CN114221523A - 变频器 - Google Patents

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CN114221523A CN202111563011.7A CN202111563011A CN114221523A CN 114221523 A CN114221523 A CN 114221523A CN 202111563011 A CN202111563011 A CN 202111563011A CN 114221523 A CN114221523 A CN 114221523A
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龚金云
胡子晨
夏洁
房新雨
温进
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Abstract

本发明提供了一种变频器，包括：功率柜，被配置为容纳功率套件和风冷装置；入风口，其布置在功率柜的第一面处；出风口，其布置在功率柜的背向第一面的第二面处，其中所述第一面和第二面平行于功率柜的长度方向；以及风冷装置，其布置在功率套件处并且所述风冷装置被配置为带动气流从入风口进入并从出风口流出以对功率套件进行散热。

Description

变频器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种变频器。
背景技术
目前市场上大功率工程变频器主要分为二类，一类为低功率密度变频器，其体积大，占用空间过多，应用范围受到较大限制；一类为高功率密度变频器，其体积小，占用空间少，但结构排列布局过于紧凑，内部风道设计不合理，从而导致工作温度较高，这样的设计有待改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变频器，以解决现有的变频器内部风道设计不合理造成散热效率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种变频器，包括：
功率柜，被配置为容纳功率套件和风冷装置；
入风口，其布置在功率柜的第一面处；
出风口，其布置在功率柜的背向第一面的第二面处，其中所述第一面和第二面平行于功率柜的长度方向；以及
风冷装置，其布置在功率套件处并且所述风冷装置被配置为带动气流从入风口进入并从出风口流出以对功率套件进行散热；
通过将入风口布置在功率柜的第一面处(可以理解为但不限于功率柜的正面)，出风口布置在功率柜的第二面处(可以理解为但不限于功率柜的背面)，可以使风向直接从功率柜的纵深方向直入直出，风道短而直，大大增加了散热效率。
可选的，在所述的变频器中，还包括：
功率套件，被布置为平行于气体流动方向；以及
电容池组件，被布置为使得圆柱形电容平行于气体流动方向；
通过将功率套件和圆柱形电容布置为平行于气体流动方向，可以避免功率套件和圆柱形电容遮挡散热的气流，实现更好的散热效果，同时在散热效率高的情况下，功率套件沿纵深方向放置，可以紧凑排列，放置多排功率套件，结构紧凑合理。
可选的，在所述的变频器中，所述风冷装置包括：
散热器，其包括形成气体流动风道的风道板和风道封板，所述风道板与功率柜的侧板连接，所述风道封板与功率套件连接；
风扇，布置于功率柜背面，其用于带动风道中的气体进行流动；以及
风扇罩，被配置为与功率柜连接；
通过风道板与功率柜的侧板连接，所述风道封板与功率套件连接，使得散热器的温度梯度与风道路径垂直，功率套件的刚好位于风道上。
可选的，在所述的变频器中，
当风扇开启后，气体从功率柜正面进入风道，经过风道板和风道封板，进入风扇，从而带走功率套件产生的热量，以使风道路径与散热器上的温度梯度同向，另外气体从功率柜正面进入风道使得路径短而直，散热效率最大化。
可选的，在所述的变频器中，所述功率套件包括：
第一导体为功率套件叠排，被配置为与风道封板层叠连接；
功率模块可以为IGBT，被布置在第一导体上；
第二导体为AC铜排，被布置在第一导体上；以及
驱动板组件，被布置在第一导体上。
可选的，在所述的变频器中，
通过风道板与风道封板连接，功率模块与风道板连接，驱动板组件与功率模块连接，第二导体与功率模块连接，第一导体与功率模块连接，实现了模块化的设计，方便安装维护。
可选的，在所述的变频器中，电容池组件包括：
电容池固定板，被配置为垂直于功率套件的方向与功率套件连接，实现了电容池固定板的模块化设计，从而提高重复利用率和产量；
第三导体为电容池叠排，被配置为与电容池固定板层叠连接；
