CN104092358B - 一种功率柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率柜，机柜内上部主风道I、II、III内的三组功率组件的直流侧引出排与套装有电流霍尔传感器的直流汇流排1C1连接，机柜内下部主风道I、II、III内的三组功率组件的直流侧引出排与直流汇流排1D1连接，机柜后副风道内主风道I内的二组功率组件的交流侧引出排各自通过快速熔断器与套装有电流互感器的交流汇流排1U1连接，主风道II内的二组功率组件的交流侧引出排各自通过快速熔断器与交流汇流排1V1连接，主风道III内的二组功率组件的交流侧引出排各自通过快速熔断器与套装有流互感器的交流汇流排1W1连接，主风道结构增强了产品的互换性；副风道结构既能快速散热，又能对输入母线起到防护作用。功率组件结构设计，使设备容量瞬时过载到4500A。

Description

一种功率柜

技术领域

本发明涉及一种功率柜，在冶金行业、起重行业及电力机车等领域应用广泛，主要用于原装直流调速系统的改制扩容使用。

背景技术

目前国际国内传动产业中，直流传动驱动系统大多采用改制扩容的方案，改制扩容方案的一个关键环节就是电枢回路的扩容。现有其他厂家生产的功率柜，多采用整体式风道设计，组件的安装和更换很不方便，且浪费了大量的循环风，散热效果差、不能够发挥电器元件的最大能力，当需要大功率供电设备时只能采取并联的方案，造价高且系统复杂易发生故障等缺点。功率组件的散热器尺寸不够标准通用性差，且型材整体重量过轻，散热面积小，无法满足晶闸管的散热要求。快速熔断器与功率组件设在同一风道内且没有隔板分离，当出现快速熔断器熔断时时极易造成弧光短路，是故障扩大造成不必要的损失。

发明内容

鉴于现有技术的状况，本发明提供了一种功率柜，采用模块化设计方案，标准的铝型材散热器配合抽屉式风道构成设备的主风道，增强了产品的互换性；柜体的后侧增加1个副风道有利于快速熔断器的散热，同时形成一个封闭的母线室提高了电气防护等级；交、直流母线分别布置在柜体前后增强了各自的独立性和抗干扰性，同时也有足够的空间加大母线的规格，使得设备整体容量达到3500A。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种功率柜，包括固定在框架上的左侧板、右侧板、前门、后门、上风斗构成的机柜，还包括功率组件、快速熔断器、电流霍尔传感器、电流互感器、交流汇流排1W1、交流汇流排1V1、交流汇流排1U1、直流汇流排1C1、直流汇流排1D1，其特征在于：在机柜左框架和右框架对称设置的上横梁和下横梁上，分别间隔的固定两根弯板，在上下对称的两根弯板的左右两端上分别固定一个梯形支架，在两个对应设置的梯形支架上分别固定一张挡板，在两个梯形支架的立柱上，从上至下分别固定有第一对风道横梁、第二对风道横梁、第三对风道横梁、第四对风道横梁，在每对风道横梁上对称设有的三个凹槽中分别镶嵌一个导轨，第一对风道横梁与第二对风道横梁上分别设有的三个导轨相对应，第三对风道横梁与第四对风道横梁上分别设有的三个导轨相对应，在第一对风道横梁与第二对风道横梁上及第三对风道横梁与第四对风道横梁上分别设有两张隔板，所述两张挡板、四张隔板构成了上部下部贯通的主风道I、主风道II、主风道III，在机柜前端的第二对风道横梁与第三对风道横梁的面上对称设有数个转接端子，在上部下部贯通的主风道I、主风道II、主风道III内分别固定两组功率组件，在机柜前端，上部的主风道I、主风道II、主风道III固定的三组功率组件的直流侧引出排分别与直流汇流排1C1的一端连接，直流汇流排1C1的另一端上套装一个电流霍尔传感器，下部的主风道I、主风道II、主风道III固定的三组功率组件的直流侧引出排分别与直流汇流排1D1连接，在机柜后端，上部下部贯通的主风道I内固定的二组功率组件的交流侧引出排各自通过一个快速熔断器分别与交流汇流排1U1的一端连接，交流汇流排1U1的另一端上套装一个电流互感器，上部下部贯通的主风道II内固定的二组功率组件的交流侧引出排各自通过一个快速熔断器分别与交流汇流排1V1连接，上部下部贯通的主风道III内固定的二组功率组件的交流侧引出排各自通过一个快速熔断器分别与交流汇流排1W1的一端连接，交流汇流排1W1的另一端上套装一个电流互感器，在两个梯形支架的侧端分别与一张风道挡风板的一端固定，两张风道挡风板的另一端固定一张风道背板，在两张风道挡风板的上端固定一张带有数个通风窗的风道顶板，所述两张风道挡风板、一张风道背板和一张风道顶板构成了副风道，主风道I、主风道II、主风道III的出风口及副风道上的数个通风窗设置在上风斗内，在上风斗（18）的出风口处固定风机。

