一種逆變器功率櫃的製作方法
2023-05-30 15:41:30 1
本發明涉及電氣設備技術領域，更具體地說，涉及一種逆變器功率櫃。
背景技術：
光伏併網逆變器作為太陽能發電系統和電網的接口設備，其散熱性能對整個逆變器系統的工作穩定性、功率器件的使用壽命以及產品的體積均具有較大影響。逆變器內部器件包括如電抗器、電阻和散熱器等高防護等級功率器件以及如逆變模塊、電容組件、直流空開組件、交流電容、交流斷路器和交流接觸器等低防護等級功率器件。
考慮到大功率併網逆變器的功率損耗特性和經濟性，大功率併網逆變器散熱方式多採用強迫風冷式散熱，即逆變器內部所有器件都置於冷風之中。
上述強迫風冷式散熱的散熱介質為外部的室溫空氣，當逆變器處於惡劣環境時，外部冷風吹到逆變器內部，其受汙染的冷風較易對逆變器內部的器件，特別是一些防護等級較低的器件如電路板等造成損害，導致逆變器整體防護級別有所降低，影響了逆變器的壽命。
綜上所述，如何提高逆變器的整體防護等級，是目前本領域技術人員亟待解決的技術問題。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種逆變器功率櫃，以提高逆變器的整體防護等級。
為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種逆變器功率櫃，包括櫃體和設置在所述櫃體內的功率器件；所述櫃體具有低防護安裝腔和高防護安裝腔，所述高防護安裝腔為密閉腔；
所述功率器件包括設置在所述低防護安裝腔內的高防護等級功率器件和設置在所述高防護安裝腔內的低防護等級功率器件；其中：
所述低防護安裝腔具有與外界連通的外冷風進風口和內熱風出風口，且所述低防護安裝腔內還設置有第一風機；
所述逆變器功率櫃還包括用於對所述高防護安裝腔散熱的換熱器。
優選的，上述逆變器功率櫃中，所述高防護安裝腔內還設置有第二風機。
優選的，上述逆變器功率櫃中，所述櫃體包括直流櫃和交流櫃；其中：
所述直流櫃具有所述低防護安裝腔和第一高防護安裝腔，所述低防護安裝腔與所述第一高防護安裝腔之間密封隔開；
所述交流櫃具有第二高防護安裝腔，所述高防護安裝腔包括所述第一高防護安裝腔和所述第二高防護安裝腔。
優選的，上述逆變器功率櫃中，所述第一高防護安裝腔與所述第二高防護安裝腔之間通過隔板隔開，且所述隔板上設置有連通所述第一高防護安裝腔與所述第二高防護安裝腔的內循環進風口和內循環出風口；
所述換熱器為一個並設置在所述交流櫃的交流門板上，所述換熱器的散熱通道與所述第二高防護安裝腔連通。
優選的，上述逆變器功率櫃中，所述第一風機為風冷離心風機；
所述第二風機為兩個，分別為設置在所述第一高防護安裝腔內的內循環軸流風機和設置在所述第二高防護安裝腔內的內循環離心風機。
優選的，上述逆變器功率櫃中，所述內循環離心風機設置在所述交流門板上，所述交流門板上還設置有連通所述內循環離心風機的出風口與所述散熱通道的進風口的內循環風道。
優選的，上述逆變器功率櫃中，所述換熱器為鋁箔式空空熱交換器；
所述交流門板上還設置有用於向所述鋁箔式空空熱交換器的翅片導入冷風的外循環風道，所述外循環風道具有與外界連通外循環進風口和外循環出風口，所述外循環風道內設置有外循環離心風機。
優選的，上述逆變器功率櫃中，所述高防護等級功率器件包括電抗器、電阻和散熱器；
