CN105099220A - 电力电子设备的壳体装置 - Google Patents

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Abstract

电力电子设备的壳体装置，包括一个电源模块或数个完全相同的电源模块(ML1…MW1)，每个模块具有至少一个连接到危险电压的部件，装置还包括具有用于至少一个电源模块(ML1…MW1)的空间的壳体部件(6)。每个电源模块包括基本上包围电源模块(ML1…MW1，MU1)并且包括电绝缘材料的封闭部件(5,10)。电源模块的所有外部连接放置在封闭部件(5,10)的一单个壁上。电源模块(ML1…MW1，MU1)和电源模块的封闭部件(5,10)被布置使得当电源模块(ML1…MW1，MU1)安装到壳体部件(6)，电源模块(ML1…MW1，MU1)与壳体部件(6)电绝缘，并且电源模块(ML1…MW1，MU1)的外部连接指向壳体部件的正面。

Description

电力电子设备的壳体装置
技术领域
本发明涉及电子设备的壳体装置。本发明尤其涉及封闭的电力电子设备的壳体装置，特别是在中压环境中。
背景技术
本领域已知的是在高功率应用(例如，超过1MW)中，相较于低压，重型电机中的中压(即，高于1kV)由于更低的电流水平存在某些优势。如果需要控制轴的转速，那么速度控制器(例如变频器)自然需要针对相同的中压水平进行设计。
为了确保用户安全和电路的功能安全，必须根据国际安全标准(例如UL347A和IEC61800-5-1)保护连接到电网的设备的危险部件。通过利用间隙、爬电距离或绝缘材料制成的屏障在带电部件的周围设置足够的电气隔离来确保安全。
在电力电子构造中，散热片或其他金属结构经常作为基础元件(例如，电源模块的基础元件)，功率器件、母线支撑件、绝缘罩等附接在基础元件上。当使用典型的、传统的且现今的常用的安装方法时，处于安全考虑，电力电子设备被放置在接地的导电金属壳内部。如果是(例如)电力电子仪器，例如在图1和图2的示例中这意味着每个被通电的器件或电源模块都要求通过长间隙和高的隔开一定距离的绝缘体与壳体等的框架部件和壁分隔开，从而要求电气设备内有大量的容积来完成所要求的隔离。此外，例如，在检修的情况下，必须要特别小心以确保隔离布置的完整性，以及确保电力电子设备的壳体不会发生电气故障或违反对间隙的要求。
发明内容
本发明的目的是通过提出最小化电力电子设备的尺寸的解决方案来避免现有技术中的问题。所述电力电子设备包括一个模块或数个完全相同的电源模块(powermodule)，特别地电力电子设备在中压环境中工作。通过将电源模块的被通电的器件安装在基本由绝缘材料制成的封闭部件内实现本目的。通过这种方式，处于不同电位的模块之间、或模块与其内安装有电源模块的壳体部件的接地支撑框架之间不需要宽的间隙或爬电距离。因此，根据本发明的装置最小化了电子设备的总尺寸。
根据本发明的实施例，电源模块的所有外部连接都放置在电源模块的一个单个侧面上，有利地放置在正面上。如果连接在电源模块的正面上，即，当电源模块安装到壳体部件时在面向壳体部件的门的一侧上，那么连接是可见的，并且当打开壳体部件的门时易于装配和检查。由于绝缘的封闭材料，除了连接所位于的一侧，模块的其他侧不需要空余空间，这最小化其内安装有电源模块的壳体部件的要求尺寸。
根据本发明的实施例，电源模块可以在相对的外侧面上配置滑动条以使壳体内部的装配变得非常容易。
根据本发明的实施例，使用流体冷却模块，因此最小化了冷却器和整个模块的尺寸。
本发明能够应用于所有需要与它们的金属壳体部件隔离开的电力电子设备。最有利的应用范围是根据(例如)图1和图2的示例的中压环境中的装备。本发明仍然不只限于中压水平，也可应用于低于环境中。
在本说明书和下面的实施例的示例中更详细地解释本发明。独立权利要求和其他权利要求中的优选实施例限定保护范围。
附图说明
下面将参照附上的附图详细描述本发明的优选实施例，其中：
图1示出了模块化电气设备的主图；
图2示出了另一模块化电气设备的主图；
图3示出了现有技术的电源模块的壳体装置；
图4示出了根据本发明的电源模块的壳体装置；以及
图5示出了根据本发明的电源模块的壳体装置。
具体实施方式