电容池，被布置在第三导体的一面，该面与电容池固定板的连接面相反，其中电容池固定板的布置能够尽量靠近功率柜背面，换言之，电容池固定板放置在功率柜最里层，并和功率套件分离开，由于功率套件属于常维护零件，这样避免维护套件时，电容也需要被拆下，套件的重量也变轻，易维护。
可选的，在所述的变频器中，电容池组件还包括：
绝缘子，被配置为与绝缘子安装横梁连接；以及
绝缘子安装横梁，被配置为与功率柜连接，以使得电容池组件与功率柜、绝缘子一起连接，实现了功率柜的模块化设计。
可选的，在所述的变频器中，进行功率柜体模块化设计，包括：
功率套件安装导轨、功率套件支撑横梁、套件上固定横梁与功率柜连接，进一步的强化了功率柜的模块化设计；
功率套件通过功率套件安装导轨推入功率柜中的安装位置；以及
功率套件通过功率套件支撑横梁固定在功率柜的安装位置处。
可选的，在所述的变频器中，功率套件通过功率套件安装导轨、套件上固定横梁、风道板一起连接到功率柜上，形成封闭的风道，而以上结构综合起来可以实现多层次的有益效果，包括：结构紧凑、合理，单位体积功率密度极高，风道短而直，且散热器的温度梯度与风道路径垂直，风量和风压损耗小，易装配性，易维护性，以及模块化设计。
本发明的发明人研究了现有风冷变频器功率套件设计和风路设计，经总结发现，目前市场上的风冷变频器的散热系统主要有如下连接结构形式：风道从底部进，顶部出，因此导致现有技术中的风道路径长，沿程压力损耗大。
进一步的，本发明的发明人还发现，目前市场流行的大功率风冷变频器功率套件冷却的风道多数为”L”型，结合风道从底部进，顶部出的结构，进一步放大了现有技术中的风道沿程损耗大，风量损失大的缺点；
在本发明提供的变频器中，通过将入风口布置在功率柜的第一面处(可以理解为但不限于功率柜的正面)，出风口布置在功率柜的第二面处(可以理解为但不限于功率柜的背面)，可以使风向直接垂直于功率柜的纵向(纵向即功率柜的长度方向或竖直方向)沿着最短的路径直入直出，风道短而直，大大增加了散热效率。
附图说明
图1是本发明一实施例变频器立体示意图；
图2是本发明一实施例变频器正视和侧视示意图；
图3是本发明一实施例变频器正视和侧视示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。
在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的变频器作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的目的在于提供一种变频器，以解决现有的变频器内部风道设计不合理造成散热效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种变频器，包括：功率柜，被配置为容纳功率套件和风冷装置；入风口，其布置在功率柜的第一面处；出风口，其布置在功率柜的背向第一面的第二面处，其中所述第一面和第二面平行于功率柜的长度方向；以及风冷装置，其布置在功率套件处并且所述风冷装置被配置为带动气流从入风口进入并从出风口流出以对功率套件进行散热。
本发明的实施例提供一种变频器，如图1～3所示，包括：功率柜10，被配置为容纳功率套件30和风冷装置；入风口，其布置在功率柜10的第一面处；出风口，其布置在功率柜10的背向第一面的第二面处；以及风冷装置，其布置在功率套件30处并且所述风冷装置被配置为带动气流从入风口进入并从出风口流出以对功率套件30进行散热；通过将入风口布置在功率柜10的第一面处(可以理解为但不限于功率柜10的正面)，出风口布置在功率柜10的第二面处(可以理解为但不限于功率柜10的背面)，可以使风向直接从功率柜10的纵深方向直入直出，风道短而直，大大增加了散热效率。
在本发明的一个实施例中，在所述的变频器中，还包括：功率套件30，被布置为平行于气体流动方向；以及电容池组件50，被布置为使得圆柱形电容502平行于气体流动方向；通过将功率套件30和圆柱形电容502布置为平行于气体流动方向，可以避免功率套件30和圆柱形电容502遮挡散热的气流，实现更好的散热效果，同时在散热效率高的情况下，功率套件30沿纵深方向放置，可以紧凑排列，放置多排功率套件30，结构紧凑合理。
在本发明的一个实施例中，在所述的变频器中，所述风冷装置包括：散热器301，其包括形成气体流动风道的风道板103和风道封板302，所述风道板103与功率柜10的侧板连接，所述风道封板302与功率套件30连接；风扇40，布置于功率柜10背面，其用于带动风道中的气体进行流动；以及风扇罩104，被配置为与功率柜10连接；通过风道板103与功率柜10的侧板连接，所述风道封板302与功率套件30连接，使得散热器301的温度梯度与风道路径垂直，功率套件30的刚好位于风道上。
