CN215453752U - 一种水冷变频柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水冷变频柜，涉及变频器技术领域，解决了现有技术中变频器、电机功率不匹配或增加冷水机组带来的成本增加、安装复杂、现场布置凌乱的问题，包括主变频器、柜体和水冷机组，主变频器安装于柜体内部；水冷机组包括水循环机组和制冷机组，水循环机组和制冷机组均安装于柜体内部，水循环机组与制冷机组连接；主变频器内铺设有散热管道，散热管道具有暴露于主变频器的散热管道入水口和散热管道出水口；水循环机组与散热管道入水口和散热管道出水口连接组成循环散热水路。本实用新型将水冷机组与变频器集成于柜体中，可解决风冷变频器必须使用大于电机实际功率的功率等级的问题，又可最大限度地降低水冷系统的成本。

Description

一种水冷变频柜

技术领域

本实用新型涉及变频器技术领域，具体的说，是一种水冷变频柜。

背景技术

变频器为商业和工业电机提供动力和控制，为电能转换为机械能提供了必不可少的支持。但由于现场的复杂程度不同，必须根据其设计和应用环境进行热保护。变频器的主要优点是灵活的控制、平稳的启动和停机性能，以及为在可变负载下运行的大功率电机带来显著的节能。

大多数大功率变频器及其附属电子配件都被集成到电气机柜中。变频器不但提高了系统效率，变频器本身的效率也非常高，损失只有2％至4％。然而，由于大功率变频器中电能转换很大，即使效率损失较低，也会导致数千瓦到数十千瓦废热的产生。废热主要由半导体功率模块产生，功率模块内部集成IGBT，当变频器以一定开关频次进行载波能力输送时，IGBT模块会产生开关损耗和导通损耗，两者的累积就是废热。如果不能及时将废热输送出模块，将会导致模块热累积产生的温度急速升高，造成模块短路，变频器失效。

因此变频器的合理散热对提高变频器的可靠性和寿命有十分重要的影响。目前安装在变频柜内的变频器散热主要有三种方式——自然冷却、对流散热、液态散热。

自然散热

对于小容量的变频器一般选用自然散热方式，其使用环境应通风良好，无易附着粉尘及飘浮物。此类变频器的拖动对象多为家用空调、数控机床之类，功率很小，使用环境比较优良。

对流散热

(1)变频器内装风扇散热

内装风扇散热一般对于小容量的通用变频器使用。通过正确的安装变频器，可以使变频器的内装风扇的散热能力达到最大化。该内装风扇可以将变频器内部的热量带走。通过变频器所在的箱体的铁板，进行最终散热。

(2)变频器外装风机散热

通过在安装变频器的控制箱内，增设若干台具有换气对流功能的风机，则可以大大提高变频器的散热效果，降低变频器工作环境的温度。

液态散热

水冷或油冷是工业液冷方式中较常用的一种方式。常见的为使用一台外部水冷机或油冷机通过水管或油管接入到变频柜中的变频器散热管路中。通过冷水机或油冷机的制冷运行保证变频器废热排除。

以上三种散热方式针对环境不同、场合不同适用也不同。针对于75kW～200kW变频器应用场合来说，风机散热是主流手段。电柜中一般包含变频器内部风机和变频柜外部风机。内部风机散出来的热量通过外部风机同时将电气部件的热量与外部空气进行换热，正是因为风冷散热变频器无法及时将废热排除，或当电柜周围环境温度过高时，风冷散热的效果将会变得不明显。因此使用变频器内风机散热带来的问题在于，风机的换热能力不足导致驱动相同功率的电机，需要使用更大功率的变频器，必须将变频器额定功率等级选用高于额定电机功率80％的变频器来驱动负载电机，例如驱动75kW电机，载波频率同为8kHz，需要使用132kW的变频器驱动。而变频器的差价达到40％，驱动132kW电机，需要使用200kW的变频器驱动，价格差为46％，价格差随着功率越大差价越大。因此，按照成本换算，变频器使用水冷系统散热可降低综合成本，使用水冷系统的变频器可驱动同等功率的电机。目前大功率变频柜往往会将变频器的散热水管进出口引入到变频柜的侧面或背面，并外加一个一台水冷机或者水循环系统。水冷机由压缩机、冷凝器、蒸发器、风机、膨胀阀、水泵等组成，目前大多数的水冷机设备采用定频压缩机、风机、水泵来进行控制，少数采用变频压缩机，定频风机和水泵系统。水泵定速定流量将水箱中的水送至变频器进水口，水带走变频器模块的废热从出水口流入水冷机，水冷机通过板式蒸发器与高温水进行换热，将冷却后的水再送入变频器进水口，周而复始可保证变频器内发热模块维持在一定温度下。水冷方法可以及时将变频器模块废热带走，降低变频器功率等级。一般情况下，使用与电机同功率的变频器即可，可带来变频器成本的压缩，但此种方案增加一个水冷机设备，使系统变得冗余，现场水管和线缆会带来布线的混乱、困难和成本的上升。