所述低防護等級功率器件包括：
設置在所述第一高防護安裝腔內的逆變模塊、電容組件和直流空開組件；
設置在所述第二高防護安裝腔內的交流電容、交流斷路器和交流接觸器。
優選的，上述逆變器功率櫃中，所述直流櫃為兩個，分別位於所述交流櫃的兩側。
優選的，上述逆變器功率櫃中，所述外冷風進風口位於所述低防護安裝腔側壁的底部，所述內熱風出風口位於所述低防護安裝腔的頂壁上；
所述外冷風進風口處設置有進風百葉組件；
所述內熱風出風口處設置有頂部出風組件，所述頂部出風組件包括出風百葉組件和設置在所述出風百葉組件內側的迷宮式通道。
從上述的技術方案可以看出，本發明提供的逆變器功率櫃包括櫃體和設置在櫃體內的功率器件；其中：櫃體具有低防護安裝腔和高防護安裝腔，高防護安裝腔為密閉腔；功率器件包括設置在低防護安裝腔內的高防護等級功率器件和設置在高防護安裝腔內的低防護等級功率器件；低防護安裝腔具有與外界連通的外冷風進風口和內熱風出風口，且低防護安裝腔內還設置有第一風機；逆變器功率櫃還包括用於對高防護安裝腔散熱的換熱器。
本發明的逆變器功率櫃通過外冷風進風口和內熱風出風口以及第一風機的配合，使低防護安裝腔內形成強迫冷風風道，利用外部的冷風進入低防護安裝腔內，對其內的高防護等級功率器件進行散熱；並通過換熱器對高防護安裝腔內的低防護等級功率器件實現密閉式散熱，即高防護安裝腔不與外界連通，實現內部空氣流動換熱，避免低防護等級功率器件直接與惡劣環境接觸，從而避免受汙染的冷風對低防護等級功率器件造成損害，高防護安裝腔能夠有效保護其內的低防護等級功率器件，進而提高了逆變器的整體防護等級，延長了逆變器的壽命。
同時，上述逆變器功率櫃採用強迫風冷式散熱和密閉式散熱相結合的散熱方式，強迫風冷式散熱能夠滿足功率較大的高防護等級功率器件的散熱要求，密閉式散熱能夠滿足功率較小的低防護等級功率器件的散熱要求，從而提高了逆變器的整體散熱效率。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明實施例提供的逆變器功率櫃的立體結構示意圖；
圖2是本發明實施例提供的逆變器功率櫃的主視圖；
圖3是沿圖2中a-a線的截面圖；
圖4是沿圖2中b-b線的截面圖；
圖5是本發明實施例提供的交流門板的門內結構示意圖；
圖6是本發明實施例提供的交流門板的門外結構示意圖。
上圖1-6中，
1、右側直流櫃；1-1、進風百葉組件；1-2、電抗器；1-3、電阻；1-4、第一風機；1-5、散熱器；1-6、逆變模塊；1-7、隔板(直流中各器件安裝板和與交流櫃2隔開的隔板等總稱)；1-7-1、內循環進風口；1-7-2、內循環出風口；1-8、電容組件；1-9、內循環軸流風機；1-10、直流空開組件；
2、交流櫃；2-1、交流門板；2-2、交流電容；2-3、交流斷路器；2-4、交流接觸器；2-1-1、內循環離心風機；2-1-2、內循環風道；2-1-3、換熱器；2-1-4、散熱通道出風口；2-1-5、外循環離心風機；2-1-6、外循環進風口；2-1-7、外循環出風口；
3、左側直流櫃；
4、頂部出風組件；4-1、出風百葉組件；4-2、迷宮式通道；
ⅰ、表示強迫冷風道的氣流方向(空心箭頭)；
ⅱ、表示高防護安裝腔的內循環氣流方向(實心箭頭)；