图1以简化形式示出了中压电动机驱动装置的主图，所述中压电动机驱动装置包括变频器FC1和电动机M1。变频器包括6个完全相同的电源模块ML1…ML3，MU…MW，中间的直流总线电容器C1，C2和线路滤波器FILT。本示例中的每个模块已知为所谓的NPC(中性点箝位)拓扑，每个模块包括通过模块MU(4个IGBT开关Q1…Q4和6个二极管D1…D6)示出的电力电子器件。这种类型的变频器能够将供电网的固定电压和频率的电压转变成变压和变频的输出电压U、V、W，以给电动机M1供电。在这种情况下，电网侧的包括模块ML1…ML3的转换器是再生的，从能能够在两个方向上供电。
图2以简化方式示出了另一类型的中压电动机驱动装置的单线主图，其包括变频器FC2(例如，可从专利公开号为US5,625,545中了解)、以及电动机M2。这里的变频器包括具有一个一次绕组Wp和3N个二次绕组Ws的主变压器T1，其用于将输入三相中压Up转换成用于完全相同的电池CU1…CWN的数个隔离的输出低压。变频器的每个输出相(U，V，W)中，低压电池布置成层叠连接(例如，U相中的CU1…CUN)以实现用于给电动机M2供电的所要求的电压水平。
图3示出了如图1和图2所示的电池的机械实施和根据现有技术的放置在机柜内的电池的壳体装置的示例。为了清楚将图简化，只示出了正视图和从构思说明的角度看来必不可少的部件。
图中的左手部分示出了示例性的电池MU的主要部件。电池中，电力电气器件(IGBT开关Q1…Q4，二极管D1…D6)和外部连接件DC+、DC-、N、U安装在散热片HS上。图中的右手部分示出了电源模块MU…MW如何安装在机柜1的里面。因为电源模块是带电的，即，处于危险电位，所以电源模块和接地机柜部件被固定在隔板3上的隔开一定距离的绝缘体2隔离开。根据安全标准中给出的隔离规定，电池和接地壳体部件1在所有方向上都必须存在某个最小间隙g，电池和隔板3之间在隔开一定距离的绝缘体的表面上必须存在某个最小爬电距离c。如果在电池和机柜的壁之间有绝缘板4，那么电池能够更靠近机柜的接地壁放置，就像MV组件所示出的。
明显地，图1中的示例的变频器需要用于电网侧的电源模块ML1…ML3的另一类似的机柜。
图4示出电源模块(例如，电池)的机械实施及其根据本发明的壳体部件(例如机柜)内的壳体装置的示例。和图3相似地将该图简化。
如图中左手部分所示，电力电气器件和电源模块MU1(包含如图3中所述的相同主要部件)的部件放置在由电绝缘材料组成的封闭部件5中。根据本发明的有利的实施例，电源模块的所有外部连接都布置在封闭部件5的一个单个壁上，并且其他壁是完整(solid)的，基本上没有开口。在图4的示例中，外部连接和因此用于外部连接的全部必要的开口设置在正面上。通过这种布置，变频器的全部电源模块ML1…MW1(例如，图1中示出的)能够紧紧地装配到金属壳体部件6的内部，理论上在电源模块之间、或从电源模块到他们的支撑框架、或从电源模块到壳体部件的壁没有任何隔离空隙。
由于绝缘的封闭部件，允许基于功能而不是基于安全使带电电气器件和封闭部件的内壁之间的隔离空隙具有尺寸。因此这些隔离距离可以非常短，甚至是零。
根据图4中的中间部分，明显地，由于除去了封闭部件壁两侧上的宽的隔离空隙，相对于现有技术，整个模块化装备能够安装到窄得多的壳体部件部分的内部。图4的右手部分包括侧视图，侧视图示出了根据本发明的该示例，电源模块ML1…MW1如何装配到壳体部件的内部。由于绝缘的封闭材料，模块能够不需要隔离空隙而靠近壳体部件的后壁9放置，因此最小化了壳体部件所要求的深度尺寸。在这个示例性例子中，隔离距离g只有在壳体部件的金属门7和模块外部连接8之间是必须的。
图5示出了从正面看的根据本发明的电源模块MU2的机械实施的示例的立体简图。根据图4的壳体部件安装示例，电源模块的正面有利地指向壳体部件的门。电源模块在前壁12上设置有全部的外部连接(主电路连接DC+、DC-、N、U，控制连接CNT和流体冷却连接CL)，这就意味着带电部件周围的封闭部件10的可靠绝缘需要只在那个前壁12打开。为了简单安装到壳体部件，抽屉滑动条11可以安装在封闭部件10的两个外部侧壁上。在这种情况下，滑动条11的配对物(未示出)安装在壳体部件的侧壁上。
虽然参照前面的实施例描述了本发明，但是应当认识到本发明不限于这个实施例，并且在不背离本发明范围和精神(正如所附的权利要求中所限定的)的情况下，对于本领域技术人员来说很多修改和变化都是明显的。