实用新型内容

本实用新型的目的在于设计出一种水冷变频柜，将水冷机组与变频器集成于柜体中，可解决风冷变频器必须使用大于电机实际功率的功率等级的问题，又可最大限度地降低水冷系统的成本，提高变频柜的扩展能力。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种水冷变频柜，包括主变频器、柜体和水冷机组，所述主变频器安装于所述柜体内部；

所述水冷机组包括水循环机组和制冷机组，所述水循环机组和所述制冷机组均安装于所述柜体内部，所述水循环机组与所述制冷机组连接；

所述主变频器内铺设有散热管道，所述散热管道具有暴露于所述主变频器的散热管道入水口和散热管道出水口；所述水循环机组与所述散热管道入水口和所述散热管道出水口连接组成循环散热水路。

采用上述设置结构时，将水冷机组与主变频器集成到柜体中，通过管道将主变频器和水冷机组中的水循环机组连接构成循环散热水路，水循环机组与制冷机组相连实现换热，可解决目前工业现场变频器、电机功率不匹配或增加冷水机组带来的成本增加、安装复杂、现场布置凌乱等问题，提高变频柜的扩展能力，也可适用于恶劣环境现场。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述水循环机组包括水箱和水泵，所述制冷机组包括板式蒸发器、压缩机、冷凝器、干燥器和电子膨胀阀；

所述水箱通过管路连接水泵，所述水泵通过管路接入所述板式蒸发器后连接散热管道入水口，所述散热管道出水口通过管路连接所述水箱形成回路；

所述压缩机通过管路连接所述冷凝器，所述冷凝器通过管路连接所述干燥器，所述干燥器通过管路连接所述电子膨胀阀，所述电子膨胀阀通过管路接入所述板式蒸发器后连接所述压缩机形成回路。

采用上述设置结构时，将水箱、水泵、板式蒸发器、压缩机、冷凝器、干燥器和电子膨胀阀经过合理的布局同主变频器集成于柜体中，能节省低压电器如断路器、接触器、变压器等，节省水管管路和线缆等冗余部件，节省钣金件，降低安装复杂度，优化现场空间和后期维护成本，使变频柜的可扩展空间更大。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述制冷机组还包括风机，所述风机设置于所述冷凝器处。

采用上述设置结构时，水冷机组将水通过水泵抽入主变频器散热管道，加热过的水通过冷凝器与外环境进行热交换，风机将冷凝器和柜体内低压电气的热量同时排除并提高热交换效率。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述压缩机设置为变频压缩机。

采用上述设置结构时，变频压缩机能够通过变频改变压缩功率，参与到对水温调节过程中去，调节并稳定水温。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：水泵设置为变频水泵。

采用上述设置结构时，变频水泵能够通过变频改变水流速，参与到对水温调节过程中去，调节并稳定水温。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：风机设置为变频风机。

采用上述设置结构时，变频风机能够通过变频改变风速，参与到对水温调节过程中去，调节并稳定水温。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述水冷机组还包括温度控制器，所述温度控制器设置的温度传感器安装于所述散热管道入水口处，所述温度控制器连接所述变频压缩机、所述变频水泵和所述变频风机。

采用上述设置结构时，温度控制器和压缩机变频器、风机变频器、水泵变频器协调工作，在负载变化的情况下全变频系统可自适应调节压缩机、风机和水泵的转速，达到精细的系统节能和主变频器散热水温恒定控制。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述主变频器设置于所述柜体的中部，所述水循环机组整体设置于所述柜体的下部，所述板式蒸发器、所述压缩机、所述干燥器和所述电子膨胀阀设置于所述柜体的下部，所述风机和所述冷凝器设置于所述柜体的上部。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述风机设置于所述柜体的顶部。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述柜体的进风口设置有两处，分别位于所述柜体的两侧，所述风机的出风口朝向所述柜体的上方。

