CN111106552A - 一种便于通风散热的电力柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力柜技术领域，具体的说是一种便于通风散热的电力柜，包括底座，所述底座上端安装有柜体，所述柜体上端设有开口，所述开口处通过铰链铰接有天窗，所述柜体内上端左侧焊接有支撑板，所述支撑板与柜体右侧壁之间通过轴承转动连接有丝杠，所述丝杠上螺纹连接有移动块。本发明通过风扇工作，使得外部空气从进风孔进入柜体内，向上流动，通过防潮盒内的硅胶吸附颗粒吸附进入柜体内的空气中的水蒸气，起到防潮作用；当柜体内温度过高时，通过伺服电机驱动丝杠转动，使得移动块在导向杆的作用下向右运动，从而通过连杆传递，使得天窗开启，使得柜体能够与外部大面积接触，对柜体进行快速散热。

Description

一种便于通风散热的电力柜

技术领域

本发明涉及电力柜技术领域，具体为一种便于通风散热的电力柜。

背景技术

电力柜，是电力系统中最常见的设备，依据功能的不同，有滤波柜、补偿柜、继电柜等多种，在各种电力系统中都有应用。随着电力技术的迅速发展，电力柜是一种常用的电力基础设施，其内部装有大量的电力部件，由于电力柜工作时，内部将产生大量热量；因此，电力柜的侧壁上必须要开设散热窗。

但是现有的电力柜的结构一般较为简单，电力柜的散热效果不理想，仅通过散热窗进行散热，效果不佳，从而容易造成电力柜内部的电力设备因温度过高烧坏。目前散热机柜通常采用自通风散热和辅助散热方式，自通风散热多在柜体侧面开通风口，散热效果较低；另一种辅助散热方式多在柜体内设置散热风机，散热风机工作过程中，外界的灰尘油污以及有害气体也会随之进入配电柜内部，被电路板表面静电吸附，日积月累，对元器件、线路造成一定的腐蚀，同时影响散热性能；积聚的灰尘受潮后还会引发电路板高压部分短路，配电柜工作时间越长，上述问题越突出，累积到一定程度就会引发控制部分的电气故障。为此，我们推出一种便于通风散热的电力柜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便于通风散热的电力柜，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种便于通风散热的电力柜，包括底座，所述底座上端安装有柜体，所述柜体上端设有开口，所述开口处通过铰链铰接有天窗，所述柜体内上端左侧焊接有支撑板，所述支撑板与柜体右侧壁之间通过轴承转动连接有丝杠，所述丝杠上螺纹连接有移动块，所述支撑板与柜体右侧壁之间固定连接有导向杆，所述移动块上开设有供导向杆穿过的通孔，所述移动块上端通过铰接座铰接有两组连杆，两组所述连杆上端均通过铰接座铰接于天窗下端面，所述柜体内底部固定安装有安装板，所述柜体底部左右两侧壁且位于安装板下端固定连接有凸台，所述凸台与安装板之间插接有防潮盒，所述防潮盒呈网状结构，所述安装板上均匀开设有通风孔，所述底座底部安装有风扇，所述柜体左右两侧且位于凸台下端开设有进风孔，所述柜体左右两侧上端开设有出风孔。

所述支撑板左侧固定安装有伺服电机，所述伺服电机的输出轴固定连接于丝杠左端；所述柜体的内壁上还固定安装有测温装置，所述测温装置与伺服电机电连接。

作为本技术方案的进一步优化，所述测温装置内部安装有实现控制各模块的逻辑关系及计算的逻辑控制模块；

温度传感器模块，与逻辑控制模块进行通讯连接，实现将所读温度写入数据存储模块；

存储模块，与温度传感器模块进行通讯连接，实现读取数据的存储。

作为本技术方案的进一步优化，所述逻辑控制模块的控制方法包括以下步骤：

步骤一、在测量开始前，测量出柜体的基本边界条件；

步骤二、根据稳态热传导方程

计算出各个模式的本征值λ_p(p＝0,1,2,…)以及本征函数

其计算方式为理论计算或数值计算，数值计算方法应包含有限差分法、有限元法以及有限体积法；

步骤三、当系统进行工作时，根据M个温度传感器在N个时间点内的数据进行融合，建立如下方程：

[S][A]＝[T]， (1)

