一種功率柜散熱系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型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】
[0002]隨著風電新能源的迅速發(fā)展，風電整機的單機容量從2.(MW在往3.(MW以上機型增長，尤其海上風電對更大容量的需求更為明顯。而隨著風機整機容量的不斷增長，要求風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)設計成為大功率變流器產(chǎn)品的一個關鍵技術問題。
[0003]目前，大功率變流器一般采用的散熱方式是風冷散熱方式和液冷散熱方式。
[0004]風冷散熱方式存在以下缺陷:
[0005]I)風冷散熱器散熱效率低、功率模塊體積大；
[0006]2) IP防護低，容易導致沙塵和鹽霧進入功率柜腔體，降低器件可靠性；
[0007]3)不能滿足高海拔和海上風電的需求。
[0008]因此，風冷散熱方式不適合大功率變流器，尤其應用與海上風電的變流器。
[0009]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，還有IP防護高(IP54)，能夠有效防止沙塵和鹽霧的進入，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:
[0010]I)采用液冷散熱器對IGBT模塊進行冷卻，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行冷卻，器件溫升就會超過其規(guī)定值，存在損壞風險；
[0011]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)因散熱器漏水而導致電抗器短路，引起安全風險。
【實用新型內(nèi)容】
[0012]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有的技術存在上述問題，提供一種散熱系統(tǒng)解決上述液冷散熱方式的不足，提高變流器設備的功率密度和可靠性。
[0013]本實用新型的目的可通過下列技術方案來實現(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、第一 /第二風機、換熱器、電抗器、第一第二擋風板和柜體，所述的柜體柜被分成上下兩個獨立的散熱風道，上部是功率模塊散熱風道，下部是電抗器散熱風道；所述的功率模塊散熱風道由位于風道中的IGBT功率模組及其下方的換熱器、第一風機、第一擋風板和柜體共同合圍形成一個密閉的循環(huán)風道；所述的電抗器散熱風道由位于風道中的電抗器及其上方的換熱器、第二風機、第二擋風板和柜體合圍成一個密閉的循環(huán)風道。
[0014]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。
[0015]所述第二風機為軸流風機。
[0016]本實用新型涉及的一種功率柜散熱系統(tǒng)，其顯著特點是:
[0017]I)所述IGBT功率模組位于換熱器的出風口，冷風直接冷卻高發(fā)熱器件，有利于降低關鍵器件溫升，提高器件可靠性，所述功率模塊散熱風道風道短、風機壓損小，散熱效率尚;
[0018]2)第二擋風板把電抗器合圍成內(nèi)部循環(huán)風道，使風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。
【附圖說明】
[0019]圖1是一種功率柜散熱系統(tǒng)的原理圖；
[0020]圖2是一種功率柜散熱系統(tǒng)實施例側(cè)視圖；
[0021]圖3是一種功率柜散熱系統(tǒng)實施例立體圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所不，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、第一/第二風機、換熱器、電抗器、擋風板和柜體，所述的柜體柜被分成上下兩個獨立的散熱風道，上部是功率模塊散熱風道100，下部是電抗器散熱風道200 ;所述的功率模塊散熱風道100由位于風道中的IGBT功率模組I及其下方的換熱器2、第一風機3、第一擋風板4和柜體9共同合圍形成一個密閉的循環(huán)風道；所述的電抗器散熱風道200由位于風道中的電抗器5及其上方的換熱器6、第二風機7、第二擋風板8和柜體9合圍成一個密閉的循環(huán)風道。
[0023]兩個循環(huán)風道之間相互隔離，可以避免耐高溫的電抗器5的出口熱風影響到不能耐高溫IGBT功率模組I的相關器件；同時分成兩個循環(huán)風道可以降低風道長度，降低風機壓損，提尚散熱效率。