我们研制新型功率柜在以下四个方面具有其先进性：

1.采用模块化设计方案，标准的铝型材散热器配合抽屉式风道构成设备的主风道，增强了产品的互换性；柜体的后侧增加一个副风道结构，即是母线室，又是副风道，既能让快速熔断器强迫风冷，又能起到输入母线防护的作用。

2.在副风道顶部安装风道顶板，起到为主、副风道分配风量的作用，使得风道内的电器元件都能接受强迫风冷，且能满足各自温升要求。

3.配套自主研发的功率组件，功率组件的交流侧引出排及直流侧引出排比原有规格增大50%，配合外部汇流母线双并规格的使用，使得设备容量增加到3500A，瞬时过载到4500A。

4.电流检测元件由传统的分流器改为霍尔元件电流霍尔传感器，即起到高低压信号隔离的作用又降低了局部元件的工作温度，同时还提高了检测精度。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的后视图；

图4为本发明没装风道背板的后视图；

图5为本发明的侧视图；

图6为本发明机柜的结构示意图；

图7为本发明风道顶板的结构示意图；

图8为本发明功率组件的结构示意图；

图9为本发明功率组件的主视图；

图10为本发明功率组件的结构分解示意图；

图11为本发明电路连接示意图。

具体实施方式

如图1至图11所示，一种功率柜，包括固定在框架上的左侧板、右侧板、前门、后门、上风斗18构成的机柜1，还包括功率组件20、快速熔断器22、电流霍尔传感器23、电流互感器24、交流汇流排1W125、交流汇流排1V126、交流汇流排1U127、直流汇流排1C128、直流汇流排1D129。

功率组件20，包括散热器I20-1、散热器II20-2、散热器III20-3、前挡风板20-4、后挡风板20-5、导槽20-6、连接排20-7、交流侧引出排20-8、直流侧引出排20-9、晶闸管20-10、电阻20-12、电容20-13，还包括内风道板20-11，内风道板20-11由设为一体的立板20-11-1和上横板20-11-2及下横板20-11-3三者构成。

