CN205985862U - 电气启动柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电气启动柜，其包括柜体，柜体包括顶板、与顶板上下相对布置的底板、在底板和顶板之间并且位于背侧的背板和在底板和顶板之间左右相对布置的第一端板和第二端板，底板上布置有多个下层发热元件；在第二端板的上部设置有冷却单元，在第一端板以及冷却单元之间的上部区域中布置有多个上层发热元件，冷却单元向第一端板的上部区域吹送冷空气，冷空气经过上层发热元件后，被第一端板反射并下沉至底层区域并冷却下层发热元件，然后被吸入冷却单元以进行热交换，从而在柜体内形成完整的热交换循环。根据本实用新型的电气启动柜既可以合理利用空间，改善应力分布，又可以充分实现热交换，使柜体内部降温，维持适宜的工作温度。

Description

电气启动柜

技术领域

本实用新型总体涉及电气启动柜领域，且更具体地涉及一种电气启动柜。

背景技术

众所周知，VSD(Variable Speed Driver，变频启动器)机组电气元器件较多、安装空间小、电气元器件布局困难，散热是比较棘手的问题，VSD生产厂家一般都采用两种方式解决这个问题：

第1种方式，将电抗、通过调制直流电来输出交流电的功率模块(即，Powerpole，其是将直流母线电压通过正弦波脉宽调制来控制IGBT的导通与截止来实现输出三相交流电的功率模块，是变频启动器的核心)、变压器等电气元器件集中布置在柜体底板上，将散热器单独安装在柜体顶板外侧，然后在柜体顶板上开方孔引入过冷气体，对柜内进行降温。

第2种方式，采用双层隔离结构设计，上层为一般的元器件，下层为发热元器件，同时在下层设置散热风道，通过上、下格栅孔实现热交换。

这两种方式虽然都能解决控制元器件的布局及散热问题，但是都有其缺点：

对于第1种方式，将重量较大的电抗、功率模块、变压器等置于柜体底板上，应力较为集中，局部变形比较大；由于采用外置散热器，结构较复杂，安装不方便，而且由于外部空调设施都需要设置进、出气孔，往往IP防护等级达不到客户要求；在包装、运输及吊装过程中极易被磕碰到，整体稳定性也不是很好，电控箱材料成本较高。

对于第2种方式，由于布局过于紧凑，无法使用大型功率电子元件。由于空间有限，也只能选型较小的风扇；而且风道狭窄，系统管道布置困难，散热面积有限，导致利用冷凝风道散热效果不是太理想；安装、维修也比较困难。

因此，需要提供一种电气启动柜，以至少部分地解决上面提到的问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，根据本实用新型的一个方面，提供了一种电气启动柜，其特征在于，电气启动柜包括柜体，柜体包括：

顶板；

与顶板上下相对布置的底板，在所述底板上布置有多个下层发热元件；

在底板和顶板之间并且位于背侧的背板；以及

在底板和顶板之间左右相对布置的第一端板和第二端板，在所述第二端板的上部设置有冷却单元，并且在所述第一端板以及所述冷却单元之间的上部区域中布置有多个上层发热元件，

其中，所述冷却单元向所述第一端板的上部区域吹送冷空气，冷空气经过所述上层发热元件后，被第一端板反射并下沉至底层区域并冷却所述下层发热元件，然后被吸入所述冷却单元以进行热交换，从而在所述柜体内形成完整的热交换循环。

可选地，所述下层发热元件包括输出电抗、输入电抗和输入电感中的至少一个。

可选地，所述上层发热元件包括变压器、电抗和功率模块中的至少一个。

可选地，所述功率模块设置在所述柜体的中间，并与所述冷却单元间隔开。

可选地，所述上层发热元件与所述顶板之间具有空间，用于供从所述冷却单元排出的冷气流通。

可选地，所述冷却单元包括可拆卸连接的热交换机芯、外罩和风扇。

可选地，所述热交换机芯包括翅片组。

可选地，电气启动柜的柜体构造为六面体并且具有柜体开口，所述柜体包括：

竖梁，所述竖梁垂直设置在所述柜体开口处；

横梁，所述横梁连接所述背板和所述竖梁；

纵梁，所述纵梁连接所述横梁和所述第一端板；以及

支撑梁，所述支撑梁连接所述纵梁和所述背板，所述支撑梁用于支撑上层发热元件。

可选地，还包括连接竖板，所述连接竖板连接所述横梁和所述底板，并且用于安装所述下层发热元件。

可选地，所述支撑梁具有U型槽，所述U型槽具有朝向所述柜体开口的进入口，以便于装卸所述上层发热元件。

根据本实用新型的电气启动柜，既可以合理利用柜内有限空间，改善应力分布水平，同时又可以充分利用散热面积实现热交换，使柜体内部降温，保证各元器件工作在适宜的温度范围。

