WO2013160007A1

WO2013160007A1 - Umrichtergehäuse mit lüfter mit redundantem antrieb

Info

Publication number: WO2013160007A1
Application number: PCT/EP2013/055219
Authority: WO
Inventors: Christian Fromm; Georg Gramatte; Patrick GLETTIG; Thomas Wagner
Original assignee: Abb Technology Ag
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2013-10-31
Also published as: DE202012004313U1; CN204810778U

Abstract

Ein Umrichtergehäuse (12) weist einen Lüfter (14) zum Kühlen von elektrischen Komponenten (16) innerhalb des Umrichtergehäuses (12) auf. Der Lüfter (14) umfasst ein Laufrad (42) zum Fördern von Luft (26) und einen ersten Motor (44) und einen zweiten Motor (46) zum Antreiben des Laufrads (42). Der erste Motor (44) und der zweite Motor (46) sind dazu ausgeführt, das Laufrad (42) unabhängig voneinander zu betreiben.

Description

BESCHREIBUNG

UMRICHTERGEHÄUSE MIT LÜFTER MIT REDUNDANTEM ANTRIEB

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Umrichtergehäuse und einen Umrichter.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Umrichter zum Umrichten eines Stroms mit fester Frequenz in einen Strom mit variabler Frequenz, beispielsweise um einen Elektromotor mit Energie zu versorgen und dessen Drehgeschwindigkeit einzustellen, entwickeln bei entsprechend hohen Strömen Verlustleistungen, die durch Kühlung abgeführt werden müssen. Dies geschieht beispielsweise mittels eines oder mehrerer Lüftern, die einen Luftstrom im Inneren des Umrichtergehäuses erzeugen, der dann überschüssige Wärme abführt.

Bei einem Einfach-Lüfter kann bei einem Ausfall, beispielsweise aufgrund eines Defekts oder aufgrund von Wartung, der Umrichter in der Regel nicht mehr betrieben werden, da eine Kühlung der innenliegenden elektrischen und/oder elektronischen Komponenten fehlt.

Luftgekühlte Umrichter verfügen daher oft über eine redundante Luftkühlung. Diese Kühlung wird typischerweise über zwei Lüfter mit integriertem Elektromotor auf dem Dach des Umrichtergehäuses realisiert. Durch geeignete Luftkanäle im Umrichter und eventuelle Klappenmechanismen wird die Kühlung der Komponenten im Inneren des Umrichters gewährleistet. Dabei ist zur Kühlung immer ein Luftkühler im Betrieb, welcher nach bestimmter Gebrauchsdauer abgeschaltet wird. Gleichzeitig geht der zweite Lüfter in Betrieb. Hierzu sind im Umrichtergehäuse jedoch aufwendige konstruktive Maßnahmen notwendig, um beim Betrieb jedes Lüfters die gleiche Kühlleistung zu erhalten.

Das Verhältnis der Betriebsdauern der beiden Lüfter ist zum Beispiel 60 % zu 40 %. Die parallele Lüfteranordnung ermöglicht es somit, dass die Kühlung bei laufendem Umrichter aufrecht erhalten wird, wenn beispielsweise wegen eines Defekts oder wegen Instandhaltungsmaßnahmen ein Lüfter nicht läuft oder ausgetauscht wird. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die redundante Lüfteranordnung mit zwei unabhängigen Lüftern kann jedoch einen hohen Platzbedarf bedeuten. Außerdem kann eine nicht optimale Luftführung entstehen und es können zusätzliche mechanische Bauteile benötigt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfach aufgebautes, leicht zu wartendes Umrichtergehäuse bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Umrichtergehäuse mit einem Lüfter zum Kühlen von Komponenten innerhalb des Umrichtergehäuses.

Das Umrichtergehäuse kann ein Schaltschrank sein, der beispielsweise Seitenwände, eine Bodenfläche und eine obere Abdeckung umfassen kann. Auch kann das Umrichtergehäuse Türen umfassen, über die auf das Innere des Umrichtergehäuses zugegriffen werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Lüfter ein Laufrad zum Fördern von Luft und einen ersten und einen zweiten Motor zum Antreiben des Laufrads. Der erste und der zweite Motor sind dazu ausgeführt, das Laufrad unabhängig voneinander zu betreiben. Dies kann bedeuten, dass das Laufrad durch entweder den ersten Motor oder den zweiten Motor angetrieben werden kann, wobei der jeweils andere Motor abgeschaltet ist.

