RU157325U1

RU157325U1 - STATIC CONVERTER UNIT

Info

Publication number: RU157325U1
Application number: RU2015122039/05U
Authority: RU
Inventors: Игорь Яковлевич Сухомлинов; Денис Александрович Можаев; Михаил Валентинович Головин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество Холдинговая Компания "Вниихолодмаш-Холдинг" (Оао "Вниихолодмаш-Холдинг")
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2015-11-27

Abstract

1. Блок статического преобразователя, выполненный в виде шкафа с крышкой, включающий размещенные внутри шкафа функционально связанные элементы статического преобразователя и систему охлаждения элементов статического преобразователя с подачей охладителя от внешнего источника, отличающийся тем, что система охлаждения выполнена в виде изолированной полости, сформированной в крышке шкафа, с установленным внутри нее вентилятором, соединенной с внутренним пространством шкафа с возможностью осуществления в нем воздушной циркуляции выполненными в крышке воздухозаборным и воздухонагнетательным относительно вентилятора отверстиями, и выполненного с возможностью соединения с внешним источником хладагента теплообменника, установленного с перекрытием отверстия крышки с возможностью охлаждения циркулирующего сквозь него воздуха.2. Блок статического преобразователя по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник установлен внутри шкафа.3. Блок статического преобразователя по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник установлен в полости крышки.4. Блок статического преобразователя по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник установлен с перекрытием воздухозаборного отверстия крышки.5. Блок статического преобразователя по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник установлен с перекрытием воздухонагнетательного отверстия крышки.6. Блок статического преобразователя по п. 1, отличающийся тем, что шкаф с крышкой выполнены с возможностью герметизации внутреннего пространства.1. The static converter unit, made in the form of a cabinet with a cover, including functionally connected elements of the static converter located inside the cabinet and a cooling system of the elements of the static converter with a cooler from an external source, characterized in that the cooling system is made in the form of an insulated cavity formed in the cover cabinet, with a fan installed inside it, connected to the interior of the cabinet with the possibility of air circulation in it ennymi in the cover and an air intake fan vozduhonagnetatelnym relatively openings and adapted to connect to an external source of coolant heat exchanger installed with overlapping cover openings for cooling circulating therethrough vozduha.2. The static converter unit according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is installed inside the cabinet. 3. The static converter unit according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is installed in the lid cavity. 4. The static converter unit according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is installed with overlapping the air intake holes of the lid. 5. The static converter unit according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is installed with the overlap of the air discharge opening of the lid. 6. The static converter unit according to claim 1, characterized in that the cabinet with a cover is configured to seal the interior.

Description

Полезная модель относится к энергетике, в частности, к приборам управления электроэнергетическими установками, а именно к статическим преобразователям с широкими требованиями по степени защиты с комбинированным охлаждением.The utility model relates to energy, in particular, to control devices for electric power plants, namely to static converters with broad requirements for the degree of protection with combined cooling.

Из уровня техники известен статический преобразователь, предназначенный для комплектации электрооборудования пассажирских вагонов с автономным электроснабжением и кондиционированием воздуха и служащий для обеспечения питанием электродвигателя компрессора и электродвигателей вентиляторов (http://elvpr.neobroker.by/list/Preobrazovateli-dlja-passazhirskih-vagonov/Preobrazovatel-staticheskii-M-PTE-22-U1.html). Все оборудование преобразователя размещается в герметичном ящике, который устанавливается в подвагонном пространстве. Преобразователь имеет блочно-модульную конструкцию с использованием IGBT-транзисторов и микропроцессорной СУ, приспособленной для оценки текущего состояния отдельных элементов с помощью встроенных и внешних диагностических средств. Преобразователь выполнен с естественным воздушным охлаждением набегающим потоком воздуха при движении вагона.A static converter is known from the prior art, designed to complete the electrical equipment of passenger cars with autonomous power supply and air conditioning and serves to provide power to the compressor motor and fan motors (http://elvpr.neobroker.by/list/Preobrazovateli-dlja-passazhirskih-vagonov/ Preobrazovatel-staticheskii-M-PTE-22-U1.html). All equipment of the converter is located in a sealed box, which is installed in the carriage space. The converter has a block-modular design using IGBT transistors and a microprocessor control system adapted to assess the current state of individual elements using built-in and external diagnostic tools. The converter is made with natural air cooling by a free flow of air when the car moves.

К недостаткам аналога следует отнести ограниченную область применения, поскольку возможность использования естественного стабильного набегающего потока встречается крайне редко. Кроме того, эффективность такого охлаждения крайне низка, а целесообразность использования обусловлена исключительно спецификой железнодорожного транспорта.The disadvantages of the analogue include a limited scope, since the possibility of using a naturally stable incident flow is extremely rare. In addition, the efficiency of such cooling is extremely low, and the feasibility of use is due solely to the specifics of railway transport.

