CN201947153U - 模块化变频器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的模块化变频器包括：外壳、主控制模块、扩展控制模块、功率模块、散热模块，其中，所述主控制模块与扩展控制模块通过接口与功率模块连接，所述外壳包覆在主控制模块、扩展控制模块的外部，其中：扩展控制模块为可更换的模块。本实用新型的模块化变频器可以更加灵活地将功能模块进行组合，对于同一功率等级的产品，企业在研发时可以将不同的功能集成在不同的可更换的模块上，生产时根据客户的需求对不同的模块进行组合即可。这样可以大大降低企业生产成本，提高企业的柔性制造技术效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种模块化变频器。
背景技术
变频器是利用功率半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。由于具有变频节能、软起动功能、提高电网功率因数、平滑调速等优点，在人们生产生活中得到了广泛应用。不同的应用场合，还就对变频器的功能提出了不同的要求。例如，应用场合的复杂程度不一样，需要的控制信号数量就不一样，对变频器控制电路的复杂度要求也不同；不同的场合对EMC(电磁兼容性)要求不同；对于变频器外壳的IP防护等级的要求不同；还有对功率部件散热的要求不同，等等。上述不同的技术要求反映在变频器实现上，会体现为附加很多其他的模块，例如EMC模块、IP保护模块等等。
在现有技术中，变频器只是针对某一应用场合的要求开发出的具有相关功能的一款产品。对于特定客户，该产品能够满足他们的要求，但是，对于变频器生产企业来说，单一功能的变频器无法满足不同应用场合的需求。如果要满足不同的应用，就必须开发或购买具有不同功能的多种变频器。这样不仅会使得设备的安装、调试过于复杂，还必然会大大增加企业的研发、生产、仓储、物流等成本。
因此，有必要设计一种新型变频器，以便克服以上缺点，
实用新型内容
针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种便于扩展的变频器装置。
本实用新型的模块化变频器包括：外壳、主控制模块、扩展控制模 块、功率模块、散热模块，其中，所述主控制模块与扩展控制模块通过接口与功率模块连接，所述外壳包覆在主控制模块、扩展控制模块的外部，其中：扩展控制模块为可更换的模块。
优选地，还包括滤波装置，所述滤波装置安装在所述外壳中。
优选地，所述滤波装置包括第一滤波装置和第二滤波装置，所述滤波装置通过接口连接在功率模块上。
优选地，所述散热模块为可更换的模块。
优选地，所述散热模块包括风扇和散热片，所述风扇与散热片同轴排列。
优选地，所述散热模块包括散热片和内部风扇，所述散热片是所述外壳的一部分，所述内部风扇安装在外壳内部。
优选地，所述散热模块包括导热板和内部风扇，所述导热板是外壳的一部分，所述内部风扇安装在外壳内部。
优选地，在所述外壳上安装有法兰。
优选地，所述接口为插槽，所述可更换的模块是通过插槽插拔的模块。
本实用新型的模块化变频器可以更加灵活地将功能模块进行组合，对于同一功率等级的产品，企业对在研发时可以将不同的功能集成在不同的可更换的模块上，生产时根据客户的需求对不同的模块进行组合即可。这样可以大大降低企业生产成本，提高企业的柔性制造技术效率。
附图说明
图1a、1b是本实用新型一种优选实施方式的变频器的结构示意图；
图2a、2b是本实用新型一种优选实施方式中的扩展控制板的布置示意图；
图3a、3b是本实用新型一种优选实施方式中的滤波装置的布置示意图；
图4a、4b是本实用新型一种优选实施方式中的结构示意图；
图5a、5b、5c示出了本实用新型具体实施方式中的三种散热方案的 示意图。
具体实施方式
本实用新型一种优选实施方式的变频器包括：外壳、主控制模块、扩展控制模块、功率模块、散热模块。其中，所述主控制模块与扩展控制模块通过接口与功率模块连接，所述外壳包覆在主控制模块、扩展控制模块的外部，其中：扩展控制模块为可更换的模块。所述可更换的模块是指具有相同的接口设置和安装尺寸的模块。