其中

[A]＝[a₀,a₁,…,a_P-1]^T，[T]＝[T_M-1(t_N-1),…,T₁(t_N-1),T₀(t_N-1),…,T_M-1(t₀),…,T₁(t₀),T₀(t₀)]^T；

其中，

为第i个传感器所测量的温度点的位置，T_i(t_j)为第i个温度传感器在第j个时刻的温度值；

步骤四、在求解方程(1)时，采用正则化方法，将方程(1)转化为如下等价形式：

[S]^T[S][A]＝[S]^T[T] (2)

进一步等价于：

其中，α为正则化参数；通过遗传算法、随机统计方法进行求解；

步骤五、求得[A]后，进一步求出热源，进而求出整个加热媒质的温度分布：

步骤六、根据公式(4)计算出微波加热热点位置

以及温度值T。

作为本技术方案的进一步优化，所述伺服电机接收测温装置的信号实现自整定，并驱动丝杠实现正反转的驱动，其中伺服电机的信号实现自整定方法为：

分析时，将温度信号一个周期分为高电平区间[0,T/2]、低电平区间[T/2,T]；

温度信号函数用e(t)表示，高电平区间电流响应函数用e₁(t)表示，低电平区间电流响应函数用e₂(t)表示；

ITAE整定准则表达式为

t表示时间，|e(t)|表示实际输出与期望输出的偏差值绝对值，ITAE准则控制系统瞬态响应振荡性小，对系统参数具有良好的选择性；对于伺服系统，通过ADC采样得到反馈相电流，然后进行坐标变换得到电流环跟踪响应电流；

对P值进行整定，初值P(0)对应ITAE指标为E(0)；P(i)对应ITAE指标为 E(i)；i∈[1,∞)，i∈n；

按照粒子群优化算法对P值进行动态赋值，变量P(i)值所对应的适应度函数用f_i表示，当f_i<2％时，此时得到最优伺服整定P(i)值，粒子群优化算法公式如下：

x(t+1)＝wx(t)+c₁r₁(p_best-x(t))+c₂r₂(g_best-x(t))；

w＝(w_max-w_min)×exp(-β(t/T_max)²)+w_min；

式中w为惯性权重，初始值取0.8，c₁、c₂为常数2，r₁、r₂为分布于[0,1] 范围内的随机数，p_best为粒子本身找到的最优解，全局极值g_best为整个粒子群当前最优解；式中β取值由经验决定，为β∈[15,20]；

根据群体适应度方差δ²判别局部极值是否是全局极值，群体适应度方差定义为下式：

式中n为粒子数，f_i为第i个粒子适应度，f_avg为粒子群目前平均适应度， f为归一化定标因子，f的取值为下式：

f＝max{1,max|f₁-f_avg|},i∈[1,n]；

如果出现粒子群过早收敛，则执行变异操作：

g_best＝g_best×(1+τ×0.5)