Der Lüfter kann also ein Einfachlüfter sein, der jedoch keinen integrierten Elektromotor aufweist, sondern durch zwei Standard-Elektromotoren angetrieben wird, die extern angeordnet sein können. Dies kann den Vorteil haben, dass keine aufwendigen Konstruktionen zur Luftleitung im Umrichter vorhanden sein müssen, da der Luftstrom immer den gleichen Weg nimmt. Eine aufwendige Leitblech-Konstruktion, die gewährleistet, dass auch bei Betrieb des redundanten Lüfters die gleiche Kühlleistung erbracht wird, ist nicht notwendig, da lediglich ein einziges Laufrad für den Lüfter eingesetzt wird.

Mit den beiden Motoren, die ein einziges Laufrad antreiben, kann eine Redundanzlüftung für den Umrichter bereitgestellt werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Motor über einen ersten Freilauf mit dem Laufrad verbunden und/oder ist der zweite Motor über einen zweiten Freilauf mit dem Laufrad verbunden. Ein Freilauf kann beispielsweise Sperrklinken oder Klemmrollen umfassen.

Ein Freilauf kann dazu geeignet sein, Drehmoment in nur einer Drehrichtung zu übertragen. D. h. in einer Richtung überträgt der Freilauf Drehmoment von einem Motor zur Achse des Laufrads, in einer entgegengesetzten Richtung erfolgt keine Drehmomentübertragung. Damit kann erreicht werden, dass beim Betrieb des einen Elektromotors der andere Elektromotor nicht zwangsbetrieben wird. Dies ermöglicht den wechselseitigen Betrieb des Laufrades durch die Motoren, ohne dass die Lager des jeweils stillstehenden Motors belastet werden müssen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste Freilauf und der zweite Freilauf an einem Ende einer Achse des Laufrads angeordnet. Beispielsweise ist ein Freilauf im Inneren eines Rades zur Drehmomentübertragung von einem Antrieb auf die Achse des Laufrades angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Motor und/oder der zweite Motor über einen Riemenantrieb mit dem Laufrad verbunden. Die Kraftübertragung von einem der Elektromotoren zum Laufrad kann durch einen Riemen- oder Kettenantrieb oder ähnliche Drehmomentübertragungseinrichtung erfolgen.

Beispielsweise umfasst der Riemenantrieb Flachriemen, Keilriemen oder Kettenriemen. Jeder der beiden Motoren kann über einen Riemen mit einer Achse des Laufrads verbunden sein. Beide Motoren können ein Rad auf ihrer Drehachse aufweisen, auf dem der jeweilige Riemen läuft. Die beiden Riemen können dann jeweils auf einer Außenfläche eines Rads laufen, in dem ein Freilauf angeordnet ist.

Durch die Durchmesser des Rads am Motor und des Rads an der Achse des Laufrads kann die Drehgeschwindigkeit des Laufrads eingestellt werden. Ungeachtet der Netzfrequenz einer Stromversorgung, die die Motoren mit Strom versorgt, beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz, kann der Lüfter auf eine optimale Drehzahl eingestellt werden. Durch einfaches Tauschen der Übersetzung, d. h. der Räder kann der Lüfter sowohl bei 50 Hz als auch bei 60 Hz mit der gleichen Drehzahl und somit Kühlleistung betrieben werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Umrichtergehäuse ein Lüftergehäuse, in dem das Laufrad angeordnet ist. Das Lüftergehäuse kann ein kastenförmiger Aufsatz sein, der auf einer oberen Abdeckung des Umrichtergehäuses angeordnet ist.

Der erste Motor und der zweite Motor können außerhalb des Lüftergehäuses angeordnet sein. Auch ein Lager des Laufrads kann innerhalb des Lüftergehäuses angeordnet sein. Im Falle dessen, dass die Motoren außerhalb des Lüftergehäuses angeordnet sind, kann ein Lager verwendet werden, das mindestens die zweifache Lebensdauer eines gebräuchlichen Lüfters mit integriertem Elektromotor besitzt, da mehr Bauraum für das Lager zur Verfügung steht.