如图1a、1b所示，显示了本实用新型的一种具体实施方式。单独的功率半导体器件VI，电路部分包括主电路板(功率级)B1、控制电路板B2以及扩展控制板B3。EMC滤波装置包括第一滤波装置C1和第二滤波装置C2，以提高EMC等级。散热装置包括风扇F1和散热片HS1，此外还有外壳E，在该实施方式中，该外壳的防护等级是IP21。
在本实施方式中，主控制模块是控制电路板B2。在控制电路板B2上设置有控制变频器运行的主要电路元件，例如CPU、存储器、I/O接口等等，具体控制元件的主控制模块与现有的控制装置相类似，
适用于不同应用场合的控制电路安装在不同的扩展控制模块。主控制模块是必须安装的，而扩展控制模块则是根据间不同的应用场合加装以便获得相应的功能。
图2a、2b示出了扩展控制模块的布置示意图。作为主控制模块的控制电路板B2和作为扩展控制模块的扩展控制板B3可以并排安装在变频器内部。其中，基本控制板B2为必选件，用于满足变频器的基本应用。根据不同的应用需求，采用不同的扩展控制板作为可更换的扩展控制模块。这些扩展控制板具有相同的安装尺寸，以便确保安装在变频器上。同时，扩展控制板和基本控制板之间通过接口和相应的线路连接在一起。
功率模块用于将工频交流电改变频率，输出改变频率的交流电。所述功率模块与主控制模块连接，根据具体应用，在主控制模块的控制下，功率模块按预定控制律运转。
主控制模块、扩展控制模块与功率模块之间的接口可以采用各种适 合于控制、通讯的电气接口和通讯接口。优选地，所述接口为插槽，可更换的模块是通过插槽插拔的模块。
散热模块可以是各种实现形式的散热器件，例如散热片、风扇、冷却板等等。优选地，在本实用新型的具体实施方式中，采取三种形式的散热模块。变频器作为一种功率电子设备，必需用到许多功率电子器件，这些功率电子器件极易受到工作温度的影响，但同时在工作过程中因为内部损耗而产生大量的热量。为了保证变频器正常可靠运行，变频器必须有良好的散热装置。而在实际应用中，不同的应用场合，需要有不同的散热模块。
如图5a、5b、5c所示，显示了本实用新型中三种不同散热方案的实施方式。所述散热模块为可更换的模块。
图5a显示了本实用新型的一种散热模块的实施方式。所述散热模块包括风扇F1和散热片HS1，所述风扇与散热片同轴排列。其中，功率板B1、控制板B2和外壳E，共同组成了主控制模块。散热片HS1、风扇F1共同组成了散热模块。功率半导体器件VI接线端连接在功率板上，散热端连接在散热片HS1上。其它功率部件，如电容器D等，连接在功率板B1的另一侧，在外壳E的包围之内。风扇向外抽风，部分冷空气沿散热片HS1和底板P形成的通道将功率半导体器件VI冷却；另一部分空气沿外壳E形成的通道将其它功率部件冷却。
图5b显示了本实用新型的另一种散热模块的实施方式。所述散热模块包括散热片和内部风扇，所述散热片是所述外壳的一部分，所述内部风扇安装在外壳内部。其它模块不变，散热模块被设置为包括：一个大的散热片HS2和一个设置在外壳E之内的内部风扇F2，该散热片HS2同时也是外壳的一部分。依靠自然重力空气循环可以功率半导体器件VI有效冷却；在内部风扇F2的作用下，冷空气通过外壳E两侧的空气出入口(外壳E的一侧为进气口，另一侧为出气口)，将其它功率部件(例如电容器D等)有效地冷却。
图5c显示了本实用新型的第三种散热方式。所述散热模块包括导热板和内部风扇，所述导热板是外壳的一部分，所述内部风扇安装在主电 路板另一侧的外壳内部。其它模块不变，散热模块被设置为包括：导热板CP，和设置在外壳E之内的内部风扇F2。该实施方式需要将导热板连接在外部的有冷却装置的散热器上(如受迫水循环散热器等)，通过这种方法可以将功率半导体器件VI冷却。在内部风扇F2的作用下，冷空气通过外壳E1两侧的空气出入口(一侧为进气口，另一侧为出气口)，将其它功率部件(电容器D等)有效冷却。
本实用新型提供的几种不同可更换的散热模块，可以根据用户需求进行灵活的组合。
外壳作为各控制模块的包容部件，设置在主控制单元和扩展控制单元的外部，以便起到封闭和保护作用。所述外壳的材料可以采用各种适合的材料，例如钢板、聚合材料等。外壳的形状可以根据具体应用来确定，本领域技术人员可以理解，在此不再赘述。
