一种功率柜散热系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及到一种功率柜散热系统，尤其涉及一种涉及有大功率变流器和电抗器的密闭散热系统。
【背景技术】
[0002]随着风电新能源的迅速发展，风电整机的单机容量从2.(MW在往3.(MW以上机型增长，尤其海上风电对更大容量的需求更为明显。而随着风机整机容量的不断增长，要求风电变流器的体积更小、功率密度更高，这就需要在单位体积下带走更多的损耗，从而需要更加高效的散热系统。因此，大功率散热系统设计成为大功率变流器产品的一个关键技术问题。
[0003]目前，大功率变流器一般采用的散热方式是风冷散热方式和液冷散热方式。
[0004]风冷散热方式存在以下缺陷:
[0005]I)风冷散热器散热效率低、功率模块体积大；
[0006]2) IP防护低，容易导致沙尘和盐雾进入功率柜腔体，降低器件可靠性；
[0007]3)不能满足高海拔和海上风电的需求。
[0008]因此，风冷散热方式不适合大功率变流器，尤其应用与海上风电的变流器。
[0009]采用液冷散热方式的变流器具有IGBT模块散热效率高、功率模块密度高、体积小等方面优点，还有IP防护高(IP54)，能够有效防止沙尘和盐雾的进入，器件可靠性高。因此，液冷散热方式是大功率变流器的最优解决方案，但是，液冷散热方式也存在诸多不足:
[0010]I)采用液冷散热器对IGBT模块进行冷却，IGBT模块的芯温低，允许IGBT模块的电流更大，但是IGBT模块周围的器件，例如电容、霍尔、PCB元件等器件不能通过液冷散热器进行冷却，器件温升就会超过其规定值，存在损坏风险；
[0011]2)大功率变流器采用液冷电抗器，在电抗器铁心和线包间放置液冷散热器，容易出现因散热器漏水而导致电抗器短路，引起安全风险。
【实用新型内容】
[0012]本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提供一种散热系统解决上述液冷散热方式的不足，提高变流器设备的功率密度和可靠性。
[0013]本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现:一种功率柜散热系统，所述的散热系统包括IGBT功率模组、第一 /第二风机、换热器、电抗器、第一第二挡风板和柜体，所述的柜体柜被分成上下两个独立的散热风道，上部是功率模块散热风道，下部是电抗器散热风道；所述的功率模块散热风道由位于风道中的IGBT功率模组及其下方的换热器、第一风机、第一挡风板和柜体共同合围形成一个密闭的循环风道；所述的电抗器散热风道由位于风道中的电抗器及其上方的换热器、第二风机、第二挡风板和柜体合围成一个密闭的循环风道。
[0014]所述的IGBT功率模组包括IGBT模块、PCB板、吸收电容和母线电容、交直流铜排器件，其中PCB板和电容都是温度敏感器件。
[0015]所述第二风机为轴流风机。
[0016]本实用新型涉及的一种功率柜散热系统，其显著特点是:
[0017]I)所述IGBT功率模组位于换热器的出风口，冷风直接冷却高发热器件，有利于降低关键器件温升，提高器件可靠性，所述功率模块散热风道风道短、风机压损小，散热效率尚;
[0018]2)第二挡风板把电抗器合围成内部循环风道，使风充分流过电抗器线包和铁心，有利于降低电抗器器件温升，减小电抗器体积，降低器件成本，避免了水冷电抗器的使用。
【附图说明】
[0019]图1是一种功率柜散热系统的原理图；
[0020]图2是一种功率柜散热系统实施例侧视图；
[0021]图3是一种功率柜散热系统实施例立体图。
【具体实施方式】
[0022]如图1所不，一种功率柜散热系统，所述的散热系统包括IGBT功率模组、第一/第二风机、换热器、电抗器、挡风板和柜体，所述的柜体柜被分成上下两个独立的散热风道，上部是功率模块散热风道100，下部是电抗器散热风道200 ;所述的功率模块散热风道100由位于风道中的IGBT功率模组I及其下方的换热器2、第一风机3、第一挡风板4和柜体9共同合围形成一个密闭的循环风道；所述的电抗器散热风道200由位于风道中的电抗器5及其上方的换热器6、第二风机7、第二挡风板8和柜体9合围成一个密闭的循环风道。
[0023]两个循环风道之间相互隔离，可以避免耐高温的电抗器5的出口热风影响到不能耐高温IGBT功率模组I的相关器件；同时分成两个循环风道可以降低风道长度，降低风机压损，提尚散热效率。
