一種功率柜散熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種功率柜散熱系統(tǒng)，所述的功率柜被分成上下兩個(gè)獨(dú)立的散熱風(fēng)道，上部是功率模塊散熱風(fēng)道，下部是電抗器散熱風(fēng)道。功率模塊散熱風(fēng)道由位于風(fēng)道中的IGBT功率模組及其下方的換熱器和風(fēng)機(jī)、第一擋風(fēng)板和柜體共同合圍形成一個(gè)密閉的循環(huán)風(fēng)道。電抗器散熱風(fēng)道由位于風(fēng)道中的電抗器及其上方的換熱器和風(fēng)機(jī)、第二擋風(fēng)板和柜體合圍成一個(gè)密閉的循環(huán)風(fēng)道。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：IGBT功率模組位于換熱器的出風(fēng)口，冷風(fēng)直接冷卻高發(fā)熱器件，有利于降低關(guān)鍵器件溫升，提高器件可靠性，功率模塊散熱風(fēng)道風(fēng)道短、風(fēng)機(jī)壓損小，散熱效率高；擋風(fēng)板把電抗器合圍成內(nèi)部循環(huán)風(fēng)道，使風(fēng)充分流過電抗器線包，有利于降低電抗器器件溫升，減小電抗器體積，降低器件成本。
【專利說明】一種功率柜散熱系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種功率柜散熱系統(tǒng)，尤其涉及一種涉及有大功率變流器和電抗器的密閉散熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)電新能源的迅速發(fā)展，風(fēng)電整機(jī)的單機(jī)容量從2.0MW在往3.0MW以上機(jī)型增長，尤其海上風(fēng)電對(duì)更大容量的需求更為明顯。而隨著風(fēng)機(jī)整機(jī)容量的不斷增長，要求風(fēng)電變流器的體積更小、功率密度更高，這就需要在單位體積下帶走更多的損耗，從而需要更加高效的散熱系統(tǒng)。因此，大功率散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為大功率變流器產(chǎn)品的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。
[0003]目前，大功率變流器一般采用的散熱方式是風(fēng)冷散熱方式和液冷散熱方式。
[0004]風(fēng)冷散熱方式存在以下缺陷:
1)風(fēng)冷散熱器散熱效率低、功率模塊體積大；
2)IP防護(hù)低，容易導(dǎo)致沙塵和鹽霧進(jìn)入功率柜腔體，降低器件可靠性；
3)不能滿足高海拔和海上風(fēng)電的需求。
[0005]因此，風(fēng)冷散熱方式不適合大功率變流器，尤其應(yīng)用與海上風(fēng)電的變流器。
[0006]采用液冷散熱方式的變流器具有IGBT模塊散熱效率高、功率模塊密度高、體積小等方面優(yōu)點(diǎn)，還有IP防護(hù)高(IP54)，能夠有效防止沙塵和鹽霧的進(jìn)入，器件可靠性高。因此，液冷散熱方式是大功率變流器的最優(yōu)解決方案，但是，液冷散熱方式也存在諸多不足:
1)采用液冷散熱器對(duì)IGBT模塊進(jìn)行冷卻，IGBT模塊的芯溫低，允許IGBT模塊的電流更大，但是IGBT模塊周圍的器件，例如電容、霍爾、PCB元件等器件不能通過液冷散熱器進(jìn)行冷卻，器件溫升就會(huì)超過其規(guī)定值，存在損壞風(fēng)險(xiǎn)；
2)大功率變流器采用液冷電抗器，在電抗器鐵心和線包間放置液冷散熱器，容易出現(xiàn)因散熱器漏水而導(dǎo)致電抗器短路，引起安全風(fēng)險(xiǎn)。
[0007]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提供一種散熱系統(tǒng)解決上述液冷散熱方式的不足，提高變流器設(shè)備的功率密度和可靠性。