在外壳的IP防护(进入防护Ingress Protection)等级方面，本实用新型整机的外壳防护等级是IP21。风扇F1和滤波器装置C2的外壳防护等级是IP54。对于环境较好的场合无灰尘或者偶有水滴滴下的情况下，变频器可以直接使用。对于环境恶劣的场合，例如具有灰尘和飞溅的水的环境，本实用新型的变频器还提供了可以安装在外壳四周的法兰。通过法兰可以将具有电路板的部分安装在具有一定防护等级的控制柜中，而将风扇和散热器一半暴露在控制柜之外的空气中，以利于功率部件的散热。在设备的四周加装上法兰之后，法兰一侧的风扇F1和滤波器件C2本身的IP等级是IP54。可以包含电路板的部分安装在控制柜内部，另一部分在控制柜之外。这样设备就可以用在要求IP54的环境之中，不需对设备本身进行改动，不用改变设备本身的IP防护等级，只需加装法兰部件，就可以将设备用在更高要求的环境中。
根据本实用新型，变频器的电子元器件分别安装在几个电路板上，例如主电路板、控制电路板、用户扩展控制板以及EMC滤波装置。另外还有保证该设备正常可靠运行的散热装置和具有一定IP防护等级的外壳。
对于同一功率等级的产品，采用本实用新型的技术方案，为了满足 不同使用场合的需要，可以将不同的功能集成在不同的可更换的模块上。将几个模块进行组合后，就可以得到具有不同功能的变频器。
优选地，本实用新型的模块化变频器还设置有滤波装置，所述滤波装置安装在所述外壳中。对EMC要求高的应用场合，安装滤波装置。但对EMC要求较低的场合，也可以省略滤波装置。所述滤波装置通常由第一滤波装置C1和第二滤波装置C2构成，其中第一滤波装置C1主要为为交流电抗器，第二滤波装置C2为直流电抗器。所述滤波装置通过接口连接在功率模块上。
如图3a、3b所示，显示了本实用新型EMC滤波装置的实施情况。其中图3a显示的是安装了EMC滤波装置C1、C2的情况，此时可以设备可以达到较高的EMC等级。对于EMC等级要求不高的场合，不安装滤波装置即可，如图3b示。
根据本实用新型，如图4a、4b所示，显示了加装了法兰的实施情况。在设备的四周加装上法兰之后，包含电路板的部分外壳防护等级不变，仍然是IP21。法兰另一侧的电气件风扇F1和滤波装置C2本身的IP等级是IP54。用户可以将设备包含电路板的部分安装在控制柜内部，另一部分在控制柜之外，这样设备就可以用在要求IP54的环境之中。在该实施方式中，不需要对设备本身进行改动，不需要改变设备本身的IP防护等级，只需加装法兰部件，就可以将设备用在更高要求的环境中。
尽管本实用新型是通过上述的优选实施方式进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到在不脱离本实用新型主旨的情况下，本领域技术人员可以对本实用新型做出不同的变化和修改。
Claims (9)
1.一种模块化变频器，其特征在于，所述变频器包括：外壳、主控制模块、扩展控制模块、功率模块、散热模块，其中，所述主控制模块与扩展控制模块通过接口与功率模块连接，所述外壳包覆在主控制模块、扩展控制模块的外部，其中：扩展控制模块为可更换的模块。
2.根据权利要求1所述的模块化变频器，其特征在于，还包括滤波装置，所述滤波装置安装在所述外壳中。
3.根据权利要求2所述的模块化变频器，其特征在于，所述滤波装置包括第一滤波装置和第二滤波装置，所述滤波装置通过接口连接在功率模块上。
4.根据权利要求1或2所述的模块化变频器，其特征在于，所述散热模块为可更换的模块。
5.根据权利要求4所述的模块化变频器，其特征在于，所述散热模块包括风扇和散热片，所述风扇与散热片同轴排列。
6.根据权利要求4所述的模块化变频器，其特征在于，所述散热模块包括散热片和内部风扇，所述散热片是所述外壳的一部分，所述内部风扇安装在外壳内部。
7.根据权利要求4所述的模块化变频器，其特征在于，所述散热模块包括导热板和内部风扇，所述导热板是外壳的一部分，所述内部风扇安装在外壳内部。
8.根据权利要求1或2所述的模块化变频器，其特征在于，在所述外壳上安装有法兰。
9.根据权利要求1所述的模块化变频器，其特征在于，所述接口为插槽，所述可更换的模块是通过插槽插拔的模块。
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