ⅲ、表示換熱器外循環氣流方向(空心箭頭)；
a-a、右側直流櫃的截面、b-b交流櫃的截面。
具體實施方式
本發明實施例提供了一種逆變器功率櫃，提高了逆變器的整體防護等級。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參考附圖1-6，本發明實施例提供的逆變器功率櫃包括櫃體和設置在櫃體內的功率器件；其中：櫃體具有低防護安裝腔和高防護安裝腔，高防護安裝腔為密閉腔；功率器件包括設置在低防護安裝腔內的高防護等級功率器件和設置在高防護安裝腔內的低防護等級功率器件；低防護安裝腔具有與外界連通的外冷風進風口和內熱風出風口，且低防護安裝腔內還設置有第一風機1-4；逆變器功率櫃還包括用於對高防護安裝腔散熱的換熱器2-1-3。
本發明的逆變器功率櫃通過外冷風進風口和內熱風出風口以及第一風機1-4的配合，使低防護安裝腔內形成強迫冷風風道，利用外部的冷風進入低防護安裝腔內，對其內的高防護等級功率器件進行散熱，如圖2-3中ⅰ所示的空心箭頭方向即為強迫冷風道的氣流方向；並通過換熱器2-1-3對高防護安裝腔內的低防護等級功率器件實現密閉式散熱，即高防護安裝腔不與外界連通，實現內部空氣流動換熱，避免低防護等級功率器件直接與惡劣環境接觸，從而避免受汙染的冷風對低防護等級功率器件造成損害，高防護安裝腔能夠有效保護其內的低防護等級功率器件，進而提高了逆變器的整體防護等級，延長了逆變器的壽命。
同時，上述逆變器功率櫃採用強迫風冷式散熱和密閉式散熱相結合的散熱方式，強迫風冷式散熱能夠滿足功率較大的高防護等級功率器件的散熱要求，密閉式散熱能夠滿足功率較小的低防護等級功率器件的散熱要求，從而提高了逆變器的整體散熱效率。
為了提高高防護安裝腔的散熱效率，高防護安裝腔內還設置有第二風機。本發明利用第二風機促進高防護安裝腔內空氣的流動，使防護安裝腔內形成內部循環風道，加快了高防護安裝腔內空氣與換熱器2-1-3的熱交換速度。
可以理解的是，本發明也可以不設置上述第二風機，僅利用高防護安裝腔內的空氣溫差帶動空氣的流動，也可以通過多設置換熱器2-1-3個數的方法實現同樣的提高高防護安裝腔的散熱效率的效果，本發明在此不再一一贅述。
本發明一具體的實施例中，櫃體包括直流櫃和交流櫃2，直流櫃具有低防護安裝腔和第一高防護安裝腔，低防護安裝腔與第一高防護安裝腔之間密封隔開；
密封隔開的低防護安裝腔和第一高防護安裝腔；交流櫃2具有第二高防護安裝腔，高防護安裝腔包括第一高防護安裝腔和第二高防護安裝腔。
本發明將直流功率器件設置在直流櫃中，將交流功率器件設置在交流櫃2中，布置方式較規整，便於功率器件的排線和裝配。由於直流功率器件有一部分屬於高防護等級功率器件，一部分屬於低防護等級功率器件，所以將直流櫃分隔為相互密封隔開的低防護安裝腔和第一高防護安裝腔。可替換的，上述櫃體還可以採用其他布置方式，如包括具有低防護安裝腔的高防護櫃和具有高防護安裝腔的低防護櫃。
優選的，上述逆變器功率櫃中，第一高防護安裝腔與第二高防護安裝腔之間通過隔板1-7隔開，且隔板1-7上設置有連通第一高防護安裝腔與第二高防護安裝腔的內循環進風口1-7-1和內循環出風口1-7-2；換熱器2-1-3為一個並設置在交流櫃2的交流門板2-1上，換熱器2-1-3的散熱通道與第二高防護安裝腔連通。
