CN203761249U - 一种紧凑型电源柜 - Google Patents

一种紧凑型电源柜 Download PDF

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唐海燕
唐洲
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刘玉柱
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Abstract

本实用新型公开了一种紧凑型电源柜,包括柜体、并列安装在柜体内的主单元柜和交流输出单元柜;所述主单元柜包括安装在其上部的功率模块单元、竖直安装在其中部的电气板、安装在其下部的磁性元部件系统、安装在其背部区域的散热风道系统;交流输出单元柜包括交流输出配电系统,交流输出配电系统与主单元柜之间通过母排或线缆连接。本实用新型便于元器件摆放、散热良好、机柜体积小,有效实现了电源柜内元部件紧凑布局和良好的散热效果,且结构简单,易于制造安装。柜体具有正面操作维护、背侧可靠墙或者障碍物安装、柜体尺寸紧凑占地面积小的优点。在保证电源柜的可靠性的同时,减小了用户安装成本,拓展了电源柜的安装应用场合。

Description

一种紧凑型电源柜
[0001] 技术领域
[0002] 本实用新型涉及电力电子设备技术领域,特别是一种紧凑型电源柜。
背景技术
[0003] 电源柜,作为电力电子变换装置,是现代电力电子技术发展的工业成果,一般装设有功率开关器件(IGBT等)、磁性元件(变压器、电抗器等)和配电元器件(开关等)等元器件,广泛用于新能源(太阳能光伏/风电等)、电力电网等众多领域。大功率电源柜的高功率密度、稳定的工作性能、便捷的操作维护,既是用户的需求,也是行业努力的目标。电源柜的功率密度、可靠性和操作维护性,直接影响了电源柜市场应用竞争力,散热设计和系统结构布局是否合理,直接决定着上述指标。
[0004] 功率密度越高,具有同等功率条件下柜体体积更小的优点,可方便用户安装和使用,但势必影响内部元器件布局、整机散热效果以及操作维护性。电源柜尺寸越紧凑,占地面积小,易于操作维护、可靠性高是用户也是行业追求的目标。电源柜内产生大量的热量,电源柜的散热效果直接影响了电源柜的工作性能、可靠性及寿命。电源柜的大量元器件、散热指标与电源柜的紧凑尺寸、操作维护追求处于一个矛盾状态。目前现有的电源柜:有的为了提高散热效果,以增大机柜外形尺寸为代价;有的进行多个风道设计,结构复杂、成本较高;有的对柜体前后侧均开设冷却进风口,有的需要前后侧均操作维护,对安装场地要求较高。因此,如何设计一款散热效果好、尺寸较小、功率密度较高、便于操作维护的电源柜/装置,一直为本领域设计人员所致力奋斗目标。
[0005] 现有技术中,授权公告号为CN 203416177 U的实用新型专利涉及一种光伏逆变器,包括柜体及其内部的变压器、电抗器、逆变单元和交流滤波单元,柜体被隔板分隔为前部和后部,前部和后部分别具有散热风道,逆变单元和交流滤波单元均位于前部的前上部,变压器和电抗器位于后部的后下部。光伏逆变器的柜体内由隔板分隔成前部和后部两个独立的密闭空间,前部和后部分别具有独立的散热风道,逆变单元和交流滤波单元均属于功率模块单元,变压器和电抗器属于磁性元件,功率模块单元和磁性元件分别具有独立的散热风道,能够避免电磁干扰和热冲击,同时,充分利用了柜体内的空间,将光伏逆变器的各单元均设置在同一个柜体内,该光伏逆变器结构紧凑,散热良好,同时又能够避免各元件之间的电磁干扰。