一種礦用中高壓變頻器的循環冷卻設備的製作方法

2023-09-18 20:17:45

一種礦用中高壓變頻器的循環冷卻設備的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種礦用中高壓變頻器的循環冷卻設備，尤其涉及級聯式大功率變頻器的循環冷卻設備；所要解決的技術問題為：提供一種將空氣冷卻和水冷卻相結合的散熱裝置，來實現中高壓變頻器的冷卻；解決技術問題所採用的技術方案為：一種礦用中高壓變頻器的循環冷卻設備，包括變頻器和防爆外殼，所述變頻器設置在防爆外殼內部的防爆腔室中，所述防爆外殼上通過基板安裝有水箱，所述水箱和防爆外殼構成一個熱交換腔室，所述防爆腔室通過絕緣板材料將防爆腔室分割成冷風通道、熱交換通道和熱風通道，所述變頻器設置在熱交換通道內，熱交換通道將冷風通道和熱風通道相連通；本實用新型安全性能高，散熱效率好，可廣泛應用在礦井設備上。
【專利說明】一種礦用中高壓變頻器的循環冷卻設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種礦用中壓變頻器的冷卻設備，尤其涉及級聯式大功率變頻器的循環冷卻設備。
【背景技術】
[0002]近年來，電力電子和自動控制技術的發展也推動了煤礦生產設備的更新換代，為了適應煤礦節能和安全生產要求，煤礦用防爆變頻器的使用也越來越多，並要求防爆變頻器具有極高的可靠性。影響防爆變頻器的可靠性指標有多項，其冷卻就是一個至關重要的環節。
[0003]目前市場上變頻器的冷卻方式，通常有以下幾種:
[0004]A、空氣自然冷卻
[0005]主要用於功率比較小，元器件的散熱面積大的變頻器上，冷卻主要通過空氣的自然對流以及輻射作用將熱量帶走，由於其結構簡單、無噪音、免維護、可靠性高等特點，使用範圍很廣，尤其適用於衝擊負載和斷續工作制負載，但是這種冷卻方式無法用於大功率長期工作的中高壓變頻器上。
[0006]B、強制風冷
[0007]強制風冷是在變頻器的散熱器上通以壓縮空氣，電子功率元件IGBT和整流元件產生的熱量被流動的氣流迅速帶走，達到冷卻的效果，這種冷卻方式效率高，變頻器可做到幾百kW，體積相對小，散熱器選擇比較容易，但是，由於中、高壓變頻器的電壓高，IGBT不能直接安裝在外殼的底板上，熱量不能直接散到外部的散熱器上，所以，這種冷卻方式只適用於低壓變頻器，不適合中高壓變頻器。
[0008]C、水冷散熱
[0009]水冷散熱器的散熱效率極高，可以大大提高功率元件的容量，但是，普通水的電氣絕緣性能極差，水中存在的雜質離子會在高電壓下導致電腐蝕和漏電現象，並且由於井下水質較硬，水中含有的礦物質較多，在水道中易形成水垢而妨礙散熱的效果，並有可能堵塞水道，一般用於低電壓等級變頻器，由於水冷系統在運行過程中的可靠性和腐蝕性兩大問題很難解決，所以很難應用到中高電壓變頻器上。
[0010]D、油冷散熱
[0011]油冷散熱器的散熱效率雖然沒有水冷方式高，但由於油具有很高的電絕緣性和電磁屏蔽效果，這種冷卻方式曾在普通大功率變頻器中廣泛使用，但其成本和對環境的要求使得這種冷卻方式逐漸被淘汰，並且，根據煤礦安全的規定，煤礦井下不允許使用充油電氣設備，油冷散熱方式無法用於煤礦井下。
實用新型內容
[0012]本實用新型克服現有技術存在的不足，所要解決的技術問題為提供一種將空氣冷卻和水冷卻相結合的散熱裝置，來實現中高壓變頻器的冷卻。[0013]為了解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案為:一種礦用中高壓變頻器的循環冷卻設備，包括變頻器和防爆外殼，所述變頻器設置在防爆外殼內部的防爆腔室中，其特徵在於，所述防爆外殼上通過基板安裝有水箱，所述水箱和防爆外殼構成一個熱交換腔室，所述熱交換腔室內安裝有熱交換器，所述水箱的一端設置有入水口，另一端設置有出水口，所述防爆腔室通過絕緣板材料將防爆腔室分割成冷風通道、熱交換通道和熱風通道，熱交換通道設置在熱交換腔室內，熱交換通道將冷風通道和熱風通道相連通，所述變頻器設置在冷風通道內，所述熱風通道和熱交換器的交界處設置有多個風扇。
