CN204578343U - 大功率变流器柜 - Google Patents

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张祥
王玉斌
翁星方
邹档兵
殷炯
孙林
师蒙招
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本实用新型公开了一种大功率变流器柜,包括柜体,所述柜体安装有风机组件、第一功率模块、第二功率模块、电抗器无源发热元件,所述柜体内分隔成四个腔体,其中第四腔体位于柜体的下部,第一腔体、第二腔体和第三腔体并行布置于第四腔体的上方;所述风机组件和第二功率模块位于第一腔体中,所述风导向板组件和第一功率模块的第一模块散热器、第二功率模块的第二模块散热器位于第二腔体中,所述第一功率模块位于第三腔体中,所述电抗器无源发热元件位于第四腔体。本实用新型具有能够提高整体散热效率、提高变流器可靠性等优点。

Description

大功率变流器柜
技术领域
本实用新型主要涉及到机车领域,特指一种适用于机车的具有高可靠性降噪散热系统的大功率变流器柜。
背景技术
储能式有轨电车充电装置是给车载超级电容充电的设备,其中充电变流器是整个系统的核心设备。
充电变流器功率较大,在工业领域中,大功率电力电子装置存在许多热源,这些热源主要来自有源和无源发热元件。有源发热元件主要指电力电子器件,如可控硅、IGBT/GTO/IGCT;无源发热元件则主要包括电抗器、电阻器、变压器等。所有这些发热元件都会使装置的温度升高,从而导致装置内部的元器件性能变差,寿命降低。随着电力电子装置向小型化、轻量化、可靠化的方向发展,更加有效的散热技术成了研究的重点。
现有大功率电力电子装置热设计过程中,通常对功率模块和其他发热元件分别进行散热。相对于变压器、电抗器等无源元件而言,功率模块因体积较小而使热容量受限制,温度容易快速上升,使其产生热破坏。在大功率电力电子装置上,通常采取专门的散热器辅助散热,并对散热器进行强制冷却,比如采用强迫风冷、水冷、油冷、热管散热等方式。
在众多散热方式中,强制风冷的散热效果远好于自然风冷,而复杂性又大大低于水冷和油冷,价格低于热管散热方式,且可靠性也较高,因此是大功率电力电子装置的主要散热方式。
通常情况下,选用散热面积较大的型材散热器和风量较大的风机可以降低散热器到环境的热阻,提高散热效果,但散热面积的增加和风机风量的提高均受到散热器的加工工艺、体积、重量以及噪音等指标的限制。因此,在散热器和风机参数一定的条件下,合理的风道设计是改善散热效果的又一有效途径。在包含许多发热无源元件的大功率电力电子装置中,如何紧凑的设计风道,并且减少风机数量及装置体积显得尤为重要。
现有的电力电子装置多采用侧向进风,侧向直接出风的散热结构形式,如中国专利(专利申请号为99227679.9,名称为“半导体器件上的横流风扇冷却装置”)所公开的技术内容。这种结构实现简单,体积较小,但由于进风口和出风口散热效果不一致,存在明显的温度梯度。对于大功率变流装置,仅仅依靠这种横流风扇冷却装置显然不能满足要求。中国专利申请号为200410073407.3,名称为“一种高效率低噪音散热器和常用散热器的改进设计”的专利,公开了一种新型的风冷散热器,能够加大风量的利用效率,改善散热效果,但并未从根本上解决单纯横向冷却却存在温度梯度的问题。中国专利申请号为200820054320.5,名称为“一种变流装置的散热装置”的专利,公开了一种散热结构,在一定程度上减少了功率模块进风口与出风口的温度梯度,但并未考虑功率模块散热风道与其他风道的配合关系。另外,中国专利申请号为200820054322.4,名称为“一种变流装置电抗器散热结构"的专利,公开了一种电抗器散热与电力电子功率器件散热协调统一的结构,但是并不适用于包含多个无源发热元件的装置。因此,针对含有多个无源发热元件的大功率电力电子装置的散热结构形式,有必要进一步研究。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题,本实用新型提供一种能够提高整体散热效率、提高变流器可靠性的大功率变流器柜。
为解决上述技术问题,本实用新型采用以下技术方案:
