CN106452106B - 变流器散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种变流器散热装置，包括可通有散热风的柜体，柜体沿散热风流通方向设置有分隔板，以将柜体内部分隔形成可安装电抗器的第一腔室，以及可安装功率模块的第二腔室，分隔板与功率模块密封连接，分隔板固定连接在柜体上设置有进风口的一端，分隔板沿垂直于散热风流通方向的两端与柜体内壁密封连接，第一腔室的两端分别连通进风口和出风口；分隔板沿散热风流通方向固定设置有输风管道，输风管道的两端分别连通进风口和出风口，分隔板设置有连通输风管道和第二腔室的通风孔，功率模块的散热片通过通风孔伸入至输风管道内部。本发明具有高散热能力且可延长发热元器件的使用寿命。

Description

变流器散热装置

技术领域

[0001]本发明属于轨道交通用的变流器散热装置技术领域，尤其涉及一种变流器散热装 置。

背景技术

[0002]变流器具有逆变回馈、整流牵引、稳压等功能，其在用于城市轨道交通地面供电 时，可实现变电所内交直流电之间的转换。变流器的主要发热元器件包括自功率模块和电 抗器，而为了保证各兀器件保持良好的性能，在变流器工作时，需要对各发热元器件进行散 热。

[0003]然而现有变流器散热装置的风道设计是将各个发热元器件串联在整个通风方向， 以此很难将不同发热元器件分开散热，导致沿着散热风的流向的空气温度逐渐变高，即随 着散热风对发热元器件的散热能力逐渐变差，进而使得部分元器件性能和使用寿命受到较 大的影响。

[0004]中国发明专利CN105162310A公开了一种用于级联式同相供电变流器的结构装置， 其将功率单元(即本发明所述的功率模块)并联设置，每个功率单元设置有用于隔离相邻功 率单元的单柜，单柜沿散热风流向的两端设置有风口，即使得每个单柜有独立的风道，工作 时，风机转动带动风沿各单柜风道流动，以此对功率单元进行直接散热。然而，由于功率单 元的性能对周围环境(如空气湿度)要求较高，因此在应用该装置对功率单元进行散热时， 会使各单柜内的功率单元所处周围环境的空气湿度增大，进而影响功率单元的性能及使用 寿命。

发明内容

[0005] 本发明针对上述现有变流器散热装置对发热元器件散热能力差且发热元器件使 用寿命低的技术问题，提出一种具有高散热能力且可延长发热元器件使用寿命的变流器散 热装置。

[0006] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0007] 一种变流器散热装置，用于电抗器和功率模块的散热，包括可通有散热风的柜体， 柜体沿散热风流通方向的两端端部分别设置有进风口和出风口，柜体沿散热风流通方向设 置有分隔板，以将柜体内部分隔形成可安装电抗器的第一腔室，以及可安装功率模块的第 二腔室，分隔板与功率模块密封连接，分隔板固定连接在柜体上设置有进风口的一端，分隔 板沿垂直于散热风流通方向的两端与柜体内壁密封连接，第一腔室的两端分别连通进风口 和出风口；分隔板沿散热风流通方向固定设置有输风管道，输风管道的两端分别连通进风 口和出风口，分隔板设置有连通输风管道和第二腔室的通风孔，功率模块的散热片通过通 风孔伸入至输风管道内部。

[0008]作为优选，分隔板与柜体设置有进风口的一端密封连接，出风口正对第一腔室设 置，并与第一腔室流出散热风的一端密封连接。

[0009]作为优选，进风口正对第一腔室设置，并与第一腔室流入散热风的一端密封连接。 [0010]作为优选，输风管道靠近出风口的一端侧部固定设置有可改变流通第一腔室散热 风风量的挡风件。

