CN217741554U - 变频器及其冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变频器及其冷却系统，其中，冷却系统包括水冷柜、空水换热器、风机、冷却风道和冷却水供应管，冷却水供应管对水冷柜中的冷却水进行冷却，以水冷柜中经过冷却的冷却水对功率单元换热板进行换热以完成对功率单元的冷却，并且冷却水供应管还对空水换热器提供冷却水，空水换热器中经过冷却的冷却水能够对空气进行冷却，以使经过冷却的空气能够对变压器进行冷却管。由此，本实用新型实施例的变频器的冷却系统能够对变频器进行更具针对性的降温冷却，以提高变频器的冷却效果，从而提高变频器的使用寿命，同时降低冷却系统的运行成本和占用体积。

Description

变频器及其冷却系统

技术领域

本实用新型涉及冷却系统技术领域，尤其涉及一种变频器的冷却系统和变频器。

背景技术

随着变频器技术的发展，中高压变频器使用率迅速增加，而变频器如何长期稳定运行也成为了用户非常重视的问题，散热问题对整个变频器系统的长期稳定运行起着非常关键的作用。

由于高压变频器调速系统在运行过程中，有2％～4％左右的损耗，该损耗都变成热量，最终耗散在大气中。如果不对这些热量进行排出，则可能会影响到变频器的正常使用。因此，中高压变频器的通风系统需针对不同的现场应用环境进行配套设计。

在相关技术中，一般采用风道循环散热、排风风机散热、空调密闭冷却等方式对变频器进行冷却，但是，这些方法存在使用环境受限、涉及空调过大、成本过高等弊端。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种变频器的冷却系统，能够对变频器进行更具针对性的降温冷却，以提高变频器的冷却效果，从而提高变频器的使用寿命，同时降低冷却系统的运行成本和占用体积。

本实用新型的第二个目的在于提出一种变频器。

为达上述目的，本实用新型第一方面实施例提出了一种变频器的冷却系统，所述冷却系统包括水冷柜、空水换热器、风机、冷却风道和冷却水供应管；所述水冷柜分别与所述冷却水供应管和所述变频器的功率单元换热板连接，以通过所述冷却水供应管中的外冷却水冷却所述水冷柜中的内冷却水，并将经过冷却的内冷却水对所述功率单元换热板进行冷却；所述空水换热器、所述风机和所述冷却风道均设置在所述变频器的变压器柜内，所述空水换热器与所述冷却水供应管连接，以通过所述冷却水供应管中的外冷却水对从所述冷却风道经过所述空水换热器的空气进行冷却，所述风机将经过冷却后的空气从所述变频器的变压器中导向所述冷却风道，以对所述变压器进行冷却。

本实用新型实施例的冷却系统包括水冷柜、空水换热器、风机、冷却风道和冷却水供应管，其中，冷却水供应管对水冷柜中的冷却水进行冷却，使水冷柜中经过冷却的冷却水对功率单元换热板进行换热以完成对功率单元的冷却，并且冷却水供应管还对空水换热器提供冷却水，空水换热器能够对冷却风道中的空气进行冷却，以使经过冷却的空气能够对变压器进行冷却管。由此，本实用新型实施例的变频器的冷却系统能够对变频器进行更具针对性的降温冷却，以提高变频器的冷却效果，从而提高变频器的使用寿命，同时降低冷却系统的运行成本和占用体积。

在本实用新型的一些示例中，所述水冷柜包括水冷柜板式换热器和至少一个循环水泵，所述循环水泵的进水口与所述水冷柜板式换热器的内冷却水出口连接，所述循环水泵的出水口与所述功率单元换热板的进水口连接，所述水冷柜板式换热器的内冷却水进口与所述功率单元换热板的出水口连接，所述循环水泵用于控制所述内冷却水在所述水冷柜板式换热器与所述功率单元换热板之间循环，所述水冷柜板式换热器用于与所述冷却水供应管相连以对所述冷却水进行冷却。

在本实用新型的一些示例中，所述冷却水供应管包括外冷却水供水母管和外冷却水回水母管，所述水冷柜板式换热器与所述冷却水供应管连接，包括：所述水冷柜板式换热器的外冷却水进口与所述外冷却水供水母管连接，所述水冷柜板式换热器的外冷却水出口与所述外冷却水回水母管连接。