τ为服从标准正态分布的随机变量，对g_best执行随机变异操作用来提高离子群算法跳出局部最优解的能力；

在确定最优伺服系统控制参数P值后，分别使D值取0，整定I值，I值取0，整定D值。

作为本技术方案的进一步优化，所述柜体上端四角均安装有支撑柱，四组所述支撑柱上端共同固定安装有挡雨棚。

作为本技术方案的进一步优化，所述底座下端四角均安装有支撑脚。

作为本技术方案的进一步优化，所述柜体前侧面通过铰链铰接有柜门，所述柜门上安装有观察窗。

作为本技术方案的进一步优化，所述柜体内且位于支撑板下端安装有第一防尘过滤网。

作为本技术方案的进一步优化，所述支撑板左侧固定安装有伺服电机，所述伺服电机的输出轴固定连接于丝杠左端。

作为本技术方案的进一步优化，所述柜体内侧壁且位于进风孔和出风孔处均安装有第二防尘过滤网。

作为本技术方案的进一步优化，所述柜体外侧壁且位于进风孔和出风孔处均安装有挡雨板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过风扇工作，使得外部空气从进风孔进入柜体内，向上流动，通过防潮盒内的硅胶吸附颗粒吸附进入柜体内的空气中的水蒸气，起到防潮作用，空气穿过通风孔继续向上流动，将柜体内的热气冲散，热气从出风孔排出，起到通风散热的作用；当柜体内温度过高时，通过伺服电机驱动丝杠转动，使得移动块在导向杆的作用下向右运动，从而通过连杆传递，使得天窗开启，使得柜体能够与外部大面积接触，对柜体进行快速散热，避免柜体内温度长时间处于过高的状态，造成内部电气元件损坏，或引起事故。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明侧剖结构示意图；

图3为本发明图2中A处局部放大结构示意图；

图4为本发明柜体横剖结构示意图。

图5为本发明测温装置的原理图。

图6为本发明减震装置的结构示意图。

图中：1底座、2柜体、3天窗、4支撑板、5丝杠、6移动块、7导向杆、 8连杆、9安装板、10凸台、11防潮盒、12通风孔、13风扇、14进风孔、15 出风孔、16支撑柱、17挡雨棚、18支撑脚、19柜门、20观察窗、21伺服电机、22挡雨板、23测温装置、24减震盒、25一级减震坐簧、26二级减震坐簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图6所示，本发明提供一种技术方案：一种便于通风散热的电力柜，包括底座1，底座1下端四角均安装有支撑脚18，用于对电力柜进行支撑，提高了电力柜的稳定性。底座1上端安装有柜体2，柜体2前侧面通过铰链铰接有柜门19，柜门19上安装有观察窗20，观察窗20为透明钢化玻璃窗，通过观察窗20可观察柜体2内部情况。

柜体2上端设有开口，开口处通过铰链铰接有天窗3，柜体2内且位于支撑板4下端安装有第一防尘过滤网，第一防尘过滤网对空气进行过滤，防止灰尘从开口处进入到柜体2内。柜体2内上端左侧焊接有支撑板4，支撑板4 与柜体2右侧壁之间通过轴承转动连接有丝杠5，支撑板4左侧固定安装有伺服电机21，伺服电机21的输出轴固定连接于丝杠5左端，丝杠5上螺纹连接有移动块6，支撑板4与柜体2右侧壁之间固定连接有导向杆7，移动块6上开设有供导向杆7穿过的通孔，移动块6上端通过铰接座铰接有两组连杆8，两组连杆8上端均通过铰接座铰接于天窗3下端面，当柜体2内温度过高时，通过伺服电机21驱动丝杠5转动，使得移动块6在导向杆7的作用下向右运动，从而通过连杆8传递，使得天窗3开启，进行快速散热，避免柜体2内温度过高，造成内部电气元件损坏，或引起事故。

所述支撑板4左侧固定安装有伺服电机21，所述伺服电机21的输出轴固定连接于丝杠5左端；所述柜体2的内壁上还固定安装有测温装置23，所述测温装置23与伺服电机21电连接。

所述测温装置内部安装有实现控制各模块的逻辑关系及计算的逻辑控制模块；

温度传感器模块，与逻辑控制模块进行通讯连接，实现将所读温度写入数据存储模块；

存储模块，与温度传感器模块进行通讯连接，实现读取数据的存储。

所述逻辑控制模块的控制方法包括以下步骤：

步骤一、在测量开始前，测量出柜体(2)的基本边界条件；

步骤二、根据稳态热传导方程

计算出各个模式的本征值λ_p(p＝0,1,2,…)以及本征函数

其计算方式为理论计算或数值计算，数值计算方法应包含有限差分法、有限元法以及有限体积法；

步骤三、当系统进行工作时，根据M个温度传感器在N个时间点内的数据进行融合，建立如下方程：

[S][A]＝[T]， (1)

其中

[A]＝[a₀,a₁,…,a_P-1]^T，[T]＝[T_M-1(t_N-1),…,T₁(t_N-1),T₀(t_N-1),…,T_M-1(t₀),...,T₁(t₀),T₀(t₀)]^T；