采用上述设置结构时，两侧进风并从上部排出有利于建立良好的通风系统，可高效排出柜体内的热量。

本实用新型具有以下优点及有益效果：

(1)本实用新型中，将水冷机组与主变频器集成到柜体中，通过管道将主变频器和水冷机组中的水循环机组连接构成循环散热水路，水循环机组与制冷机组相连实现换热，可解决目前工业现场变频器、电机功率不匹配或增加冷水机组带来的成本增加、安装复杂、现场布置凌乱等问题，提高变频柜的扩展能力，也可适用于恶劣环境现场；

(2)本实用新型中，将水箱、水泵、板式蒸发器、压缩机、冷凝器、干燥器和电子膨胀阀经过合理的布局同主变频器集成于柜体中，能节省低压电器如断路器、接触器、变压器等，节省水管管路和线缆等冗余部件，节省钣金件，降低安装复杂度，优化现场空间和后期维护成本，使变频柜的可扩展空间更大，从系统成本和维护安装来看有极大的必要性。如需对电机进行水冷散热，将电机与变频柜的水循环机组于固体上的进出管道即可。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是水冷变频柜的结构示意图；

图中标记为：

1、主变频器；2、柜体；3、水箱；4、水泵；5、板式蒸发器；6、压缩机；7、冷凝器；8、风机；9、干燥器；10、电子膨胀阀；11、散热管道入水口；12、散热管道出水口；13、温度控制器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

一种水冷变频柜，将水冷机组与变频器集成于柜体中，可解决风冷变频器必须使用大于电机实际功率的功率等级的问题，又可最大限度地降低水冷系统的成本，提高变频柜的扩展能力，如图1所示，特别设置成下述结构：

该种水冷变频柜包括主变频器1、柜体2和水冷机组，主变频器1和水冷机组一通集成安装于柜体2内部形成一体机。将柜体2分为上中下三部分，则主变频器1整体安装于柜体2的中部偏左侧的位置。

主变频器1内铺设有散热管道，散热管道的两端分别为散热管道入水口11和散热管道出水口12，散热管道入水口11和散热管道出水口12于主变频器1的右侧暴露形成接口。

水冷机组包括水循环机组和制冷机组，水循环机组和制冷机组均安装于柜体2内部且水循环机组整体安装于柜体2的下部。具体的，水循环机组包括一竖向设置的15L的水箱3和一水泵4，制冷机组包括板式蒸发器5、压缩机6、冷凝器7、干燥器9和电子膨胀阀10，板式蒸发器5、压缩机6、干燥器9和电子膨胀阀10设置于柜体2的下部，风机8和所述冷凝器7设置于柜体2的上部。水箱3的出水口通过管路连接水泵4的吸入口，水泵4的出水口通过管路接入板式蒸发器5后连接散热管道入水口11，散热管道出水口12通过管路连接水箱3的回水口形成成一完整闭合的循环散热水回路。压缩机6的排出端通过管路连接冷凝器7的入口端，冷凝器7的出口端通过管路连接干燥器9的入口端，干燥器9的出口端通过管路连接电子膨胀阀10的入口端，电子膨胀阀10的出口端通过管路接入板式蒸发器5后连接压缩机6的吸入端形成一完整闭合的制冷回路。

将水冷机组与主变频器集成到柜体中，通过管道将主变频器和水冷机组中的水循环机组连接构成循环散热水路，水循环机组与制冷机组相连实现换热，可解决目前工业现场变频器、电机功率不匹配或增加冷水机组带来的成本增加、安装复杂、现场布置凌乱等问题，提高变频柜的扩展能力，也可适用于恶劣环境现场。将水箱3、水泵4、板式蒸发器5、压缩机6、冷凝器7、干燥器9和电子膨胀阀10经过合理的布局同主变频器1集成于柜体2中，能节省低压电器如断路器、接触器、变压器等，节省水管管路和线缆等冗余部件，节省钣金件，降低安装复杂度，优化现场空间和后期维护成本，使变频柜的可扩展空间更大，从系统成本和维护安装来看有极大的必要性。如需对电机进行水冷散热，将电机与变频柜的水循环机组于固体上的进出管道即可。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：

制冷机组还包括风机8，风机8位于柜体2的内部的顶部位置，风机8设置于冷凝器7的上方与之对应。水冷机组将水通过水泵4抽入主变频器散热管道，加热过的水通过冷凝器7与外环境进行热交换，风机8将冷凝器7和柜体2内低压电气的热量同时排除并提高热交换效率。

