一種高頻電源機柜散熱裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種高頻電源機柜散熱裝置，該裝置采用強迫風(fēng)冷與變壓器油循環(huán)結(jié)合的方式，將主要兩個發(fā)熱組件-逆變器和變壓器兩者的散熱分離開來，并分別進行控制，有效提高了散熱效率，并將散熱控制方式的選擇性予以拓展。該裝置包括逆變器散熱單元和變壓器散熱單元，逆變器散熱單元包括鋁型材散熱器、散熱風(fēng)道和散熱風(fēng)機，散熱風(fēng)道分為中間的主風(fēng)道和兩側(cè)的輔助風(fēng)道，逆變器的IGBT模塊和匯流排中部安裝在鋁型材散熱器的正面上，鋁型材散熱器另一面安裝在主風(fēng)道上，鋁型材散熱器的散熱翅片分布在主風(fēng)道內(nèi)，匯流排兩側(cè)的儲能電容分別設(shè)置在主風(fēng)道兩側(cè)的輔助風(fēng)道內(nèi)。
【專利說明】一種高頻電源機柜散熱裝置
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種用于高頻電源機柜散熱的方法及相應(yīng)裝置，屬于產(chǎn)品熱設(shè)計領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】:
高頻電源作為一種供電電源裝置，其在功率變換過程中的能量損失而導(dǎo)致的發(fā)熱不可避免，如果沒有有效的散熱方式，內(nèi)部功率器件溫升過高會直接影響其壽命和可靠性，特別是內(nèi)置油浸式變壓器的電源，內(nèi)部油溫過高會導(dǎo)致絕緣器件老化及油品變質(zhì)，影響著運行安全。因此散熱裝置的結(jié)構(gòu)是高頻電源機柜結(jié)構(gòu)設(shè)計的傳統(tǒng)難點。
[0003]同時，隨著電源功率逐漸增高，特別是120KW以上的大功率電源，其熱損耗一般在IOKff以上，而設(shè)備體積一般被限制在I立方米左右的狹小機柜空間內(nèi)，其體積熱功率密度非常高；隨著現(xiàn)今高頻電源產(chǎn)品日益向小型化發(fā)展，這對電源機柜的散熱性能提出了更高的要求。
[0004]現(xiàn)有的高頻電源機柜通常采用強迫風(fēng)冷的方式，即在設(shè)備內(nèi)部建立循環(huán)風(fēng)道，將功率器件散熱器、變壓器波紋片等發(fā)熱體布置在風(fēng)道內(nèi)，利用外部冷卻氣流進入風(fēng)道，完成熱交換后排出柜體。這種散熱方式實用性強、便于維護，因而較為普及，但對于熱量更大的體積更小的電源，其熱交換效率卻不能滿足要求。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明針對大功率高頻電源體積小型化設(shè)計帶來的散熱難題，提出了一種高頻電源機柜散熱裝置，該裝置采用強迫風(fēng)冷與變壓器油循環(huán)結(jié)合的方式，將主要兩個發(fā)熱組件-逆變器和變壓器兩者的散熱分離開來，并分別進行控制，有效提高了散熱效率，并將散熱控制方式的選擇性予以拓展。
[0006]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
一種高頻電源機柜散熱裝置，該裝置包括逆變器散熱單元和變壓器散熱單元，其特征
是:
所述逆變器散熱單元包括鋁型材散熱器、散熱風(fēng)道和散熱風(fēng)機，散熱風(fēng)道分為中間的主風(fēng)道和兩側(cè)的輔助風(fēng)道，逆變器的IGBT模塊和匯流排中部安裝在鋁型材散熱器的正面，該鋁型材散熱器的散熱翅片分布在主風(fēng)道內(nèi)，匯流排兩側(cè)的儲能電容分別設(shè)置在主風(fēng)道兩側(cè)的輔助風(fēng)道內(nèi)，所述主風(fēng)道通過隔板與兩側(cè)的輔助風(fēng)道連接，所述隔板上開有若干通風(fēng)孔，該通風(fēng)孔將輔助風(fēng)道與主風(fēng)道連通；所述散熱風(fēng)機位于裝置的底部，主風(fēng)道下口經(jīng)錐形過渡風(fēng)道與散熱風(fēng)機連接；
所述變壓器散熱單元包括依次連接的吸油循環(huán)管路、風(fēng)冷式油冷卻器、油循環(huán)泵和注油循環(huán)管路，以及各閥門，所述吸油循環(huán)管路還連接在變壓器油箱底部的出油孔，注油循環(huán)管路還連接變壓器油箱頂部的注油孔，風(fēng)冷式油冷卻器的表面安裝油冷卻風(fēng)機。