附图说明

为了使本实用新型的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施例更详细地描述上文简要描述的本实用新型。可以理解这些附图只描绘了本实用新型的典型实施例，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本实用新型。

图1为根据本实用新型的一种实施方式的电气启动柜的立体视图；

图2为图1中的电气启动柜的冷却单元的立体视图；以及

图3为图1中的电气启动柜的柜体的分解视图。

附图标记说明：

1：功率模块 2：变压器

3：输出电抗 4：输入电抗

5：输入电感 6：电阻模块

9：排气口 10：冷却单元

11：风扇 12：风扇外罩

13：热交换机芯 14：侧面外罩

15：进气口 20：支撑梁

21：连接竖板 22：斜板

23：横梁 24：竖梁

25：纵梁 31：顶板

32：底板 33：背板

34：第一端板 35：第二端板

具体实施方式

在下文的讨论中，给出了细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，本领域技术人员可以了解，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在特定的示例中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行详尽地描述。需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

如图1所示，本实用新型提供了一种电气启动柜，其包括顶板31、与顶板31上下相对布置的底板32、在底板32和顶板31之间并且位于背侧的背板33以及在底板32和顶板31之间左右相对布置的第一端板34和第二端板35。

其中，在底板32上布置有多个下层发热元件，下层发热元件可以包括输出电抗3、输入电抗4和输入电感5。在第二端板35的上部设置有冷却单元10，并且在第一端板34以及冷却单元10之间的上部区域中布置有多个上层发热元件，上层发热元件可以包括变压器2、电抗和功率模块1(下文将详细描述)。

具体地，图1示出了变频启动器(作为电气启动柜的一个示例)的柜体，其构造为六面体，换句话说，柜体可以为如图1所示的长方体。柜体具有位于一侧的柜体开口。具体地，柜体可包括底板32、顶板31、连接在底板32和顶板31之间的背板33以及相对的第一端板34和第二端板35。

需要说明的是，在图示实施方式中，定义柜体的高度方向为竖向，定义柜体的长度方向为纵向，定义柜体的宽度方向为横向。

冷却单元10向第一端板34的上部区域吹送冷空气，冷空气经过上层发热元件后，被第一端板34反射并下沉至底层区域并冷却下层发热元件，然后被吸入冷却单元10以进行热交换，从而在柜体内形成完整的热交换循环。

在图示实施方式中，冷却单元10设置在第二端板35的顶部，功率模块1位于冷却单元10和变压器2之间，使得从冷却单元10排出的冷气能够经由功率模块1流动至变压器2，并再经由下层发热元件之后回到冷却单元10，以形成热交换循环。换句话说，功率模块1可设置在柜体的中间，并与冷却单元10间隔开。

如图1所示，各发热电气元器件可均匀布置在柜内过冷气体流经的风道上，而将冷却单元10放置于柜内左侧顶角处，由此能够最大限度地提高柜内冷却效率。其中将功率模块1布局在靠近冷却单元10的出风口处，这样可以对发热较大的功率模块1进行有效降温，保证其寿命。

进一步地，在图示实施方式中，为了支撑重量较大的功率模块1，柜体中还可设置有竖梁24、横梁23、纵梁25以及支撑梁20。其中竖梁24垂直在柜体开口处，并且竖梁24可以连接在底板32和顶板31之间。横梁23连接柜体的背板33和竖梁24。纵梁25连接横梁23和柜体的第一端板34。支撑梁20连接纵梁25和背板33，支撑梁20用于支撑通过调制直流电来输出交流电的功率模块(powerpole)1。这样的构造既可以有效地利用柜内空间，还可以有效地将重量均匀的转移至各侧板上，从而减少底板32因应力集中而产生的形变，保证机组的整体稳定性。