申请公布号为CN 102969661 A的发明专利公开了一种光伏逆变器柜风冷散热系统,包括有并排连接的功率单元柜体和电抗器柜体,功率单元柜体和电抗器柜体分别安装功率单元和电抗器;电抗器体安装于电抗器柜的下部,电抗器柜体前面板下部开有总进风口,电抗器柜体与功率单元柜体之间的隔板中部开有侧通风口,侧通风口通过位于功率单元柜体内的冷却风道与功率单元柜体顶部的出风口连接,所述风口处安装有主排风风机;所述总进风口内侧安装有向内送风的进风风机。本发明无需增加设备元件的容量即可适用于高海拔地区,使高、低海拔地区的逆变器柜的主要元件能够实现互换,降低了制造和维护成本。授权公告号为CN 202798511 U的实用新型专利涉及一种具有改良散热风道的光伏逆变器机柜;其主要结构特点是所述风机为轴流风机,在所述机柜本体内设置散热通道隔板把所述机柜本体内部分为第一散热通道和第二散热通道,用于放置变压器的空间至于所述第一散热通道内,用于放置开关管的空间至于所述第二散热通道内,所述散热通道隔板把所述出风口分部为与第一散热通道连通的第一出风口和与第二散热通道联通的第二出风口,所述进风口包括与第一散热通道连通的第一进风口和与第二散热通道联通的第二进风口。
[0006] 随着行业发展,电源柜的设计出现各种形式和方案,目前现有的电源柜大都存在体积偏大、散热和维护方面的问题:有的电源柜元器件多,元器件摆放不合理导致机柜体积大,功率密度低;有的由于器件摆放和空间布局不合理,导致器件的安装、维护不便,彼此互相干扰;有的进行多个风道设计,但结构设计复杂、成本较高,甚至散热效果不佳;绝大部分的电源柜现场应用时,需要为电源柜四周预留一定的操作空间和散热空间,增加了客户成本,局限了电源柜的使用场所。
实用新型内容
[0007] 本实用新型所要解决的技术问题是,提供一种便于元器件摆放、散热良好的紧凑型电源柜。
[0008] 为解决上述技术问题,本实用新型所采用的技术方案是:一种紧凑型电源柜,包括柜体、并排安装在柜体内的主单元柜和交流输出单元柜;所述主单元柜包括安装在主单元柜内上部的功率模块单元、竖直安装在主单元柜内中部的电气板、安装在主单元柜内下部的磁性元部件系统、安装在主单元柜内背部区域的散热风道系统;所述交流输出单元柜包括交流输出配电系统,所述交流输出配电系统与主单元柜之间通过母排或线缆连接。
[0009] 所述散热风道系统包括散热风机、风道腔体、柜体出风口、风机进风口和柜体进风口 ;所述风道腔体安装在主单元柜内的背部区域且其上端和下端分别与主单元柜的顶部和底部相接,风道腔体上端对应的主单元柜和柜体顶部设有柜体出风口,风道腔体下部前侧设有风机进风口,所述散热风机安装在风道腔体的风机进风口附近或者柜体出风口附近;所述柜体进风口包括柜体上进风口和柜体下进风口,所述柜体上进风口和柜体下进风口分别设置在紧凑型电源柜正面上部区域和下部区域;所述散热风道系统为一个以上。
[0010] 所述风道腔体包括位于其前部的风道腔体面板;所述功率模块单元包括功率开关器件、控制电路板和散热器,所述功率开关器件、控制电路板和散热器均安装在风道腔体面板上部;所述散热器包括散热翅片,所述散热翅片伸入风道腔体中;所述功率模块单元为一个以上。
[0011] 所述磁性元部件系统包括变压器和上下叠放安装在主单元柜内底部的电抗器;所述电抗器、变压器之间的连接以及磁性元部件系统与功率模块单元之间的连接均通过母排或线缆连接。
[0012] 所述主单元柜柜内区域包括由竖直安装的电气板、磁性元部件系统和功率模块单元分隔而成的前侧腔体和后侧腔体,所述电气板上开设通风口 ;主单元柜内下部紧邻磁性元部件系统之处和主单元柜内上部紧邻功率模块单元之处均设有供气流通过的通道。
