CN115603595A - 具有同步散热功能的变流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有同步散热功能的变流装置,装置包括液冷散热器以及变流器，液冷散热器与变流器相连接；液冷散热器包括框体以及导热盖板，框体包括四个围合的壁面，导热盖板包括第一导热盖板以及第二导热盖板，第一导热盖板以及第二导热盖板与框体围合形成闭合腔体，闭合腔体用于存储冷却液；变流器包括电源组件、变流控制组件以及控制线路，连接组件包括支撑板以及连接板，支撑板用于安装变流控制组件以及液冷散热器，支撑板通过连接板与电源组件相连接。冷却液在动态情况下所进行的热交换与热量冷却效率相比于静止状态显著提升，更加有利于液冷散热器与变流器间的换热作用，实现变流器运行过程中的同步散热。

Description

具有同步散热功能的变流装置

技术领域

本发明涉及电气设备的技术领域，尤其涉及一种具有同步散热功能的变流装置。

背景技术

人们的日常生产生活中常用到高功率电器，高功率电器中的高功率半导体长时间运行使高功率电器在工作过程中产生大量的热量，常见的高功率电器包括变流器、变频器、伺服驱动器、逆变器以及电机调速器等，这些高功率电器均作为采用电力电子技术的电器装置，这些设备的基本运行原理为在晶闸管IGBT的功率器件在受控的情况下进行开启或闭合，这一类电器装置均具有高功率半导体，高功率半导体在运行过程中产生大量的热量且导致器件损耗。现有的具有高功率半导体的电器装置在运行过程中因过热发生的事故屡见不鲜，为避免装置的损坏需要在电器装置内设置辅助散热结构，通过液冷或风冷等方式进行散热，现有的电器装置所配备的辅助散热结构运行方式复杂且有效性差，因散热结构设置缺乏合理性而无法有效形成装置的热量管理。因此，现有的高功率电器存在借助散热结构进行热量管理效率低的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种具有同步散热功能的变流装置，旨在解决现有技术方法中所存在的与散热结构相结合协调性差而难以进行高效的热量平衡管理的问题。

本发明实施例公开了一种具有同步散热功能的变流装置，该变流装置包括液冷散热器以及变流器，液冷散热器与变流器相连接；液冷散热器包括框体以及导热盖板，框体包括四个围合的壁面，导热盖板包括第一导热盖板以及第二导热盖板，第一导热盖板以及第二导热盖板与框体围合形成闭合腔体，闭合腔体用于存储冷却液；变流器包括电源组件、变流控制组件以及控制线路，变流控制组件包括多个功能模块，各功能模块间通过控制线路相连接；液冷散热器通过连接组件与变流器相连接，连接组件包括支撑板以及连接板，支撑板用于安装变流控制组件以及液冷散热器，支撑板通过连接板与电源组件相连接。

进一步地，所述电源组件包括电容器以及电源板，所述电源组件用于控制电动机以及风扇。

进一步地，所述变流控制组件包括硅桥，所述硅桥用于形成多脉整流。

进一步地，所述变流控制组件通过所述电源组件接入直流电，所述电容器设置有多个，所有所述电容器通过直流母线并联。

进一步地，所述变流器设置于集成机柜内，所述集成机柜与所述液冷散热器贴合设置，所述控制线路包括直流母线，所述直流母线设置于所述集成机柜的顶部。

进一步地，所述液冷散热器的腔体内设置有导热柱，所述导热盖板上设置有导热凸起，所述导热柱通过所述导热凸起与所述变流器相连接。

进一步地，所述导热柱导热柱的柱体侧壁设置为波浪形曲面。

进一步地，所述框体的内侧壁面上设置有导流筋。

进一步地，所述风扇通过所述连接组件与电源组件相连接并设置于所述液冷散热器的一侧。

进一步地，所述液冷散热器的一侧壁面上设置有进液孔以及出液孔，所述进液孔以及所述出液孔同时连通输液装置，所述输液装置内设置有供液泵以及吸液泵，所述输液装置用于向所述液冷散热器内输送以及回收冷却液。

上述具有同步散热功能的变流装置实现装置整体系统级的热量管理优化，解决现有的高功率电器存在借助散热结构进行热量管理效率低的问题，冷却液在动态情况下所进行的热交换与热量冷却效率相比于静止状态显著提升，更加有利于液冷散热器,与变流器间的换热作用，实现变流器运行过程中的同步散热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的变流装置的整体结构爆炸示意图；