Наиболее близким к заявленному техническому решению - прототипом - является блок статического преобразователя (частоты), выполненный в виде шкафа с крышкой, включающий размещенные внутри шкафа функционально связанные элементы статического преобразователя и систему охлаждения элементов статического преобразователя (http://www.hansen-electric.cz/phocadownload/vyrobni-program_ru/2_Spinaci/EZMK2_ru.pdf).The closest to the claimed technical solution - the prototype - is a static converter (frequency) unit, made in the form of a cabinet with a lid, including functionally connected elements of the static converter located inside the cabinet and a cooling system of the elements of the static converter (http: //www.hansen-electric. cz / phocadownload / vyrobni-program_ru / 2_Spinaci / EZMK2_ru.pdf).

К недостаткам прототипа следует отнести то, что силовая часть статического преобразователя частоты установлена на конструкции водяного охлаждения, что делает конструкцию весьма громоздкой, а охлаждение элементов статического преобразователя неравномерным, что приводит к нестабильной, то есть - к неэффективной, работе статического преобразователя.The disadvantages of the prototype include the fact that the power part of the static frequency converter is installed on the water cooling structure, which makes the structure very cumbersome, and the cooling of the elements of the static converter is uneven, which leads to unstable, that is, inefficient, operation of the static converter.

Задачей полезной модели является обеспечение эффективного и равномерного охлаждения элементов статического преобразователя при одновременном снижении его массогабаритных параметров. Такая задача актуальна, например, для оборудования подводных лодок, где важным условием являются массогабаритные параметры - ввиду ограниченности пространства, и отсутствие (или минимизация) конвективного теплообмена оборудования с рабочим пространством отсека - как условие приемлемой жизнедеятельности экипажа.The objective of the utility model is to ensure effective and uniform cooling of the elements of the static Converter while reducing its weight and size parameters. Such a task is relevant, for example, for the equipment of submarines, where weight and size parameters are important because of the limited space, and the absence (or minimization) of convective heat transfer of the equipment with the working space of the compartment is a condition for acceptable crew life.

Технический результат - повышение эффективности работы статического преобразователя при одновременном снижении его массогабаритных параметров.The technical result is an increase in the efficiency of the static Converter while reducing its weight and size parameters.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в блоке статического преобразователя, выполненном в виде шкафа с крышкой, включающем размещенные внутри шкафа функционально связанные элементы статического преобразователя и систему охлаждения элементов статического преобразователя с подачей охладителя от внешнего источника, система охлаждения выполнена в виде изолированной полости, сформированной в крышке шкафа, с установленным внутри нее вентилятором, соединенной с внутренним пространством шкафа с возможностью осуществления в нем воздушной циркуляции выполненными в крышке воздухозаборным и воздухонагнетательным относительно вентилятора отверстиями, и выполненного с возможностью соединения с внешним источником хладагента теплообменника, установленного с перекрытием отверстия крышки с возможностью охлаждения циркулирующего сквозь него воздуха, при этом теплообменник может быть установлен внутри шкафа или в полости крышки с перекрытием воздухозаборного или воздухонагнетательного отверстия крышки, оптимально шкаф с крышкой выполнять с возможностью герметизации внутреннего пространства.The problem is solved, and the claimed technical result is achieved by the fact that in the unit of the static converter, made in the form of a cabinet with a lid, including functionally connected elements of the static converter located inside the cabinet and the cooling system of the elements of the static converter with the supply of cooler from an external source, the cooling system is made in in the form of an isolated cavity formed in the cabinet lid, with a fan installed inside it, connected to the interior of the cabinet fa with the possibility of carrying out air circulation in it with openings in the cover and air-blowing relative to the fan, and made with the possibility of connecting with an external source of refrigerant heat exchanger installed with overlapping openings of the cover with the possibility of cooling the circulating air through it, while the heat exchanger can be installed inside the cabinet or in the lid cavity with overlapping air intake or air discharge opening of the lid, optimally cabinet with lid to perform with the ability to seal the internal space.

Полезная модель поясняется изображениями:The utility model is illustrated by the images:

- Фиг. 1 - блок статического преобразователя, вид сверху;- FIG. 1 - block static Converter, top view;

- Фиг. 2 - блок статического преобразователя, вид сбоку.- FIG. 2 is a side view of a static converter unit.