[0013] 所述电气板前面和后面均安装有元器件,电气板前面安装高热敏感度的元器件和需要经常操作维护的元器件、后面安装低热敏感度的元器件;电气板上的元器件之间以及电气板与功率模块单元之间均通过母排或线缆连接。[0014] 所述功率模块单元和磁性元部件系统均设有温度检测装置。
[0015] 所述交流输出配电系统包括并网接触器、并网断路器、交流输出接线端子,所述并网接触器、并网断路器、交流输出接线端子之间的连接以及其与主单元柜之间的连接通过母排或线缆连接。
[0016] 作为本发明的进一步改进,所述功率模块单元可以为二个以上和/或所述磁性元部件系统为二个以上和/或所述散热风道系统为二个以上。
[0017] 本实用新型针对现有技术的不足,开发出了一种便于元器件摆放、散热良好、机柜体积小的紧凑型电源柜。电源柜通过功率模块单元、电气板、磁性元部件系统、交流配电单元按功能性分区紧凑布置以及柜内多个路径合理共用散热风道方式,有效实现了电源柜内元部件紧凑布局和良好的散热效果,柜体具有正面操作维护、背侧可靠墙或者障碍物安装、柜体尺寸紧凑占地面积小的优点。在保证电源柜的可靠性的同时,减小了用户安装成本,拓展了电源柜的安装应用场合。
[0018] 本实用新型从风道设计、进出风口分配、发热元器件散热需求、器件布局功能分区等方面优化大功率电源柜整机结构,从而在保证整机散热性能良好的情况下,缩小机柜体积、提高功率密度,合理布局;保证电源柜高效率稳定工作,且结构简单,易于制造安装•’仅需正面前端操作维护,可靠墙安装,使用维护便利,减小了占用空间,扩大了使用场所,降低了用户建设使用成本。
附图说明 [0019] 图1是实施例一中的紧凑型电源柜内部结构左视示意图;
[0020] 图2是实施例一的紧凑型电源柜内部结构正视示意图;
[0021] 图3是实施例一中的紧凑型电源柜主视示意图;
[0022] 图4是实施例一中的紧凑型电源柜柜体顶部风道口布局示意图;
[0023] 图5是实施例二中的紧凑型电源柜内部结构正视示意图;
[0024] 图6是实施例二中的紧凑型电源柜主视示意图;
[0025] 图7是实施例二中的紧凑型电源柜柜体顶部风道口布局示意图。
[0026] 图中:1、柜体,2、第一主单元柜,3、第二主单元柜,4、交流输出单元柜,5、散热风道系统,201、功率模块单元,202、电气板,203、磁性元部件系统,2021、前侧腔体,2022、后侧腔体,501、散热风机,502、风道腔体,503、柜体出风口,504、风机进风口,505、柜体下进风口,506、柜体上进风口。
具体实施方式
[0027] 一种紧凑型电源柜,包括柜体1、并列安装在柜体I内的主单元柜和交流输出单元柜4 ;所述主单元柜包括安装在其内上部的至少一个功率模块单元201、竖直安装在其内中部的电气板202、安装在其内下部的至少一个磁性元部件系统203、安装在其内背部区域的多路径冷却散热的至少一个散热风道系统5 ;所述交流输出单元柜包括交流输出配电系统,所述交流输出配电系统与主单元柜之间通过母排或线缆连接。所述功率模块单元与磁性元部件系统之间、电气板与功率模块单元之间均通过母排或线缆连接。所述主单元柜可以是采用第一主单元柜2,也可以是第二主单元柜3。[0028] 根据主单元柜实际容量规格可扩展为多种型式,下面结合具体实施例,分别对采用第一主单元柜2和第二主单元柜3的两种情形进行详细说明。
[0029] 实施例一:
[0030] 如图1至图4所示,一种紧凑型电源柜,包括柜体1、并列安装在柜体I内的第一主单元柜2和交流输出单元柜4 ;所述第一主单元柜2包括安装在其内上部的一个功率模块单元201、竖直安装在其内中部的电气板202、安装在其内下部的一个磁性元部件系统203、安装在其内背部区域的的多路径冷却散热的一个散热风道系统5 ;所述交流输出单元柜包括交流输出配电系统,所述交流输出配电系统与第一主单元柜2之间通过母排或线缆连接。所述交流输出配电系统主要由并网接触器、并网断路器,交流输出接线端子等构成,其内部元器件之间的连接以及其与第一主单元柜2之间的连接通过母排或线缆实现。
[0031] 第一主单元柜2内上部安装有主要由功率开关器件、控制电路板、散热器等元件组成的功率模块单元201 ;功率模块单元201安装在散热风道系统5的风道腔体502面板上,功率模块单元201中的散热器散热翅片伸入风道腔体502中。
[0032] 第一主单元柜2内下部区域安装磁性元部件系统203,磁性元部件主要包括重量较重的电抗器、变压器及其他磁性元部件等,有效降低柜体重心,便于运输安装;磁性元部件用于电流波形改善或/电压调节,磁性元部件之间的连接以及其与功率模块单元201之间连接通过母排或线缆实现。
[0033] 第一主单元柜2内中部竖直安装电气板202,电气板202并与功率模块单元201和磁性元部件系统203 —起将柜内分隔成前侧腔体2021和后侧腔体2022,电气板202仅分隔在第一主单元柜2的中部区域,第一主单元柜内下部(紧邻磁性元部件系统203之处)和上部(紧邻功率模块单元201之处)均设有供气流通过的通道,便于冷却散热气流导通;对于部分被遮挡的磁性元部件区域,电气板202上开设若干通风口,便于冷却散热气流导通交换;前侧腔体2021和后侧腔体2022与散热风道系统5构成多路径散热,同时主单元柜内功率模块单元201与柜内散热实现整体散热。电气板的可前后两侧安装元器件,利用面积大,布局紧凑,电气板上的元器件之间以及其与功率模块单元201之间的连接通过母排或线缆实现;电气板202前面安装热敏感度较高的器件或需要经常操作维护的元器件,后面安装热敏感度较低的元器件。
[0034] 第一主单元柜2背部区域安装有整个紧凑型电源柜系统的散热风道系统5,主要由可整体拆卸的散热风机501、风道腔体502、柜体出风口 503、风机进风口 504、柜体进风口(包括柜体下进风口 505和柜体上进风口 506)构成。所述风道腔体安装在第一主单元柜2内的背部区域且其上端和下端分别与第一主单元柜2的顶部和底部相接,风道腔体上端对应的第一主单元柜2和柜体顶部设有柜体出风口,风道腔体下部前侧设有风机进风口,所述散热风机安装在风道腔体的风机进风口附近,所述散热风机可采用一个或多个;所述柜体进风口包括柜体上进风口 506和柜体下进风口 505,所述柜体上进风口 506和柜体下进风口 505分别设置在紧凑型电源柜正面上部区域和下部区域。
[0035] 功率模块单元201和磁性元部件系统203均设有温度检测装置,通过实时监测温度检测装置状态和控制散热风机501供电回路,当任一温度超过设定值时,散热风机501被启动运行,对柜内进行多路径整体性冷却对流散热。柜外较冷的空气气流通过柜体进风口进入柜内:通过柜体下进风口 505进入柜内的气流直接穿过磁性元部件系统203的间隙和四周对其进行冷却对流,然后进入后侧腔体2022,最后被散热风机501吸入;通过柜体上进风口 506进入柜内的气流进入柜内前侧腔体2021的上部空间,由电气板202分割两个路径,一部分进入柜内后侧腔体2022,对电气板202背侧区域元器件进行冷却对流,另一部分对电气板202前侧区域元器件进行冷却对流,然后通过下方的磁性元部件系统203的间隙和四周进入后侧腔体2022,最后被散热风机501吸入;被散热风机501吸入的所有空气气流,进入风道腔体502,并向上方流动,在靠近柜体上方和柜体出风口 503处,对伸入风道腔502内的功率模块单元201的散热器翅片进行冷却对流,最后通过柜体出风口 503向上排出。