其中，

为第i个传感器所测量的温度点的位置，T_i(t_j)为第i个温度传感器在第j个时刻的温度值；

步骤四、在求解方程(1)时，采用正则化方法，将方程(1)转化为如下等价形式：

[S]^T[S][A]＝[S]^T[T] (2)

进一步等价于：

其中，α为正则化参数；通过遗传算法、随机统计方法进行求解；

步骤五、求得[A]后，进一步求出热源，进而求出整个加热媒质的温度分布：

步骤六、根据公式(4)计算出微波加热热点位置

以及温度值T。

所述伺服电机21接收测温装置23的信号实现自整定，并驱动丝杠5实现正反转的驱动，其中伺服电机21的信号实现自整定方法为：

分析时，将温度信号一个周期分为高电平区间[0,T/2]、低电平区间[T/2,T]；

温度信号函数用e(t)表示，高电平区间电流响应函数用e₁(t)表示，低电平区间电流响应函数用e₂(t)表示；

ITAE整定准则表达式为

t表示时间，|e(t)|表示实际输出与期望输出的偏差值绝对值，ITAE准则控制系统瞬态响应振荡性小，对系统参数具有良好的选择性；对于伺服系统，通过ADC采样得到反馈相电流，然后进行坐标变换得到电流环跟踪响应电流；

对P值进行整定，初值P(0)对应ITAE指标为E(0)；P(i)对应ITAE指标为 E(i)；i∈[1,∞)，i∈n；

按照粒子群优化算法对P值进行动态赋值，变量P(i)值所对应的适应度函数用f_i表示，当f_i<2％时，此时得到最优伺服整定P(i)值，粒子群优化算法公式如下：

x(t+1)＝wx(t)+c₁r₁(p_best-x(t))+c₂r₂(g_best-x(t))；

w＝(w_max-w_min)×exp(-β(t/T_max)²)+w_min；

式中w为惯性权重，初始值取0.8，c₁、c₂为常数2，r₁、r₂为分布于[0,1] 范围内的随机数，p_best为粒子本身找到的最优解，全局极值g_best为整个粒子群当前最优解；式中β取值由经验决定，为β∈[15,20]；

根据群体适应度方差δ²判别局部极值是否是全局极值，群体适应度方差定义为下式：

式中n为粒子数，f_i为第i个粒子适应度，f_avg为粒子群目前平均适应度， f为归一化定标因子，f的取值为下式：

f＝max{1,max|f₁-f_avg|},i∈[1,n]；

如果出现粒子群过早收敛，则执行变异操作：

g_best＝g_best×(1+τ×0.5)

τ为服从标准正态分布的随机变量，对g_best执行随机变异操作用来提高离子群算法跳出局部最优解的能力；

在确定最优伺服系统控制参数P值后，分别使D值取0，整定I值，I值取0，整定D值。

所述底座1下端四角均安装有支撑脚18，所述支撑脚18的下端安装有减震装置。所述减震装置包括减震盒，所述减震盒上方外表面装配二级减震坐簧，当一级减震坐簧遇到风扇13启动引起强力震动时，二级减震坐簧起作用接力减震。

柜体2内底部固定安装有安装板9，柜体2底部左右两侧壁且位于安装板 9下端固定连接有凸台10，凸台10与安装板9之间插接有防潮盒11，防潮盒11呈网状结构，防潮盒11内放置有吸水材料，具体可为硅胶吸附颗粒，用于吸附进入柜体2内的空气中的水蒸气，起到防潮作用。安装板9上均匀开设有通风孔12，底座1底部安装有风扇13，柜体2左右两侧且位于凸台10下端开设有进风孔14，柜体2左右两侧上端开设有出风孔15，启动风扇13，使得外部空气从进风孔14进入柜体2内，向上流动，通过防潮盒11的硅胶吸附颗粒，吸附进入柜体2内的空气中的水蒸气，起到防潮作用，空气穿过通风孔12继续向上流动，将柜体2内的热气冲散，从出风孔15排出，起到通风散热的作用。具体的，柜体2内侧壁且位于进风孔14和出风孔15处均安装有第二防尘过滤网，第二防尘过滤网防止空气中的灰尘从进风孔14和出风孔15处进入到柜体2内，柜体2外侧壁且位于进风孔14和出风孔15处均安装有挡雨板22，挡雨板22，防止雨水从进风孔14和出风孔15处进入到柜体 2内。

