CN208209800U - 变流柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种变流柜，涉及变流柜冷却技术，设置有导风件，导风件具有分别与各散热器连接的进风风道，导风件还具有能与各进风风道连通的汇总风道，并且设置与汇总风道连通的风机。如此，冷却风可从各散热器的进风端进入以对各散热器下端的IGBT模块及控制模块进行散热冷却，然后从各散热器的出风端进入相应的进风风道，并在汇总风道中汇合流向与汇总风道连通的风机，最终由风机排出柜体。本实施例体提供的变流柜，在实现散热冷却的同时，导风件的结构更加简单，能够简化冷却风的流动路径，能够减少风机的数量，并且，在散热器从上至下间隔设置时，能够保证上、中、下三层模块的进风量偏差较小，各层的冷却效果相对偏差较小。

Description

变流柜

技术领域

本实用新型涉及变流柜冷却技术，尤其涉及一种变流柜。

背景技术

城市轨道交通系统是指在城市中使用车辆在固定导轨上运行并主要用于城市客运的交通系统，具有安全、舒适、快速、运量大和节能环保等特点。

变流柜是城市轨道交通系统中能量转换装置中的关键部件之一，变流器中具有较多的大功率电器设备，这些大功率电器设备通常由IGBT(英文全称为Insulated GateBipolar Transistor，中文全称为绝缘栅双极型晶体管)模块、母排、印制电路板等组成。由于IGBT模块等属于高热流密度器件，单位体积热流密度较大，也就是说IGBT模块等在工作过程中会产生大量的热量，这些热量如果不能有效的散发出去，就会对变流器的工作效率造成不利影响，严重情况下会造成变流器无法工作，因此，通常需要对变流柜进行散热处理，具体可采用强迫风冷的方式来实现。

现有的工程应用中，通常是为各高热流密度器件分别设置独立的冷却风道及风机，而这会导致变流柜中的结构过于复杂，且增大了变流柜故障率。

实用新型内容

针对现有技术中的上述缺陷，本实用新型提供一种变流柜，能够简化冷却风的流动路径，能够减少风机的数量，从而能够简化变流柜的内部结构，降低变流柜的故障率，利于降低冷却风的阻力损失。

本实用新型提供一种变流柜，包括：柜体，所述柜体内设置有导风件、风机及多个散热器；其中，所述散热器上安装有散热基板，所述散热基板上安装有控制模块及多个IGBT模块；所述导风件具有多个进风风道，所述进风风道与所述散热器的出风端对接；所述导风件还具有汇总风道，所述汇总风道与各进风风道连通，且所述汇总风道与所述风机连通。

可选地，多个所述散热器从上至下间隔且均匀设置。

可选地，所述散热器为3个，3个散热器均采用复合相变散热器，且复合相变散热器从上至下分别为U相、V相、W相。

可选地，所述散热器的出风端插设在所述导风件的进风风道中。

可选地，所述导风件的进风风道插设在所述散热器的出风端。

可选地，所述散热器的出风端与所述进风风道之间设置有密封件。

可选地，所述进风风道与所述汇总风道垂直设置。

可选地，所述风机设置在所述导风件的汇总风道的上端。

可选地，所述汇总风道的底端从朝向进风风道的一端至另一端逐渐向上倾斜设置。

可选地，所述柜体上朝向所述散热器的进风端的一侧设置有滤网。

可选地，所述滤网的面积大于所述散热器进风端的面积。

可选地，所述滤网的面积与所述散热器进风端的面积相等。

可选地，所述滤网的数量与所述散热器的数量相等。

可选地，所述控制模块包括：印制电路板、母排。

可选地，所述风机采用具有导流圈的无蜗壳离心风机。

本实用新型提供的变流柜，设置有导风件，导风件具有分别与各散热器连接的进风风道，导风件还具有能与各进风风道连通的汇总风道，并且设置与汇总风道连通的风机，如此，冷却风可从各散热器的进风端进入以对各散热器下端的IGBT模块及控制模块进行散热冷却，然后从各散热器的出风端进入相应的进风风道，并在汇总风道中汇合流向与汇总风道连通的风机，最终由风机排出柜体。本实施例体提供的变流柜，在实现散热冷却的同时，导风件的结构更加简单，能够简化冷却风的流动路径，能够减少风机的数量，从而能够简化变流柜的内部结构，降低变流柜的故障率，利于降低冷却风的阻力损失。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1为本实施例提供的变流柜的结构示意图；

