FI122888B - Tehoelektroniikkalaitteiston kotelointijärjestely - Google Patents

Description

TEHOELEKTRONIIKKALAITTEISTON KOTELOINTIJÄRJESTELY

Tekniikan ala 5 Tämän keksinnön kohteena on tehoelektroniikkalaitteiston kotelointijärjestely. Erityisesti keksinnön kohteena on tapauskohtaisesti erilaisilla lisälaitteilla varustetun koteloidun tehoelektroniikkalaitteen, erityisesti taajuusmuuttajan, mekaaninen rakenneratkaisu, jolla saavutetaan ko. asennuksen vaatima kosketussuojainen kotelointijärjestely.

10

Tunnettu tekniikka

Tehoelektroniikkalaitteen, kuten taajuusmuuttajan, kanssa samaan asennuskokonaisuuteen kuuluu usein lisälaitteita jotka voivat olla tapaus-15 kohtaisesti erilaisia. Syöttöverkon ja laitteen väliin voi olla kytketty esimerkiksi sulakepaketti oikosulku- ja ylikuormitussuojaksi, kontaktori tai erotin verkosta erottamiseksi, suodatin syöttöverkkoon aiheutettujen häiriöiden vaimentamiseksi tms.

Käyttäjän turvallisuuden varmistamiseksi sähköverkkoon liitettyjen 20 laitteiden vaaralliset osat on oltava suojattu tahattomalta kosketukselta vähintään standardin IEC60529 luokka IP2X mukaisesti. Normaali tapa huolehtia suojauksesta on asentaa laitteet sähkökaappiin tai -koteloon. Tällaiset kaapit ja suurikokoisimmat kotelotkin ovat normaalisti valmistettu sähköä johtavasta metallista ja ne maadoitetaan, jolloin, kun aukeavat ovet ja 25 luukut ovat suljettu kuten käyttötilanteessa kuuluu olla, käyttäjä ei voi päästä tahattomasti käsiksi vaarallisiin sähköisiin osiin.

Kaupallisten kaappien ja koteloiden koot on standardoitu kansainvälisten luokitusten mukaisesti, mikä helpottaa niiden valintaa ja ^ saatavuutta sekä alentaa kustannuksia. Joissakin tapauksissa voidaan valita LT) 9 30 myös ulkonäkösyistä, esimerkiksi silloin kun useita kaappeja joudutaan ° sijoittamaan vierekkäin samaan riviin, samankorkuiset standardikaapit.

g Tietyissä tilanteissa standardimittaisuudesta seuraa ongelmia.

CL

Esimerkiksi kun kaappi tai kotelo on jo täysi, täytyy yhtä lisäkomponenttia varten varata kokonainen uusi kaappi tai kotelo jonka sisältö voi näinollen jäädä hyvin m £ 35 vajaaksi. Vajaatäyttöisyys merkitsee ylimääräistä kustannusta ja tilantarvetta.

^ On myös mahdollista että kaapin sisään sijoitettu komponentti on sellaisenaan suojattu tahattomalta kosketukselta, jolloin, kun se sijoitetaan kaapin sisään, 2 kokonaisuus sisältää useita sisäkkäisiä suojauksia joista osa on teknisesti turhia ja aiheuttavat siten ylimääräisiä kustannuksia.

Nykyaikaisen sarjavalmistuksen vaatimusten mukaisesti kaappiin-tai koteloonsijoitus tehdään normaalisti tehdasolosuhteissa, jolloin käyttö-5 paikalle kuljetetaan valmiiksi asennettuja kaappikokonaisuuksia. Tämä voi tuottaa kuljetusongelmia hankalissa asennusolosuhteissa, esimerkiksi nosturissa tai tuulimyllyssä joissa laitteet voivat sijaita kymmenien metrien korkeudella. Tällaisissa olosuhteissa myös huoltotilanne, esimerkiksi vioittuneen laitteen vaihtaminen, voi tuottaa suuria ongelmia. Järjestelmään ei 10 voi myöskään kovin joustavasti asentaa lisälaitteita, jollaisiin voi joskus ilmetä tarvetta vasta asennuspaikalla,