图2为本发明实施例提供的变流装置的局部结构示意图。

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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1至图2所示，本发明实施提供的具有同步散热功能的变流装置包括液冷散热器2以及变流器1，液冷散热器2与变流器1相连接；液冷散热器2包括框体以及导热盖板，框体包括四个围合的壁面，导热盖板包括第一导热盖板26以及第二导热盖板，第一导热盖板26以及第二导热盖板与框体围合形成闭合腔体，闭合腔体用于存储冷却液；变流器1包括电源组件、变流控制组件以及控制线路，变流控制组件包括多个功能模块，各功能模块间通过控制线路相连接；液冷散热器2通过连接组件4与变流器1相连接，连接组件4包括支撑板以及连接板6，支撑板用于安装变流控制组件以及液冷散热器2，支撑板通过连接板6与电源组件相连接。

在实际的使用场景中，该变流装置包括具有变流功能的变流器1，变流器1接入电流并实现交流电向直流电或交流电向直流电的转化，在变流器1的运行过程中，变流器1内所设置的高功率半导体的功耗明显并产生大量的热量，热量随变流器1器件内外的各功能部件以及通电线路等部件扩散形成热量进一步聚集，该变流装置在装置的整体结构框架中设置具有热传导与散热功能的液冷散热器2，液冷散热器2的原理包括利用固体部件进行热量传导、利用冷却液与固体部件进行换热以及冷却液流动带走热量；具体地，液冷散热器2与变流器1相连接，液冷散热器2包括框体以及与框体相围合的导热盖板，框体与导热盖板均具有热传导功能，框体包括四个围合的壁面，壁面围合后形成两端开口的框体，导热盖板包括第一导热盖板26以及第二导热盖板，两个导热盖板分别与框体相连接并将开口闭合，导热盖板与框体连接并围合后即形成了液冷散热器2的腔体，腔体为冷却液的流动以及换热创造了空间结构条件，液冷散热器2外接具有液体输送功能的装置以使冷却液可以进入腔体进行流动，腔体内包括第一流动通道21以及第二流动通道22，液冷散热器2与变流器1靠近设置并通过连接组件4直接相连，液冷散热器2与变流器1在空间位置上完成协调安装，构建有利于热传导以及介质换热的条件；具体地，变流器1包括电源组件、变流控制组件以及控制线路，电源组件用于接入电流以及对电流进行初步整合、存储与传输，变流控制组件作为变流器1进行电流性质类型转化的功能部件，包括高功率半导体以及相关通电线路，控制线路依附于变流控制组件或电源组件进行电信号的传输，用于连通变流控制组件的各功能模块；具体地，连接组件4包括支撑板以及连接板6，支撑板用于安装变流控制组件以及液冷散热器2，支撑板通过连接板6与电源组件相连接，变流控制组件因高功率半导体运行产生大量的热量而成为变流器1内的主要产热源，变流控制组件通过支撑板与液冷散热器2直接接触，为液冷散热器2与变流控制组件进行换热创造直接的空间条件。

综上，本发明实施例所公开的变流装置将装置内用于变流控制的变流控制组件确定为主要热源，将变流控制组件与液冷散热器2进行靠近安装，使液冷散热器2的固体部件可将变流控制组件产生的热量导入腔体内与冷却液进行换热，冷却液带走热量实现冷却散热，提高变流器1散热的效率，保持变流器1运行过程中的热量平衡，变流装置的整体温度保持稳定，实现装置整体系统级的热量管理优化，解决现有的高功率电器存在借助散热结构进行热量管理效率低的问题。

进一步地，电源组件包括电容3器以及电源板，电源组件用于控制电动机以及风扇5。

具体地，电源组件用于为变流装置接入并存储传输外接电流，为变流装置提供待转换的电流，并通过外接电流控制装置内的电动机，电动机产生动力控制风扇5，风扇5根据装置的使用状态产生气流并辅助液冷散热器2进行热传导，避免装置的各部件发生过热。

进一步地，变流控制组件包括硅桥，硅桥用于形成多脉整流。

具体地，变流器1完成安装后进行运行，变流装置从普通工频电网接入电流，变流控制组件中包括3个半可控硅桥，半可控硅桥组成6脉整流，实现交流电到直流电的转变，直流电的能量流输入到多个并联的直流母线电容3上，变流器1顶部的单个IGBT(即，绝缘栅双极型晶体管)形成能耗制动斩波器7回路并有输出端子位于变流器1顶部，电容3器组上的直流电能量经叠层母排接入并联的IGBT组阵实现直流电向交流电的变换，IGBT输出UVW可接被驱动对象通常是三相电动机。

