CN108518320B - 变流系统及风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变流系统及风力发电机组，所述变流系统，包括多个功率模块，所述多个功率模块平铺在风力发电机组的机舱内部，且所述功率模块固定有伸出到所述机舱外部的散热器，所述变流系统还包括固定在所述机舱的外壁上且用于引导外界气流流经所述散热器的引流机构。通过上述变流系统，将功率模块安装在机舱内，从而省去了变流柜体，减少了电缆用量，并改善了各个功率模块的散热。

Description

变流系统及风力发电机组
技术领域
本发明涉及电子器件的装配和冷却，具体地说，本发明涉及一种变流系统及风力发电机组。
背景技术
在风力发电机组上，变流器多采用柜体形式进行封装，多个功率模块都被安装于同一个柜体中而形成单独的变流柜。变流柜一般安装于风力发电机组的塔筒底部，通过多根具有一定长度的低压电缆(一般690V)与发电机连接。由于在发电机发电时，变流柜内会产生大量的热，因此，在变流柜内的功率模块周围一般配置有冷却系统，对其进行散热，并最终将其热量散发到塔筒外的大气中。
目前，变流柜一般采用IP54的防护等级，成本较高。另外，从发电机到变流柜连接的低压电缆用量大，成本高，且装配较为繁琐。在变流柜内额外的配置冷却系统，维护量大，耗能大。一旦冷却系统出现故障，变流柜内的各个变流器将无法运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变流系统，以改善各个功率模块的散热，并降低制造成本。
本发明的另一目的在于提供一种风力发电机组。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种变流系统，包括多个功率模块，所述多个功率模块平铺在风力发电机组的机舱内部，且所述功率模块固定有伸出到所述机舱外部的散热器，所述变流系统还包括固定在所述机舱的外壁上且用于引导外界气流流经所述散热器的引流机构。
可选地，所述引流机构包括固定在所述机舱的外壁上且前后贯通的集风罩，所述集风罩从外侧罩住所述散热器。
可选地，从所述集风罩的进风口到出风口的方向与所述机舱的迎风侧到背风侧的方向平行。
可选地，所述集风罩呈U型，且包括顶罩板和固定在所述顶罩板两侧的侧罩板，所述侧罩板垂直于所述机舱的外壁，所述顶罩板相对于所述机舱的外壁呈一定角度。
可选地，所述集风罩的进风口的面积大于出风口的面积。
可选地，在所述机舱的壁面上开设有安装口，所述散热器从所述安装口伸出到所述机舱的外部。
可选地，在所述机舱的内壁与所述功率模块之间设置有密封构件，以密封所述机舱。
可选地，所述密封构件包括密封圈或回形槽结构。
可选地，在所述机舱的内壁上固定有支撑件，用以支撑所述功率模块。
可选地，所述支撑件为支撑架，所述支撑架从下方或者左右两侧支撑所述功率模块。
可选地，所述功率模块通过紧固件被固定在所述机舱的顶板、侧板或底板上。
根据本发明的另一方面，还提供了一种风力发电机组，所述风力发电机组包括上述变流系统。
通过使散热器直接暴露于外界环境，并设置能够引流的集风罩，能够依靠外界自然风对功率模块进行风冷，既能够进行可靠的散热，还完全摒弃了单独的冷却系统，因而能够显著降低制造成本。
另外，对于风力发电机组而言，变流器的功率模块直接安装在机舱内，充分利用了机舱内的空间，并能够显著减少变流器与发电机之间的低压线缆的用量，并且省去了变流柜体。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的变流系统的分解状态示意图；
图2是图1所示的变流系统装配后的结构示意图；
图3是图2所示的变流系统的另一结构示意图；
图4是图2所示的变流系统的另一结构示意图。
附图标记说明：
1：机舱的壁面，2：功率模块，21：散热器；3：支撑架，4：密封构件，5：集风罩，51、52：侧罩板；53：顶罩板；6：安装口。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
参照图1，根据本发明的实施例，提供了用于风力发电机组的变流系统,该变流系统可包括多个功率模块2，在每个功率模块2上可设置有散热器21，功率模块2和散热器21可一体地形成而作为单个部件。这些功率模块2可按照阵列形式或其他任何合适的布置平铺在风力发电机组的机舱内部，比如可直接安装在机舱的内壁上。