在本实用新型的一些示例中，所述水冷柜板式换热器的外冷却水进口和外冷却水进口均设置有阀门。

在本实用新型的一些示例中，所述水冷柜包括多个循环水泵，多个所述循环水泵并联连接，且在所述冷却系统工作时，至少一个所述循环水泵处于工作状态。

在本实用新型的一些示例中，所述循环水泵的出水口设置有逆止阀，所述水冷柜循环水泵的进水口设置有入口滤网。

在本实用新型的一些示例中，所述变压器柜内还设置有冷风区和热风区，所述风机设置在所述热风区和所述冷却风道之间，所述空水换热器设置在所述冷风区和所述冷却风道之间，所述变压器连接所述冷风区和所述热风区，所述冷风区的空气通过所述变压器流向所述热风区，以对所述变压器进行冷却。

在本实用新型的一些示例中，所述空水换热器包括外冷却水进口和外冷却水出口，所述空水换热器的外冷却水进口与所述外冷却水供水母管连接，所述空水换热器的外冷却水出口与所述外冷却水回水母管连接。

在本实用新型的一些示例中，所述空水换热器的外冷却水进口和外冷却水出口均设置有阀门。

为达上述目的，本实用新型第二方面实施例提出了一种变频器，所述变频器包括上述实施例所述的冷却系统。

本实用新型的变频器通过上述实施例中的冷却系统，能够对变频器进行更具针对性的降温冷却，以提高变频器的冷却效果，从而提高变频器的使用寿命，同时降低冷却系统的运行成本和占用体积。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的变频器的冷却系统结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的变频器结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的变频器及其冷却系统。

首先，需要说明的是，变频器在超过6000KW的时候，普通的冷却方式已经不能满足设备的散热需求，以变频器的额定损耗为额定功率的4％为例进行说明，变频器具体的损耗分布情况一般有四个部分，即功率单元如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极性晶体管)、整流桥部分的损耗可以占到变频器系统损耗的45％左右，变压器的损耗可以占到变频器系统损耗的45％左右，而其他杂散热量，例如电缆、铜排、电容等器件的损耗也大概占到变频器系统损耗的10％。

通过上述分析可知，变频器的主要损耗来源于变压器和功率单元的损耗，占据了90％左右，如果以京隆电厂变频器的选型功率为例，在确定变频器的额定功率为11000KW，那么变压器和功率单元的额定损耗接近400KW。在经过调研发现，国内变频器的运行状态主要矛盾点集中在功率单元的散热上，因为功率单元内部器件排列比较紧凑，有着大量的精密功率器件以及电路板，其散热方式直接影响了功率单元的正常工作以及工作寿命，所以本实施例的冷却系统则对功率单元采用纯冷水冷却的方式进行冷却，以使功率单元能够快速散热。而对变压器则采用空水冷方式进行冷却，因为如果变压器采用直接水冷的方式，其绕组需采用空管通流冷却的方式，中间通流液体可以多种选择，去离子水是最经济的选择，但是即使采用去离子水的方式，对绕组空管的制作工艺要求非常严格，生产成本还是居高不下，所以本实施例的冷却系统采用空水冷方式对变压器进行冷却，在大大降低冷却成本的同时，还能够保证变压器的冷却效果。

以下对本实施例的冷却系统进行详细描述，图1是根据本实用新型一个实施例的变频器的冷却系统结构示意图。

如图1所示，本实施例提出了一种变频器的冷却系统1，图中所示的实线表示换热前的冷却水，虚线表示经过换热后的冷却水，本实施例中的冷却系统1包括水冷柜11、空水换热器12、风机13、冷却风道14和冷却水供应管15。

其中，水冷柜11分别与冷却水供应管15和变频器的功率单元换热板17连接，以通过冷却水供应管15中的外冷却水冷却水冷柜11中的内冷却水，并将经过冷却的内冷却水对功率单元换热板17进行冷却；空水换热器12、风机13和冷却风道14均设置在变频器的变压器柜18内，空水换热器12与冷却水供应管15连接，以通过冷却水供应管15中的外冷却水对从冷却风道14经过空水换热器12的空气进行冷却，风机13将经过冷却后的空气从变频器的变压器16中导向冷却风道14，以对变压器16进行冷却。

首先需要说明的是，图1中仅示出了变频器的单元柜和变压器柜内的部分设备器件，其中，单元柜内包括有用于对功率单元进行冷却的功率单元换热板17，变压器16放置在变压器柜18内，变压器16和功率单元的冷却方法不相同。