[0008]本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種功率柜散熱系統(tǒng)，所述的散熱系統(tǒng)包括IGBT功率模組、風(fēng)機(jī)、換熱器、電抗器、第一第二擋風(fēng)板和柜體，所述的柜體柜被分成上下兩個(gè)獨(dú)立的散熱風(fēng)道，上部是功率模塊散熱風(fēng)道，下部是電抗器散熱風(fēng)道；所述的功率模塊散熱風(fēng)道由位于風(fēng)道中的IGBT功率模組及其下方的換熱器、風(fēng)機(jī)、第一擋風(fēng)板和柜體共同合圍形成一個(gè)密閉的循環(huán)風(fēng)道；所述的電抗器散熱風(fēng)道由位于風(fēng)道中的電抗器及其上方的換熱器、風(fēng)機(jī)、第二擋風(fēng)板和柜體合圍成一個(gè)密閉的循環(huán)風(fēng)道。
[0009]所述的IGBT功率模組包括IGBT模塊、PCB板、吸收電容和母線電容、交直流銅排器件，其中PCB板和電容都是溫度敏感器件。
[0010]所述風(fēng)機(jī)為軸流風(fēng)機(jī)。
[0011]本發(fā)明涉及的一種功率柜散熱系統(tǒng)，其顯著特點(diǎn)是: 1)所述IGBT功率模組位于換熱器的出風(fēng)口，冷風(fēng)直接冷卻高發(fā)熱器件，有利于降低關(guān)鍵器件溫升，提高器件可靠性，所述功率模塊散熱風(fēng)道風(fēng)道短、風(fēng)機(jī)壓損小，散熱效率高；
2)第二擋風(fēng)板把電抗器合圍成內(nèi)部循環(huán)風(fēng)道，使風(fēng)充分流過電抗器線包和鐵心，有利于降低電抗器器件溫升，減小電抗器體積，降低器件成本，避免了水冷電抗器的使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是一種功率柜散熱系統(tǒng)的原理圖；
圖2是一種功率柜散熱系統(tǒng)實(shí)施例側(cè)視圖；
圖3是一種功率柜散熱系統(tǒng)實(shí)施例立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，一種功率柜散熱系統(tǒng)，所述的散熱系統(tǒng)包括IGBT功率模組、風(fēng)機(jī)、換熱器、電抗器、擋風(fēng)板和柜體，所述的柜體柜被分成上下兩個(gè)獨(dú)立的散熱風(fēng)道，上部是功率模塊散熱風(fēng)道100，下部是電抗器散熱風(fēng)道200 ;所述的功率模塊散熱風(fēng)道100由位于風(fēng)道中的IGBT功率模組I及其下方的換熱器2、風(fēng)機(jī)3、第一擋風(fēng)板4和柜體9共同合圍形成一個(gè)密閉的循環(huán)風(fēng)道；所述的電抗器散熱風(fēng)道200由位于風(fēng)道中的電抗器5及其上方的換熱器6、風(fēng)機(jī)7、第二擋風(fēng)板8和柜體9合圍成一個(gè)密閉的循環(huán)風(fēng)道。
[0014]兩個(gè)循環(huán)風(fēng)道之間相互隔離，可以避免耐高溫的電抗器5的出口熱風(fēng)影響到不能耐高溫IGBT功率模組I的相關(guān)器件；同時(shí)分成兩個(gè)循環(huán)風(fēng)道可以降低風(fēng)道長度，降低風(fēng)機(jī)壓損，提聞散熱效率。
[0015]所述換熱器2是通過冷卻液把進(jìn)入換熱器的空氣能量帶走，換熱器的進(jìn)風(fēng)口溫度高于出風(fēng)口溫度，因此將換熱器放置在IGBT功率模組I下方，使換熱器的出口冷風(fēng)直接冷卻高發(fā)熱器件(IGBT模塊和交直流銅排)，有利于降低發(fā)熱器件的溫升，降低敏感器件(PCB板和電容)的環(huán)境溫度，提高器件可靠性。
[0016]所述風(fēng)機(jī)3為軸流風(fēng)機(jī)，位于換熱器2下方，可以減少散熱風(fēng)道100長度、風(fēng)機(jī)壓損小、散熱效率高；
電抗器散熱風(fēng)道200由位于風(fēng)道中的電抗器5及其上方的換熱器6和風(fēng)機(jī)7、第二擋風(fēng)板8和柜體9合圍成一個(gè)密閉的循環(huán)風(fēng)道。
[0017]所述電抗器5為高發(fā)熱器件，主要由鐵心和線包組成，鐵心與線包以及線包間用絕緣撐條隔離出縫隙，其作用是提高散熱效率；擋風(fēng)板8把電抗器5合圍成內(nèi)部循環(huán)風(fēng)道200，提高合圍區(qū)域內(nèi)風(fēng)速，使空氣以更高速度流過電抗器鐵心和線包，充分冷卻電抗器鐵心和線包，降低電抗器溫升，提高電抗器散熱效率。