图2为本实施例提供的变流柜中散热器的结构示意图；

图3为本实施例提供的变流柜中冷却风及热流的走向示意图；

图4为本实施例提供的变流柜中导风件的结构示意图；

图5为本实施例提供的变流柜导风件中冷却风及热流的走向示意图；

图6为本实施例提供的变流柜中散热器进风端的速度模拟示意图。

附图标记说明：

1-柜体；11-滤网；

2-散热器；2a-进风端；2b-出风端；21-散热基板；22-IGBT模块；23-控制模块；

3-导风件；31-进风风道；32-汇总风道；

4-风机。

通过上述附图，已示出本实用新型明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本实用新型构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，“上”、“下”等的用语，是用于描述各个结构在附图中的相对位置关系，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

变流柜中具有IGBT模块等大热部件，且属于高热流密度器件，比如IGBT模块的热流密度可达81000W/m²。因此，在变流柜工作过程中，通常采用强迫风冷的方式对变流柜中的IGBT模块等高热流密度器件进行散热，以保证变流柜的正常工作。

而现有技术中，为各高热流密度器件分别设置独立的冷却风道及风机的方式会导致变流柜中具有较多的冷却风道及冷却风机，不仅导致变流柜内部结构过于复杂，过多的冷却风道还会导致冷却风的流动路径不合理，增大了冷却风的阻力损失，并且，过多的冷却风机会增大变流柜中故障率。

为此，本实施例提供一种变流柜，能够简化变流柜的内部结构、降低变流柜的故障率，同时，利于降低冷却风的阻力损失。

图1为本实施例提供的变流柜的结构示意图；图2为本实施例提供的变流柜中散热器的结构示意图；图3为本实施例提供的变流柜中冷却风及热流的走向示意图；图4为本实施例提供的变流柜中导风件的结构示意图；图5为本实施例提供的变流柜导风件中冷却风及热流的走向示意图。

其中，图3和图5中，直线箭头表示冷却风形成的气流的走向，曲线点划线箭头表示热流的走向。

本实施例提供的变流柜，可以包括：柜体1，柜体1内设置有导风件3、风机4及多个散热器2。

其中，散热器2还具有进风端2a及出风端2b，进风端2a及出风端2b的下方设置有散热基板21，散热基板21上安装有控制模块23。

导风件3具有多个进风风道31，进风风道31与散热器2的出风端2b对接；导风件3还具有汇总风道32，汇总风道32与各进风风道31连通，且汇总风道32与风机4连通。

柜体1通常呈立方柱状，以利于其内部的电气设备的布局。柜体1上还可以设置有进风口及出风口，冷却风从进风口处进入柜体1内部，最终从柜体1上的出风口流出。其中，进风口及出风口可由开设在柜体1上的多个通孔形成。

散热器2的前侧及后侧可分别形成进风端2a及出风端2b，其中，进风端2a可与柜体1上的进风口相对设置，使得冷却风在负压作用下经柜体1上的进风口进入柜体1内并从散热器2的进风端2a进入散热器2以对散热器2下方散热基板21上的控制模块23进行风冷。

散热基板21具体可通过螺钉等紧固件与散热器2可拆卸连接，以便于后续对散热器2或者散热基板21上的电气元件进行检修及更换。散热基板21上设置多个IGBT模块22，以及印制电路板、母排等模块化设置之后形成的控制模块23。其中，散热基板21上可设置有4个IGBT模块22，每个IGBT模块22的发热量相同，IGBT模块22周围设置有印制电路板、母排等。

导风件3可包括进风风道31及汇总风道32。进风风道31的数量可与散热器2的数量相适配，进风风道31用于与散热器2的出风端2b对接，以引导散热器2的出风端2b流出的冷却风流向汇总风道32并最终流向风机4；各进风风道31均与汇总风道32连通，各散热器2的出风端2b流出的冷却风经相应的进风风道31均进入汇总风道32，汇总风道32将这些经过散热器2的冷却风引导至风机4中，由风机4将经过散热器2的冷却风排出。

其中，在风机4的旋转作用下，可在柜体1的进风口处形成负压，以将外部的冷却风吸入柜体1内；冷却风进入柜体1后经进散热器2的风端2a进入散热器2，此时，散热器2的温度低于IGBT模块22及控制模块23的温度，IGBT模块22及控制模块23工作过程中产生的热量则形成热流向散热器2中传递，并随着冷却风从散热器2的出风端2b流向导风件3，最终由风机4排出。

可以理解的是：本实施例中，经过散热器2的冷却风，可以理解为携带有热流的冷却风。

进风风道31朝向散热器2出风端2b的一端可与散热器2出风端2b相适配，以利于二者的连接。例如：散热器2出风端2b呈立方体状时，进风风道31也可呈立方体状，进风风道31可一体成型或者由多个钣金件连接形成。