在上横板20-11-2及下横板20-11-3上对称设有数个通风孔20-11-23。

导槽20-6为U形状，在导槽20-6的水平面上设有通槽20-6-1。

将电阻20-12和电容20-13分别固定在前挡风板20-4的内面，并用高压导线连接好以备后期使用。将散热器II20-2置于散热器III20-3的上方通过连接排20-7用螺钉固定在一起，将交流侧引出排20-8的一端通过两个M8螺栓固定在散热器I20-1上，将直流侧引出排20-9一端通过两个M8螺栓固定在散热器III20-3上，交流侧引出排20-8和直流侧引出排20-9与散热器I20-1和散热器III20-3的连接处上分别涂有一层导电膏，从而防止接触面的电化腐蚀，保证足够有效的接触面积，以减少温升及电能损耗。将后挡风板20-5、散热器I20-1、以固定在一起的散热器II20-2和散热器III20-3、内风道板20-11、前挡风板20-4依次排列在一起通过上下各一个导槽20-6用螺栓整体固定在一起，两个导槽20-6上设有的通槽20-6-1分别与前挡风板20-4、后挡风板20-5上下端面上设有的槽相通，内风道板20-11与前挡风板20-4之间构成了一个内风道20-11-4-1，内风道20-11-4-1的设计是为了使冷却风从散热器中通过，在内风道20-11-4-1中安装用于过电压吸收的电阻20-12和电容20-13，为了给电阻20-12、电容20-13散热，在内风道板20-11的上横板20-11-2及下横板20-11-3上对称开有数个通风孔20-11-23，通风孔20-11-23的大小、多少、形状的设计充分考虑到电阻20-12、电容20-13散热的需要，同时也兼顾风道导流的作用。交流侧引出排20-8的另一端穿过后挡风板20-5上的矩形孔伸出后挡风板20-5外，直流侧引出排20-9的另一端依次穿过内风道板20-11和前挡风板20-4上的矩形孔伸出前挡风板20-4外，在交流侧引出排20-8另一端上设有的对外连接用的两个连接孔，孔径与孔距符合相应国标；在直流侧引出排20-9另一端上设有的对外连接用的四个连接孔，孔径与孔距符合配套快速熔断器安装孔的要求。两个所述晶闸管20-10分别压装在散热器I20-1与散热器II20-2之间以及散热器I20-1与散热器III20-3之间。

交流侧引出排20-8、直流侧引出排20-9均选用80㎜×8㎜的铜母线排，长期接通电流达到1300A左右，短时过载能力更强。

散热器I20-1、散热器II20-2、散热器III20-3均采用铝型材散热器。

在机柜1左框架和右框架对称设置的上横梁1-1和下横梁1-2上，分别间隔的螺装两根弯板2，在上下对称的两根弯板2的左右两端上分别螺装一个梯形支架3，在两个对应设置的梯形支架3上分别螺装固定一张挡板4，在两个梯形支架3的立柱上，从上至下分别螺装固定有第一对风道横梁5、第二对风道横梁6、第三对风道横梁7、第四对风道横梁8，在每对风道横梁上对称设有的三个凹槽中分别镶嵌一个导轨9，第一对风道横梁5与第二对风道横梁6上分别嵌有的三个导轨9相对应，第三对风道横梁7与第四对风道横梁8上分别嵌有的三个导轨9相对应，在第一对风道横梁5与第二对风道横梁6上及第三对风道横梁7与第四对风道横梁8上分别插装两张隔板10，两张挡板4、四张隔板10构成了上部下部贯通的主风道I11、主风道II12、主风道III13，在机柜1前端的第二对风道横梁6与第三对风道横梁7的面上对称螺装有数个转接端子17，在上部下部贯通的主风道I11、主风道II12、主风道III13内分别固定两组功率组件20，每组功率组件20是通过上下导槽20-6设有的通槽20-6-1插入到每个上部下部主风道内上下对称嵌有的导轨9中并螺装固定在风道横梁8上。在机柜1前端，上部的主风道I11、主风道II12、主风道III13固定的三组功率组件20即三组共阴极功率组件的直流侧引出排20-9分别与直流汇流排1C128的一端通过螺栓连接，所有连接面涂抹导电膏，直流汇流排1C128的另一端上依据电流流向正确的套装一个电流霍尔传感器23，下部的主风道I11、主风道II12、主风道III13固定的三组功率组件20即三组共阳极功率组件的直流侧引出排20-9分别与直流汇流排1D129通过螺栓连接，所有连接面涂抹导电膏，在机柜1后端，上部下部贯通的主风道I11内固定的二组功率组件20的交流侧引出排20-8各自通过一个快速熔断器22分别与交流汇流排1U127的一端通过螺栓连接，交流汇流排1U127的另一端上依据电流流向正确的套装一个电流互感器24，上部下部贯通的主风道II12内固定的二组功率组件20的交流侧引出排20-8各自通过一个快速熔断器22分别与交流汇流排1V126通过螺栓连接，上部下部贯通的主风道III13内固定的二组功率组件20的交流侧引出排20-8各自通过一个快速熔断器22分别与交流汇流排1W125的一端通过螺栓连接，交流汇流排1W125的另一端上依据电流流向正确的套装一个电流互感器24，每个快速熔断器22与交流侧引出排20-8及交流汇流排1U127、交流汇流排1V126、交流汇流排1W125接触面匀涂有导电膏，在两个梯形支架3的侧端分别与一张风道挡风板14的一端螺接固定，两张风道挡风板14的另一端螺接固定一张风道背板15，在两张风道挡风板14的上端螺接固定一张带有数个通风窗16-1的风道顶板16，两张风道挡风板14、一张风道背板15和一张风道顶板16构成了副风道，主风道I11、主风道II12、主风道III13的出风口及副风道上的数个通风窗16-1设置在上风斗18内，在上风斗18的出风口处螺接固定风机19。