Keksinnön yhteenveto 15 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen tehoelektroniikkalaitteiden kuten taajuusmuuttajan, kotelointijärjestely jolla tunnetun tekniikan mukaiset ongelmat vältetään. Keksinnön mukaisesti koteloidut tehoelektroniikkalaite ja lisälaitteet ovat moduuleja, jotka ovat ilman erilliseen kaappiin tai koteloon asentamista sovitettavissa asennettavaksi 20 päällekkäin yhteensopivasti siten, että muodostuu saumakohdiltaan tiivis laitteistokokonaisuus, jonka kosketussuojaus on yhtä suuri tai korkeampi kuin erillisten laitteiden kosketussuojaus.

Tehoelektroniikkalaitteiden, kuten taajuusmuuttajien, tehokompo-nenttien jäähdytys perustuu yleisimmin puhaltimella pakotettuun ilmankiertoon. 25 Tämän keksinnön mukaisessa järjestelmässä laitteiden koteloon kuuluu takaosassa sijaitseva ilmakanava, joka jatkuu yhtenäisenä läpi koko päällekkäin asennetun laiteryhmän. Ilmakanavassa voi joissakin tapauksissa kulkea likaista ^ ilmaa, minkä vuoksi esimerkiksi järjestelmän ohjauselektroniikkaa sisältävä osa ^ voi olla IP54 tiivistetty ilmakanavan suuntaan. On myös mahdollista, että

LO

9 30 järjestelmän eri laitteissa on erilainen tiiviysluokka.

8 Keksinnön mukaisen järjestelmän päällekkäin asennetut laitteet £ voivat periaatteessa sijaita mielivaltaisessa järjestyksessä, mutta esimerkiksi

CL

kaapeloinnin helpottamiseksi niiden on edullista sijaita tietyssä järjestyksessä.

Jäähdytyskanavan ilmankierron optimointi asettaa myös tiettyjä reunaehtoja, tn ^ 35 koska puhallin voi sisältyä vain eniten häviötehoa tuottavaan laitteeseen.

° Järjestelmässä jäähdytysilmaa kierrättävä puhallin toimii parhaiten imevänä, jolloin on luonnollista sijoittaa ylimmäksi se järjestelmän laite johon puhallin sisältyy.

3

Keksinnön mukaisen järjestelmän laitteet ovat siis käyttäjän turvallisuuden kannalta riittävästi suojattuja sellaisenaan, jolloin niiden asentaminen erilliseen kaappiin tai koteloon on tarpeetonta. Näin vältetään tunnetun tekniikan mukaiset ylimääräiset kustannukset jotka aiheutuvat 5 sisäkkäisistä seinämistä. Järjestelmän voi koota vasta asennuspaikalla, mikä helpottaa kuljetusta erityisesti vaikeissa olosuhteissa, kuten nostureissa tai tuulimyllyissä. Samasta syystä myös huoltotilanteessa vioittuneen laitteen vaihto on helpompaa kuin kaappiin asennetuissa perinteisen tekniikan mukaisissa laitteissa.

10 Yksityiskohtaisesti keksinnön mukaiselle ratkaisulle tunnusomaiset piirteet on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön avulla ovat tehoelektroniikkalaitteen, kuten taajuusmuuttajan, kokoonpano, kuljetus ja huolto helposti järjestettävissä.

15 Piirustusten lyhyt kuvaus

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää taajuusmuuttajajärjestelmän lohkokaaviota, 20 kuvio 2 esittää perinteistä tehoelektroniikkalaitteen kokoonpanoa, kuvio 3 esittää taajuusmuuttajan rakennetta, kuvio 4 esittää sulake-erotinmoduulin rakennetta ja kuvio 5esittää keksinnön mukaisen järjestelmän kokoonpanoa.