汇总风道32可呈圆柱状、椭圆柱状等。为了便于柜体1中其它部件的设置，汇总风道32可设置有立方体状汇总风道32，可一体成型或者由多个钣金件连接形成。当然，进风风道31也可与汇总风道32一体成型。

其中，当进风风道31和/或汇总风道32由多个钣金件连接形成时，相邻的钣金件的连接处需进行密封处理，例如在将相邻的钣金件铆接时，在相邻的钣金件之间设置密封件等。

本实施例中，进风风道31可水平设置，汇总风道32可竖直设置，也即进风风道31可与汇总风道32垂直设置，以利于柜体1内的合理布局。此时，各散热器2可上下间隔设置，相应地，各进风风道31也上下间隔设置；而汇总风道32可沿柜体1的上下方向延伸设置，以便于与各进风风道31连通，并且，风机4可设置在汇总风道32的上方。

其中，可以理解的是：进风风道31与汇总风道32的连接处可圆滑过渡，以减少对冷却风的阻力。

风机4具体可采用具有导流圈的无蜗壳离心风机4，经过散热器2的冷却风由汇总风道32进入风机4之后，从风机4的四面甩出去，最终从柜体1上的出风口排出。

其中，柜体1上的出风口需与风机4对应设置，以利于顺利排出经过散热器2的冷却风；柜体1上的进风口及出风口可分别位于柜体1上相对的两侧，例如进风口可位于柜体1的前侧、出风口可位于柜体1的后侧。

可选地，汇总风道的底端从朝向进风风道31的一端至另一端逐渐向上倾斜设置，以更好地引导冷却风的走向，降低冷却风在前进过程中的沿程阻力损失和局部阻力损失。

本实施例提供的变流柜，设置有导风件3，导风件3具有分别与各散热器2连接的进风风道31，导风件3还具有能与各进风风道31连通的汇总风道32，并且设置与汇总风道32连通的风机4，如此，冷却风可从各散热器2的进风端2a进入以对各散热器2下端的IGBT模块22及控制模块23进行散热冷却，然后从各散热器2的出风端2b进入相应的进风风道31，并在汇总风道中汇合流向与汇总风道32连通的风机4，最终由风机4排出柜体1。本实施例体提供的变流柜，在实现散热冷却的同时，导风件3的结构更加简单，能够简化冷却风的流动路径，能够减少风机4的数量，从而能够简化变流柜的内部结构，降低变流柜的故障率，利于降低冷却风的阻力损失。

可选地，散热器2具体可以为3个，3个散热器2从上往下间隔设置；且3个散热器2均匀分布，例如3个散热器2可分别设在柜体1的上部、中部及下部，已于三个散热器2进风端2a冷却风的流速交均匀，均温性更好。各散热器2的下端均设置有IGBT模块22及控制模块23，IGBT模块22及控制模块23随散热器2一起上下间隔设置。

当然，散热器2的数量并不限于此，本实施例此处只是举例说明；同时，为了便于对本实施例的结构及实现进行详细说明，本实施例及下述实施例均以散热器2为3个为例。

可选地，散热器2可采用具有高效、均温性较好等优点的复合相变散热器，此时，三个散热器2从上至下依次为U相、V相、W相，以实现变流器的逆变功能，为柜体1提供能量转换。

由于目前的城市轨道交通系统中，通常采用直交变压变频的传动方式，电动机车的制动方式为电制动(再生制动)加机械制动，运行中以电制动为主，机械制动为辅。在电动机车运行过程中，由于站间距较短，列车启动、制动频繁，由此产生的制动能量相当可观。

现有技术中，是采用电阻能耗吸收装置处理电动机车运行过程中的制动能量，不仅浪费能量，还增加了站内空调通风装置的负担，并使城轨建设费用和运行费用增加。而本实施例提供的柜体1放置在地面机房时，通过其复合相变散热器能够把电动机车在制动过程中产生的能量通过逆变流向电网，再在电动机车启动过程中通过电网把这部分能量回馈给电动机车，大大节约了能源，利于降低城轨建设费用和运行费用。

可选地，散热器2的出风端2b可与导风件3的进风风道31密封配合，利于保证经过散热器2的冷却风均能进入进风风道31，并且，能够保证只有经过散热器2的冷却风才能进入进风风道31。

在其中一种可选实施方式中，散热器2的出风端2b插设在导风件3的进风风道31中，以利于更多从散热器2出风端2b流出的冷却风进入进风风道31，利于及时排除经过散热器2的冷却，从而利于保证良好的散热效果。