[0018]擋風(fēng)板4和柜體9合圍成一個(gè)循環(huán)風(fēng)道，充分利于了柜內(nèi)空間，減少了整機(jī)體積。
[0019]如圖2、圖3所示，所述一種功率柜散熱系統(tǒng)被分成上下兩個(gè)獨(dú)立的散熱風(fēng)道，上部是功率模塊散熱風(fēng)道100，下部是電抗器散熱風(fēng)道200，兩個(gè)循環(huán)風(fēng)道之間相互隔離，可以避免電抗器5的出口熱風(fēng)影響到IGBT功率模組I的相關(guān)器件；同時(shí)分成兩個(gè)循環(huán)風(fēng)道可以降低風(fēng)道長度，降低風(fēng)機(jī)壓損，提高散熱效率；密閉循環(huán)風(fēng)道可以防止外部沙塵和鹽霧等對(duì)器件損害，提高器件的可靠性。
[0020]本實(shí)施例有多個(gè)IGBT功率模組1，可以是并排或橫排方式來實(shí)現(xiàn)多個(gè)功率模組的并聯(lián)。直流母線出線銅排在模組上部，通過疊層銅排實(shí)現(xiàn)直流側(cè)正負(fù)極的連接；交流輸出側(cè)位于模組的下部，通過轉(zhuǎn)接銅排或線纜連接至電抗器5。
[0021]IGBT功率模組I包括有母線電容11和吸收電容12，IGBT模塊13和IGBT驅(qū)動(dòng)板14，由于電容和PCB板器件的環(huán)境溫度都不允許超過70度，因此要求所有器件通風(fēng)良好，而且最好在換熱器出風(fēng)口位置，這樣才能降低其器件溫度，提高壽命。
[0022]本實(shí)施例第一擋風(fēng)板4把功率模組I合圍成一個(gè)內(nèi)部風(fēng)道，使換熱器出風(fēng)口的溫度直接冷卻液冷功率模組I。換熱器2和風(fēng)機(jī)3、擋風(fēng)板4和柜體9共同合圍形成一個(gè)外部風(fēng)道，使流過功率模組I的風(fēng)經(jīng)過外部風(fēng)道回流至風(fēng)機(jī)3，然后進(jìn)入換熱器，這樣形成一個(gè)循環(huán)風(fēng)道。
[0023]所述換熱器6是通過冷卻液把進(jìn)入換熱器的空氣能量帶走，換熱器的進(jìn)風(fēng)口溫度高于出風(fēng)口溫度，電抗器的熱風(fēng)直接進(jìn)入換熱器，提高換熱效率。
【權(quán)利要求】
1.一種功率柜散熱系統(tǒng)，其特征在于:所述的散熱系統(tǒng)包括IGBT功率模組、風(fēng)機(jī)、換熱器、電抗器、第一第二擋風(fēng)板和柜體，所述的柜體柜被分成上下兩個(gè)獨(dú)立的散熱風(fēng)道，上部是功率模塊散熱風(fēng)道(100)，下部是電抗器散熱風(fēng)道(200);所述的功率模塊散熱風(fēng)道(100)由位于風(fēng)道中的IGBT功率模組(I)及其下方的換熱器(2)、風(fēng)機(jī)(3)、第一擋風(fēng)板(4)和柜體(9)共同合圍形成一個(gè)密閉的循環(huán)風(fēng)道；所述的電抗器散熱風(fēng)道(200)由位于風(fēng)道中的電抗器(5)及其上方的換熱器(6)、風(fēng)機(jī)(7)、第二擋風(fēng)板(8)和柜體(9)合圍成一個(gè)密閉的循環(huán)風(fēng)道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功率柜散熱系統(tǒng)，其特征在于:所述的IGBT功率模組(I)包括IGBT模塊、PCB板、吸收電容和母線電容、交直流銅排器件，其中PCB板和電容都是溫度敏感器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種功率柜散熱系統(tǒng)，其特征在于:所述風(fēng)機(jī)7為軸流風(fēng)機(jī)。
【文檔編號(hào)】H02M1/00GK104393739SQ201410607332
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】呂懷明, 季建強(qiáng), 吳永祥 申請(qǐng)人:浙江海得新能源有限公司