[0011]作为优选，输风管道包括连通进风口且呈锥形的第一管道，与第一管道连通的第 二管道，以及与第二管道连通的第三管道，第三管道的另一端通向出风口且呈锥形。

[0012]作为优选，第一管道和/或第三管道沿垂直于散热风流通方向的一端位于第一腔 室，另一端位于第二腔室。

[0013]作为优选，对应于柜体出风口安装有风机，风机连接有可控制风机转速的控制单 J L 〇

[0014]作为优选，风机位于柜体腔室内，风机四周安装有风罩，第一腔室和输风管道通过 风罩与出风口连通。

[0015]作为优选，风机位于柜体腔室外，第一腔室和输风管道均与出风口接触连通。

[0016]作为优选，控制单元连接设置于电抗器且可检测温度的第一温度传感器，以及设 置于功率模块且可检测温度的第二温度传感器，以接收电抗器和功率模块的温度信号。 [0017]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

[0018] 1、本发明变流器散热装置通过设置分隔板和输风管道，并在分隔板设置有连通输 风管道和第二腔室的通风孔，一方面使得电抗器和功率模块可分别处于两个具有不同风道 的腔室，从而在减少了相互串联的发热元器件数量的同时，实现了对不同发热元器件进行 分开散热，进而提高了对发热元器件的散热效率;另一方面，在实现了对耐热性能差的功率 模块进行集中散热的同时，避免了散热风对功率模块的直接接触，进而提高了发热元器件 的使用寿命。

[0019] 2、本发明变流器散热装置通过设置风机和控制单元，以及通过将控制单元连接第 一温度传感器和第二温度传感器，从而实现了根据变流器发热元件的实际工作状况对散热 风风量进行自动调节，进而节约了对变流器发热元件散热的成本。

附图说明

[0020] 图1为本发明变流器散热装置的内部结构示意图；

[0021] 图2为本发明变流器散热装置输风管道从第二腔室一侧看的结构示意图；

[0022] 图3为本发明变流器散热装置输风管道从第一腔室一侧看的结构示意图。

[0023] 以上各图中：1、柜体;2、分隔板;3、输风管道;4、第一腔室;5、第二腔室;6、通风孔； 7、挡风件;8、第一管道;9、第二管道;10、第三管道;11、风机；12、风罩;13、第一温度传感器； 14、第二温度传感器;15、控制单元;16、电抗器;17、功率模块。

具体实施方式

[0024]下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一 步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式 中。

[0025]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示 的方位或位置关系为基于附图1所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而 不是指不或暗亦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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理 解为指示或暗示相对重要性。

[0026]参见图1和图2,图1为本发明变流器散热装置的内部结构示意图，图2为本发明变 流器散热装置输风管道从第二腔室一侧看的结构示意图。如图i和图2所示，一种变流器散 热装置，用于电抗器16和功率模块17的散热，包括可通有散热风的柜体1，柜体1沿散热风流 通方向（如图1所示为自下而上的箭头方向）的两端分别设置有进风口和出风口；柜体1沿散 热风流通方向设置有分隔板2，以将柜体1内部分隔形成可安装电抗器16的第一腔室4，以及 可安装功率模块17的第二腔室5,分隔板2与功率模块17密封连接，分隔板2固定连接在柜体 1上设置有进风口的一端，分隔板2沿垂直于散热风流通方向的两端与柜体1内壁密封连接， 第一腔室4的两端分别连通进风口和出风口，本发明设置分隔板2的作用是将柜体丨腔室分 隔成两个具有不同风道的腔室；

[0027]分隔板2沿散热风流通方向固定设置有输风管道3,输风管道3的两端分别连通进 风口和出风口，分隔板2设置有连通输风管道3和第二腔室5的通风孔6，功率模块17的散热 片通过通风孔6伸入至输风管道3内部，本发明设置输风管道3和通风孔6的作用是实现对功 率模块17进行单独且集中的散热，同时避免散热风对功率模块17的直接接触。

[0028]本发明变流器散热装置通过设置分隔板2和输风管道3,并在分隔板2设置有连通 输风管道3和第二腔室5的通风孔6, 一方面使得电抗器16和功率模块17可分别处于两个具 有不同风道的腔室，从而在减少了相互串联的发热元器件数量的同时，实现了对不同发热 元器件进行分开散热，进而提高了对发热元器件的散热效率;另一方面，在实现了对耐热性 能差的功率模块17进行集中散热的同时，避免了散热风对功率模块17的直接接触，进而提 高了发热元器件的使用寿命。