其中，散热器2的出风端2b可与导风件3的进风风道31过盈配合，以实现散热器2的出风端2b与导风件3的进风风道31之间的密封配合；或者，散热器2的出风端2b与导风件3的进风风道31之间设置有密封件比如密封圈等，以实现散热器2的出风端2b与导风件3的进风风道31之间的密封配合。

在另一种可选实施方式中，导风件3的进风风道31插设在散热器2的出风端2b，以利于更多从散热器2出风端2b流出的冷却风进入进风风道31，利于及时排除经过散热器2的冷却，从而利于保证良好的散热效果。此时，散热器2的出风端2b可形成有可供进风风道31插入的边框。

其中，导风件3的进风风道31可与散热器2的出风端2b过盈配合，以实现散热器2的出风端2b与导风件3的进风风道31之间的密封配合；或者，导风件3的进风风道31与散热器2的出风端2b之间设置有密封件比如密封圈等，以实现散热器2的出风端2b与导风件3的进风风道31之间的密封配合。

当然，散热器2的出风端2b与进风风道31密封配合的实现方式并不限于此，本实施例此处只是举例说明。

可选地，柜体1上朝向散热器2的进风端2a的一侧设置有滤网11，以对进入柜体1内的冷却风进行过滤，利于保证柜体1内的清洁。此时，柜体1上的进风口可为较大的开口，滤网11安装在开口中。

柜体1上朝向散热器2的进风端2a的一侧，也即柜体1的前侧可设置有滤网11。滤网11可从最上方的散热器2延伸至最下方的散热器2，且滤网11可与散热器2的进风端2a正对设置，以减少冷却风进入柜体1内时的阻力损失。

或者，各散热器2的进风端2a所对应的区域分别对应设置有滤网11。此时，滤网11的数量与散热器2的数量相等；并且，滤网11的面积可大于散热器2进风端2a的面积，或者滤网11的面积与散热器2进风端2a的面积相等。

图6为本实施例提供的变流柜中散热器进风端的速度模拟示意图。

如图6所示，并继续参照图1-5，分别位于上、中、下的三个散热器2进风端2a的速度比较均匀；以上部的散热器2进风端2a的速度也即流量为基准，中部的散热器2进风端2a流量降低2％，下部的散热器2进风端2a流量降低了3％；相应的，以上部散热基板21上的IGBT模块22的温度为基准时，中部散热基板21上的IGBT模块22的温度至多可增大0.66K，下部散热基板21上的IGBT模块22的温度至多可增大0.98K。

由此可见，本实施例提供的变流柜，各散热器2的流量差异较小、比较均匀，且各IGBT模块22的温度差异较小、工作环境差异较小，利于保证各IGBT模块22的工作性能和使用寿命更接近。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种变流柜，其特征在于，包括：

柜体，所述柜体内设置有导风件、风机及多个散热器；

其中，所述散热器还具有进风端及出风端，所述进风端及出风端的下方设置有散热基板，所述散热基板上安装有控制模块及多个IGBT模块；

所述导风件具有多个进风风道，所述进风风道与所述散热器的出风端对接；所述导风件还具有汇总风道，所述汇总风道与各进风风道连通，且所述汇总风道与所述风机连通。

2.根据权利要求1所述的变流柜，其特征在于，多个所述散热器从上至下间隔且均匀设置。

3.根据权利要求2所述的变流柜，其特征在于，所述散热器为3个，3个散热器均采用复合相变散热器，且复合相变散热器从上至下分别为U相、V相、W相。

4.根据权利要求1所述的变流柜，其特征在于，所述散热器的出风端插设在所述导风件的进风风道中；或者，所述导风件的进风风道插设在所述散热器的出风端。

5.根据权利要求4所述的变流柜，其特征在于，所述散热器的出风端与所述进风风道之间设置有密封件。

6.根据权利要求1所述的变流柜，其特征在于，所述风机设置在所述导风件的汇总风道的上端。

7.根据权利要求6所述的变流柜，其特征在于，所述汇总风道的底端从朝向进风风道的一端至另一端逐渐向上倾斜设置。

8.根据权利要求1-7任一项所述的变流柜，其特征在于，所述柜体上朝向所述散热器的进风端的一侧设置有滤网。

9.根据权利要求8所述的变流柜，其特征在于，所述滤网的面积大于所述散热器进风端的面积，或者，所述滤网的面积与所述散热器进风端的面积相等；

和/或，所述滤网的数量与所述散热器的数量相等；

和/或，所述进风风道与所述汇总风道垂直设置。

10.根据权利要求1-7任一项所述的变流柜，其特征在于，所述控制模块包括：印制电路板、母排；

和/或,所述风机采用具有导流圈的无蜗壳离心风机。