栅栏状散热翅片3，散热翅片3呈纵向整齐地排列在该出风连接通道8内。水管7的进水口5和回水口4分别设置在出风通道8的外侧。当热空气从机柜顶部的进风口进入出风通道8后，将会自前而后顺序、贯穿经过热交换器6的散热翅片7，由于与此同时有低温水由进水口5流经金属水管7后，再从回水口4流出的过程中，吸收热空气的热量并使其冷却而完成热交换。经过热交换器6冷却后的空气就变成冷空气，再经由出风通道8重新进入单元柜11的顶侧，又开始对其中功率单元10进行风冷。轴流风扇9的作用是提高风速，增加其降温功效。
本实用新型在其密封空间中完成自循环流动而进行热交换的空气能够保持其洁净度，不受外界环境污染。
Claims (6)
1、一种带有自循环冷风装置的高压变频器功率单元柜，该功率单元柜的柜体内排列、重叠放置有多个设有冷却散热风道的功率单元，在柜体顶侧、安设有风机，用于将流经各个功率单元的散热风道、并汇总于密封腔中的热空气进行增压后，经由出风通道排出柜外；其特征在于：该装置对所述出风通道进行下述改进：所述出风通道中增设一个热交换器，该热交换器内设有金属水管，以便利用该水管中的冷水对进入出风通道的热空气进行隔离冷却，将其转换为冷空气排出；该出风通道的出风口直接密封连接该功率单元柜的进风口，且该功率单元柜的柜门改为密封门，关闭柜门后，使得该功率单元柜内呈密封状态，从而藉由该出风连接通道使该功率单元柜体内部构成冷、热空气在其中进行自循环流动的密封空间。
2、根据权利要求1所述的高压变频器功率单元柜，其特征在于：所述出风通道在与功率单元柜的进风口的连接处设有一个轴流风扇。
3、根据权利要求1所述的高压变频器功率单元柜，其特征在于：所述热交换器的结构组成是：金属水管自上而下、呈盘状或螺旋状地直接设置在出风通道内，该水管贯穿、紧贴安装有多个栅栏状散热片，水管的进水口和回水口分别设置在出风通道的外侧。
4、根据权利要求1所述的高压变频器功率单元柜，其特征在于：所述出风通道的进风口位于该功率单元柜顶部的风机的排风口时，该出风通道的出风口可以直接设置在该功率单元柜的柜顶部位，以简化该出风通道的结构。
5、根据权利要求1所述的用于高压变频器功率单元柜，其特征在于：所述功率单元柜的密封空间中完成自循环流动而进行热交换的空气能够保持其洁净度，不受外界环境污染。
6、根据权利要求1所述的用于高压变频器功率单元柜，其特征在于：所述金属水管是铜管，铝或铝合金管，钢、铝复合管。
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