[0036] 实施例二:
[0037] 如图5至图7所示,一种紧凑型电源柜,与实施例一不同的地方是,主单元柜是采用第二主单元柜3,第二主单元柜3和第一主单元柜2的区别是:第二主单元柜中的功率模块单元201、磁性元部件系统203和散热风道系统5的数量均为二个,其他与实施例一相同。
[0038] 以上技术方案中的散热风道系统5中的散热风机501也可以安装于柜体出风口503的附近位置。主单元柜和交流输出单元柜的相互位置可以改变,如:右、左并列。
[0039] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种紧凑型电源柜,其特征在于,包括柜体、并排安装在柜体内的主单元柜和交流输出单元柜;所述主单元柜包括安装在主单元柜内上部的功率模块单元、竖直安装在主单元柜内中部的电气板、安装在主单元柜内下部的磁性元部件系统、安装在主单元柜内背部区域的散热风道系统;所述交流输出单元柜包括交流输出配电系统,所述交流输出配电系统与主单元柜之间通过母排或线缆连接。
2.如权利要求1所述的紧凑型电源柜,其特征在于,所述散热风道系统包括散热风机、风道腔体、柜体出风口、风机进风口和柜体进风口 ;所述风道腔体安装在主单元柜内的背部区域且其上端和下端分别与主单元柜的顶部和底部相接,风道腔体上端对应的主单元柜和柜体顶部设有柜体出风口,风道腔体下部前侧设有风机进风口,所述散热风机安装在风道腔体的风机进风口附近或者柜体出风口附近;所述柜体进风口包括柜体上进风口和柜体下进风口,所述柜体上进风口和柜体下进风口分别设置在紧凑型电源柜正面上部区域和下部区域。
3.如权利要求2所述的紧凑型电源柜,其特征在于,所述风道腔体包括位于其前部的风道腔体面板;所述功率模块单元包括功率开关器件、控制电路板和散热器,所述功率开关器件、控制电路板和散热器均安装在风道腔体面板上部;所述散热器包括散热翅片,所述散热翅片伸入风道腔体中。
4.如权利要求1所述的紧凑型电源柜,其特征在于,所述磁性元部件系统包括变压器和上下叠放安装在主单元柜内底部的电抗器;所述电抗器、变压器之间的连接以及磁性元部件系统与功率模块单元之间的连接均通过母排或线缆连接。
5.如权利要求1所述的紧凑型电源柜,其特征在于,所述主单元柜柜内区域包括由竖直安装的电气板、磁性元部件系统和功率模块单元分隔而成的前侧腔体和后侧腔体,所述电气板上开设通风口 ;主单元柜内下部紧邻磁性元部件系统之处和主单元柜内上部紧邻功率模块单元之处均设有供气流通过的通道。
6.如权利要求1所述的紧凑型电源柜,其特征在于,所述电气板前面和后面均安装有元器件,电气板前面安装高热敏感度的元器件和需要经常操作维护的元器件、后面安装低热敏感度的元器件;电气板上的元器件之间以及电气板与功率模块单元之间均通过母排或线缆连接。
7.如权利要求1所述的紧凑型电源柜,其特征在于,所述功率模块单元和磁性元部件系统均设有温度检测装置。
8.如权利要求1所述的紧凑型电源柜,其特征在于,所述交流输出配电系统包括并网接触器、并网断路器、交流输出接线端子,所述并网接触器、并网断路器、交流输出接线端子之间的连接以及其与主单元柜之间的连接通过母排或线缆连接。
9.如权利要求1所述的紧凑型电源柜,其特征在于,所述功率模块单元为二个以上和/或所述磁性元部件系统为二个以上和/或所述散热风道系统为二个以上。
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