一种大功率变流器柜,包括柜体,所述柜体安装有风机组件、第一功率模块、第二功率模块、电抗器无源发热元件、风导向板组件,所述柜体内分隔成四个腔体,其中第四腔体位于柜体的下部,第一腔体、第二腔体和第三腔体并行布置于第四腔体的上方;所述风机组件和第二功率模块位于第一腔体中,所述风导向板组件和第一功率模块的第一模块散热器、第二功率模块的第二模块散热器位于第二腔体中,所述第一功率模块位于第三腔体中,所述电抗器无源发热元件位于第四腔体。
作为本实用新型的进一步改进:所述风机组件为抽风风机,从所述柜体的底部抽风;冷风先穿过所述电抗器无源发热元件,进入所述第一功率模块散热器和第二功率模块散热器中,经所述风导向板组件后进入风机组件,由位于所述柜体顶部的出风口送出。
作为本实用新型的进一步改进:所述柜体上设置有变流器柜体门组件。
作为本实用新型的进一步改进:所述柜体的四个腔体通过第一横向隔板、第二横向隔板、第三横向隔板以及第一竖向隔板和第二竖向隔板分隔而成。
作为本实用新型的进一步改进:所述第一功率模块与第二功率模块之间设有吸音减振棉。
作为本实用新型的进一步改进:所述第一功率模块和第二功率模块与风导向板组件之间设有吸音减振棉。
作为本实用新型的进一步改进:所述柜体的进风口处设置有进风口过滤装置。
作为本实用新型的进一步改进:所述第一模块散热器和第二模块散热器之间呈背靠背放置。
与现有技术相比,本实用新型的优点在于:
1、本实用新型的大功率变流器柜,利用柜体及柜体内散热系统的设计,能够有效的解决大功率变流器发热大、温度高的问题,整体散热效率高,进而能有效控制功率模块的温度,提高变流器的可靠性,并能随着功率模块发热温度的不同自动调节风机转速,控制启停,从而节约能源提高整个变流器效率。
2、本实用新型的大功率变流器柜,在有限的变流器柜体空间内,有效的控制大功率(兆瓦级别)变流器中功率模块、电抗器、电阻等电子元器件工作温度在允许的范围内,保证电子元器件正常可靠地运行,避免热破坏。
3、本实用新型的大功率变流器柜,通过设置过滤防护装置,能够充分保证变流器能适应各种恶劣的环境,防止灰尘、小动物等杂物影响柜内风机和电子元器件的运行。
4、本实用新型的大功率变流器柜,在风道系统内还设置了降噪措施,能有效的降低风机运行时产生的噪音,从而提高整个柜体性能。
附图说明
图1是本实用新型柜体的总体结构示意图。
图2是本实用新型在具体应用实例中整体风道系统的分布示意图。
图3是本实用新型在具体应用实例中风道的俯视示意图。
图4是本实用新型柜体的腔室分布示意图。
图例说明:
1、变流器柜体门组件;2、进风口过滤装置;3、风机组件;4、第一横向隔板;5、风导向板组件;6、第一功率模块;7、第二横向隔板;8、第二功率模块;9、第三横向隔板;10、电抗器无源发热元件;11、第一竖向隔板;12、第二竖向隔板;13、第一模块散热器;14、第二模块散热器;15、吸音减振棉;16、柜体。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
如图1和图4所示,本实用新型的大功率变流器柜,包括柜体16,柜体16上设置有变流器柜体门组件1。柜体16内分隔成四个腔体,第四腔体位于柜体16的下部,第一腔体、第二腔体和第三腔体并行布置于第四腔体的上方;风机组件3和第二功率模块8位于第一腔体中,风导向板组件5和第一模块散热器13、第二模块散热器14位于第二腔体中,第一功率模块6位于第三腔体中,电抗器无源发热元件10位于第四腔体。通过上述结构,将功率模块、控制模块等热敏元件与电抗器无源发热元件10等大功率元件隔开,从而避免柜内元器件热量互相干扰,且散热效果好。
本实用新型将风机组件3置于第二功率模块8的上方,采用抽风的方式,柜体16的底部则放置电抗器无源发热元件10,从而将电抗器无源发热元件10置于整个散热风道中,与两个功率模块共用一个散热系统,进而节省了散热空间和散热成本(不共用一个散热系统还需增减散热空间和风机组件3)。本实用新型采用抽风的方式,可有效的克服散热不均匀、系统阻力过大的问题,通过产生的负压可有效减少正压产生的每个元器件散热不均匀、系统阻力过大的问题,使整机繁多的电力电子元器件都能有效的得到散热。
本实施例中,上述柜体16的腔体内通过第一横向隔板4、第二横向隔板7、第三横向隔板9以及第一竖向隔板11和第二竖向隔板12分隔成四个腔体。
