CN116761394A - 一种具有内循环风冷的集装箱式变频器 - Google Patents

Abstract

本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器，包括设置进线、变压、变频和水冷腔室的箱体，特征在于：变压腔室和变频腔室均为与外界不相连通的密闭腔室，变压腔室中设置有对变压器散热的变压器风冷散热系统，变频腔室中设置有对变频器单元进行散热的变频器水冷散热系统；变压器风冷散热系统中设置有水冷换热器，水冷换热器和变频器水冷散热系统均通过管路与散热水箱循环连通。本发明的集装箱式变频器，变压器风冷散热系统的“循环风”只在变压腔室内循环流动，避免了外界水汽进入到变压腔室中与变压器相接触，即使在湿度大或长时间下大雨的环境下，也不会引起变压器断路损坏，确保了变压器的长期稳定运行。

Description

一种具有内循环风冷的集装箱式变频器

技术领域

本发明涉及一种集装箱式变频器，更具体的说，尤其涉及一种具有内循环风冷的集装箱式变频器。

背景技术

目前石油钻机、压裂泵驱动器行业均使用设置在集装箱内的变频器，集装箱内设置有变压器和变频器，变压器对外部输入高压电源的降压，变频器通过交流和逆变输出频率可控的交流电，以驱使负载运转。由于变压器、整流器件和逆变单元在工作的过程中均会产生较大热量，为了保证其正常工作，需要对变压器、整流器件和逆变单元中的功率器件进行冷却降温。

目前，集装箱内变频器采用风冷、水冷两种方式散热，变压器都是采用风冷散热，风冷散热的变压器，在湿度大或长时间下大雨的环境下，内部风扇会把外部的水汽通过风道吸入进去，吸进集装箱的水汽容易造成变压器损坏，目前市面上也出现很多因湿度大引起的变压器断路损坏的情况，变压器损坏不仅影响负载的正常运行，而且更换变压器的成本较高。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种具有内循环风冷的集装箱式变频器。

本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器，包括从一端至另一端依次设置进线腔室、变压腔室、变频腔室和水冷腔室的箱体，进线腔室、变压腔室、变频腔室和水冷腔室中分别设置有旁路柜、变压器、变频器单元和水冷散热系统；旁路柜用于接入外部高压交流电并输入至变压器，变压器对高压交流电进行降压并输入至变频器单元，变频器单元对交流电进行整流、逆变并输出至负载；水冷腔室与外界相通，水冷散热系统中设置有散热水箱；其特征在于：变压腔室和变频腔室均为与外界不相连通的密闭腔室，变压腔室中设置有对变压器散热的变压器风冷散热系统，变频腔室中设置有对变频器单元进行散热的变频器水冷散热系统；变压器风冷散热系统中设置有水冷换热器，水冷换热器和变频器水冷散热系统均通过管路与散热水箱循环连通。

本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器，所述变压器风冷散热系统由水冷换热器、变压器散热风道和散热风机构成，水冷换热器包括第一换热器和第二换热器，变压器散热风道设置于变压腔室的中央，变压器设置在变压器散热风道中，散热风机设置在变压器散热风道的顶部，变压器散热风道底部的两侧为进风口，第一换热器和第二换热器设置在变压器散热风道两侧的进风口上；在散热风机的作用下，变压腔室内的空气经第一换热器和第二换热器在变压器散热风道与其外围的变压腔室内循环流动，实现对变压器的降温。

本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器，所述变压腔室的两侧分别设置有第一隔壁和第二隔壁，第一隔壁、第二隔壁与箱体的内壁之间形成密闭的变压腔室；变频腔室与水冷腔室之间设置有第三隔壁，第二隔壁、第三隔壁与箱体的内壁之间形成密闭的变频腔室。

本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器，所述散热水箱的底部经循环泵连通有总进水管，总进水管经换热器进水管与第二换热器的一端相连通，第二换热器的另一端经连通管与第一换热器的一端相连通，第一换热器的另一端经换热器出水管与散热水箱的顶部相连通。

本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器，所述变频器水冷散热系统由整流水冷板、逆变水冷板、整流进水管、逆变进水管和逆变出水管构成，逆变水冷板位于整流水冷板的上方，整流水冷板的下端经整流进水管与总进水管相连通，整流水冷板的上端经逆变进水管与逆变水冷板的下端相连通，逆变水冷板的上端经逆变出水管与散热水箱的上端相连通。