进一步地，变流控制组件通过电源组件接入直流电，电容3器设置有多个，所有电容3器通过直流母线并联。

具体地，变流器1完成安装后进行运行，变流装置从普通工频电网接入公共的直流电流，直流电的能量流输入到多个并联的直流母线电容3上，变流器1顶部的单个IGBT形成能耗制动斩波器7回路并有输出端子位于变流器1顶部，电容3器组上的直流电能量经叠层母排接入并联的IGBT组阵实现直流电向交流电的变换，IGBT输出UVW可接被驱动对象通常是三相电动机。

进一步地，变流器1设置于集成机柜9内，集成机柜9与液冷散热器2贴合设置，控制线路包括直流母线，直流母线设置于集成机柜9的顶部。

具体地，变流器1内设于窄长形集成机柜9中，集成机柜9具有较高的集成安装密度，集成机柜9的顶部用于设置直流母线，电源组件所包括的电容3与IGBT间具有电流转换回路，缩短电流转换回路可以压缩回路中寄生杂散电感的感量值，电感显著降低，高功率变流控制组件在高PMW(即，脉宽调制)开关频率的条件下可有效保证电流转换的稳定性，避免外部UVW在极端温度条件下发生短路。

进一步地，液冷散热器2的腔体内设置有导热柱23，导热盖板上设置有导热凸起27，导热柱23通过导热凸起27与变流器1相连接。

具体地，导热柱23安置于液冷散热器2的腔体中与冷却液直接接触，导热柱23向第一导热盖板26方向延伸使电器中相应的热量输出部件所产生以及输出的热量导入导热柱23中，导热柱23设置有多个以充分将热量导入腔体内的冷却液中，导热盖板进一步强化了腔体与待散热的高功率电器间的接触导热的稳定性，使该散热器与高功率电器间的接触更充分，有利于热传导与热交换的持续进行。

进一步地，导热柱23导热柱23的柱体侧壁设置为波浪形曲面。

具体地，导热柱23的柱体侧壁与冷却液直接接触，冷却液在腔体中流动的过程中浸没导热柱23并与导热柱23发生相对位移，冷却液流经导热柱23的柱体侧壁，导热柱23作为该散热器中的热交换耦合器与冷却液直接热交换，冷却液在腔体中的流动受到导热柱23的间接影响，导热柱23的柱体侧壁设置为波浪形曲面，导热柱23柱体的横向截面设置为“8”字形，即柱体侧壁的中央具有两个弧形凸面与一个凹陷处，这样的侧壁曲面设计可增加冷却液流经导热柱23时所具有的雷诺系数，进一步强化冷却液的流动过程中的湍流效应，提升冷却液流动过程中的热交换效率。

进一步地，框体的内侧壁面上设置有导流筋28。

具体地，液冷散热器2在热传导的过程中常出现腔内热蒸汽遇冷液化为凝珠的现象，凝珠的产生与分布具有不规则性，大量的凝珠易产生溢流扩散，在围合部的内测壁面上设置具有水珠汇集功能的导流筋28，导流筋28将水珠汇集形成水流并导入流动通道中，避免成股的液流流向液冷散热器2的带点主回路部件上形成恶性电路短路故障的问题。

进一步地，风扇5通过连接组件4与电源组件相连接并设置于液冷散热器2的一侧。

具体地，将风扇5设置在液冷散热器2的一侧用于产生散热气流，散热气流可与液冷散热器2壁面外表面进行热交换并带走热量，在液冷散热器2的外部维持热量平衡有利于液冷散热器2腔体内热交换的稳定进行。

进一步地，液冷散热器2的一侧壁面上设置有进液孔24以及出液孔25，进液孔24以及出液孔25同时连通输液装置，输液装置内设置有供液泵以及吸液泵，输液装置用于向液冷散热器2内输送以及回收冷却液。

具体地，液冷散热器2的其中一侧壁面用于设置进液孔24以及出液孔25，该变流装置所外接的输液装置通过输液管道分别接通进液孔24以及出液孔25实现与液冷散热器2腔体的连接，输液装置的提供冷却液流动所需的动力并作用于冷却液上，冷却液受力后在液冷散热器2的腔体内形成湍流并完成热交换带走热量，冷却液在动态情况下所进行的热交换与热量冷却效率相比于静止状态显著提升，更加有利于液冷散热器2与变流器1间的换热作用。