[0029]另外，为了进一步使得第一腔室4与第二腔室5隔离，可设置分隔板2与柜体1设置 有进风口的一端密封连接，出风口正对第一腔室4设置，并与第一腔室4流出散热风的一端 密封连接。本发明通过上述改进，进一步使得第一腔室4与第二腔室5隔离，即使得从进风口 进入的散热风只能通过第一腔室4和输风管道3从出风口排出，进而提高了本发明变流器散 热装置对变流器发热元器件的散热能力，以及提高了发热元器件的使用寿命。

[0030]进一步，还可以使进风口正对第一腔室4设置，并与第一腔室4流入散热风的一端 密封连接，从而进一步提高了本发明变流器散热装置对变流器发热元器件的散热能力，以 及提高了发热元器件的使用寿命。

[^31]另外，参见图3,图3为本发明变流器散热装置输风管道从第一腔室一侧看的结构 示意图。如图3所示，输风管道3靠近出风口的一端侧部固定设置有可改变流通第一腔室4散 热风风量的挡风件7,挡风件7的宽度决定着散热风进入第一腔室4风量的大小。本发明设置 挡风件7的作用是可根据实际工作需要，更换不同宽度的挡风件7,进而实现了在风速不变 的情况下，调节第一腔室4和第二腔室5散热风风量分布。

[0032]针对上述输风管道3的结构，具体为：如图3所示，输风管道3包括连通进风口且呈 锥形的第一管道8，与第一管道8连通的第二管道9，以及与第二管道9连通的第三管道10，第 三管道10的另一端通向出风口且呈锥形。本发明的上述设置一方面有利于工作人员根据实 际需要更换管道，从而便于维护;另一方面，提高了输入及排出输风管道3的散热风风量，进 而提高了对散热元器件的散热效率。

[0033]进一步如图3所示，作为上述技术方案的改进，第一管道8和/或第三管道10沿垂直 于散热风流通方向的一端位于第一腔室4,另一端位于第二腔室5。本发明通过上述设置，使 得输风管道3能够更多地利用空间，以输入并排出更多的散热风，进而提高了对散热元器件 的散热效率。

[0034]此外，输风管道3还可以设置为一体式结构，以便于装配和拆卸。

[0035]进一步，如图2所示，对应于柜体1出风口安装有风机11，风机丨丨连接有可控制风机 11转速的控制单元15。

[0036]针对风机11的安装位置，具体为:如图1和图2所示，风机11位于柜体1腔室内，并安 装于第一腔室4和输风管道3靠近柜体1出风口的一端，从而可对第一腔室4和输风管道3内 散热风的流通提供动力。

[0037]作为上述技术方案的优选，风机11四周安装有风罩12，第一腔室4和输风管道3通 过风罩12与出风口连通。本发明设置风罩12的作用在于，使得从第一腔室4和输风管道3排 出的散热风集中从柜体1的出风口排出，进而提高了对变流器发热元件的散热能力。

[0038]另外，风机11还可以设置为:风机11位于柜体1腔室外，此时，第一腔室4和输风管 道3均与出风口接触连通。

[0039]进一步，如图1所示，控制单元I5连接设置于电抗器16且可检测温度的第一温度传 感器13,以及设置于功率模块17且可检测温度的第二温度传感器14,以接收电抗器16和功 率模块17的温度信号，并对温度信号进行分析，进而使得控制单元15根据发热元器件温度 的变化自动调节风机11的转速。

[0040]本发明变流器散热装置通过设置风机11，以及可控制风机丨丨启停的控制单元!5， 并通过将控制单元15连接第一温度传感器I3和第二温度传感器14,从而可实现根据变流器 发热元件的实际工作状况对散热风的风量进行自动调节，进而节约了对变流器发热元件散 热的成本。