电路连接为：主风道I11内的二组功率组件20的交流侧引出排20-8各自通过一个快速熔断器22连接交流汇流排1U127，主风道II12内的二组功率组件20的交流侧引出排20-8各自通过一个快速熔断器22连接交流汇流排1V126，主风道III13内的二组功率组件20的交流侧引出排20-8各自通过一个快速熔断器22连接交流汇流排1W125，上部的主风道I11、主风道II12、主风道III13内的三组功率组件20即三组共阴极功率组件的直流侧引出排20-9接直流汇流排1C128，下部的主风道I11、主风道II12、主风道III13内的三组功率组件20即三组共阳极功率组件的直流侧引出排20-9分别与直流汇流排1D129连接，每组功率组件20的正组门极触发线G1HK1、反组门极触发线G2HK2分别与一个转接端子17连接。

功率柜，是一种变流设备，主要应用晶闸管组件或二极管组件作为功率器件，并配备相应的风道系统进行散热，从而得到更大的电流输出，配合改装后直流调速器可为设备提供直流电源。

我们研制的新一代功率柜结构，设有主、副风道结构，充分发挥了散热器及晶闸管的能力，也为快速熔断器的散热起到了很大的作用。使得直流输出额定电流远大于原有1500A的容量，在单只晶闸管的变流系统中，能够满足直流输出额定电流在3500A以下的供电及控制，并能实现在海拔3000米以下系统无需降容，模块化的设计便于维护更换，功率组件尺寸标准化程度高互换性强，降低了用户备品备件成本，交直流母线分别布置进一步提高了系统的耐压能力，霍尔传感器作为电流反馈元件避免了传统分流器已发生高压触电的危险。

Claims (4)