具体地，水冷柜11分别与冷却水供应管15和功率单元换热板17连接，水冷柜11中包括有外冷却水和内冷却水，内冷却水用于对功率单元换热板17进行冷却，需要说明的是，图1中示出了多个功率单元换热板17，而功率单元换热板17的具体数量可以根据变频器功率单元的数量进行确定，图1仅仅是以一个具体示例进行表示，并不对其数量进行具体限定。水冷柜11中的内冷却水在功率单元换热板17和水冷柜11之间循环，带走功率单元工作时所产生的热量，从而完成对功率单元的降温。内冷却水还与冷却水供应管15中的冷却水进行换热，以保持水冷柜11中内冷却水的较低温度，从而能够有效地对功率单元换热板进行降温。并且，通过分析实验数据可知，直接通过冷却水对设备器件进行冷却，相对于空调器冷却、风吹冷却等方法而言，性价比最高，采用冷却水冷却的方法，所需的冷却费用较少，且能够达到较佳的冷却效果。

变压器柜18中设置有空水换热器12、风机13和冷却风道14，并且变压器16也设置在变压器柜18内，风机13用于控制变压器柜18内的空气流动，空水换热器12用于对变压器柜18内的空气进行冷却，以使经过空水换热器12冷却后的空气能够对变压器16进行冷却，而经过对变压器16进行冷却的空气则可以经过风机13的作用流到空水换热器12中进行冷却，以此循环对变压器18进行冷却。空水换热器12跟冷却水供应管15连接，以通过冷却水供应管15的外冷却水对变压器柜18内的空气进行冷却。变压器柜18中的箭头表示冷却风流动的方向。

在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，水冷柜11包括水冷柜板式换热器111和至少一个循环水泵112，循环水泵112的进水口与水冷柜板式换热器111的内冷却水出口1111连接，循环水泵112的出水口与功率单元换热板的进水口171连接，水冷柜板式换热器111的内冷却水进口1112与功率单元换热板的出水口172连接，循环水泵112用于控制内冷却水在水冷柜板式换热器111与功率单元换热板17之间循环，水冷柜板式换热器111还用于与冷却水供应管15相连以对内冷却水进行冷却。

具体地，参见图1，水冷柜11包括有水冷柜板式换热器111和两个循环水泵112，水冷柜板式换热器111包括有内冷却水进口1112和内冷却水出口1111，内冷却水从内冷却水出口1111流向循环水泵112的进水口，再从循环水泵112的出水口流出并流向功率单元换热板的进水口171，对功率单元换热板17进行冷却之后从功率单元换热板的出水口172流向水冷柜板式换热器的内冷却水进口1112。在内冷却水流入水冷柜板式换热器111之后，由于水冷柜板式换热器111还与冷却水供应管15连接，冷却水供应管15通过外冷却水能够对流经水冷柜板式换热器111的内冷却水进行冷却，以使内冷却水能够再次用于对功率单元换热板进行冷却。

在本实用新型的一些实施例中，冷却水供应管15包括外冷却水供水母管151和外冷却水回水母管152，水冷柜板式换热器111与冷却水供应管15连接，包括：水冷柜板式换热器的外冷却水进口1113与外冷却水供水母管151连接，水冷柜板式换热器的外冷却水出口1114与外冷却水回水母管152连接。

具体地，如图1所示，冷却水供应管15包括了外冷却水供水母管151和外冷却水回水母管152，外冷却水从外冷却水供水母管151流入，并在经过水冷柜板式换热器111之后从外冷却水回水母管152流出，冷却水供应管15在经过水冷柜板式换热器111之后，外冷却水能够与内冷却水进行换热，以对内冷却水进行冷却。外冷却水供水母管151和外冷却水回水母管152中的箭头方向表示外冷却水的流动方向。

更具体地，下面对上述实施例进行总结并对实施例中的功率单元冷却进行描述，本实施例中的功率单元换热板17与功率单元设置，用于对功率单元进行散热降温，功率单元换热板17设置有进水口171和出水口172，内冷却水在循环水泵112的作用下能够在水冷柜板式换热器111和功率单元换热板17之间循环流动，内冷却水在经过水冷柜板式换热器111时与外部冷却水进行换热降温，而在经过功率单元换热板17时则对功率单元换热板17进行吸热升温，以此循环，对功率单元进行冷却。水冷柜板式换热器111与冷却水供应管连接，以使经过水冷柜板式换热器111的内冷却水能够与外冷却水进行换热降温。通过上述实施例，能够利用水冷却的方式对变频器中散热较高的功率单元进行降温冷却，以保证功率单元能够正常工作。