[0007]所述吸油循環(huán)管路和注油循環(huán)管路均采用不銹鋼無縫硬管與不銹鋼波紋軟管連接組成，并在兩者連接處設(shè)有活動接頭。
[0008]所述油冷卻器由散熱器與軸流風(fēng)機構(gòu)成，兩者緊密連接，該散熱器分別設(shè)置一個進、出油口。[0009]錐形過渡風(fēng)道的上窄口與主風(fēng)道連接，下闊口經(jīng)波紋管與散熱風(fēng)機連接。
[0010]該散熱風(fēng)機為離心式引風(fēng)機。
[0011]鋁型材散熱器的翅片與主風(fēng)道內(nèi)氣流方向平行。
[0012]逆變器散熱單元的進風(fēng)口設(shè)置了防塵過濾網(wǎng)。
[0013]本發(fā)明具有如下有益效果:
1.本發(fā)明將高頻電源逆變器散熱單元與變壓器散熱單元獨立開來，便于有針對性的在設(shè)備不同負荷下，根據(jù)器件不同發(fā)熱量對兩臺冷卻風(fēng)機進行調(diào)速、起停等操作，拓展了控溫的空間，延長了風(fēng)機壽命。
[0014]2.逆變器的散熱風(fēng)機采用外轉(zhuǎn)子吸風(fēng)風(fēng)機，通過特有的風(fēng)道結(jié)構(gòu)，將鋁型材散熱器布置在風(fēng)道內(nèi)，既保證對IGBT等核心器件的集中優(yōu)先散熱，又兼顧了安裝較分散的儲能電容的散熱。
[0015]3.本發(fā)明特有的風(fēng)道設(shè)計，增加了風(fēng)道的流程長度，主、輔風(fēng)道間有通風(fēng)孔連通，氣流分布較均勻，同時可在進風(fēng)口設(shè)置了防塵過濾網(wǎng)。
[0016]4.變壓器散熱單元采用強迫油循環(huán)散熱，通過循環(huán)泵將變壓油在油箱內(nèi)大范圍循環(huán)，大幅度增加了油箱內(nèi)對流換熱效率；同時外置的散熱器為鋁板翅結(jié)構(gòu)換熱面積較大，能有效的將吸入的熱油進行冷卻，然后回流至油箱內(nèi)，降低內(nèi)部油溫。
[0017]5.變壓器散熱單元放置在機柜側(cè)面，所配置的軸流風(fēng)機可將散熱器表面熱量直接吸出機柜，機柜側(cè)板上裝有排風(fēng)口。
[0018]6.本發(fā)明高頻電源機柜配置的兩組散熱單元，有效解決了大功率高頻電源設(shè)備運行中溫升過高的問題，為其在滿功率條件下長期、可靠運行提供了保證。
[0019]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明器件布局示意圖。
[0020]圖2為圖1的A-A向視圖。
[0021]圖3為本發(fā)明的變壓器散熱單元立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明的逆變器散熱單元立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5為本發(fā)明的整機立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中:1_逆變器散熱風(fēng)道內(nèi)部隔板；2_逆變器安裝箱；3_錐形過渡風(fēng)道；4-逆變器散熱風(fēng)機；5_排風(fēng)道；6_儲能電容；7_鋁型材散熱器；8-1GBT模塊；9_匯流排；10_變壓器油箱；11-逆變器散熱風(fēng)道內(nèi)部通風(fēng)孔；12-油循環(huán)散熱單元安裝箱；13-散熱風(fēng)道正面進風(fēng)孔；14-逆變器散熱單元排風(fēng)口 ；15_油冷卻器風(fēng)機；16_風(fēng)冷式油冷卻器；17_注油循環(huán)管路；18_油循環(huán)泵；19_吸油循環(huán)管路；20_進風(fēng)孔；21_主風(fēng)道；22_輔助風(fēng)道。
[0025]【具體實施方式】:
如圖1、圖2所示，本發(fā)明所涉及的散熱裝置針對高頻電源機柜發(fā)熱源的分布，分為逆變器散熱單元與變壓散熱單元兩個組成部分。
[0026]逆變器是高頻電源的主要發(fā)熱部件之一，由多個發(fā)熱組件組成，安裝在一個封閉的箱體空間內(nèi)，該箱體位于高頻電源機柜的正面。逆變器散熱單元安裝在箱體外表面，包括鋁型材散熱器、散熱風(fēng)道和散熱風(fēng)機，散熱風(fēng)道分為中間的主風(fēng)道和兩側(cè)的輔助風(fēng)道。主風(fēng)道內(nèi)布置鋁散熱器翅片，翅片與氣流方向平行。逆變器的功率器件主要有IGBT、匯流排、多個儲能電容等，這些器件既有發(fā)熱器件又有熱敏感器件。其中，IGBT、匯流排散熱主要依靠鋁型材散熱器。