通常，对于风力发电机组的机舱而言，具有头部和尾部，在风力发电机组运行时，外界气流或风从机舱的头部流向尾部，也就是说，机舱的头部为迎风侧，尾部为背风侧。在机舱内通常安装有轮毂、发电机、齿轮箱和各种电气机构等。轮毂一般在机舱内安装在前部，发电机、齿轮箱和电气机构安装在轮毂的后方。对于发电机等部件安装的机舱后部区域而言，大体上包括相互彼此连接的顶板、底板和侧板以及尾板。
在一个实施例中，功率模块2可利用紧固件直接悬吊于机舱的内壁上，而散热器21可伸出到机舱外部。变流系统还可包括固定在机舱的外壁上的引流机构，该引流机构用于引导机舱外部的气流流经散热器21，从而利用外界气流与散热器21换热，进而冷却功率模块2。
引流机构可以采用任何合适的形式，只要至少能够使气流流经散热器21即可。引流机构可包括固定在机舱的壁面1的外侧上(即固定在机舱的外侧壁上)且前后贯通的集风罩5。集风罩5能够从外侧罩住散热器21，可起到引导外界气流或风流过集风罩5与壁面1之间的空间和散热器21的作用，从而利用气流与散热器21之间的换热，对功率模块2进行冷却。此外，引流机构还可以包括设置在散热器21附近的导流板，用来引导气流的流向。
具体地说，可在机舱的壁面1上开设有安装口6，功率模块2被安装在该安装口6处，并且在具体安装时，各个散热器21可穿过该安装口6而暴露于壁面1的外侧，而主体部则被安装在机舱的壁面1的内侧。安装口6的尺寸可设置成稍大于散热器21的尺寸并且仅允许散热器21穿过。
为此，为了避免外界灰尘、雨雪、盐雾等异物经由各个安装口6进入到机舱内，在功率模块2与机舱的壁面1之间进一步安装有密封构件4，以实现机舱的密封或者防止外界异物进入机舱内部。例如，密封构件4可包括有效地封闭两者之间的缝隙的密封圈、密封环或密封条等类似部件，或者开设在接触或相对的表面上的回形槽结构等。
在一个实施例中，可以在机舱的处于安装口6四周的内侧壁上或者在功率模块2的与机舱的壁面1接触或者面对机舱的壁面1同时也处于安装口6周围的部分上固定密封圈，从而从机舱的内部实现两者之间的密封。根据本发明的其他实施例，还可以采用其他任何合适的密封方式，只要使功率模块2与机舱的壁面1之间不存在进出缝隙即可。例如，可以直接在安装口6的边缘与散热器21之间安装密封圈，从而在安装口6处在散热器21周围实现密封；或者还可以采用黏合剂将功率模块2与机舱的壁面1之间的缝隙填死亦可。
功率模块2在固定时可采用任何合适的方式安装且固定到机舱的壁面1上，或者贴附到机舱的内侧壁上，从而形成贴壁式结构。例如，可以通过诸如螺栓的紧固件直接将功率模块2的主体部紧固到机舱的壁面1上，或者还可以采用粘结、卡扣、栓系等任何其他结合方式安装。在采用螺栓将功率模块2紧固到机舱的壁面1上时，螺栓的装配可从机舱的内部或者外部执行。
变流系统还包括固定在机舱的内侧壁上的支撑件，以从机舱的内部来支撑功率模块2，防止功率模块2在安装期间移动或掉落以及在安装之后对功率模块2起一定的支撑作用，提高功率模块2的装配强度。
支撑件可具体地为支撑架3，该支撑架3可大体上从下方或者左右两侧支撑功率模块2。例如，如图2所示，支撑架3可为三角形架子，在安装功率模块2时，可先将功率模块2放置在支撑架3上，然后再利用螺栓等紧固件将主体部紧固到内侧壁上。
或者，支撑架3还可被固定在功率模块2安装区域的左右两侧，可从侧面夹持住功率模块2防止其在安装期间掉落。支撑件的具体形式还可以包括卡扣、栓系等任何其他方式，甚至在将功率模块2固定到机舱的壁面1上之后可将支撑件拆卸掉，只要支撑件能够在需要时支撑住功率模块2防止其移动即可。
如图1和图4所示，集风罩5可大体上呈U型，可包括与机舱的壁面1固定的两个侧罩板51和52以及固定连接在两个侧罩板之间的顶罩板53，侧罩板51和52可垂直于机舱的外侧壁。集风罩5可包括进风口和出风口，气流从进风口被引流到集风罩5的内侧，在冷却了散热器21和功率模块2之后的气流从出风口流出集风罩5。另外，进风口的面积可大于出风口的面积，从而流入集风罩5的气流会加速地流过散热器21。
为此，集风罩5的侧罩板51和52可呈梯形，顶罩板53可相对于机舱的壁面1成一定的角度，该角度的大小可根据实际情况而定。也就是说，在本发明的实施例中，集风罩5总体上可呈喇叭开口形式，前方的开口尺寸大于后方的开口尺寸。一方面可以使流入集风罩5的气流加速地流过散热器21，还可以减少噪声的产生。