在本发明的一个实施例中，在所述的变频器中，当风扇40开启后，气体从功率柜10正面进入风道，经过风道板103和风道封板302，进入风扇40，从而带走功率套件30产生的热量，以使风道路径与散热器301上的温度梯度同向，另外气体从功率柜10正面进入风道使得路径短而直，散热效率最大化。
在本发明的一个实施例中，在所述的变频器中，所述功率套件30包括：第一导体304，被配置为与风道封板302层叠连接；功率模块303，被布置在第一导体304上；第二导体305，被布置在第一导体304上；以及驱动板组件306，被布置在第一导体304上。
在本发明的一个实施例中，在所述的变频器中，通过风道板103与风道封板302连接，功率模块303与风道板103连接，驱动板组件306与功率模块303连接，第二导体305与功率模块303连接，第一导体304与功率模块303连接，实现了模块化的设计，方便安装维护。
在本发明的一个实施例中，在所述的变频器中，电容池组件50包括：电容池固定板503，被配置为垂直于功率套件30的方向与功率套件30连接，实现了电容池固定板503的模块化设计，从而提高重复利用率和产量；第三导体501，被配置为与电容池固定板503层叠连接；电容池，被布置在第三导体501的一面，该面与电容池固定板503的连接面相反，其中电容池固定板503的布置能够尽量靠近功率柜10背面，换言之，电容池固定板503放置在功率柜10最里层，并和功率套件30分离开，由于功率套件30属于常维护零件，这样避免维护套件时，电容也需要被拆下，套件的重量也变轻，易维护。
在本发明的一个实施例中，在所述的变频器中，电容池组件50还包括：绝缘子20，被配置为与绝缘子安装横梁106连接；以及绝缘子安装横梁106，被配置为与功率柜10连接，以使得电容池组件50与功率柜10、绝缘子20一起连接，实现了功率柜10的模块化设计。
在本发明的一个实施例中，在所述的变频器中，进行功率柜10体模块化设计，包括：功率套件安装导轨102、功率套件支撑横梁101、套件上固定横梁105与功率柜10连接，进一步的强化了功率柜10的模块化设计；功率套件30通过功率套件安装导轨102推入功率柜10中的安装位置；以及功率套件30通过功率套件支撑横梁101固定在功率柜10的安装位置处。
在本发明的一个实施例中，在所述的变频器中，功率套件30通过功率套件安装导轨102、套件上固定横梁105、风道板103一起连接到功率柜10上，形成封闭的风道，而以上结构综合起来可以实现多层次的有益效果，包括：结构紧凑、合理，单位体积功率密度极高，风道短而直，且散热器301的温度梯度与风道路径垂直，风量和风压损耗小，易装配性，易维护性，以及模块化设计。
本发明提出了一种风冷变频器功率套件30设计及风道设计方案，包括：功率柜10、套件模块、电容池模块，风道板103、电容池安装板，套件安装导轨，风扇40安装板，风扇40。所述风扇40安装在风扇40安装板上；所述风扇40安装板安装在功率柜10上；所述电容池安装板固定在功率柜10上和风扇40安装板形成封闭风腔；所述电容池模块和风道板103安装在电容池安装板上；所述套件模块通过套件安装导轨跟电容池模块及风道板103连接，形成短而直的封闭风道。入风口，其布置在功率柜10的第一面处；出风口，其布置在功率柜10的第一面背面的第二面处；风冷装置，其布置在功率套件30和风道板103处并且所述风冷装置被配置为带动气流从入风口进入并从出风口流出以对功率套件30进行散热。
在本发明的一个实施例中，所述的风冷变频器功率套件30设计及风道还包括：功率套件30模块，被布置为平行于气体流动方向；以及电容池模块，被布置在套件模块的里层。所述风冷装置包括：散热器301，其包括形成气体流动风道的风道板103和风道封板302，所述风道板103与电容池安装板连接，所述风道封板302与功率套件30连接；风扇40，布置于功率柜10背面，其用于带动风道中的气体进行流动；以及风扇罩104，被配置为与功率柜10连接。进一步的，当风扇40开启后，气体从功率柜10正面进入风道，经过风道板103和风道封板302，进入风扇40，从而带走功率套件30产生的热量，以使风道路径与散热器301上的温度梯度同向。
在本发明的一个实施例中，所述电容池模块包括：电容、电容支撑板、电容池叠层母排，所述电容与电容支撑板连接，所述电容与电容池叠层母排连接，所述电容池模块与功率套件30模块连接。电容池模块还包括：绝缘子20，被配置为与绝缘子安装横梁106连接；以及绝缘子安装横梁106，被配置为与功率柜10连接，以使得电容池模块与功率柜10、绝缘子一起连接。
在本发明的一个实施例中，进行功率柜10体模块化设计，包括：功率套件安装导轨102、功率套件支撑横梁101、套件上固定横梁105与功率柜10连接；功率套件30模块通过功率套件安装导轨102推入功率柜10中的安装位置；以及功率套件30模块通过功率套件支撑横梁101固定在功率柜10的安装位置处。