[0027]變壓器油散熱單元置于高頻電源機柜側(cè)面的油循環(huán)散熱單元安裝箱內(nèi)，安裝在變壓器油箱外部。變壓器油散熱單元包括依次連接的吸油循環(huán)管路19、風(fēng)冷式油冷卻器16、油循環(huán)泵18和注油循環(huán)管路17。風(fēng)冷式油冷卻器17所配置的散熱風(fēng)機可從側(cè)面板的通風(fēng)孔實現(xiàn)排風(fēng)。變壓器油箱為變壓器油的承載裝置，變壓器油作為冷卻介質(zhì)。
[0028]風(fēng)冷式油冷卻器16是變壓器油的散熱裝置，其結(jié)構(gòu)由扁管式油散熱器和散熱風(fēng)機組成。該油冷卻器斷面為鋁板翅與扁管壓合后釬焊而成，因此具有很大的換熱面積，且鋁材本身導(dǎo)熱系數(shù)較高；在其外殼兩側(cè)分別有一個進油口和一個出油口，熱油經(jīng)進油口進入油冷卻器完成熱交換后經(jīng)出油口排出。散熱風(fēng)機與油冷卻器緊密連接，在油冷卻器翅片表面進行強迫風(fēng)冷，加快其表面的對流換熱。
[0029]油循環(huán)泵18采用葉片式油泵，為管內(nèi)油循環(huán)提供動力，借助泵的吸力將油箱底部熱油吸入泵體，經(jīng)管路系統(tǒng)進入油冷卻器，將經(jīng)散熱后的冷油注入油箱上部進油口，完成油循環(huán)。將流經(jīng)高壓油管，進入風(fēng)冷式油冷卻器。
[0030]油循環(huán)管路系統(tǒng)是冷卻介質(zhì)的輸送通道，該系統(tǒng)的注、吸油循環(huán)管路由硬質(zhì)無縫鋼管和軟性波紋管相互組合，將變壓器油箱、循環(huán)泵、風(fēng)冷式油冷卻器、球閥等連接起來，管路材質(zhì)均采用不銹鋼316L，特制的活絡(luò)接頭和密封墊保證其承壓和密封效果。
[0031]逆變器散熱單元的工作過程如下:
如圖4、圖5所示，高頻電源逆變器是重要的發(fā)熱組件，包括IGBT模塊8、儲能電容6、匯流排9等。上述發(fā)熱器件被安裝于逆變器安裝箱2內(nèi)，且分布面積較為廣泛。其中IGBT模塊8是核心器件，其散熱須優(yōu)先保證，因此該模塊及其匯流排9中部等被安裝于鋁型材散熱器7上，采用內(nèi)六角螺釘緊固，且兩者的交界面須涂抹導(dǎo)熱硅脂填充界面縫隙。鋁型材散熱器7被緊固在逆變器散熱的主風(fēng)道21上表面，其散熱翅片分布在主風(fēng)道21內(nèi)；儲能電容6安裝在匯流排9兩側(cè)，并沉入兩側(cè)的輔助風(fēng)道23內(nèi)部。
[0032]逆變器散熱風(fēng)機4為逆變器散熱提供冷卻風(fēng)源，該風(fēng)機的進風(fēng)口通過波紋軟連接的方式與錐形過渡風(fēng)道3的下闊口對接，錐形過渡風(fēng)道3上窄口則與主風(fēng)道對接。當(dāng)該散熱風(fēng)機啟動時，造成逆變器散熱風(fēng)道內(nèi)呈負壓，一部分冷卻氣流由散熱風(fēng)道正面進風(fēng)口 13進入主風(fēng)道21，一部分冷卻氣流由散熱風(fēng)道背面進風(fēng)口 20進入，經(jīng)兩側(cè)輔助風(fēng)道23匯入散熱主風(fēng)道21。這兩路冷卻氣流在匯入主風(fēng)道前流經(jīng)了匯流排9、IGBT模塊8、儲能電容6表面進行熱交換，將其周圍熱量帶走；當(dāng)冷卻氣流匯入主風(fēng)道后，由于風(fēng)道截面積迅速收窄導(dǎo)致風(fēng)速加快、擾流增強，能對該風(fēng)道內(nèi)的鋁型材散熱器7集中散熱，保證IGBT模塊8的冷卻效果。當(dāng)冷卻氣流流出風(fēng)道后被吸入逆變器散熱風(fēng)機4，該風(fēng)機為離心引風(fēng)機，可將氣流風(fēng)向翻轉(zhuǎn)90度后，通過排風(fēng)道5直接排出機柜，完成逆變器散熱流程。排風(fēng)道是一段矩形管狀風(fēng)道，一端與風(fēng)機出風(fēng)口對接，一端與機箱底部面板對接。
[0033]變壓器散熱單元的工作過程如下:
如圖3所示，變壓器是高頻電源的主要發(fā)熱器件，為了增強變壓器油箱10內(nèi)部對流換熱，在油箱的側(cè)壁設(shè)置了兩組管路系統(tǒng)，分別為注油循環(huán)管路17、吸油循環(huán)管路19，這些管路將循環(huán)泵變壓器油箱10、油冷卻器散熱器16、油循環(huán)泵18等串接起來，不同器件間的接口通過變徑接頭和活接緊密連接，且配置了相應(yīng)密封件。同時，為便于裝配、維護等操作，管路系統(tǒng)進、出油口都配置了閥門；且局部管路采用軟連接的方式，補償器件安裝中的尺寸偏差。