[0041 ]为了更好地理解本发明的技术方案，以如图1所示的变流器散热装置结构为例，本 发明变流器散热装置的工作过程如下：

[0042]首先，设第一温度传感器13检测到的电抗器I6的温度值为tl，第二温度传感器14 检测到的功率模块17的温度值为t2,基准温度为T;然后，设风机11的两个不同转速分别为¥1 (当实时温度小于或等于T时)和V2 (当实时温度大于T时）。

[0043]当需要对发热元器件进行散热时，控制单元15控制风机11启动，带动散热风从柜 体1的进风口进入，进而通过第一腔室4和输风管道3分别对电抗器16和功率模块17进行散 热，最后将散热风通过柜体1的出风口排出至大气。

[0044]需要说明的是，在上述过程中，风机11可根据发热元器件的温度实实调节风速，例 如：

[0045] 若ti<t2,则当t2<T时，风机11转速为vi;当t2>T时，风机11转速为V2;

[0046] 若ti>t2，则当ti<T时，风机11转速为vi; ti>T时，风机11转速为V2。

Claims (9)

1. 一种变流器散热装置，用于电抗器（16)和功率模块（17)的散热，包括可通有散热风 的柜体（1)，柜体（1)沿散热风流通方向的两端端部分别设置有进风口和出风口，其特征在 于： 柜体（1)沿散热风流通方向设置有分隔板(2)，以将柜体（1)内部分隔形成可安装电抗 器（16)的第一腔室(4)，以及可安装功率模块（17)的第二腔室（5)，分隔板(2)与功率模块 (17)密封连接，分隔板(2)固定连接在柜体(1)上设置有进风口的一端，分隔板(2)沿垂直于 散热风流通方向的两端与柜体(1)内壁密封连接，第一腔室(4)的两端分别连通进风口和出 风口； 分隔板(2)沿散热风流通方向固定设置有输风管道(3)，输风管道(3)的两端分别连通 进风口和出风口，分隔板(2)设置有连通输风管道(3)和第二腔室⑸的通风孔(6)，功率模 块(17)的散热片通过通风孔⑹伸入至输风管道⑶内部;分隔板⑵与柜体⑴设置有进风 口的一端密封连接，出风口正对第一腔室(4)设置，并与第一腔室(4)流出散热风的一端密 封连接。

2. 根据权利要求1所述的变流器散热装置，其特征在于:进风口正对第一腔室(4)设置， 并与第一腔室〇i)流入散热风的一端密封连接。

3. 根据权利要求1所述的变流器散热装置，其特征在于:输风管道(3)靠近出风口的一 端侧部固定设置有可改变流通第一腔室⑷散热风风量的挡风件(7)。

4. 根据权利要求1-3中任一项所述的变流器散热装置，其特征在于:输风管道(3)包括 连通进风口且呈锥形的第一管道(8)，与第一管道(8)连通的第二管道(9)，以及与第二管道 ⑼连通的第三管道(10)，第三管道(10)的另一端通向出风口且呈锥形。

5. 根据权利要求4所述的变流器散热装置，其特征在于：第一管道(8)和/或第三管道 (10)沿垂直于散热风流通方向的一端位于第一腔室(4)，另一端位于第二腔室(5)。

6. 根据权利要求1、2、3或5所述的变流器散热装置，其特征在于:对应于柜体（1)出风口 安装有风机(11)，风机(11)连接有可控制风机(11)转速的控制单元(15)。

7. 根据权利要求6所述的变流器散热装置，其特征在于:风机(11)位于柜体（1)腔室内， 风机(11)四周安装有风罩（12)，第一腔室(4)和输风管道(3)通过风罩(12)与出风口连通。

8. 根据权利要求6所述的变流器散热装置，其特征在于:风机(11)位于柜体（1)腔室外， 第一腔室⑷和输风管道⑶均与出风口接触连通。

9. 根据权利要求6所述的变流器散热装置，其特征在于:控制单元（15)连接设置于电抗 器（16)且可检测温度的第一温度传感器（13)，以及设置于功率模块（17)且可检测温度的第 二温度传感器(14)，以接收电抗器(16)和功率模块(17)的温度信号。