1.一种功率柜，包括固定在框架上的左侧板、右侧板、前门、后门、上风斗（18）构成的机柜（1），还包括功率组件（20）、快速熔断器（22）、电流霍尔传感器（23）、电流互感器（24）、交流汇流排1W1（25）、交流汇流排1V1（26）、交流汇流排1U1（27）、直流汇流排1C1（28）、直流汇流排1D1（29），其特征在于：在机柜（1）左框架和右框架对称设置的上横梁（1-1）和下横梁（1-2）上，分别间隔的固定两根弯板（2），在上下对称的两根弯板（2）的左右两端上分别固定一个梯形支架（3），在两个对应设置的梯形支架（3）上分别固定一张挡板（4），在两个梯形支架（3）的立柱上，从上至下分别固定有第一对风道横梁（5）、第二对风道横梁（6）、第三对风道横梁（7）、第四对风道横梁（8），在每对风道横梁上对称设有的三个凹槽中分别镶嵌一个导轨（9），第一对风道横梁（5）与第二对风道横梁（6）上分别设有的三个导轨（9）相对应，第三对风道横梁（7）与第四对风道横梁（8）上分别设有的三个导轨（9）相对应，在第一对风道横梁（5）与第二对风道横梁（6）上及第三对风道横梁（7）与第四对风道横梁（8）上分别设有两张隔板（10），所述两张挡板（4）、四张隔板（10）构成了上部下部贯通的主风道I（11）、主风道II（12）、主风道III（13），在机柜（1）前端的第二对风道横梁（6）与第三对风道横梁（7）的面上对称设有数个转接端子（17），在上部下部贯通的主风道I（11）、主风道II（12）、主风道III（13）内分别固定两组功率组件（20），在机柜（1）前端，上部的主风道I（11）、主风道II（12）、主风道III（13）固定的三组功率组件（20）的直流侧引出排（20-9）分别与直流汇流排1C1（28）的一端连接，直流汇流排1C1（28）的另一端上套装一个电流霍尔传感器（23），下部的主风道I（11）、主风道II（12）、主风道III（13）固定的三组功率组件（20）的直流侧引出排（20-9）分别与直流汇流排1D1（29）连接，在机柜（1）后端，上部下部贯通的主风道I（11）内固定的二组功率组件（20）的交流侧引出排（20-8）各自通过一个快速熔断器（22）分别与交流汇流排1U1（27）的一端连接，交流汇流排1U1（27）的另一端上套装一个电流互感器（24），上部下部贯通的主风道II（12）内固定的二组功率组件（20）的交流侧引出排（20-8）各自通过一个快速熔断器（22）分别与交流汇流排1V1（26）连接，上部下部贯通的主风道III（13）内固定的二组功率组件（20）的交流侧引出排（20-8）各自通过一个快速熔断器（22）分别与交流汇流排1W1（25）的一端连接，交流汇流排1W1（25）的另一端上套装一个电流互感器（24），在两个梯形支架（3）的侧端分别与一张风道挡风板（14）的一端固定，两张风道挡风板（14）的另一端固定一张风道背板（15），在两张风道挡风板（14）的上端固定一张带有数个通风窗（16-1）的风道顶板（16），所述两张风道挡风板（14）、一张风道背板（15）和一张风道顶板（16）构成了副风道，主风道I（11）、主风道II（12）、主风道III（13）的出风口及副风道上的数个通风窗（16-1）设置在上风斗（18）内，在上风斗（18）的出风口处固定风机（19）。

2.根据权利要求1所述的一种功率柜，所述功率组件（20），包括散热器I（20-1）、散热器II（20-2）、散热器III（20-3）、前挡风板（20-4）、后挡风板（20-5）、导槽（20-6）、连接排（20-7）、交流侧引出排（20-8）、直流侧引出排（20-9）、晶闸管（20-10）、电阻（20-12）、电容（20-13），其特征在于：还包括内风道板（20-11），所述内风道板（20-11）由设为一体的立板（20-11-1）和上横板（20-11-2）及下横板（20-11-3）三者构成，在上横板（20-11-2）及下横板（20-11-3）上对称设有数个通风孔（20-11-4）；所述电阻（20-12）和电容（20-13）分别固定在前挡风板（20-4）的内面，所述散热器II（20-2）置于散热器III（20-3）上方通过连接排（20-7）固定在一起，所述交流侧引出排（20-8）的一端通过导电膏与散热器I（20-1）固定在一起，所述直流侧引出排（20-9）的一端通过导电膏与与散热器III（20-3）固定在一起，所述后挡风板（20-5）、散热器I（20-1）、固定在一起的散热器II（20-2）和散热器III（20-3）、内风道板（20-11）、前挡风板（20-4）依次排列在一起通过上下各一个导槽（20-6）固定在一起，内风道板（20-11）与前挡风板（20-4）之间构成为内风道（20-11-5），交流侧引出排（20-8）的另一端穿过后挡风板（20-5）上的矩形孔伸出后挡风板（20-5）外，直流侧引出排（20-9）的另一端依次穿过内风道板（20-11）和前挡风板（20-4）上的矩形孔伸出前挡风板（20-4）外，两个所述晶闸管（20-10）分别压装在散热器I（20-1）与散热器II（20-2）之间以及散热器I（20-1）与散热器III（20-3）之间。

3.根据权利要求2所述的一种功率柜，其特征在于：所述导槽（20-6）为U形状，在导槽（20-6）的水平面上设有通槽（20-6-1）。

4.根据权利要求2所述的一种功率柜，其特征在于：所述交流侧引出排（20-8）、直流侧引出排（20-9）均选用80㎜×8㎜的铜母线排。