25 Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Kuviossa 1 on esitetty taajuusmuuttajajärjestelmän lohkokaavio ^ esimerkkinä tyypillisestä tehoelektroniikkalaitteistosta. Laitteistoon kuuluu ^ liitäntä kolmivaiheiseen syöttöverkkoon 11, sulake-erotin 12, EMC-suodatin 13 m 9 30 syöttöverkkoon johtumalla aiheutettujen häiriöiden vaimentamiseksi sekä ° taajuusmuuttaja 14 lähtöliitäntöineen 15. Lisäksi kokonaisuuteen kuuluu g yleensä laitteistosta erillään sijaitseva moottori 16 jonka pyörimisnopeutta

CL

taajuusmuuttajalla säädetään, m ^ 35 Kuvio 2 esittää tyypillistä tunnetun tekniikan mukaista cm asennustapaa kuvion 1 mukaisen järjestelmän yhteydessä. Asennuksessa laitteet on sijoitettu kahteen kaappiin 26 ja 27, joista toisessa sijaitsee sulake-erotin 22 verkkoliityntöineen 21 sekä suodatinyksikkö 23. Toisessa kaapissa 4 sijaitsee taajuusmuuttaja 24 lähtöliityntöineen 25. Käyttötilanteessa kaappien ovet (eivät ole esitetty kuviossa) ovat kiinni, jolloin ne muodostavat kokonaisuutta peittävän turvallisen kosketussuojan, minkä ansiosta esimerkiksi järjestelmän osien välistä kaapelointia/kiskotusta (ei ole esitetty kuviossa) ei 5 tarvitse välttämättä erikseen suojata.

Kuviossa 3 on esitetty lähempi rakenneperiaate taajuusmuuttaja-moduulista 31, joka voi olla samanlainen kuin kuviossa 2 esitetty yksikkö 24. Kuviossa moduuli on esitetty sekä edestä (vasemmanpuoleinen piirustus) että 10 sivulta (oikeanpuoleinen piirustus). Normaalisti tällainen moduuli on suojattu vähintään IP20 suojausluokan mukaisesti, jolloin sen voi itsenäisenä yksikkönä asentaa esimerkiksi seinälle. Perinteisen järjestelmän osana se usein sijoitetaan kaappiin kuten kuviossa 2 on esitetty.

Tämän keksinnön mukaisena laitteena taajuusmuuttajamoduuli on 15 konstruoitu siten, että jäähdytysilmakanava 32 sijaitsee laitteen takaosassa ja laitteen etuosa 33, jossa tehokomponenttien liitännät ja ohjauselektroniikka sijaitsevat, on eristetty ilmakanavasta esimerkiksi suojausluokan IP54 mukaisesti. Moduuli sisältää myös puhaltimen (ei ole esitetty kuviossa) joka saa aikaan pakotetun ilmankierron ilmakanavassa. Teholiitännät 34 sijaitsevat 20 laitteen alaosassa ja ne voidaan suojata tahatonta kosketusta vastaan lisäosalla silloin kun moduuli on sijoitettu itsenäisenä yksikkönä seinälle. Kun moduulin alle sijoitetaan keksinnön mukaisen järjestelmän toinen moduuli, lähtöliitinten kosketussuojausta ei tarvita. Teholiitäntöjen sijainnin vuoksi taajuusmuuttajamoduuli asetetaan luontevimmin keksinnön mukaisen järjestelmän ylimmäksi 25 yksiköksi.

Kuviossa 4 on esitetty etu- ja sivukuvanto eräästä keksinnön £· mukaisen rakennejärjestelmän toisesta moduulista, joka sisältää sulake- ^ erottimen 43 liitäntöineen 45. Erotin on sijoitettu kosketussuojattuun

LO

9 30 rakenteeseen 41, jonka takaosassa on moduulin läpi kulkeva vapaa tila 42 joka co toimii järjestelmän ilmakanavan osana. Erottimen ohjausakseli 44 tulee £ etulevyn 47 läpi kahvan 48 esilletuomiseksi. Moduulin pohjalevyssä on reiät 46

CL

ulkopuolisen kaapeloinnin mahdollistamiseksi (sekä syöttöverkkoon liityntä että moduulin läpi menevä lähtöliityntä). Moduulin yläosan voi peittää

LO

£ 35 kaapelointirei’illä varustettu kattolevy (ei ole esitetty kuviossa) silloin kun ™ moduuli on itsenäinen yksikkö. Osana päällekkäin asennettua järjestelmää katto- tai pohjalevy tai molemmat voivat puuttua.