实施例3：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：

本实施例中，压缩机6、水泵4和风机8可分别或同时采用变频设备，优选的，压缩机6设置为变频压缩机，水泵4设置为变频水泵，风机8设置为变频风机。变频压缩机能够通过变频改变压缩功率，参与到对水温调节过程中去，调节并稳定水温。变频水泵能够通过变频改变水流速，参与到对水温调节过程中去，调节并稳定水温。变频风机能够通过变频改变风速，参与到对水温调节过程中去，调节并稳定水温。

优选的，本实施例中，水冷机组还包括一温度控制器13，温度控制器13位于柜体2内部，温度控制器13具有一温度传感器，温度传感器安装于散热管道入水口11处用于获得此处的入口水温，温度控制器13连接变频压缩机、变频水泵和变频风机并同其协调工作，在负载变化的情况下全变频系统可自适应调节压缩机6、风机8和水泵4的转速，达到精细的系统节能和主变频器1散热水温恒定控制。主变频器1驱动的动力装置由于负载变化，变频器的发热量也会变化，因此变频风机加上变频水泵可进一步将目标温度进行精确控制。除了水温可恒定控制外，全变频系统对于节能有十分重要的意义。风机、水泵类型负载，频率(及转速)跟功率的三次方成正比，即转速到达额定转速一半时，功率降为额定功率的1/8。因此全变频制冷系统带来的系统级节能可进一步提升工厂能源优化的作用。

实施例4：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：

柜体2上部的左右两侧分别设置有一个进风口，两进风口分别位于柜体2的两侧且风机8位于柜体2的顶部，风机8的出风口朝向柜体2的上方，可使两侧进风并从上部排出有利于建立良好的通风系统，可高效排出柜体2内的热量。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水冷变频柜，其特征在于：包括主变频器(1)、柜体(2)和水冷机组，所述主变频器(1)安装于所述柜体(2)内部；

所述水冷机组包括水循环机组和制冷机组，所述水循环机组和所述制冷机组均安装于所述柜体(2)内部，所述水循环机组与所述制冷机组连接；

所述主变频器(1)内铺设有散热管道，所述散热管道具有暴露于所述主变频器(1)的散热管道入水口(11)和散热管道出水口(12)；所述水循环机组与所述散热管道入水口(11)和所述散热管道出水口(12)连接组成循环散热水路。

2.根据权利要求1所述的一种水冷变频柜，其特征在于：所述水循环机组包括水箱(3)和水泵(4)，所述制冷机组包括板式蒸发器(5)、压缩机(6)、冷凝器(7)、干燥器(9)和电子膨胀阀(10)；

所述水箱(3)通过管路连接水泵(4)，所述水泵(4)通过管路接入所述板式蒸发器(5)后连接散热管道入水口(11)，所述散热管道出水口(12)通过管路连接所述水箱(3)形成回路；

所述压缩机(6)通过管路连接所述冷凝器(7)，所述冷凝器(7)通过管路连接所述干燥器(9)，所述干燥器(9)通过管路连接所述电子膨胀阀(10)，所述电子膨胀阀(10)通过管路接入所述板式蒸发器(5)后连接所述压缩机(6)形成回路。

3.根据权利要求2所述的一种水冷变频柜，其特征在于：所述制冷机组还包括风机(8)，所述风机(8)设置于所述冷凝器(7)处。

4.根据权利要求3所述的一种水冷变频柜，其特征在于：所述压缩机(6)设置为变频压缩机。

5.根据权利要求4所述的一种水冷变频柜，其特征在于：水泵(4)设置为变频水泵。

6.根据权利要求5所述的一种水冷变频柜，其特征在于：风机(8)设置为变频风机。

7.根据权利要求6所述的一种水冷变频柜，其特征在于：所述水冷机组还包括温度控制器(13)，所述温度控制器(13)设置的温度传感器安装于所述散热管道入水口(11)处，所述温度控制器(13)连接所述变频压缩机、所述变频水泵和所述变频风机。

8.根据权利要求3-7任一项所述的一种水冷变频柜，其特征在于：所述主变频器(1)设置于所述柜体(2)的中部，所述水循环机组整体设置于所述柜体(2)的下部，所述板式蒸发器(5)、所述压缩机(6)、所述干燥器(9)和所述电子膨胀阀(10)设置于所述柜体(2)的下部，所述风机(8)和所述冷凝器(7)设置于所述柜体(2)的上部。

9.根据权利要求8所述的一种水冷变频柜，其特征在于：所述风机(8)设置于所述柜体(2)的顶部。

10.根据权利要求9所述的一种水冷变频柜，其特征在于：所述柜体(2)的进风口设置有两处，分别位于所述柜体(2)的两侧，所述风机(8)的出风口朝向所述柜体(2)的上方。

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