[0014]所述冷風通道和熱交換器的交界處設置有吸風機。
[0015]所述吸風機為軸流風扇。
[0016]所述風扇的數量與變頻器的功率相適應。
[0017]所述絕緣材料為不飽和聚酯玻璃纖維氈板材料。
[0018]本實用新型與現有技術相比具有以下有益效果。
[0019]一、防爆腔室內採用空氣循環冷卻方式:依託防爆外殼，用絕緣板或絕緣型材將變頻器防爆腔分成三個相互獨立的通道。通過離心式風扇抽出功率模塊的熱風，同時送入熱交換器，空氣在腔內循環流動，實現變頻器的冷卻。熱交換器是用傳熱效率極高的熱管焊接在具有防爆功能的基板上，熱管穿透基板，基板將熱管分成兩部分，在防爆腔室內的部分起吸熱的作用，防爆腔室外的部分起散熱的作用。如果系統風阻大，可在熱交換器的出口安裝軸流風扇，以減小系統的風阻，保證系統冷卻所需風量，而且，將多個風扇均勻並列布置，使得整個風道風量均勻，另外，利用多個風扇來解決冗餘問題，提高了設備的可靠性。
[0020]二、防爆腔外的部分採用水冷卻方式:依託熱交換器的基板，做一個水箱，將防爆腔外的熱交換器置於水箱中，水箱的上部進水，下部出水，通過水的循環實現熱交換器的冷卻。由於水箱置於防爆腔外部，與電氣部分沒有接觸，所以對水質沒有特殊要求，普通水即可。水的流量根據散熱的要求來控制，能夠適應不同功率的中高壓變頻器。
[0021]三、熱交換器的基板是防爆腔體的一部分，安裝位置可根據中高壓變頻器的需要和礦井下的具體情況設定，靈活多變。
[0022]四、熱交換器出口處吸風機的風量應與入口處風扇的風量相等，出口處吸風機的安裝位置靠近散熱器，風阻小，通風量大。
[0023]五、本實用新型利用了散熱效率極高的熱管技術，通過並列風扇實現了風的強制循環，用普通水對熱交換器進行冷卻，克服了傳統散熱的缺點，解決了防爆型級聯式中高壓變頻器的散熱難題，使防爆型中高壓變頻器的功率可以做到更大，為煤礦企業的節約化生產提供了條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0025]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0026]圖中:1為冷風通道，2為防爆外殼，3為吸風機，4為熱交換器，5為入水口，6為水箱，7為基板，8為出水口，9為風扇，10為熱風通道，11為變頻器，12為防爆腔室，13為熱交
換通道。【具體實施方式】
[0027]一種礦用中高壓變頻器的循環冷卻設備，包括變頻器11和防爆外殼2，所述變頻器11設置在防爆外殼2內部的防爆腔室12中，其特徵在於，所述防爆外殼2上通過基板7安裝有水箱6，所述水箱6和防爆外殼2構成一個熱交換腔室，所述熱交換腔室內安裝有熱交換器4，所述水箱6的一端設置有入水口 5，另一端設置有出水口 9，所述防爆腔室12通過絕緣板材料將防爆腔室12分割成冷風通道1、熱交換通道13和熱風通道10，熱交換通道13設置在熱交換腔室內，熱交換通道13將冷風通道I和熱風通道10相連通，所述變頻器11設置在冷風通道I內，所述熱風通道10和熱交換器4的交界處設置有多個風扇9。
[0028]所述冷風通道I和熱交換器4的交界處設置有吸風機3。
[0029]所述吸風機3為軸流風扇。