Da die Lüfterlager eine zeitlich begrenzte Lebensdauer haben, die kürzer ist als die angestrebte Lebensdauer des Umrichters und die in der Regel das Wartungsintervall des Lüfters bestimmt, kann die Lebensdauer des Lüfters verlängert werden. Der Lüfter kann über eine mindestens zweifach höhere Lagerlebensdauer verfügen als normale Standardlüfter.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verlaufen Drehachsen des ersten Motors, des zweiten Motoren und des Laufrads im Wesentlichen parallel, beispielsweise senkrecht in Bezug auf eine obere Abdeckung des Umrichtergehäuses.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste Motor, der zweite Motor und das Laufrad nebeneinander angeordnet, beispielsweise auf einer oberen Abdeckung des Umrichtergehäuses.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Motoren und das Laufrad auf dem Umrichtergehäuse angeordnet. Mit anderen Worten können die Motoren neben dem Lüfter auf dem Umrichtergehäuse angeordnet werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verlaufen einer oder mehrere Riemen eines Antriebs zur Übertragung von Drehmoment von dem ersten und dem zweiten Motor auf eine Achse des Laufrads im Wesentlichen parallel zu einer oberen Abdeckung des Umrichtergehäuses.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuerung im Umrichtergehäuse angeordnet, die dazu ausgeführt ist, entweder den ersten Motor oder den zweiten Motor mit einer Stromversorgung zu verbinden. Beispielsweise können die beiden Motoren jeweils über einen Schalter mit einer Stromversorgung verbunden sein. Diese Schalter können von der Steuerung geöffnet und geschlossen werden. Auf diese Weise kann die Steuerung beispielsweise festlegen, dass 60 % der Zeit der erste Motor betrieben wird und 40 % der zweite Motor. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Umrichter zum Umrichten eines Stroms. Der Umrichter ist mit einem Umrichtergehäuse ausgestattet, so wie es obenstehend und untenstehend beschrieben ist. Beispielsweise kann der Umrichter ein Mittelspannungsumrichter sein.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht eines Umrichters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen Teilquerschnitt des Umrichters aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Lüfters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 zeigt einen Teilquerschnitt des Lüfters aus der Fig. 3.

Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

Fig. 1 zeigt einen Umrichter 10 mit einem Umrichtergehäuse 12, das an seiner Oberseite einen Lüfter 14 aufweist.

Das Umrichtergehäuse 12 umschließt Komponenten 16 des Umrichters 10, die in der Fig. 1 schematisch angedeutet sind, beispielsweise einen Gleichrichter, einen Gleichspannungszwischenkreis und einen Wechselrichter. Der Umrichter 10 ist dazu ausgeführt, einen Eingangsstrom 18 mit einer ersten Frequenz, beispielsweise von einem großräumigen Stromnetz, in einen Ausgangsstrom 20 einer variablen, zweiten Frequenz umzurichten.

Das Umrichtergehäuse 12 weist an seiner Vorderseite mehrere Türen 22 auf, die teilweise Lüftungsöffnungen 24 umfassen, durch die Luft 26 in das Innere des Umrichtergehäuses 12 gelangen kann. Der Lüfter 14 ist dazu ausgeführt, Luft aus dem Inneren des Umrichtergehäuses anzusaugen und an seiner Oberseite 28 auszublasen. Auf diese Weise erzeugt der Lüfter 14 einen Luftstorm 30 im Inneren des Umrichtergehäuses 12, mit dem die Komponenten 16 des Umrichters 10 gekühlt werden können. Wie auch aus der Fig. 2 hervorgeht, umfasst der Lüfter 14 ein Lüftergehäuse 40, in dem ein Laufrad 42 bzw. Lüfterrad 42 angeordnet ist, das von zwei Elektromotoren 44, 46 angetrieben werden kann. Dazu sind die Motoren 44, 46 über einen Riemenantrieb 48 mit dem Laufrad 42 verbunden. Jeweils einer der beiden Motoren 44, 46 kann das Laufrad 42 über den Riemenantrieb antreiben, das dann durch seine Drehung Luft aus dem Inneren des Umrichtergehäuses 12 fördert.

Mit Bezug auf die Fig. 1 beziehen die beiden Motoren 44, 46 ihre Antriebsenergie über eine Stromversorgung 50, die auch im Umrichtergehäuse 12 angeordnet sein kann. Beispielsweise können die beiden Motoren 44, 46 Standard-Elektromotoren sein, deren Drehfrequenz von der Frequenz des Stroms von der Stromversorgung 50 abhängt. Die Stromversorgung 50 kann beispielsweise direkt vom Eingangsstrom 18 versorgt werden, wodurch die beiden Motoren mit der Netzfrequenz des Eingangsstroms 18 betrieben werden können.

Da die zwei Motoren 44, 46 für einen redundanten Betrieb des Lüfters 14 vorgesehen sind, d. h. entweder der eine Motor 44 oder der andere Motor 46 das Laufrad 42 antreibt, ist eine Steuerung 52 des Umrichters 10 vorgesehen, die die Motoren 44, 46 getrennt voneinander mit der Stromversorgung 50 verbinden kann. Dazu kann die Steuerung 52 beispielsweise einen Schalter 54 öffnen, der dann den zugehörigen Motor 44, 46 mit der Stromversorgung 50 verbindet.