如图1和图3所示，横梁23可以与纵梁25垂直，而横梁23可以与支撑梁20平行，且横梁23与支撑梁20均垂直于背板33。

功率模块1可以与柜体顶部(即顶板31)留有诸如至少120mm的空间，以形成用于从冷却单元10排出的冷气的风道，供从冷却单元10排出的冷气流通。由此可使过冷气体带走功率模块1表面的热量的同时又不堵塞风道，使气体流畅地吹至诸如2.3KVA的变压器2处(发热元件)。然后冷空气下沉，气体可经由柜体的侧板反射至柜体的底部区域。

柜体的底板32上可并排排列有下层发热元件，在图示实施方式中，下层发热元件可包括输出电抗3、输入电抗4以及输入电感5，在气流经过上述下层发热元件之后，再经过设置在柜体的第二端板35上的电阻模块6，该电阻模块6位于冷却单元10的下方。此时气体已经变热，热空气膨胀上升并经由进气口15(图2)被吸至冷却单元10中。

如图2所示，热空气进入冷却单元10后进行热交换，由此气体在柜内形成完整的环抱式热交换循环。将冷却单元10放置在柜体的左侧顶部，其排出的过冷气体经过上层发热元件经侧板反射输送至底层发热元件，热空气上升，而后被吸至(冷却单元10的风扇外罩12与柜体形成的腔体负压)翅片及盘管表面进行热交换，从而有效的给机柜降温。

根据本实用新型的电气启动柜，既可以合理利用柜内有限空间，改善应力分布水平，同时又可以充分利用散热面积实现热交换，使柜体内部降温，保证各元器件工作在适宜的温度范围。

继续参照图2，冷却单元10可采用模块化设计(如图2)，结构紧凑，单独安装在机柜上，其由热交换机芯13、外罩(包括风扇外罩12和侧面外罩14)、轴流风扇及密封条等组成的一个热交换盒，用于气体的导入和导出，风道设计流畅合理。既可以单独拆卸，便于维护和更换，又可以和机柜联接相通，是一种功能完善、占用空间较小、制造成本较低的冷却模块10。

冷却单元10可以包括热交换机芯13、风扇外罩12、侧面外罩14、风扇11、以及密封条和紧固件。其中风扇11可以为例如115V、70W、330CFM的轴流风扇，并可以采用表面镀锌处理。

侧面外罩14和风扇外罩12可以采用2.5mm覆铝锌板折弯而成，并且风扇外罩12上开设有排气口9。热交换机芯13的尺寸可以为例如：长度435mm、宽度为353mm、高度为128mm。并且其中间设置有翅片组，翅片组可由厚度0.115mm正弦波纹铝箔，片距1.81mm，片数218±2并排组成。此外，翅片组前后各设置有厚度为1.5mm镀锌钢板，用于热交换机芯13与外罩(包括风扇外罩12和侧面外罩14)连接固定。

翅片中间可排布有φ12.7×0.41铜管，3排11孔，4回路组合制成，铜管中间循环流动制冷剂。这种设计方法将最大限度增加热交换面积，使得从下方进入的热空气流经翅片表面时进行充分制冷。

冷却单元10组装时，分别用螺钉将两个风扇11与风扇外罩12的螺母连接，然后使用螺钉将侧面外罩14与风扇外罩12固定。待上述部分完成组装后，再使用螺钉将热交换机芯13分别与侧面外罩14和风扇外罩12固定，这样的安装方便快捷。

由此，根据这种构造可以有效利用柜内空间，不需利用外部冷却系统，直接集成在柜体内部，同时散热效果优良，由于风扇11往外排气在后部形成负压腔体，可经由进气口15吸入热气，然后通过两个风扇11经由排气口9排出冷却气体，对柜内各个元器件进行循环冷却降温。

如图3所示，可先使用横梁23固定在竖梁24和背板33之间，支撑梁20可采用3.0mm镀锌板，表面进行喷涂处理，两端设置有T型结构，可与钣金表面紧密贴合，承重能力强，为其左右两侧元器件提供支撑。