Claims (12)

1.电力电子设备的壳体装置，所述壳体装置包括一个电源模块或数个完全相同的电源模块(ML1…MW1)，每个模块具有至少一个能连接到危险电压的部件，所述装置还包括壳体部件(6)，所述壳体部件(6)具有用于至少一个电源模块(ML1…MW1)的空间，
其特征在于：
每个电源模块包括封闭部件(5,10)，所述封闭部件(5,10)基本上包围所述电源模块(ML1…MW1)并且包括电绝缘材料，以及
所述电源模块的全部外部连接放置在所述封闭部件(5,10)的一个单个壁(12)上，以及
所述电源模块(ML1…MW1)的外部连接指向所述壳体部件的正面。
2.根据权利要求1所述的壳体装置，其中，所述电源模块的封闭部件(5,10)全部由电绝缘材料组成。
3.根据权利要求1或2所述的壳体装置，其中，所述封闭部件(5,10)基本上包围所述电源模块的电气部件，从而使得穿过封闭壁的用于外部连接的全部孔放置在一个壁上。
4.根据上述权利要求任一项所述的壳体装置，其中，所述电源模块(ML1…MW1)包括外部连接，例如，主电路连接(DC+，DC-，N，U)、控制连接(CNT)、和/或到流体冷却循环的连接(CL)。
5.根据上述权利要求任一项所述的壳体装置，其中，所述电源模块的封闭部件(5,10)还包括布置在所述电源模块的封闭部件(5,10)的两个相对的外侧面上的滑动条(11)，并且所述壳体部件(6)包括所述电源模块的滑动条的配对物。
6.根据上述权利要求任一项所述的壳体装置，其中，所述电力电子设备配置成连接到中压供给。
7.电力电子设备的电源模块(ML1…MW1)，所述电源模块(ML1…MW1)具有至少一个能连接到危险电压的部件，其特征在于：
所述电源模块包括封闭部件(5,10)，所述封闭部件(5,10)基本上包围所述电源模块(ML1…MW1)并且包括电绝缘材料，以及
所述电源模块(ML1…MW1，MU1)和所述电源模块的封闭部件(5,7)被布置，使得当将所述电源模块(ML1…MW1，MU1)安装到壳体部件(6)时，所述电源模块(ML1…MW1，MU1)与所述壳体部件(6)电绝缘，并且所述电源模块(ML1…MW1)的外部连接指向所述壳体部件的正面。
8.根据权利要求7所述的电源模块，其中，电力电气器件与所述封闭部件的内壁之间的隔离距离为零。
9.根据权利要求7或8所述的电源模块，其中，所述电源模块的封闭部件(5,10)全部由电绝缘材料组成。
10.根据权利要求7-9任一项所述的电源模块，其中，所述封闭部件(5,10)基本上包围所述电源模块的电气部件，从而使得穿过封闭壁的用于外部连接的全部孔都放置在一个壁上。
11.根据权利要求7-10任一项所述的电源模块，其中，所述电源模块(ML1…MW1)包括外部连接，例如，主电路连接(DC+，DC-，N，U)、控制连接(CNT)、以及到流体冷却循环的连接(CL)。
12.根据权利要求7-11任一项所述的电源模块，其中，所述电源模块的封闭部件(5,10)还包括布置在所述电源模块的封闭部件(5,10)的两个相对外侧面上的滑动条(11)。
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