具体的，柜体2上端四角均安装有支撑柱16，四组支撑柱16上端共同固定安装有挡雨棚17，起到挡雨防潮的作用，延长电力柜的使用寿命。

具体的，使用时，通过风扇13工作，使得外部空气从进风孔14进入柜体2内，向上流动，通过防潮盒11内的硅胶吸附颗粒吸附进入柜体2内的空气中的水蒸气，起到防潮作用，空气穿过通风孔12继续向上流动，将柜体2 内的热气冲散，热气从出风孔15排出，起到通风散热的作用；当柜体2内温度过高时，通过伺服电机21驱动丝杠5转动，使得移动块6在导向杆7的作用下向右运动，从而通过连杆8传递，使得天窗3开启，使得柜体2能够与外部大面积接触，对柜体2进行快速散热，避免柜体2内温度长时间处于过高的状态，造成内部电气元件损坏，或引起事故。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种便于通风散热的电力柜，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)上端安装有柜体(2)，所述柜体(2)上端设有开口，所述开口处通过铰链铰接有天窗(3)，所述柜体(2)内上端左侧焊接有支撑板(4)，所述支撑板(4)与柜体(2)右侧壁之间通过轴承转动连接有丝杠(5)，所述丝杠(5)上螺纹连接有移动块(6)，所述支撑板(4)与柜体(2)右侧壁之间固定连接有导向杆(7)，所述移动块(6)上开设有供导向杆(7)穿过的通孔，所述移动块(6)上端通过铰接座铰接有两组连杆(8)，两组所述连杆(8)上端均通过铰接座铰接于天窗(3)下端面，所述柜体(2)内底部固定安装有安装板(9)，所述柜体(2)底部左右两侧壁且位于安装板(9)下端固定连接有凸台(10)，所述凸台(10)与安装板(9)之间插接有防潮盒(11)，所述防潮盒(11)呈网状结构，所述安装板(9)上均匀开设有通风孔(12)，所述底座(1)底部安装有风扇(13)，所述柜体(2)左右两侧且位于凸台(10)下端开设有进风孔(14)，所述柜体(2)左右两侧上端开设有出风孔(15)；

所述支撑板(4)左侧固定安装有伺服电机(21)，所述伺服电机(21)的输出轴固定连接于丝杠(5)左端；所述柜体(2)的内壁上还固定安装有测温装置(23)，所述测温装置(23)与伺服电机(21)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种便于通风散热的电力柜，其特征在于：所述测温装置内部安装有实现控制各模块的逻辑关系及计算的逻辑控制模块；

温度传感器模块，与逻辑控制模块进行通讯连接，实现将所读温度写入数据存储模块；

存储模块，与温度传感器模块进行通讯连接，实现读取数据的存储。

3.根据权利要求2所述的一种便于通风散热的电力柜，其特征在于：所述逻辑控制模块的控制方法包括以下步骤：

步骤一、在测量开始前，测量出柜体(2)的基本边界条件；

步骤二、根据稳态热传导方程

计算出各个模式的本征值λ_p(p＝0,1,2,…)以及本征函数

其计算方式为理论计算或数值计算，数值计算方法应包含有限差分法、有限元法以及有限体积法；

步骤三、当系统进行工作时，根据M个温度传感器在N个时间点内的数据进行融合，建立如下方程：

[S][A]＝[T]， (1)

其中

[A]＝[a₀,a₁,...,a_P-1]^T，[T]＝[T_M-1(t_N-1),...,T₁(t_N-1),T₀(t_N-1),...,T_M-1(t₀),…,T₁(t₀),T₀(t₀)]^T；

其中，

为第i个传感器所测量的温度点的位置，T_i(t_j)为第i个温度传感器在第j个时刻的温度值；

步骤四、在求解方程(1)时，采用正则化方法，将方程(1)转化为如下等价形式：

[S]^T[S][A]＝[S]^T[T] (2)