上述隔板1-7位於直流櫃與交流櫃2之間，將直流櫃的腔體與交流櫃2的腔體分隔開，便於功率器件的布置；並通過內循環進風口1-7-1和內循環出風口1-7-2使第一高防護安裝腔與第二高防護安裝腔連通，實現兩個腔體內部換熱；這樣僅需要利用一個換熱器2-1-3對第二高防護安裝腔進行散熱，再利用第二高防護安裝腔與第一高防護安裝腔的換熱，實現高防護安裝腔的散熱，使逆變器內部結構緊湊，整體尺寸較小，有效控制成本。
可以理解的是，上述換熱器2-1-3也可以為兩個，分別設置在直流櫃和交流櫃2上，分別對第一高防護安裝腔與第二高防護安裝腔進行散熱。本發明也可以不設置上述隔板1-7，使第一高防護安裝腔與第二高防護安裝腔形成一個整體的安裝腔。
本實施例在換熱過程中，第二高防護安裝腔內的空氣進入換熱器2-1-3的散熱通道，與換熱器2-1-3換熱，增加了熱交換面積；當然，本發明還可以使第二高防護安裝腔不與換熱器2-1-3的散熱通道連通，利用腔體的側壁與散熱器1-5的散熱結構如散熱翅片等接觸，實現同樣的散熱的效果。
優選的，第一風機1-4為風冷離心風機；本發明利用風冷離心風機採用強迫風冷式散熱，把高發熱量的功率器件產生的熱量散發出去，風冷離心風機的通風效果較好，能夠保證較好的散熱效果。當然，上述第一風機1-4還可以為其他類型的風機，如軸流式、斜流式和橫流式。
第二風機為兩個，分別為設置在第一高防護安裝腔內的內循環軸流風機1-9和設置在第二高防護安裝腔內的內循環離心風機2-1-1。內循環軸流風機1-9將第一高防護安裝腔內的空氣按照方向ⅱ流動，以此將其內的低防護等級功率器件進行冷卻散熱，並通過隔板1-7上的內循環進風口1-7-1和內循環出風口1-7-2，使第一高防護安裝腔和第二高防護安裝腔內的空氣達到內循環流動，如圖2-4中ⅱ所示的實心箭頭方向即為內循環的氣流方向，同時利用內循環離心風機2-1-1使第二高防護安裝腔內的空氣進入換熱器2-1-3的散熱通道中，以達到密閉的高防護安裝腔內部空氣的冷卻。當然，本發明可以僅設置內循環軸流風機1-9和內循環離心風機2-1-1中的一個，以達到同樣的促進內部空氣流動的效果。上述內循環軸流風機1-9和內循環離心風機2-1-1也可以為其他類型的風機，本發明對此不做限定。
進一步的技術方案中，內循環離心風機2-1-1設置在交流門板2-1上，交流門板2-1上還設置有連通內循環離心風機2-1-1的出風口與散熱通道的進風口的內循環風道2-1-2。如圖5所示的實心箭頭所示，散熱過程中，內循環離心風機2-1-1將密閉的高防護安裝腔中的熱空氣通過內循環風道2-1-2吹進換熱器2-1-3中，其熱量與換熱器2-1-3進行換熱後由散熱通道出風口2-1-4回流到高防護安裝腔內，從而達到高防護安裝腔內部冷卻的目的。
上述內循環風道2-1-2能夠導向空氣的流動方向，提高換熱效率。當然，本發明也可以不設置上述內循環風道2-1-2，直接使內循環離心風機2-1-1的出風口對準換熱器2-1-3的散熱通道。
優選的，換熱器2-1-3為鋁箔式空空熱交換器；通過鋁箔式空空熱交換器可以使櫃體內外溫差維持在10℃以內，可以有效地改善機櫃內部的散熱。而且，上述鋁箔式空空熱交換器為純板翅式熱交換器，利用外部冷空氣作為冷卻介質，對著翅片直接吹冷風，低價高效。可替換的，上述換熱器2-1-3還可以為熱管換熱器等。