换言之，本发明的风冷变频器功率套件设计及风道设计包括：功率套件30：散热器301与散热器风道封板302连接，功率模块303与散热器301连接，驱动板组件306一端与功率模块303连接，另一端与第一导体304连接，第二导体305与功率模块303连接，第一导体304与功率模块303连接；电容池组件50：电容502与电容池固定板503连接，第三导体501与电容502连接；功率柜10：功率套件安装导轨102、功率套件支撑横梁101、套件上固定横梁105与功率柜10连接，绝缘子安装横梁106与功率柜10连接，风道板103与功率柜10连接；风扇40与功率柜10连接，风扇罩104与功率柜10连接；电容池组件50：绝缘子20与绝缘子安装横梁106连接，电容池组件50与功率柜10、绝缘子20一起连接；功率套件30通过功率套件安装导轨102、套件上固定横梁105、风道板103一起连接到功率柜10上，形成封闭的风道。本方案通过对功率套件、电容池组件、风道的设计实现了如下优点：结构紧凑、合理，单位体积功率密度极高；风道短而直,且散热器的温度梯度与风道路径垂直，风量和风压损耗小；易装配性，易维护性；模块化设计。
由于现有风冷变频器功率套件设计和风路设计主要是风道从底部进，顶部出，因此风道路径长，沿程压力损耗大的结论，且风道多数为”L”型，结合风道从底部进，顶部出的结构，进一步放大风道沿程损耗大，风量损失大的缺点，基于以上洞察，本发明提供了一种变频器，通过将入风口布置在功率柜的第一面处(可以理解为但不限于功率柜的正面)，出风口布置在功率柜的第二面处(可以理解为但不限于功率柜的背面)，可以使风向直接从功率柜的纵深方向直入直出，风道短而直，大大增加了散热效率。
综上所述，本发明的方案实现意想不到的多层次有益效果，包括：
结构紧凑、合理，单位体积功率密度极高；
风道短而直,且散热器的温度梯度与风道路径垂直，风量和风压损耗小；
易装配性，易维护性；以及
模块化设计。
综上，上述实施例对变频器的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种变频器，其特征在于，包括：
功率柜，被配置为容纳功率套件和风冷装置；
入风口，其布置在功率柜的第一面处；
出风口，其布置在功率柜的背向第一面的第二面处，其中所述第一面和第二面平行于功率柜的长度方向；以及
风冷装置，其布置在功率套件处并且被配置为带动气流从入风口进入并从出风口流出以对功率套件进行散热。
2.如权利要求1所述的变频器，其特征在于，还包括：
功率套件，被布置为平行于气体流动方向；以及
电容池组件，被布置为使得圆柱形电容平行于气体流动方向。
3.如权利要求2所述的变频器，其特征在于，所述风冷装置包括：
散热器，其包括形成气体流动风道的风道板和风道封板，所述风道板与功率柜的侧板连接，所述风道封板与功率套件连接；
风扇，布置于功率柜背面，其用于带动风道中的气体进行流动；以及
风扇罩，被配置为与功率柜连接。
4.如权利要求3所述的变频器，其特征在于，
当风扇开启后，气体从功率柜正面进入风道，经过风道板和风道封板，进入风扇，从而带走功率套件产生的热量，以使风道路径与散热器上的温度梯度同向。
5.如权利要求3所述的变频器，其特征在于，所述功率套件包括：
第一导体，被配置为与风道封板层叠连接；
功率模块，被布置在第一导体上；
第二导体，被布置在第一导体上；以及
驱动板组件，被布置在第一导体上。
6.如权利要求5所述的变频器，其特征在于，
风道板与风道封板连接，功率模块与风道板连接，驱动板组件与功率模块连接，第二导体与功率模块连接，第一导体与功率模块连接。
7.如权利要求3所述的变频器，其特征在于，电容池组件包括：
电容池固定板，被配置为垂直于功率套件的方向与功率套件连接；
第三导体，被配置为与电容池固定板层叠连接；
电容池，被布置在第三导体的一面，该面与电容池固定板的连接面相反，其中电容池固定板的布置能够尽量靠近功率柜背面。
8.如权利要求7所述的变频器，其特征在于，电容池组件还包括：
绝缘子，被配置为与绝缘子安装横梁连接；以及
绝缘子安装横梁，被配置为与功率柜连接，以使得电容池组件与功率柜、绝缘子一起连接。
9.如权利要求8所述的变频器，其特征在于，进行功率柜体模块化设计，包括：
功率套件安装导轨、功率套件支撑横梁、套件上固定横梁与功率柜连接；
功率套件通过功率套件安装导轨推入功率柜中的安装位置；以及
功率套件通过功率套件支撑横梁固定在功率柜的安装位置处。
10.如权利要求9所述的变频器，其特征在于，功率套件通过功率套件安装导轨、套件上固定横梁、风道板一起连接到功率柜上，形成封闭的风道。
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