CN102510226A - 兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜，包括：柜体、整流单元、逆变单元、第一和第二离心风扇和第一和第二水冷管路，整流单元中第一IGBT模块和第一电容矩阵设在第一底板的第一表面上，第一底板与柜体的前后板和第一侧板围成第一风道；逆变单元中第二IGBT模块和第二电容矩阵设在第二底板的第一表面上，第二底板与柜体的前后板和第二侧板围成第二风道，第一底板的第二表面与第二底板的第二表面相对且间隔开以形成底板间隙；第一和第二水冷管路设在底板间隙内，第一和第二冷却管路分别用于冷却第一IGBT模块和第二IGBT模块。根据本发明实施例的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜，结构紧凑、体积小且散热效果好。

Description

兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜
技术领域
本发明涉及风电变流器领域，尤其是涉及一种兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。我国风能资源丰富，近几年来国家政策大力扶持风电产业，国内在兆瓦级风电变流器的研发上也取得了较大进展。
作为风电变流器中核心单元的整流逆变单元，其结构分布、体积大小对整个变流器装置的体积结构有很大影响。目前，现有的整流逆变部分多以单相为单元，制成独立的可拆卸结构，虽然拆装方便，但导致整个整流逆变部分体积增大，进而影响整个风电变流器的体积及结构，使得整个风电变流器布局松散且体积大。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种结构紧凑且体积小的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜。
根据本发明实施例的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜，包括：柜体，所述柜体的上端设有第一和第二出风口，所述柜体的下部设有邻近所述柜体下端第一和第二进风口；整流单元，所述整流单元设在所述柜体内且包括第一底板、第一IGBT模块和第一电容矩阵，所述第一IGBT模块和第一电容矩阵设在所述第一底板的第一表面上，所述第一底板与所述柜体的前板、后板和第一侧板围成第一风道，所述第一风道分别与所述第一进风口和所述第一出风口连通；和
逆变单元，所述逆变单元设在所述柜体内且包括第二底板、第二IGBT模块和第二电容矩阵，所述第二IGBT模块和第二电容矩阵设在所述第二底板的第一表面上，所述第二底板与所述柜体的前板、后板和第二侧板围成第二风道，所述第二风道分别与所述第二进风口和所述第二出风口连通，其中所述第一底板的第二表面与所述第二底板的第二表面相对且间隔开以形成沿上下方向延伸的底板间隙；
第一和第二离心风扇，所述第一离心风扇设在所述第一风道的下部用于将冷风在所述第一风道内从所述第一进风口朝向所述第一出风口吹送，所述第二离心风扇设在所述第二风道的下部用于将冷风在所述第二风道内从所述第二进风口朝向所述第二出风口吹送；和
第一和第二水冷管路，所述第一和第二水冷管路设在所述底板间隙内，所述第一冷却管路用于冷却所述第一IGBT模块且所述第二冷却管路用于冷却所述第二IGBT模块。
根据本发明实施例的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜，通过将第一IGBT模块和第一电容矩阵安装在第一底板上，将第二IGBT模块和第二电容矩阵安装在第二底板上，且将第一底板的第二表面与第二底板的第二表面相对且间隔开形成有底板间隙，在底板间隙中安装有第一水冷管路和第二水冷管路以分别冷却第一IGBT模块和第二IGBT模块，利用第一底板和第二底板与柜体的后板、前板和侧板围成的空间分别形成有第一风道和第二风道以分别冷却第一电容矩阵和第二电容矩阵，使得整流逆变单元柜的结构紧凑，体积小，且两种散热方式结合，显著提高了整流逆变单元柜的散热效果。
另外，根据本发明上述实施例的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述第一IGBT模块内设有第一冷却板，所述第二IGBT模块内设有第二冷却板，所述第一水冷管路穿过所述第一底板与所述第一冷却板相连且所述第二水冷管路穿过所述第二底板与所述第二冷却板相连，避免对第一IGBT模块和第二IGBT模块的损坏。
在本发明的一个实施例中，所述柜体的上端设有支承风道，所述支承风道具有底部入口和顶部出口，所述支承风道的底部入口与所述第一和第二出风口连通，热风经第一风道和第二风道汇聚在支承风道中然后向柜体外排出，防止热风回流到第一风道和第二风道内。
进一步地，所述支承风道内设有轴流风扇，用于将从所述第一风道和第二风道排出的风从所述顶部出口排出，有效的防止了热风回流到第一风道和第二风道内。
根据本发明的一个实施例，所述第一底板的第二表面上设有第一绝缘垫板，所述第一电容矩阵内的第一电容穿过所述第一底板固定在所述第一绝缘垫板上，所述第二底板的第二表面上设有第二绝缘垫板，所述第二电容矩阵内的第二电容穿过所述第二底板固定在所述第二绝缘垫板上，实现了第一电容矩阵与第一底板和第二电容矩阵与第二底板之间的电气绝缘。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜的外形后视图；