5

Kuviossa 5 on esimerkki tämän keksinnön mukaisen rakenne-järjestelmän kokoonpanosta. Kokoonpanoon kuuluu tässä tapauksessa taajuusmuuttajamoduuli 51 ja sulake-erotinmoduuli 52. Moduulit on asennettu päällekkäin siten, että taajuusmuuttajamoduuli on ylimpänä. 5 Jäähdytysilmakanava 53 jatkuu molempien moduulien läpi mahdollistaen tehokkaan jäähdytyksen. Moduulien saumakohta on tiivis, jolloin kokonaisuus on täysin kosketussuojattu.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot 10 eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyyn esimerkkiin, vaan ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.

C\J

δ

(M

i tn o i o

CO

X

en

CL

(M

δ m h-· o o

(M

Claims (8)

1. Tehoelektroniikkalaitteiston, erityisesti taajuusmuuttajan (31,51) 5 ja sen lisälaitteiden (12,13), kosketussuojainen kotelointijärjestely, jossa ratkaisussa on koteloitu tehoelektroniikkalaite ja sen yhteyteen asennettavat yksi tai useampi koteloitu lisälaite, jossa koteloidut tehoelektroniikkalaite ja lisälaitteet ovat moduuleja, tunnettu siitä, että 10 koteloidut tehoelektroniikkalaite ja lisälaitteet ovat moduuleja, jotka ovat ilman erilliseen kaappiin tai koteloon asentamista sovitettavissa asennettavaksi päällekkäin yhteensopivasti siten, että muodostuu saumakohdiltaan tiivis laitteistokokonaisuus, jonka kosketussuojaus on yhtä suuri tai korkeampi kuin erillisten laitteiden 15 kosketussuojaus.

2. Vaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että moduulit on asennettavissa päällekkäin haluttuun järjestykseen. 20

3. Vaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että yhteensovitetun laitteiston suojausluokka on vähintään IP2X.

4. Jonkin edeltävän vaatimuksen mukainen järjestely, tunnettu siitä, että cvj koteloiden takaosassa on koteloiden läpi kulkeva tila, josta ^ muodostuu yhtenäinen jäähdytysilmakanava (53), kun laitteita on asennettu g päällekkäin, ό 30 CO

5. Jonkin edeltävän vaatimuksen mukainen järjestely, cc “ t u n n e tt u siitä, että ™ laite on taajuusmuuttaja tai vastaava tehomuuttaja, jossa on Is" jäähdytysilmakanava (32) laitteen takaosassa ja laitteen etuosa (33), jossa on o 35 tehokomponenttien liitännät ja ohjauselektroniikka, on eristetty ilmakanavasta esimerkiksi suojausluokan IP54 mukaisesti.

6. Jonkin edeltävän vaatimuksen mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestelmän eri laitteissa on erilainen tiiviysluokka.

7. Jonkin edeltävän vaatimuksen mukainen järjestely, tunnettu siitä, että tehoelektroniikkalaitteen liitännät (34) sijaitsevat laitteen alaosassa ja ne voidaan suojata tahatonta kosketusta vastaan lisäosalla silloin, kun moduuli on sijoitettu itsenäisenä yksikkönä tai laitteistokokonaisuuden alimpana 10 esimerkiksi seinälle.

8. Jonkin edeltävän vaatimuksen 1-6 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että tehoelektroniikkalaitemoduulin alle on sijoitettavissa toinen moduuli, 15 jolloin tehoelektroniikkalaitteen liitäntöjen erillistä kosketussuojausta ei tarvita. C\J δ (M i tn o i o CO X en CL (M δ m h-· o o (M