[0034]油循環(huán)泵18為變壓器油的散熱循環(huán)提供動力，當(dāng)該泵開啟時，將變壓器油箱10底部熱油通過吸油循環(huán)管路19吸入風(fēng)冷式油冷卻器16，在散熱器中完成高效熱交換，油冷卻器風(fēng)機15安裝在風(fēng)冷式油冷卻器16表面，對其進行強迫風(fēng)冷。經(jīng)上述散熱器完成散熱后的冷油通過注油循環(huán)管路17注入變壓器油箱10頂部的進油孔，至此完成了油散熱循環(huán)。上述循環(huán)在油循環(huán)泵18的驅(qū)動下往復(fù)進行，油流量可根據(jù)油泵揚程配置，一般可根據(jù)泵的揚程配置，一般不低于8L/min，且油循環(huán)速度的增加可大幅提高該系統(tǒng)的散熱能力。
[0035]在高頻電源正常運轉(zhuǎn)時，上述逆變器散熱單元與變壓器散熱單元協(xié)同工作，其中風(fēng)機、油泵等動力組件的運轉(zhuǎn)時間須根據(jù)電源發(fā)熱量進行控制:逆變器散熱風(fēng)機4轉(zhuǎn)速可根據(jù)功率器件的發(fā)熱狀況進行調(diào)速；油循環(huán)泵18的工作時間須根據(jù)變壓器油溫加以設(shè)定。
【權(quán)利要求】
1.一種高頻電源機柜散熱裝置，該裝置包括逆變器散熱單元和變壓器散熱單元，其特征是: 所述逆變器散熱單元包括鋁型材散熱器、散熱風(fēng)道和散熱風(fēng)機，散熱風(fēng)道分為中間的主風(fēng)道和兩側(cè)的輔助風(fēng)道，逆變器的IGBT模塊和匯流排安裝在鋁型材散熱器的正面，該鋁型材散熱器的散熱翅片分布在主風(fēng)道內(nèi)，匯流排兩側(cè)的儲能電容分別設(shè)置在主風(fēng)道兩側(cè)的輔助風(fēng)道內(nèi)，所述主風(fēng)道通過隔板與兩側(cè)的輔助風(fēng)道連接，所述隔板上開有若干通風(fēng)孔，該通風(fēng)孔將輔助風(fēng)道與主風(fēng)道連通；所述散熱風(fēng)機位于裝置的底部，主風(fēng)道下口經(jīng)錐形過渡風(fēng)道與散熱風(fēng)機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻電源機柜散熱裝置，其特征是:所述變壓器散熱單元包括依次連接的吸油循環(huán)管路、風(fēng)冷式油冷卻器、油循環(huán)泵和注油循環(huán)管路，以及各閥門，所述吸油循環(huán)管路還連接在變壓器油箱底部的出油孔，注油循環(huán)管路還連接變壓器油箱頂部的注油孔，風(fēng)冷式油冷卻器的表面安裝油冷卻風(fēng)機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高頻電源機柜散熱裝置，其特征是:所述吸油循環(huán)管路和注油循環(huán)管路均采用不銹鋼無縫硬管與不銹鋼波紋軟管連接組成，并在兩者連接處設(shè)有活動接頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高頻電源機柜散熱裝置，其特征是:所述油冷卻器由散熱器與軸流風(fēng)機構(gòu)成，兩者緊密連接，該散熱器分別設(shè)置一個進、出油口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的高頻電源機柜散熱裝置，其特征是:錐形過渡風(fēng)道的上窄口與主風(fēng)道連接，下闊口經(jīng)波紋管與散熱風(fēng)機連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高頻電源機柜散熱裝置，其特征是:該散熱風(fēng)機為離心式引風(fēng)機。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高頻電源機柜散熱裝置，其特征是:鋁型材散熱器的翅片與主風(fēng)道內(nèi)氣流方向平行。
【文檔編號】H05K7/20GK103533816SQ201310539888
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】曲震, 陳祥, 劉宇芳, 孔紅兵, 凌雁波, 苗豐, 虞敏, 劉璐 申請人:南京國電環(huán)?？萍加邢薰?br>