[0024]所述换热器2是通过冷却液把进入换热器的空气能量带走，换热器的进风口温度高于出风口温度，因此将换热器放置在IGBT功率模组I下方，使换热器的出口冷风直接冷却高发热器件(IGBT模块和交直流铜排)，有利于降低发热器件的温升，降低敏感器件(PCB板和电容)的环境温度，提高器件可靠性。
[0025]所述第一风机3为轴流风机，位于换热器2下方，可以减少散热风道100长度、风机压损小、散热效率高。
[0026]电抗器散热风道200由位于风道中的电抗器5及其上方的换热器6和第二风机7、第二挡风板8和柜体9合围成一个密闭的循环风道。
[0027]所述电抗器5为高发热器件，主要由铁心和线包组成，铁心与线包以及线包间用绝缘撑条隔离出缝隙，其作用是提高散热效率；挡风板8把电抗器5合围成内部循环风道200，提高合围区域内风速，使空气以更高速度流过电抗器铁心和线包，充分冷却电抗器铁心和线包，降低电抗器温升，提高电抗器散热效率。
[0028]挡风板4和柜体9合围成一个循环风道，充分利于了柜内空间，减少了整机体积。
[0029]如图2、图3所示，所述一种功率柜散热系统被分成上下两个独立的散热风道，上部是功率模块散热风道100，下部是电抗器散热风道200，两个循环风道之间相互隔离，可以避免电抗器5的出口热风影响到IGBT功率模组I的相关器件；同时分成两个循环风道可以降低风道长度，降低风机压损，提高散热效率；密闭循环风道可以防止外部沙尘和盐雾等对器件损害，提高器件的可靠性。
[0030]本实施例有多个IGBT功率模组1，可以是并排或横排方式来实现多个功率模组的并联。直流母线出线铜排在模组上部，通过叠层铜排实现直流侧正负极的连接；交流输出侧位于模组的下部，通过转接铜排或线缆连接至电抗器5。
[0031]IGBT功率模组I包括有母线电容11和吸收电容12，IGBT模块13和IGBT驱动板14，由于电容和PCB板器件的环境温度都不允许超过70度，因此要求所有器件通风良好，而且最好在换热器出风口位置，这样才能降低其器件温度，提高寿命。
[0032]本实施例第一挡风板4把功率模组I合围成一个内部风道，使换热器出风口的温度直接冷却液冷功率模组I。换热器2和第一风机3、挡风板4和柜体9共同合围形成一个外部风道，使流过功率模组I的风经过外部风道回流至第一风机3，然后进入换热器，这样形成一个循环风道。
[0033]所述换热器6是通过冷却液把进入换热器的空气能量带走，换热器的进风口温度高于出风口温度，电抗器的热风直接进入换热器，提高换热效率。
【主权项】
1.一种功率柜散热系统，其特征在于:所述的散热系统包括IGBT功率模组、第一 /第二风机、换热器、电抗器、第一第二挡风板和柜体，所述的柜体柜被分成上下两个独立的散热风道，上部是功率模块散热风道(100)，下部是电抗器散热风道(200);所述的功率模块散热风道(100 )由位于风道中的IGBT功率模组(I)及其下方的换热器(2 )、第一风机(3 )、第一挡风板(4)和柜体(9)共同合围形成一个密闭的循环风道；所述的电抗器散热风道(200)由位于风道中的电抗器(5)及其上方的换热器(6)、第二风机(7)、第二挡风板(8)和柜体(9)合围成一个密闭的循环风道。
2.根据权利要求1所述的一种功率柜散热系统，其特征在于:所述的IGBT功率模组(I)包括IGBT模块、PCB板、吸收电容和母线电容、交直流铜排器件，其中PCB板和电容都是温度敏感器件。
3.根据权利要求2所述的一种功率柜散热系统，其特征在于:所述第二风机(7)为轴流风机。
【专利摘要】一种功率柜散热系统，所述的功率柜被分成上下两个独立的散热风道，上部是功率模块散热风道，下部是电抗器散热风道。功率模块散热风道由位于风道中的IGBT功率模组及其下方的换热器和风机、第一挡风板和柜体共同合围形成一个密闭的循环风道。电抗器散热风道由位于风道中的电抗器及其上方的换热器和风机、第二挡风板和柜体合围成一个密闭的循环风道。本实用新型优点：IGBT功率模组位于换热器的出风口，冷风直接冷却高发热器件，有利于降低关键器件温升，提高器件可靠性，功率模块散热风道风道短、风机压损小，散热效率高；挡风板把电抗器合围成内部循环风道，使风充分流过电抗器线包，有利于降低电抗器器件温升，减小电抗器体积，降低器件成本。
【IPC分类】H02M1-00, H05K7-20
【公开号】CN204334292
【申请号】CN201420647524
【发明人】吕怀明, 季建强, 吴永祥, 陈朝锋
【申请人】浙江海得新能源有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月3日