纵梁25可采用2.0mm镀锌板，表面喷涂处理，一端用螺钉与横梁23连接，另一端用螺钉与第一端板34连接。

纵梁25上设置有支撑梁20，支撑梁20上形成有U型槽，用于放置功率模块1。例如，U型槽宽度为90mm，长度为580mm。U型槽具有朝向柜体开口的进入口，从而可充当导轨。在安装功率模块1时，只需将其一端架在导轨入口处，用力推到槽的另一端就可以完成功率模块1的定位。

由此，此构造能够有效地将柜体分为上、下两层，既能充分利用柜体内部每一处空间，又能保护核心功率器件功率模块1布局在柜体最中间位置，而且离各负载元器件距离更近，连接电缆的长度明显缩短，这样整个电控箱成本大幅下降。如图1，将功率模块1放置在柜体上层，通过支撑板10与侧板连接，将应力转移至各个侧板上，可以有效缓解底板32的压力，避免底板32应力集中问题，使柜子整体受力更加均匀，不至于因底板32变形导致柜子整体形变而引起有害振动，确保机组的安全。

此外，柜体内还可包括连接竖板21，连接竖板21连接横梁23和底板32，并且用于安装元件。进一步，连接竖板21可以经由斜板22与横梁23连接。

由此，根据本实用新型的电气启动柜可以大幅降低VSD成本，由于设计精巧，连接功率模块1及其他元器件的电缆大幅缩短。另外，例如金属制成的箱体也可以大幅缩小，但是由于柜子整体性比较好，同时又能满足IP设计要求。此外，简单的支撑结构不仅可以充分利用空间，同时又可以做到人性化设计，方便安装与维修，而完好的布局既可以保护核心零部件，又可以满足风道设计实现散热要求。

虽然本发明以变频启动器为例说明了机柜内的空间布置方式，但是本领域技术人员可以理解，本发明也可以适用于内部具有众多电气元器件且因安装空间有限而造成布局和散热困难的其他电气启动柜。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本实用新型已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。

Claims (10)

1.一种电气启动柜，其特征在于，电气启动柜包括柜体，柜体包括：

顶板；

与顶板上下相对布置的底板，在所述底板上布置有多个下层发热元件；

在底板和顶板之间并且位于背侧的背板；以及

在底板和顶板之间左右相对布置的第一端板和第二端板，在所述第二端板的上部设置有冷却单元，并且在所述第一端板以及所述冷却单元之间的上部区域中布置有多个上层发热元件，

其中，所述冷却单元向所述第一端板的上部区域吹送冷空气，冷空气经过所述上层发热元件后，被第一端板反射并下沉至底层区域并冷却所述下层发热元件，然后被吸入所述冷却单元以进行热交换，从而在所述柜体内形成完整的热交换循环。

2.根据权利要求1所述的电气启动柜，其特征在于，所述下层发热元件包括输出电抗、输入电抗和输入电感中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的电气启动柜，其特征在于，所述上层发热元件包括变压器、电抗和功率模块中的至少一个。

4.根据权利要求3所述的电气启动柜，其特征在于，所述功率模块设置在所述柜体的中间，并与所述冷却单元间隔开。

5.根据权利要求1所述的电气启动柜，其特征在于，所述上层发热元件与所述顶板之间具有空间，用于供从所述冷却单元排出的冷气流通。

6.根据权利要求1所述的电气启动柜，其特征在于，所述冷却单元包括可拆卸连接的热交换机芯、外罩和风扇。

7.根据权利要求6所述的电气启动柜，其特征在于，所述热交换机芯包括翅片组。

8.根据权利要求1所述的电气启动柜，其特征在于，电气启动柜的柜体构造为六面体并且具有柜体开口，所述柜体包括：

竖梁，所述竖梁垂直设置在所述柜体开口处；

横梁，所述横梁连接所述背板和所述竖梁；

纵梁，所述纵梁连接所述横梁和所述第一端板；以及

支撑梁，所述支撑梁连接所述纵梁和所述背板，所述支撑梁用于支撑上层发热元件。

9.根据权利要求8所述的电气启动柜，其特征在于，还包括连接竖板，所述连接竖板连接所述横梁和所述底板，并且用于安装所述下层发热元件。

10.根据权利要求8所述的电气启动柜，其特征在于，所述支撑梁具有U型槽，所述U型槽具有朝向所述柜体开口的进入口，以便于装卸所述上层发热元件。