通常来说，机舱在执行其自身的功能时，头部可迎着来流，也就是说，气流大体上从机舱的头部流向尾部。为了提高流经散热器21的流量而使更多的自然风充分流经散热器21，集风罩5的进风口到出风口的方向可大体上与机舱的头部到尾部的方向平行，例如，当机舱为风力发电机组的机舱时，集风罩5的进风口到出风口的方向可与机舱的头部到尾部的方向大体一致，从而集风罩5能够顺着从机舱的头部流向尾部的气流而捕获最大的流量，进而显著提高功率模块的散热效果，确保变流器能够正常地操作。
除了以上形式以外，集风罩5还可以以任何合适的形态设置，例如，集风罩5的外轮廓可以呈弯曲的曲面形式，或者其他间断性地表面。集风罩5的进风口不一定要大于出风口的尺寸，在气流流速大部分时间偏高的地区，进风口可等于出风口或者大于出风口的面积。
通过使散热器直接探出机舱外部而暴露于外界环境，并设置能够捕获气流和引流的集风罩，从而能够依靠外界自然风对功率模块进行风冷，既能够进行可靠的散热，还完全摒弃了单独的冷却系统，因而能够显著降低制造成本。另外，变流系统的结构和安装相对简单，占用的机舱内的空间较小，能够应用于各种合适的场所。
在所提供的实施例中，将变流器从原来的单独的变流柜修改成安装在机舱内部，从而省去了大尺寸的变流柜体的使用，并充分利用的机舱内的空间。并且变流器与发电机之间的距离明显缩短，从而显著减少了变流器与发电机之间的低压线缆的使用量，降低了变流器的安装成本。另外，通过使各个散热器置于机舱外部，利用外界高空的自然风或气流对功率模块进行风冷，一方面有效地实现了功率模块的冷却，另一方面，还避免了设置单独的冷却系统(包括冷却管路、冷却泵、冷却液等部件)，从而能够显著降低成本，并且完全避免了目前由于冷却系统故障而导致变流器不能正常工作的情况，确保了变流器在风力发电机组运行时便能够执行可靠的冷却，而不出现冷却故障。
另外，根据本发明的实施例，还提供了一种风力发电机组，该风力发电机组可包括上述变流系统，并且可实现类似的技术效果，在此不再赘述。
上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种变流系统，包括多个功率模块(2)，其特征在于，所述多个功率模块(2)平铺在风力发电机组的机舱内部，且所述功率模块(2)固定有伸出到所述机舱外部的散热器(21)，所述变流系统还包括固定在所述机舱的外壁上且用于引导外界气流流经所述散热器(21)的引流机构，
其中，所述引流机构包括固定在所述机舱的外壁上且前后贯通的集风罩(5)，所述集风罩(5)从外侧罩住所述散热器(21)，从所述集风罩(5)的进风口到出风口的方向与所述机舱的迎风侧到背风侧的方向平行，所述集风罩(5)的进风口的面积大于等于出风口的面积。
2.根据权利要求1所述的变流系统，其特征在于，所述集风罩(5)呈U型，且包括顶罩板(53)和固定在所述顶罩板(53)两侧的侧罩板(51,52)，所述侧罩板(51,52)垂直于所述机舱的外壁，所述顶罩板(53)相对于所述机舱的外壁呈一定角度。
3.根据权利要求1所述的变流系统，其特征在于，在所述机舱的壁面上开设有安装口(6)，所述散热器(21)从所述安装口(6)伸出到所述机舱的外部。
4.根据权利要求3所述的变流系统，其特征在于，在所述机舱的内壁与所述功率模块(2)之间设置有密封构件(4)，以密封所述机舱。
5.根据权利要求4所述的变流系统，其特征在于，所述密封构件(4)包括密封圈或回形槽结构。
6.根据权利要求1所述的变流系统，其特征在于，在所述机舱的内壁上固定有支撑件，用以支撑所述功率模块(2)。
7.根据权利要求6所述的变流系统，其特征在于，所述支撑件为支撑架(3)，所述支撑架(3)从下方或者左右两侧支撑所述功率模块(2)。
8.根据权利要求1所述的变流系统，其特征在于，所述功率模块(2)通过紧固件被固定在所述机舱的顶板、侧板或底板上。
9.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求1至8中任一项所述的变流系统。
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