CN104393739A

CN104393739A - 一种功率柜散热系统

Info

Publication number: CN104393739A
Application number: CN201410607332.6A
Authority: CN
Inventors: 吕怀明; 季建强; 吴永祥
Original assignee: Zhejiang Haide New Energy Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Haide New Energy Co Ltd
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2014-11-03
Publication date: 2015-03-04

Abstract

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。本发明优点：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。

Description

一种功率柜散热系统

技术领域

本发明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

随着风电新能源的迅速发展，风电整机的单机容量从2.0MW在往3.0MW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。

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。

风冷散热方式存在以下缺陷：

1）风冷散热器散热效率低、功率模块体积大；

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；

3）不能满足高海拔和海上风电的需求。

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。

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：

1）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；

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。

本发明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。

本发明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、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、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、风机、第二挡风板和柜体合围成一个密闭的循环风道。

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。

所述风机为轴流风机。

本发明涉及的一种功率柜散热系统，其显著特点是：

1）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，散热效率高；

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

图1是一种功率柜散热系统的原理图；

图2是一种功率柜散热系统实施例侧视图；

图3是一种功率柜散热系统实施例立体图。

具体实施方式

如图1所示，一种功率柜散热系统,所述的散热系统包括IGBT功率模组、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1及其下方的换热器2、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、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。

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1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。

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 1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。

所述风机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；

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。

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。

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。

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1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。

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。

IGBT功率模组1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。

本实施例第一挡风板4把功率模组1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1。换热器2和风机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1的风经过外部风道回流至风机3，然后进入换热器，这样形成一个循环风道。

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。

Claims

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、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（1）及其下方的换热器（2）、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）、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（1）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：所述风机7为轴流风机。