本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器，所述第一换热器连通有排气管，排气管上设置有手动阀门。

本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器，所述变压器散热风道上方的变压腔室中设置有散热风机支架，散热风机支架固定于箱体上，散热风机规定能够与散热风机支架上。

本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器，所述散热水箱的顶部设置有用于加注冷却液的散热水箱注水口。

本发明的有益效果是：本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器，箱体一端至另一端依次设置进线、变压、变频和水冷腔室，并分别放置旁路柜、变压器、变频器单元和水冷散热系统，其中变压腔室和变频腔室均为与外界不通的封闭腔室，水冷腔室与外界相通；变压腔室中设置有变压器风冷散热系统，变频腔室中设置有变频器水冷散热系统，且变压器风冷散热系统中设置有水冷换热器，水冷换热器、变频器水冷散热系统均通过管路与水冷散热系统中的散热水箱循环连通，这样，在工作的过程中，变压器产生的热量经水冷换热器与散热水箱的水循环被带走，变频器单元产生的热量经变频器水冷散热系统与散热水箱的水循环被带走，实现了对变压器以及变频器单元中整流器件和逆变器件的散热降温，与现有变压器采用内外循环风冷降温相比较，本发明的变压器风冷散热系统的“循环风”只在变压腔室内循环流动，而不与外界的空气流通，这样就避免了外界水汽进入到变压腔室中与变压器相接触，即使在湿度大或长时间下大雨的环境下，也不会将外部的水汽通吸入进变压腔室，确保了变压器的长期稳定运行。

附图说明

图1为本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器的立体图；

图2为本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器的内部结构图；

图3为本发明中变压腔室的截面图；

图4和图5均为本发明中变压器风冷散热系统、变频器水冷散热系统与水冷散热系统的连接示意图。

图中：1箱体，2进线腔室，3变压腔室，4变频腔室，5水冷腔室，6旁路柜，7变压器，8变频器单元，9水冷散热系统，10第一隔壁，11第二隔壁，12第三隔壁，13箱体上壁，14变压器底座，15变压器散热风道，16散热风机，17第一换热器，18第二换热器，19散热水箱，20水箱散热风扇，21总进水管，22换热器进水管，23连通管，24换热器出水管，25排气管；26整流水冷板，27逆变水冷板，28整流进水管，29逆变进水管，30逆变出水管，31散热风机支架，32散热水箱注水口。

实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，分别给出了本发明的具有内循环风冷的集装箱式变频器的立体图和内部结构图，所示的集装箱式变频器的外部为箱体1，箱体1中由一端至另一端依次为进线腔室2、变压腔室3、变频腔室4和水冷腔室5，进线腔室2、变压腔室3、变频腔室4和水冷腔室5中分别设置有旁路柜6、变压器7、变频器单元8和水冷散热系统9。旁路柜6用于接入外部的高压交流电，并将接入的高压交流电输入至变压器7的一次侧；变压器7用于将输入的高压交流电进行降压，变压器7的二次侧与变频器单元8的输入端相连接，以便将降压后形成的交流电输入至变频器单元8。变频器单元8对输入的交流电依次进行整流、逆变，将其转化为频率可控的交流电输入至负载，以驱使负载工作。

所示的变压腔室3和变频腔室4均为与外界不相连通的密闭腔室，以防止外界水汽的进入。水冷腔室5与外界相通，以便水冷腔室5中的水冷散热系统9与外界进行热交换来降低自身温度，水冷散热系统9中设置有散热水箱19，散热水箱19中存储有冷却液，冷却液选用去离子水，以保证冷却液具有良好导热性能的同时亦具有绝缘性能。

所示变压腔室3中设置有变压器风冷散热系统，变压器风冷散热系统用于对变压器7进行散热降温，以便将变压器7维持在合理的温度范围，保证其正常工作。变压器风冷散热系统中设置有水冷换热器，水冷换热器经管路与散热水箱19循环连通，变压器风冷散热系统通过空气在变压腔室3中内部循环的方式对变压器7进行散热降温，循环气流在变压腔室3内部循环流动的过程中，其热量被水冷换热器吸收并输送到散热水箱19中进行散热。可见，由于变压器7的散热依靠在变压腔室3中的循环气流完成，外界空气不会进入变压腔室3，因此水汽也不会进入到变压腔室3中，即使在湿度大或长时间下大雨的环境下，也不会引起变压器断路损坏。