在本实用新型的一些实施例中，水冷柜板式换热器的外冷却水进口和外冷却水出口均设置有阀门。从而能够通过控制阀门暂停外部冷却水的供水，方便用户后续对水冷柜式换热器和冷却水供应管的清洗。更具体地，本实施例中的阀门可以是手动阀门、自动阀门等。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，水冷柜111包括多个循环水泵112，多个循环水泵112并联连接，且在冷却系统1工作时，至少一个循环水泵112处于工作状态。

具体地，如图1所示，本实施例中的水冷柜11包括有两个循环水泵112，两个循环水泵112并联连接，其中，循环水泵112的进水口可以与水冷柜板式换热器的内冷却水出口1111连接，循环水泵112的出水口可以与功率单元换热板的进水口171连接。更具体地，循环水泵112将内冷却水泵送至功率单元换热板的进水口171，内冷却水在经过功率单元换热板17时，内冷却水能够对功率单元换热板17进行冷却降温，然后回到水冷柜板式换热器111中被外冷却水进行冷却降温，再回到循环水泵112的进水口。

需要说明的是，本实施例中设置多个循环系统能够提高水冷柜的容错率，进而提高冷却系统的使用寿命，当然，也可以多个循环水泵同时工作，以提高冷却效率。

在该实施例中，循环水泵的出水口设置有逆止阀，水冷柜循环水泵的进水口设置有入口滤网。

具体地，如图1所示，循环水泵112的出水口与功率单元换热板17的进水口连接，循环水泵112的进水口则与水冷柜板式换热器111的内冷却水出口1111连接，本实施例在循环水泵112的出水口设置有逆止阀，能够防止内冷却水出现倒灌现象。并在循环水泵112的进水口设置有入口滤网，入口滤网能够对进入循环水泵112的内冷却水进行过滤，提高内冷却水的纯净度，以减少后期维护费用和维护工作量，同时提高冷却效果。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，变压器柜18内还设置有冷风区182和热风区181，风机13设置在热风区181和冷却风道14之间，空水换热器12设置在冷风区182和冷却风道14之间，变压器16连接冷风区182和热风区181，冷风区182的空气通过变压器16流向热风区181，以对变压器16进行冷却。

具体地，参见图1，变压器柜18中设置有冷风区182和热风区181，冷风区182和热风区181之间通过挡板密封隔断设置，变压器16贯穿挡板设置在冷风区182和热风区181中，需要说明的是，空气可以从设置在冷风区182中的变压器部分流入变压器16内部，然后从设置在热风区181中的变压器部分流出，从而完成对变压器16的冷却。更具体地，风机13设置在热风区181和冷却风道14之间，能够将热风区181中的经过冷却变压器16的空气导向空水换热器12中，其中，风机13所处的冷却风道14和空水换热器12所处的冷却风道之间可以设置有挡板，该挡板配置有导风孔。空水换热器12可以为弯曲盘旋的管路设置在冷却风道14与冷风区182之间，风机13将热风区181中的热风引导到冷却风道14中，空水换热器12将冷却风道14中的热风进行冷却转换为冷风并送到冷风区182，冷风区182中的冷风经过变压器16重新流到热风区181中，以此循环并完成对变压器16的冷却降温，防止变压器由于温度过高而无法正常工作。

在本实用新型的一些实施例中，空水换热器包括外冷却水进口和外冷却水出口，空水换热器的外冷却水进口与外冷却水供水母管连接，空水换热器的外冷却水出口与外冷却水回水母管连接。

具体地，如图1所示，冷却水供应管15包括有外冷却水供水母管151和外冷却水回水母管152，其中，外冷却水供水母管151和外冷却水回水母管152均设置有多个连接口，可以用于连接本实施例中的空水换热器12和水冷柜11。空水换热器12的外冷却水进口和外冷却水出口可以相当于弯曲盘旋管路的两个端口，外冷却水进口为进水端口与外冷却水供水母管151连接，外冷却水出口为出水端口与外冷却水回水母管152连接。也就是说，外冷却水通过外冷却水供水管151流入空水换热器12，并在空水换热器12中对经过空水换热器12外部管路的空气进行冷却，使得经过冷却后的空气能够进入冷风区182对变压器16进行冷却降温，而外冷却水在经过空水换热器12之后，则可以从外冷却水回母管152流出，以保持空水换热器12中的外冷却水温度较低，能够较好地对经过空水换热器12的空气进行冷却。