本實施例中，交流門板2-1上還設置有用於向鋁箔式空空熱交換器的翅片導入冷風的外循環風道，外循環風道具有與外界連通外循環進風口2-1-6和外循環出風口2-1-7，外循環風道內設置有外循環離心風機2-1-5。
外循環離心風機2-1-5將外部的冷空氣通過外循環風道吸入，並吹向鋁箔式空空熱交換器的翅片，對翅片進行散熱，從而對逆變器內部熱空氣(氣流方向為ⅱ)進行換熱，從而達到加快機櫃內部散熱效率的目的，如圖4中ⅲ所示的空心箭頭方向即為換熱器2-1-3外循環的氣流方向。本發明還可以不設置上述外循環風道，使外循環離心風機2-1-5的出風口對準翅片。
本發明具體的實施方式中，高防護等級功率器件包括電抗器1-2、電阻1-3和散熱器1-5；低防護等級功率器件包括設置在第一高防護安裝腔內的逆變模塊1-6、電容組件1-8和直流空開組件1-10；設置在第二高防護安裝腔內的交流電容2-2、交流斷路器2-3和交流接觸器2-4。
如圖3所示，直流櫃通過第一風機1-4將外部冷空氣(氣流方向為ⅰ)從進風百葉組件1-1吸進機櫃內部，對電抗器1-2、電阻1-3和散熱器1-5等器件進行冷卻，並通過內熱風出風口排到外部；內循環軸流風機1-9將機櫃內部的空氣按照氣流方向ⅱ流動，以此將逆變模塊1-6、電容組件1-8和直流空開組件1-10等進行冷卻散熱；從而使逆變功率單元的散熱器1-5、電抗器1-2和電阻1-3等防護等級較高的器件，採用強迫風冷式散熱，即通過風道中第一風機1-4，氣流方向為ⅰ，把上述器件的熱量散發出去；將逆變器中其他防護等級較低的器件的熱量通過鋁箔式空空熱交換器與外部空氣進行換熱，以達到冷卻效果。
當然，根據不同結構的逆變器，上述高防護等級功率器件和低防護等級功率器件還可以包括其他器件。
直流櫃為兩個，分別位於交流櫃2的兩側。櫃體三個分櫃，其中兩側櫃為直流櫃，中間櫃為交流櫃2，如圖1和2所示，分別為右側直流櫃1、交流櫃2、左側直流櫃3；兩組直流功率器件分別設置在右側直流櫃1和左側直流櫃3中，且兩機櫃結構和器件分布一致。
根據實際應用要求，上述直流櫃還可以為其他個數，如一個，交流櫃2也可以為其他個數，如兩個。
為了進一步優化上述技術方案，外冷風進風口位於低防護安裝腔側壁的底部，內熱風出風口位於低防護安裝腔的頂壁上；外冷風進風口處設置有進風百葉組件1-1；內熱風出風口處設置有頂部出風組件4，頂部出風組件4包括出風百葉組件4-1和設置在出風百葉組件4-1內側的迷宮式通道4-2。
兩側的直流櫃的低防護安裝腔的散熱方式為強迫冷風式散熱，通過風冷離心風機將外部冷空氣(氣流方向為ⅰ)從進風百葉組件1-1吸進低防護安裝腔內部，對電抗器1-2、電阻1-3和散熱器1-5等器件進行冷卻，並通過頂部出風組件4排到外部。頂部出風組件4的迷宮式通道4-2能夠對內熱風出風口起到防護作用，實現防水，提高防護效果。
具體的，外冷風進風口在兩側機櫃的下部，共2個進風口，外冷風出風口在機櫃的頂部，共6個出風口，如圖1和圖3所示，氣流方向為下進上出，便於熱氣流出，提高了換熱效率。可以理解的是，上述外冷風進風口和內熱風出風口還可以設置在其他部位，本發明對此不做具體限定。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。