如图3所示,在具体应用时,还可以在第一功率模块6与第二功率模块8之间、第一功率模块6和第二功率模块8与风导向板组件5之间,贴有吸音减振棉15。该吸音减振棉15为蜂窝多孔状结构,能吸收外来高频噪音使之在蜂窝结构内不停的振荡直至消失,因而可有效的吸收整个散热系统因流体高速运动产生的高频噪音,从而改善整个变流器的噪音状况。
进一步,在柜体16的进风口处设置有进风口过滤装置2。
结合如图2,为本实用新型在具体应用时整个风道系统的分布示意图。由风机组件3产生驱动压差,从柜体16的底部抽风。冷风经进风口过滤装置2后进入柜体16,穿过电抗器无源发热元件10,进入第一功率模块散热器13和第二功率模块散热器14中,经风导向板组件5后进入风机组件3,由位于柜体16顶部的出风口送出、完成出风。
如图3所示,作为第一功率模块6的第一模块散热器13和作为第二功率模块8的第二模块散热器14之间呈背靠背放置。其中,第一功率模块6与第二功率模块8之间的尺寸A设置在1~15mm之间。第一模块散热器13与风导向板组件5之间B尺寸与C尺寸设置在1~15mm之间,第二模块散热器14与风导向板组件5之间的D尺寸与E尺寸设置在1~15mm之间。上述设置是为了有效的发挥风导向板组件5的作用,迫使冷风从上述散热器之间通过,增加散热器有效散热流量,可有效的将功率模块的热量带走,从而提高整个散热系统的效率,降低了功率模块的温度,提高了变流器的可靠性。由于轨道车辆变流器结构(城轨变流器)普遍十分紧凑,但大功率变流器又往往需要较大的散热空间,故本实用新型为了克服上述矛盾,将模块设计成背靠背的安装方式,即模块散热器翅片相对,极大的节约了整个柜体16高度方向上的尺寸,也充分利用柜体16深度方向的尺寸,更有利于风道的设计。
以上仅是本实用新型的优选实施方式,本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰,应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种大功率变流器柜,包括柜体(16),所述柜体(16)安装有风机组件(3)、第一功率模块(6)、第二功率模块(8)、电抗器无源发热元件(10)、风导向板组件(5),其特征在于,所述柜体(16)内分隔成四个腔体,其中第四腔体位于柜体(16)的下部,第一腔体、第二腔体和第三腔体并行布置于第四腔体的上方;所述风机组件(3)和第二功率模块(8)位于第一腔体中,所述风导向板组件(5)和第一功率模块(6)的第一模块散热器(13)、第二功率模块(8)的第二模块散热器(14)位于第二腔体中,所述第一功率模块(6)位于第三腔体中,所述电抗器无源发热元件(10)位于第四腔体。
2.根据权利要求1所述的大功率变流器柜,其特征在于,所述风机组件(3)为抽风风机,从所述柜体(16)的底部抽风;冷风先穿过所述电抗器无源发热元件(10),进入所述第一功率模块散热器(13)和第二功率模块散热器(14)中,经所述风导向板组件(5)后进入风机组件(3),由位于所述柜体(16)顶部的出风口送出。
3.根据权利要求1所述的大功率变流器柜,其特征在于,所述柜体(16)上设置有变流器柜体门组件(1)。
4.根据权利要求1或2或3所述的大功率变流器柜,其特征在于,所述柜体(16)的四个腔体通过第一横向隔板(4)、第二横向隔板(7)、第三横向隔板(9)以及第一竖向隔板(11)和第二竖向隔板(12)分隔而成。
5.根据权利要求1或2或3所述的大功率变流器柜,其特征在于,所述第一功率模块(6)与第二功率模块(8)之间设有吸音减振棉(15)。
6.根据权利要求1或2或3所述的大功率变流器柜,其特征在于,所述第一功率模块(6)和第二功率模块(8)与风导向板组件(5)之间设有吸音减振棉(15)。
7.根据权利要求1或2或3所述的大功率变流器柜,其特征在于,所述柜体(16)的进风口处设置有进风口过滤装置(2)。
8.根据权利要求1或2或3所述的大功率变流器柜,其特征在于,所述第一模块散热器(13)和第二模块散热器(14)之间呈背靠背放置。
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