所示变频腔室4中设置有变频器水冷散热系统，变频器水冷散热系统用于对变频器单元8中的整流器件和逆变器件进行散热降温，以确保整流和逆变的正常工作。变频器水冷散热系统亦通过管路与散热水箱19循环连通，以便将变频器单元8工作过程中产生的热量带到散热水箱19中散发到空气中。由于变频腔室4也处于密闭状态，亦可避免外界水汽进入到变频腔室4中，而影响变频器单元8中元器件的正常工作。可见，变压器风冷散热系统和变频器水冷散热系统共用一个水冷散热系统9进行散热。

所示变压腔室3的两侧设置有第一隔壁10和第二隔壁11，第一隔壁10、第二隔壁11与箱体1的内壁之间形成密闭的变压腔室3。变频腔室4与水冷腔室5之间设置有第三隔壁12，第二隔壁11、第三隔壁12与箱体1的内壁之间形成密闭的变频腔室4。

如图3所示，给出了本发明中变压腔室的截面图，所示的变压器风冷散热系统由水冷换热器、变压器散热风道15和散热风机16构成，变压器散热风道15设置于变压腔室3的中央，变压器7位于变压器散热风道15中，水冷换热器由第一换热器17和第二换热器18构成。变压器散热风道15底部的两侧为进风口，第一换热器17和第二换热器18分别设置在变压器散热风道15底部的两进风口上；散热风机16设置在变压器散热风道15的上端，散热风机16用于向两侧排风。

这样，在散热风机16的作用下，使得底部经第一换热器17和第二换热器18进风，进风在变压器散热风道15中从下至上流通，流通过程中将变压器7产生的热量带走。散热风机16的排风在两侧的第一隔壁10和第二隔壁11的阻挡作用下向下流动，再经第一换热器17和第二换热器18后进入变压器散热风道15，如此循环往复实现对变压器7的散热降温，产生的热量最终被第一换热器17和第二换热器18吸收，并通过冷却液的流动带到散热水箱19中。

如图4和图5所示，均给出了本发明中变压器风冷散热系统、变频器水冷散热系统与水冷散热系统的连接示意图，所示的水冷散热系统9由散热水箱19、水箱散热风扇20和总进水管21构成，散热水箱19中存储有冷却液，水箱散热风扇20朝向散热水箱19吹风，以通过外界空气的进出水冷腔室5来实现对散热水箱19的散热降温。总进水管21经循环泵与散热水箱19的底部相连通，以便在循环泵的作用下，将散热水箱19中的冷却液经总进水管21排出。

所示第二换热器18的一端经换热器进水管22与总进水管21相连通，第二换热器18的另一端经连通管23与第二换热器18的一端相连通，第二换热器18的另一端经换热器出水管24与散热水箱19的顶部相连通，这样，在循环泵的作用下，冷却液依次在总进水管21、换热器进水管22、第二换热器18、连通管19、第一换热器17、换热器出水管24和散热水箱19之间循环流动，实现对变压器7的降温。

所示的变频器水冷散热系统由整流水冷板26、逆变水冷板27、整流进水管28、逆变进水管29和逆变出水管30构成，逆变水冷板27位于整流水冷板26的下方，逆变水冷板27实现对逆变功率器件（如IGBT）的散热，整流水冷板26实现对整流器件的散热。整流水冷板26的下端经两个整流进水管28与总进水管21相连通，整流水冷板26的上端经两个逆变进水管29与逆变水冷板27的下端相连通，逆变水冷板27的上端经逆变出水管30与散热水箱19的上端相连通。这样，在循环泵的作用下，冷却液依次在散热水箱19、总进水管21、整流进水管28、整流水冷板26、逆变进水管29、逆变水冷板27、逆变出水管30中循环流动，以实现对变频器单元8中整流器件和逆变器件的散热。