图2是图1所示的整流逆变单元柜的外形左视图；
图3是图1所示的整流逆变单元柜内部的示意图；和
图4是图3所示的整流逆变单元柜内部的左视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的一种兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜100。
根据本发明实施例的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜100，包括：柜体1、整流单元2、逆变单元4、第一离心风扇7、第二离心风扇8、第一水冷管路(图未示出)和第二水冷管路(图未示出)，其中，柜体1的上端设有第一出风口13和第二出风口14，柜体1的下部设有邻近柜体1下端第一进风口15和第二进风口16。
整流单元2设在柜体1内且包括第一底板20、第一IGBT模块21和第一电容矩阵22，第一IGBT模块21和第一电容矩阵22设在第一底板20的第一表面(如图3所示的左表面)上，第一底板20与柜体1的前板(图未示出)、后板30和第一侧板31围成第一风道3，第一风道3分别与第一进风口15和第一出风口13连通，即整流单元2位于第一风道3内，且在本发明的一个示例中，第一IGBT模块21为从上到下排列的三相IGBT模块。
逆变单元4设在柜体1内且包括第二底板40、第二IGBT模块41和第二电容矩阵42，第二IGBT模块41和第二电容矩阵42设在第二底板40的第一表面(如图3所示的右表面)上，第二底板20与柜体1的前板(图未示出)、后板30和第二侧板(图未示出)围成第二风道5，第二风道5分别与第二进风口16和第二出风口14连通，即逆变单元4位于第二风道5内，在本发明的一个示例中，第二IGBT模块41为从上到下排列的三相IGBT模块，其中第一底板20的第二表面(如图3所示的右表面)与第二底板40的第二表面(如图3所示的左表面)相对且间隔开以形成沿上下方向延伸的底板间隙6。
第一离心风扇7设在第一风道3的下部用于将冷风在第一风道3内从第一进风口15朝向第一出风口13吹送，第二离心风扇8设在第二风道5的下部用于将冷风在第二风道5内从第二进风口16朝向第二出风口14吹送。
第一水冷管路和第二水冷管路设在底板间隙6内，第一冷却管路用于冷却第一IGBT模块21且第二冷却管路用于冷却第二IGBT模块41。
根据本发明实施例的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜100，通过将第一IGBT模块21和第一电容矩阵22安装在第一底板20上，将第二IGBT模块41和第二电容矩阵42安装在第二底板40上，且将第一底板20的第二表面与第二底板40的第二表面相对且间隔开形成有底板间隙6，在底板间隙6中安装有第一水冷管路和第二水冷管路以分别冷却第一IGBT模块21和第二IGBT模块41，利用第一底板20和第二底板40与柜体1的后板30、前板和侧板围成的空间分别形成有第一风道3和第二风道5以分别冷却第一电容矩阵22和第二电容矩阵42，使得整流逆变单元柜100的结构紧凑，体积小，且两种散热方式结合，显著提高了整流逆变单元柜100的散热效果。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，第一IGBT模块21内设有第一冷却板24，第二IGBT模块41内设有第二冷却板44，第一水冷管路穿过第一底板20与第一冷却板24相连且第二水冷管路穿过第二底板40与第二冷却板44相连，避免对第一IGBT模块21和第二IGBT模块41的损坏。
如图1-图4所示，根据本发明的一个实施例，柜体1的上端设有支承风道9，支承风道9具有底部入口91和顶部出口92，支承风道9的底部入口91与第一出风口13和第二出风口14连通，热风经第一风道3和第二风道5汇聚在支承风道9中然后向柜体1外排出，防止热风回流到第一风道3和第二风道5内。
进一步地，支承风道9内设有轴流风扇90，用于将从第一风道3和第二风道5排出的风从顶部出口92排出，有效的防止了热风回流到第一风道3和第二风道5内。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，第一底板20的第二表面上设有第一绝缘垫板23，第一电容矩阵22内的第一电容(图未示出)穿过第一底板20固定在第一绝缘垫板23上，第二底板40的第二表面上设有第二绝缘垫板43，第二电容矩阵42内的第二电容(图未示出)穿过第二底板40固定在第二绝缘垫板43上，实现了第一电容矩阵22与第一底板20和第二电容矩阵42与第二底板40之间的电气绝缘。
可选地，柜体1由绝缘材料制成，以减小与整流单元2和逆流单元4之间的间距，扩大内部空间，提高散热效果。
下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜100的组装及散热过程。
先将第一IGBT模块21和第一电容矩阵22安装在第一底板20的第一表面上，将第二IGBT模块41和第二电容矩阵42安装在第二底板40的第一表面上。且第一电容矩阵22内的第一电容穿过第一底板20固定在第一绝缘垫板23上，第二电容矩阵42内的第二电容穿过第二底板40固定在第二绝缘垫板43上。