Блок статического преобразователя включает следующие основные элементы:The static converter block includes the following main elements:

1 - шкаф;1 - cabinet;

2 - крышка;2 - cover;

3 - элементы статического преобразователя;3 - elements of a static converter;

4 - вентилятор;4 - fan;

5 - теплообменник;5 - heat exchanger;

6 - воздухозаборное отверстие;6 - air intake hole;

7 - воздухонагнетательное отверстие;7 - air discharge hole;

8 - всасывающая камера полости;8 - suction chamber of the cavity;

9 - нагнетательная камера полости;9 - discharge chamber of the cavity;

10 - вход охладителя (от внешнего источника);10 - cooler input (from an external source);

11 - выход охладителя.11 - cooler output.

Шкаф 1 оптимально, во избежание конвективного теплообмена статического преобразователя с рабочим пространством отсека, выпускать в герметичном исполнении с возможностью герметичного крепления к нему крышки 2. Изолированная полость крышки образует разделенные вентилятором 4 (по направлению всасывания) всасывающую камеру 8 и нагнетательную камеру 9. Расположением элементов 3 статического преобразователя во внутреннем пространстве шкафа 1 и формой теплообменника 5 определяется целесообразность размещения теплообменника 5 внутри шкафа 1 или в полости крышки 2, с перекрытием воздухозаборного 6 или воздухонагнетательного 7 отверстия крышки 2. Например, опытным и/или расчетным путем можно определить, в каком из указанных мест для каждой конкретной модификации статического преобразователя (с учетом его мощности, используемых в конструкции нагревающихся элементов, их места во внутреннем пространстве шкафа, наличия или отсутствия пустот для установки теплообменника) следует установить теплообменник требуемой мощности. Отверстия в шкафу под вход/выход электрических кабелей (не показано) к внешним агрегатам, как и вход 10 и выход 11 охладителя, герметизированы.Cabinet 1 optimally, in order to avoid convective heat transfer of the static converter with the working space of the compartment, release in a hermetic design with the possibility of tightly fastening the cover 2. The insulated cavity of the cover forms a suction chamber 8 and a discharge chamber 9 separated by fan 4 (in the direction of suction). 3 static Converter in the inner space of the cabinet 1 and the shape of the heat exchanger 5 determines the appropriateness of placing the heat exchanger 5 inside the cabinet 1 and whether in the cavity of the lid 2, with the overlapping of the air intake 6 or the air discharge 7 of the opening of the lid 2. For example, it can be experimentally and / or calculated in which of the indicated places for each specific modification of the static converter (taking into account its power used in the design of heating elements , their place in the interior of the cabinet, the presence or absence of voids for installing the heat exchanger), a heat exchanger of the required power should be installed. The holes in the cabinet for the input / output of electric cables (not shown) to the external units, as well as the input 10 and output 11 of the cooler, are sealed.

Как следует из описания с учетом прилагаемых изображений, исполнение системы охлаждения предложенным образом исключает ее влияние на массогабаритные параметры статического преобразователя (по сравнению с прототипом, система охлаждения которого существенно эти параметры увеличивает). Некоторая выпуклость крышки 2 (Фиг. 2) за счет сформированной в ней полости, как правило, существенного отрицательного влияния на компоновку агрегатов (преимущественно в условиях ограниченных пространств, таких, как отсек подводной лодки) не оказывает.As follows from the description, taking into account the attached images, the performance of the cooling system in the proposed manner eliminates its effect on the mass and size parameters of the static converter (compared with the prototype, the cooling system of which substantially increases these parameters). Some bulge of the cover 2 (Fig. 2) due to the cavity formed in it, as a rule, does not have a significant negative effect on the layout of the units (mainly in confined spaces, such as the submarine compartment).

Блок статического преобразователя работает следующим образом.The static converter unit operates as follows.

На работающем статическом преобразователе включается система охлаждения - осуществляется электропитание вентилятора 4 и подача охладителя (в случае подводной лодки в качестве охладителя может использоваться забортная вода) на теплообменник 5. Вентилятор 4 создает в полости крышки 2 зону пониженного давления во всасывающей камере 8 и зону повышенного давления в нагнетательной камере 9, что приводит к всасыванию воздуха в полость крышки 2 из внутреннего пространства шкафа 1 через воздухозаборное отверстие 6 и нагнетанию воздуха во внутреннее пространство шкафа 1 через воздухонагнетательное отверстие 7. Таким образом в шкафе 1 блока статического преобразователя осуществляется воздушная циркуляция, интенсивность которой может регулироваться системой управления (не показана), регулирующей, например, частоту вращения вентилятора, жалюзийное раскрытие/прикрытие воздухозаборного и/или воздухонагнетательного отверстия, жалюзийное направление потока циркулирующего воздуха и другие параметры средствами, известными из уровня техники.The cooling system is turned on at the running static converter - fan 4 is supplied with power and cooler is supplied (in the case of a submarine, outboard water can be used as cooler) to the heat exchanger 5. Fan 4 creates in the lid cavity 2 a zone of reduced pressure in the suction chamber 8 and a zone of increased pressure in the discharge chamber 9, which leads to the absorption of air into the cavity of the lid 2 from the inner space of the cabinet 1 through the air inlet 6 and forcing air into the inner e space of cabinet 1 through the air outlet 7. Thus, air circulation is carried out in cabinet 1 of the static converter unit, the intensity of which can be controlled by a control system (not shown) that regulates, for example, the fan speed, the louver opening / closing of the air intake and / or air outlet , the louvered direction of the flow of circulating air and other parameters by means known from the prior art.