所示散热水箱19的顶部设置有散热水箱注水口32，以便通过散热水箱注水口32向散热水箱19中加入冷却液。所示第一换热器17连通有排气管25，排气管25上开设有手动阀门，在向散热水箱19中加入冷却液的过程中，需要将换热器、管路中的气体排出，此时需要打开排气管25上的排气管进行排气。所示变压器散热风道15的上方设置有散热风机支架31，散热风机支架31固定于箱体1上，散热风机16固定在散热风机支架31上，以实现对散热风机16的支撑。

Claims (8)

1.一种具有内循环风冷的集装箱式变频器，包括从一端至另一端依次设置进线腔室（2）、变压腔室（3）、变频腔室（4）和水冷腔室（5）的箱体（1），进线腔室、变压腔室、变频腔室和水冷腔室中分别设置有旁路柜（6）、变压器（7）、变频器单元（8）和水冷散热系统（9）；旁路柜用于接入外部高压交流电并输入至变压器，变压器对高压交流电进行降压并输入至变频器单元，变频器单元对交流电进行整流、逆变并输出至负载；水冷腔室与外界相通，水冷散热系统中设置有散热水箱（9）；其特征在于：变压腔室（3）和变频腔室（4）均为与外界不相连通的密闭腔室，变压腔室中设置有对变压器散热的变压器风冷散热系统，变频腔室中设置有对变频器单元进行散热的变频器水冷散热系统；变压器风冷散热系统中设置有水冷换热器，水冷换热器和变频器水冷散热系统均通过管路与散热水箱（9）循环连通。

2.根据权利要求1所述的具有内循环风冷的集装箱式变频器，其特征在于：所述变压器风冷散热系统由水冷换热器、变压器散热风道（15）和散热风机（16）构成，水冷换热器包括第一换热器（17）和第二换热器（18），变压器散热风道设置于变压腔室（3）的中央，变压器设置在变压器散热风道中，散热风机设置在变压器散热风道的顶部，变压器散热风道底部的两侧为进风口，第一换热器和第二换热器设置在变压器散热风道两侧的进风口上；在散热风机的作用下，变压腔室（3）内的空气经第一换热器和第二换热器在变压器散热风道与其外围的变压腔室内循环流动，实现对变压器（7）的降温。

3.根据权利要求1或2所述的具有内循环风冷的集装箱式变频器，其特征在于：所述变压腔室（3）的两侧分别设置有第一隔壁（10）和第二隔壁（11），第一隔壁、第二隔壁与箱体（1）的内壁之间形成密闭的变压腔室；变频腔室（4）与水冷腔室（5）之间设置有第三隔壁（12），第二隔壁、第三隔壁与箱体的内壁之间形成密闭的变频腔室。

4.根据权利要求2所述的具有内循环风冷的集装箱式变频器，其特征在于：所述散热水箱（19）的底部经循环泵连通有总进水管（21），总进水管经换热器进水管（22）与第二换热器（18）的一端相连通，第二换热器的另一端经连通管（23）与第一换热器（17）的一端相连通，第一换热器的另一端经换热器出水管（24）与散热水箱的顶部相连通。

5.根据权利要求4所述的具有内循环风冷的集装箱式变频器，其特征在于：所述变频器水冷散热系统由整流水冷板（26）、逆变水冷板（27）、整流进水管（28）、逆变进水管（29）和逆变出水管（30）构成，逆变水冷板位于整流水冷板的上方，整流水冷板的下端经整流进水管与总进水管（21）相连通，整流水冷板的上端经逆变进水管与逆变水冷板的下端相连通，逆变水冷板的上端经逆变出水管与散热水箱（9）的上端相连通。

6.根据权利要求2或4所述的具有内循环风冷的集装箱式变频器，其特征在于：所述第一换热器（17）连通有排气管（25），排气管上设置有手动阀门。

7.根据权利要求2或4所述的具有内循环风冷的集装箱式变频器，其特征在于：所述变压器散热风道（15）上方的变压腔室（3）中设置有散热风机支架（31），散热风机支架固定于箱体（1）上，散热风机（16）规定能够与散热风机支架上。

8.根据权利要求2或4所述的具有内循环风冷的集装箱式变频器，其特征在于：所述散热水箱（19）的顶部设置有用于加注冷却液的散热水箱注水口（32）。