Die Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Komponenten des Lüfters 14 detaillierter.

Das Laufrad 42 ist im Lüftergehäuse 40 in einem Lager 60 gelagert, wobei eine Achse 62 des Lüfters senkrecht zu einer oberen Abdeckung 64 (siehe Fig. 2) des Umrichtergehäuses 12 verläuft. Die beiden Motoren 44, 46 sind außerhalb des Lüftergehäuses 40 an der oberen Abdeckung angebracht. Auch die Achsen 66, 68 der Motoren 44, 46 stehen senkrecht auf der oberen Abdeckung 64 und verlaufen damit parallel zu der Achse 62 des Laufrads 42.

Auf jeder der Achsen 66, 68 der Motoren 44, 46 ist ein Rad 70, 72 montiert, auf dem ein Riemen 74, 76 läuft, der über ein entsprechendes Rad 78, 80 läuft, das auf der Achse 62 des Laufrads 14 angeordnet ist. Die beiden Räder 78, 80 sind zueinander versetzt, übereinander auf der Achse 62 angeordnet.

Im Inneren jedes Rades 78, 80 befindet sich ein Freilauf 82, 84, der es ermöglicht, dass sich das jeweilige Rad 78, 80 in Bezug auf die Achse 62 drehen kann, wenn eine Drehmomentübertragung durch das andere Rad 78, 80 erfolgt. Der Riemenantrieb 48 kann also die beiden Räder 70, 72, die Riemen 74, 76, die Räder 78, 80 und die beiden Freiläufe 82, 84 umfassen.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Umrichtergehäuse (12) mit einem Lüfter (14) zum Kühlen von elektrischen Komponenten (16) innerhalb des Umrichtergehäuses (12),

wobei der Lüfter (14) ein Laufrad (42) zum Fördern von Luft (26) umfasst, wobei der Lüfter (14) einen ersten Motor (44) und einen zweiten Motor (46) zum Antreiben des Laufrads (42) umfasst,

wobei der erste Motor (44) und der zweite Motor (46) dazu ausgeführt sind, das Laufrad (42) unabhängig voneinander zu betreiben.

2. Umrichtergehäuse (12) nach Anspruch 1,

wobei der erste Motor (44) über einen ersten Freilauf (82) mit dem Laufrad (42) verbunden ist, und/oder

wobei der zweite Motor (46) über einen zweiten Freilauf (84) mit dem Laufrad (42) verbunden ist.

3. Umrichtergehäuse (12) nach Anspruch 2,

wobei der erste Freilauf (82) und/oder der zweite Freilauf (84) an einem Ende einer Achse (62) des Laufrads (42) angeordnet sind.

4. Umrichtergehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei der erste Motor (44) und/oder der zweite Motor (46) über einen Riemenantrieb (48) mit dem Laufrad (42) verbunden sind.

5. Umrichtergehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das Umrichtergehäuse (12) ein Lüftergehäuse (40) umfasst, in dem das Laufrad (14) angeordnet ist,

wobei der erste Motor (44) und/oder der zweite Motor (46) außerhalb des Lüftergehäuses (40) angeordnet sind.

6. Umrichtergehäuse (12) nach Anspruch 5,

wobei ein Lager (60) des Laufrads (42) innerhalb des Lüftergehäuses (40) angeordnet ist.

7. Umrichtergehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei eine Drehachse (66, 68) des ersten Motors (44) und/oder des zweiten Motors (46) im Wesentlichen parallel zu einer Drehachse des Laufrads (42) verläuft.

8. Umrichtergehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei der erste Motor (44) und/oder der zweite Motor (46) neben dem Laufrad (42) angeordnet ist.

9. Umrichtergehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei der Lüfter (14) auf dem Umrichtergehäuse (12) angeordnet ist.

10. Umrichtergehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei Riemen (74, 76) eines Antriebs (48) zur Übertragung von Drehmoment von dem ersten Motor (44) und dem zweiten Motor (46) auf einer Achse (62) des Laufrads (42) im Wesentlichen parallel zu einer oberen Abdeckung (64) des Umrichtergehäuses (12) verlaufen.

11. Umrichtergehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei eine Steuerung (52) im Umrichtergehäuse (12) angeordnet ist, die dazu ausgeführt ist, entweder den ersten Motor (44) oder den zweiten Motor (46) mit einer Stromversorgung (50) zu verbinden.

12. Umrichter (10) zum Umrichten eines Stroms (18), der mit einem Umrichtergehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestattet ist.