[0024]所述換熱器2是通過冷卻液把進入換熱器的空氣能量帶走，換熱器的進風口溫度高于出風口溫度，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。
[0025]所述第一風機3為軸流風機，位于換熱器2下方，可以減少散熱風道100長度、風機壓損小、散熱效率高。
[0026]電抗器散熱風道200由位于風道中的電抗器5及其上方的換熱器6和第二風機7、第二擋風板8和柜體9合圍成一個密閉的循環(huán)風道。
[0027]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；擋風板8把電抗器5合圍成內(nèi)部循環(huán)風道200，提高合圍區(qū)域內(nèi)風速，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。
[0028]擋風板4和柜體9合圍成一個循環(huán)風道，充分利于了柜內(nèi)空間，減少了整機體積。
[0029]如圖2、圖3所示，所述一種功率柜散熱系統(tǒng)被分成上下兩個獨立的散熱風道，上部是功率模塊散熱風道100，下部是電抗器散熱風道200，兩個循環(huán)風道之間相互隔離，可以避免電抗器5的出口熱風影響到IGBT功率模組I的相關器件；同時分成兩個循環(huán)風道可以降低風道長度，降低風機壓損，提高散熱效率；密閉循環(huán)風道可以防止外部沙塵和鹽霧等對器件損害，提高器件的可靠性。
[0030]本實施例有多個IGBT功率模組1，可以是并排或橫排方式來實現(xiàn)多個功率模組的并聯(lián)。直流母線出線銅排在模組上部，通過疊層銅排實現(xiàn)直流側(cè)正負極的連接；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。
[0031]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良好，而且最好在換熱器出風口位置，這樣才能降低其器件溫度，提高壽命。
[0032]本實施例第一擋風板4把功率模組I合圍成一個內(nèi)部風道，使換熱器出風口的溫度直接冷卻液冷功率模組I。換熱器2和第一風機3、擋風板4和柜體9共同合圍形成一個外部風道，使流過功率模組I的風經(jīng)過外部風道回流至第一風機3，然后進入換熱器，這樣形成一個循環(huán)風道。
[0033]所述換熱器6是通過冷卻液把進入換熱器的空氣能量帶走，換熱器的進風口溫度高于出風口溫度，電抗器的熱風直接進入換熱器，提高換熱效率。
【主權項】
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、第一 /第二風機、換熱器、電抗器、第一第二擋風板和柜體，所述的柜體柜被分成上下兩個獨立的散熱風道，上部是功率模塊散熱風道(100)，下部是電抗器散熱風道(200);所述的功率模塊散熱風道(100 )由位于風道中的IGBT功率模組(I)及其下方的換熱器(2 )、第一風機(3 )、第一擋風板(4)和柜體(9)共同合圍形成一個密閉的循環(huán)風道；所述的電抗器散熱風道(200)由位于風道中的電抗器(5)及其上方的換熱器(6)、第二風機(7)、第二擋風板(8)和柜體(9)合圍成一個密閉的循環(huán)風道。
2.根據(jù)權利要求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)權利要求2所述的一種功率柜散熱系統(tǒng)，其特征在于:所述第二風機(7)為軸流風機。
【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獨立的散熱風道，上部是功率模塊散熱風道，下部是電抗器散熱風道。功率模塊散熱風道由位于風道中的IGBT功率模組及其下方的換熱器和風機、第一擋風板和柜體共同合圍形成一個密閉的循環(huán)風道。電抗器散熱風道由位于風道中的電抗器及其上方的換熱器和風機、第二擋風板和柜體合圍成一個密閉的循環(huán)風道。本實用新型優(yōu)點：IGBT功率模組位于換熱器的出風口，冷風直接冷卻高發(fā)熱器件，有利于降低關鍵器件溫升，提高器件可靠性，功率模塊散熱風道風道短、風機壓損小，散熱效率高；擋風板把電抗器合圍成內(nèi)部循環(huán)風道，使風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。
【IPC分類】H02M1-00, H05K7-20
【公開號】CN204334292
【申請?zhí)枴緾N201420647524
【發(fā)明人】呂懷明, 季建強, 吳永祥, 陳朝鋒
【申請人】浙江海得新能源有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年11月3日