本发明公开了一种具有同步散热功能的变流装置，该变流装置包括液冷散热器2以及变流器1，液冷散热器2与变流器1相连接；液冷散热器2包括框体以及导热盖板，框体包括四个围合的壁面，导热盖板包括第一导热盖板26以及第二导热盖板，第一导热盖板26以及第二导热盖板与框体围合形成闭合腔体，闭合腔体用于存储冷却液；变流器1包括电源组件、变流控制组件以及控制线路，变流控制组件包括多个功能模块，各功能模块间通过控制线路相连接；液冷散热器2通过连接组件4与变流器1相连接，连接组件4包括支撑板以及连接板6，支撑板用于安装变流控制组件以及液冷散热器2，支撑板通过连接板6与电源组件相连接。本发明实施例所公开的变流装置将装置内用于变流控制的变流控制组件确定为主要热源，将变流控制组件与液冷散热器2进行靠近安装，使液冷散热器2的固体部件可将变流控制组件产生的热量导入腔体内与冷却液进行换热，冷却液带走热量实现冷却散热，提高变流器1散热的效率，保持变流器1运行过程中的热量平衡，变流装置的整体温度保持稳定，实现装置整体系统级的热量管理优化，解决现有的高功率电器存在借助散热结构进行热量管理效率低的问题，冷却液在动态情况下所进行的热交换与热量冷却效率相比于静止状态显著提升，更加有利于液冷散热器2与变流器1间的换热作用，实现变流器1运行过程中的同步散热。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种具有同步散热功能的变流装置，其特征在于，包括:液冷散热器以及变流器，所述液冷散热器与所述变流器相连接；

所述液冷散热器包括框体以及导热盖板，所述框体包括四个围合的壁面，所述导热盖板包括第一导热盖板以及第二导热盖板，所述第一导热盖板以及所述第二导热盖板与所述框体围合形成闭合腔体，所述闭合腔体用于存储冷却液；

所述变流器包括电源组件、变流控制组件以及控制线路，所述变流控制组件包括多个功能模块，各所述功能模块间通过所述控制线路相连接；

所述液冷散热器通过连接组件与所述变流器相连接，所述连接组件包括支撑板以及连接板，所述支撑板用于安装所述变流控制组件以及液冷散热器，所述支撑板通过所述连接板与所述电源组件相连接。

2.根据权利要求1所述的具有同步散热功能的变流装置，其特征在于，所述电源组件包括电容器以及电源板，所述电源组件用于控制电动机以及风扇。

3.根据权利要求1所述的具有同步散热功能的变流装置，其特征在于，所述变流控制组件包括硅桥，所述硅桥用于形成多脉整流。

4.根据权利要求2所述的具有同步散热功能的变流装置，其特征在于，所述变流控制组件通过所述电源组件接入直流电，所述电容器设置有多个，所有所述电容器通过直流母线并联。

5.根据权利要求1所述的具有同步散热功能的变流装置，其特征在于，所述变流器设置于集成机柜内，所述集成机柜与所述液冷散热器贴合设置，所述控制线路包括直流母线，所述直流母线设置于所述集成机柜的顶部。

6.根据权利要求1所述的具有同步散热功能的变流装置，其特征在于，所述液冷散热器的腔体内设置有导热柱，所述导热盖板上设置有导热凸起，所述导热柱通过所述导热凸起与所述变流器相连接。

7.根据权利要求6所述的具有同步散热功能的变流装置，其特征在于，所述导热柱导热柱的柱体侧壁设置为波浪形曲面。

8.根据权利要求1所述的具有同步散热功能的变流装置，其特征在于，所述框体的内侧壁面上设置有导流筋。

9.根据权利要求2所述的具有同步散热功能的变流装置，其特征在于，所述风扇通过所述连接组件与电源组件相连接并设置于所述液冷散热器的一侧。

10.根据权利要求1所述的具有同步散热功能的变流装置，其特征在于，所述液冷散热器的一侧壁面上设置有进液孔以及出液孔，所述进液孔以及所述出液孔同时连通输液装置，所述输液装置内设置有供液泵以及吸液泵，所述输液装置用于向所述液冷散热器内输送以及回收冷却液。

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