然后将第一水冷管路穿过第一底板20与第一IGBT模块21内的第一冷却板24相连，第一水冷管路冷却第一IGBT模块21，第二水冷管路穿过第二底板40与第二IGBT模块41内的第二冷却板44相连，第二水冷管路冷却第二IGBT模块41。
将整流单元2和逆变单元4设置在柜体1内，且将第一底板20的第二表面和第二底板40的第二表面相对且沿左右间隔开放置以形成沿上下方向延伸的底板间隙6，第一水冷管路和第二水冷管路位于底板间隙6内。
此时，第一底板20与柜体1的前板、后板30和第一侧板31形成有第一风道3，即整流单元2位于第一风道3内，第二底板40与柜体1的前板、后板30和第二侧板形成有第二风道5，即逆变单元4位于第二风道5内。
当兆瓦级风电变流器的整流逆变单元100运行时，如图3中箭头所示，第一离心风扇7转动将冷风从第一进风口15吹入第一风道3内，然后冷风经第一电容矩阵22将热量带走后变成热风从第一出风口13吹出，同时第二离心风扇8转动将冷风从第二进风口16吹入第二风道5内，冷风经第二电容矩阵42将热量带走变成热风从第二出风口14吹出，热风汇聚在支承风道9内，最后由安装在支承风道9上方的轴流风扇90带到柜体1外部，最终实现对第一电容矩阵22和第二电容矩阵42的强迫风冷。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜，其特征在于，包括：
柜体，所述柜体的上端设有第一和第二出风口，所述柜体的下部设有邻近所述柜体下端第一和第二进风口；
整流单元，所述整流单元设在所述柜体内且包括第一底板、第一IGBT模块和第一电容矩阵，所述第一IGBT模块和第一电容矩阵设在所述第一底板的第一表面上，所述第一底板与所述柜体的前板、后板和第一侧板围成第一风道，所述第一风道分别与所述第一进风口和所述第一出风口连通；和
逆变单元，所述逆变单元设在所述柜体内且包括第二底板、第二IGBT模块和第二电容矩阵，所述第二IGBT模块和第二电容矩阵设在所述第二底板的第一表面上，所述第二底板与所述柜体的前板、后板和第二侧板围成第二风道，所述第二风道分别与所述第二进风口和所述第二出风口连通，其中所述第一底板的第二表面与所述第二底板的第二表面相对且间隔开以形成沿上下方向延伸的底板间隙；
第一和第二离心风扇，所述第一离心风扇设在所述第一风道的下部用于将冷风在所述第一风道内从所述第一进风口朝向所述第一出风口吹送，所述第二离心风扇设在所述第二风道的下部用于将冷风在所述第二风道内从所述第二进风口朝向所述第二出风口吹送；和
第一和第二水冷管路，所述第一和第二水冷管路设在所述底板间隙内，所述第一冷却管路用于冷却所述第一IGBT模块且所述第二冷却管路用于冷却所述第二IGBT模块。
2.根据权利要求1所述的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜，其特征在于，所述第一IGBT模块内设有第一冷却板，所述第二IGBT模块内设有第二冷却板，所述第一水冷管路穿过所述第一底板与所述第一冷却板相连且所述第二水冷管路穿过所述第二底板与所述第二冷却板相连。
3.根据权利要求1或2所述的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜，其特征在于，所述柜体的上端设有支承风道，所述支承风道具有底部入口和顶部出口，所述支承风道的底部入口与所述第一和第二出风口连通。
4.根据权利要求1-3任一项所述的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜，其特征在于，所述支承风道内设有轴流风扇，用于将从所述第一风道和第二风道排出的风从所述顶部出口排出。
5.根据权利要求1所述的兆瓦级风电变流器的整流逆变单元柜，其特征在于，所述第一底板的第二表面上设有第一绝缘垫板，所述第一电容矩阵内的第一电容穿过所述第一底板固定在所述第一绝缘垫板上，所述第二底板的第二表面上设有第二绝缘垫板，所述第二电容矩阵内的第二电容穿过所述第二底板固定在所述第二绝缘垫板上。
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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20120620

Assignee: China Aerospace Science and engineering flying Technology Research Institute

Assignor: Beijing Institute of Power Machinery

Contract record no.: 2015990000497

Denomination of invention: Rectifying and inverting unit cabinet of megawatt-level wind-power converter

Granted publication date: 20140625

License type: Exclusive License

Record date: 20150625

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model