Циркулирующий (как это показано на Фиг. 1 и Фиг. 2) воздух на своем пути проходит через теплообменник 5, отдавая ему часть тепла. Как было отмечено выше, теплообменник может устанавливаться внутри шкафа 1 или в полости крышки 2, с перекрытием воздухозаборного отверстия 6 или воздухонагнетательного отверстия 7. При этом в целях интенсификации теплообмена теплообменник 5 может быть выполнен распределенным, установленным во всех или любой комбинации указанных мест. Повысить интенсивность теплообмена возможно оребрением теплообменника, приданием ему определенной формы и другими средствами, известными из уровня техники. Управлять теплообменом можно системой управления (не показана), регулирующей, например, температуру охладителя, интенсивность его прокачки через теплообменник 5 и другие параметры средствами, известными из уровня техники. При этом достигается эффективная и равномерная термостабилизация всего внутреннего пространства шкафа 1 включая все элементы 3, что положительно сказывается на эффективности работы собственно статического преобразователя.The circulating (as shown in Fig. 1 and Fig. 2) air on its way passes through the heat exchanger 5, giving it part of the heat. As noted above, the heat exchanger can be installed inside the cabinet 1 or in the cavity of the lid 2, with the overlapping of the air intake hole 6 or air discharge hole 7. Moreover, in order to intensify heat transfer, the heat exchanger 5 can be distributed, installed in all or any combination of these places. It is possible to increase the heat transfer intensity by fins of the heat exchanger, giving it a certain shape and other means known from the prior art. The heat exchange can be controlled by a control system (not shown) that regulates, for example, the temperature of the cooler, its intensity through the heat exchanger 5 and other parameters by means known from the prior art. In this case, an effective and uniform thermal stabilization of the entire internal space of the cabinet 1 is achieved, including all elements 3, which positively affects the efficiency of the static converter itself.

С учетом изложенного можно сделать вывод о том, что поставленная задача - обеспечение эффективного и равномерного охлаждения элементов статического преобразователя при одновременном снижении его массогабаритных параметров - решена, а заявленный технический результат - повышение эффективности работы статического преобразователя при одновременном снижении его массогабаритных параметров - достигнут.Based on the foregoing, we can conclude that the task - ensuring efficient and uniform cooling of the elements of the static converter while reducing its overall dimensions - has been solved, and the claimed technical result - increasing the efficiency of the static converter while reducing its overall dimensions - has been achieved.

Анализ заявленной полезной модели на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата - повышения эффективности работы статического преобразователя при одновременном снижении его массогабаритных параметров.The analysis of the claimed utility model for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the formula are essential and interconnected with the formation of a stable aggregate of the necessary features unknown at the priority date from the prior art sufficient to obtain the desired technical result - to increase the efficiency of the static converter while reducing its overall dimensions.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к энергетике, в частности, к приборам управления электроэнергетическими установками, а именно к статическим преобразователям с широкими требованиями по степени защиты с комбинированным охлаждением;- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, relates to energy, in particular, to control devices for electric power plants, namely to static converters with broad requirements for the degree of protection with combined cooling;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form as described in the independent clause of the utility model formula, the possibility of its implementation using the above-described applications and known from the prior art on the priority date of the means and methods is confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed subject matter meets the conditions of patentability “novelty” and “industrial applicability” under applicable law.

Claims

1. The static converter unit, made in the form of a cabinet with a cover, including functionally connected elements of the static converter located inside the cabinet and a cooling system of the elements of the static converter with a cooler from an external source, characterized in that the cooling system is made in the form of an insulated cavity formed in the cover cabinet, with a fan installed inside it, connected to the interior of the cabinet with the possibility of air circulation in it ennymi in the cover and an air intake fan vozduhonagnetatelnym relatively openings and adapted to connect to an external source of coolant heat exchanger installed with overlapping lid holes to cool the air circulating through it.

2. The static converter unit according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is installed inside the cabinet.

3. The static converter unit according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is installed in the lid cavity.

4. The block of the static Converter according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is installed with the overlap of the air intake holes of the cover.

5. The block of the static Converter according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is installed with the overlap of the air discharge opening of the cover.

6. The static converter unit according to claim 1, characterized in that the cabinet with the lid is made with the possibility of sealing the internal space.