[0030]所述風扇9的數量與變頻器11的功率相適應。
[0031]所述絕緣材料為不飽和聚酯玻璃纖維氈板材料。
[0032]現在結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明，附圖為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關的構成。
[0033]為了使整個風道風量均勻，風扇9也要均勻布置，風量要滿足散熱功率的要求，而且，考慮到風扇9的冗餘問題，故設置多個風扇9並列運行。
[0034]防爆腔外的部分採用水冷卻方式，依託熱交換器4的基板7，做一個水箱6，將防爆腔外的熱交換器4置於水箱6中，熱交換器4由傳熱效率極高的熱管焊接在具有防爆功能的基板7上，熱管穿透基板7，基板7將熱管分成兩部分，位於防爆腔內的熱管部分起吸熱的作用，位於防爆腔外的熱管部分起散熱的作用，水箱6的上部進水，下部出水，通過水的循環實現熱交換器4的冷卻，本實用新型依託防爆外殼2，用絕緣板或絕緣型材將變頻器防爆腔分成三個相互獨立的通道，即冷風通道1、熱交換通道13和熱風通道10，熱交換器4的進風口與熱風通道10相連通，熱交換器4的出風口與冷風通道I相連通，變頻器11置於冷風通道I內，在熱交換通道13和熱風通道10的分界處安裝離心式風扇，離心式風扇將功率模塊的熱風抽出，送入到熱交換器4的進風口，在冷風通道I內安裝有軸流風扇，軸流風扇可將將熱交換器4的風阻減小，抽出經過熱交換後的冷風。
[0035]為了滿足風道內的風量需求，位於熱交換器4進風口處的風扇9可為多個，並且風扇9需要均勻布置，使得風道內的風量均勻。
[0036]上面結合附圖對本實用新型的實施例作了詳細說明，但是本實用新型並不限於上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出各種變化。例如，將本實用新型中的水箱6的進水口和出水口 9對調後，也可以散熱功能。
【權利要求】
1.一種礦用中高壓變頻器的循環冷卻設備，包括變頻器(11)和防爆外殼(2)，所述變頻器(11)設置在防爆外殼(2)內部的防爆腔室(12)中，其特徵在於，所述防爆外殼(2)上通過基板(7 )安裝有水箱(6 )，所述水箱(6 )和防爆外殼(2 )構成一個熱交換腔室，所述熱交換腔室內安裝有熱交換器(4)，所述水箱(6)的一端設置有入水口(5)，另一端設置有出水口(9)，所述防爆腔室(12)通過絕緣板材料將防爆腔室(12)分割成冷風通道(I)、熱交換通道(13 )和熱風通道(10 )，熱交換通道(13 )設置在熱交換腔室內，熱交換通道(13 )將冷風通道(I)和熱風通道(10 )相連通，所述變頻器(11)設置在冷風通道(I)內，所述熱風通道(10)和熱交換器(4)的交界處設置有多個風扇(9)。
2.根據權利要求1所述的一種礦用中高壓變頻器的循環冷卻設備，其特徵在於，所述冷風通道(I)和熱交換器(4 )的交界處設置有吸風機(3 )。
3.根據權利要求2所述的一種礦用中高壓變頻器的循環冷卻設備，其特徵在於，所述吸風機(3)為軸流風扇。
4.根據權利要求1或2或3所述的一種礦用中高壓變頻器的循環冷卻設備，其特徵在於，所述風扇(9)的數量與變頻器(11)的功率相適應。
5.根據權利要求1或2所述的一種礦用中高壓變頻器的循環冷卻設備，其特徵在於，所述絕緣材料為不飽和聚酯玻璃纖維氈板材料。
【文檔編號】H05K7/20GK203608068SQ201320691520
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】苗焰青, 高波, 楊紹鵬, 張建東 申請人:山西科達自控股份有限公司