进一步等价于：

其中，α为正则化参数；通过遗传算法、随机统计方法进行求解；

步骤五、求得[A]后，进一步求出热源，进而求出整个加热媒质的温度分布：

步骤六、根据公式(4)计算出微波加热热点位置

以及温度值T。

4.根据权利要求1所述的一种便于通风散热的电力柜，其特征在于：所述伺服电机(21)接收测温装置(23)的信号实现自整定，并驱动丝杠(5)实现正反转的驱动，其中伺服电机(21)的信号实现自整定方法为：

分析时，将温度信号一个周期分为高电平区间[0,T/2]、低电平区间[T/2,T]；

温度信号函数用e(t)表示，高电平区间电流响应函数用e₁(t)表示，低电平区间电流响应函数用e₂(t)表示；

ITAE整定准则表达式为

t表示时间，|e(t)|表示实际输出与期望输出的偏差值绝对值，ITAE准则控制系统瞬态响应振荡性小，对系统参数具有良好的选择性；对于伺服系统，通过ADC采样得到反馈相电流，然后进行坐标变换得到电流环跟踪响应电流；

对P值进行整定，初值P(0)对应ITAE指标为E(0)；P(i)对应ITAE指标为E(i)；i∈[1,∞)，i∈n；

按照粒子群优化算法对P值进行动态赋值，变量P(i)值所对应的适应度函数用f_i表示，当f_i<2％时，此时得到最优伺服整定P(i)值，粒子群优化算法公式如下：

x(t+1)＝wx(t)+c₁r₁(p_best-x(t))+c₂r₂(g_best-x(t))；

w＝(w_max-w_min)×exp(-β(t/T_max)²)+w_min；

式中w为惯性权重，初始值取0.8，c₁、c₂为常数2，r₁、r₂为分布于[0,1]范围内的随机数，p_best为粒子本身找到的最优解，全局极值g_best为整个粒子群当前最优解；式中β取值由经验决定，为β∈[15,20]；

根据群体适应度方差δ²判别局部极值是否是全局极值，群体适应度方差定义为下式：

式中n为粒子数，f_i为第i个粒子适应度，f_avg为粒子群目前平均适应度，f为归一化定标因子，f的取值为下式：

f＝max{1,max|f₁-f_avg|},i∈[1,n]；

如果出现粒子群过早收敛，则执行变异操作：

g_best＝g_best×(1+τ×0.5)

τ为服从标准正态分布的随机变量，对g_best执行随机变异操作用来提高离子群算法跳出局部最优解的能力；

在确定最优伺服系统控制参数P值后，分别使D值取0，整定I值，I值取0，整定D值。

5.根据权利要求1所述的一种便于通风散热的电力柜，其特征在于：所述柜体(2)上端四角均安装有支撑柱(16)，四组所述支撑柱(16)上端共同固定安装有挡雨棚(17)。

6.根据权利要求1所述的一种便于通风散热的电力柜，其特征在于：所述底座(1)下端四角均安装有支撑脚(18)，所述支撑脚(18)的下端安装有减震装置。

7.根据权利要求1所述的一种便于通风散热的电力柜，其特征在于：所述减震装置包括减震盒，所述减震盒上方外表面装配二级减震坐簧，当一级减震坐簧遇到风扇(13)启动引起强力震动时，二级减震坐簧起作用接力减震。

8.根据权利要求1所述的一种便于通风散热的电力柜，其特征在于：所述柜体(2)前侧面通过铰链铰接有柜门(19)，所述柜门(19)上安装有观察窗(20)。

9.根据权利要求1所述的一种便于通风散热的电力柜，其特征在于：所述柜体(2)内且位于支撑板(4)下端安装有第一防尘过滤网；

所述柜体(2)内侧壁且位于进风孔(14)和出风孔(15)处均安装有第二防尘过滤网。

10.根据权利要求1所述的一种便于通风散热的电力柜，其特征在于：所述柜体(2)外侧壁且位于进风孔(14)和出风孔(15)处均安装有挡雨板(22)。

Images