在该实施例中，空水换热器的外冷却水进口和外冷却水出口均设置有阀门，从而能够通过控制阀门暂停外部冷却水的供水，方便用户后续对空水换热器和冷却水供应管的清洗。更具体地，本实施例中的阀门可以是手动阀门、自动阀门等。

总结，本实施例的变频器的冷却系统包括水冷柜、空水换热器、风机、冷却风道和冷却水供应管，其中，冷却水供应管对水冷柜中的冷却水进行冷却，使水冷柜中经过冷却的冷却水对功率单元换热板进行换热以完成对功率单元的冷却，并且冷却水供应管还对空水换热器提供冷却水，空水换热器能够对冷却风道中的空气进行冷却，以使经过冷却的空气能够对变压器进行冷却管。由此，本实用新型实施例的变频器的冷却系统能够对变频器进行更具针对性的降温冷却，以提高变频器的冷却效果，从而提高变频器的使用寿命，同时降低冷却系统的运行成本和占用体积。

图2是根据本实用新型实施例的变频器结构框图。

进一步地，如图2所示，本实用新型提出了一种变频器20，该变频器20包括上述实施例中的冷却系统1。

本实用新型实施例的变频器通过上述实施例中的冷却系统，能够对变频器进行更具针对性的降温冷却，以提高变频器的冷却效果，从而提高变频器的使用寿命，同时降低冷却系统的运行成本和占用体积。

另外，本实用新型实施例的变频器的其他构成及作用对本领域的技术人员来说是已知的，为减少冗余，此处不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本实用新型中，除非实施例中另有明确的相关规定或者限定，否则实施例中出现的术语“安装”、“相连”、“连接”和“固定”等应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以理解的，也可以是机械连接、电连接等；当然，还可以是直接相连，或者通过中间媒介进行间接连接，或者可以是两个元件内部的连通，或者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，能够根据具体的实施情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种变频器的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括水冷柜、空水换热器、风机、冷却风道和冷却水供应管；

所述水冷柜分别与所述冷却水供应管和所述变频器的功率单元换热板连接，以通过所述冷却水供应管中的外冷却水冷却所述水冷柜中的内冷却水，并将经过冷却的内冷却水对所述功率单元换热板进行冷却；

所述空水换热器、所述风机和所述冷却风道均设置在所述变频器的变压器柜内，所述空水换热器与所述冷却水供应管连接，以通过所述冷却水供应管中的外冷却水对从所述冷却风道经过所述空水换热器的空气进行冷却，所述风机将经过冷却后的空气从所述变频器的变压器中导向所述冷却风道，以对所述变压器进行冷却。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述水冷柜包括水冷柜板式换热器和至少一个循环水泵，所述循环水泵的进水口与所述水冷柜板式换热器的内冷却水出口连接，所述循环水泵的出水口与所述功率单元换热板的进水口连接，所述水冷柜板式换热器的内冷却水进口与所述功率单元换热板的出水口连接，所述循环水泵用于控制所述内冷却水在所述水冷柜板式换热器与所述功率单元换热板之间循环，所述水冷柜板式换热器还用于与所述冷却水供应管相连以对所述内冷却水进行冷却。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却水供应管包括外冷却水供水母管和外冷却水回水母管，所述水冷柜板式换热器与所述冷却水供应管连接，包括：所述水冷柜板式换热器的外冷却水进口与所述外冷却水供水母管连接，所述水冷柜板式换热器的外冷却水出口与所述外冷却水回水母管连接。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述水冷柜板式换热器的外冷却水进口和外冷却水进口均设置有阀门。

5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述水冷柜包括多个循环水泵，多个所述循环水泵并联连接，且在所述冷却系统工作时，至少一个所述循环水泵处于工作状态。

6.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述循环水泵的出水口设置有逆止阀，所述水冷柜循环水泵的进水口设置有入口滤网。

7.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述变压器柜内还设置有冷风区和热风区，所述风机设置在所述热风区和所述冷却风道之间，所述空水换热器设置在所述冷风区和所述冷却风道之间，所述变压器连接所述冷风区和所述热风区，所述冷风区的空气通过所述变压器流向所述热风区，以对所述变压器进行冷却。

8.根据权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，所述空水换热器包括外冷却水进口和外冷却水出口，所述空水换热器的外冷却水进口与所述外冷却水供水母管连接，所述空水换热器的外冷却水出口与所述外冷却水回水母管连接。

9.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，所述空水换热器的外冷却水进口和外冷却水出口均设置有阀门。

10.一种变频器，其特征在于，所述变频器包括上述权利要求1-9中任一项所述的冷却系统。

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