本发明属于输变电设备领域，具体涉及一种水冷和风冷结合的交流励磁变频器。
背景技术
目前主流交流励磁变频器结构为交-直-交电压源型，其输出电压等级范围为3-6.6kv，电流等级在3000a以上。可通过改变交流励磁电流频率，在不影响定值电压频率的情况下，转子机械转速可以根据需要变化。在发电状态下，通过改变交流励磁电流的大小、相位，可以快速改变机组的无功及有功输出；在水泵工况下，可以通过交流励磁输出变频励磁电流，调节机组机械转速，实现快速、大范围调节机组吸收有功功率的目的。我国目前还没有可变速交流励磁蓄能机组的工程应用，对于交流励磁技术的研究仅是理论研究，工程化技术研究较少。国外厂家技术封锁比较严重，直接和产品相关的资料很少、很简单。
目前的交流励磁变频器多集中于励磁控制技术和方法的研究，很少考虑到变频器的散热问题。交流励磁变频器能够适用于交流励磁蓄能机组的工程应用，对于这种大型工程应用场合，发热量比较严重。同时变频器每个组成内部功能不一样，对应的散热需求也不尽相同，电抗器柜本身有一定的耐高温能力，现有技术中一般采用风冷的形式，将风机安装在电抗器柜的顶部进行对其内部散热，但是风机与其底部的部件的距离较大，对其散热效果不明显。而功率柜中的模组对于温度比较敏感，传统的风冷散热效果差，已经不能满足其散热需求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种水冷和风冷结合的交流励磁变频器，以解决其散热效果差和成本高的问题。
本发明的一种水冷和风冷结合的交流励磁变频器是这样实现的：
一种水冷和风冷结合的交流励磁变频器，包括功率柜以及呈镜像设置在所述功率柜两侧的四个电抗器柜；所述功率柜的一侧设置有向其内部延伸且穿过其所在侧面的电抗器柜的主进水管和主出水管，所述功率柜内横向并排设置有三列模组，所述每列模组的一侧设置有与所述主进水管相连的支路进水管，另一侧设置有与所述主出水管相连的支路出水管，所述每列模组分别通过模组水管分别于支路进水管和支路出水管相通；所述电抗器柜的后侧中部并列设置有三个以上的风机，且所述电抗器柜的底部设置有进风孔。
进一步的，所述主进水管设置在所述功率柜内的底部前侧，所述主出水管设置在所述功率柜内的顶部中间，且所述主进水管和主出水管均匀主水管夹进行固定。
进一步的，所述每列模组包括上、下两层，位于上层的模组的底部通过支撑绝缘子固定在两端连接在所述功率柜内壁上的模组支撑梁上，位于下层的模组的底部通过支撑绝缘子固定在功率柜内的底部。
进一步的，其中位于下层的模组一侧的支路进水管的底端直接与主进水管相连，顶端与其上层的模组的支路进水管相连；位于上层的模组另一侧的支路出水管的顶端直接与主出水管相连，底端与其下层的模组的支路出水管相连；所述模组分别通过模组水管分别与其两侧的支路进水管和支路出水管相连，且所述支路进水管和支路出水管的通过支路水管夹固定在所述模组上、下端的模组压装板上。
进一步的，所述每个模组的两侧的支路进水管和支路出水管的两端分别设置有水电极。
进一步的，所述模组的后侧上、下层各设置有两个电容，且上、下层电容的前侧分别设置有一个母排，所述电容和与其相对的母排相连，且母排与其前侧相对的模组通过连接铜排相连。
进一步的，位于上层的所述的模组分别通过模组间转接铜排与设置在功率柜一侧的三相进线铜排相连，位于下层的三个所述的模组分别通过模组间转接铜排与设置在功率柜另一侧的三相出线铜排相连，且同列上、下层模组之间通过模组间铜排相连。
进一步的，所述电抗器柜包括设置在所述功率柜两侧的电抗器柜l2电抗器柜l3，以及分别设置在所述电抗器柜l2和电抗器柜l3外侧的电抗器柜l1和电抗器柜l4，其中，所述电抗器柜l1与所述电抗器柜l4的内部为镜像布置，且所述电抗器柜l2与所述电抗器柜l3的内部为镜像布置。
进一步的，所述电抗器柜l1和电抗器柜l4的内部均分为上、下两层，上层设置有六个两两并联的滤波电容，下层设置有网侧滤波电感以及设置其后侧的电压互感器，其中所述网侧滤波电感通过网侧滤波电感接线铜排与柜间铜排相连。
进一步的，所述电抗器柜l2和电抗器柜l3的内部均分为上、下两层，上层设置有设置六个两两并联的滤波电容，且每个滤波电容均串联一个阻尼电阻，下侧设置有桥侧滤波电感，所述桥侧滤波电感通过桥侧滤波电感接线铜排与柜间铜排相连。
采用了上述技术方案后，本发明具有的有益效果为：
（1）采用模块化结构，各组成可先组装完成后进行安装，结构紧凑，占地面积小；
（2）可实现各个柜体打包运输，减少了运输成本以及减少了现场安装的时间和成本，到达现场后柜间拼接即可；
（3）在电抗器柜设置风机散热，功率柜设置水冷散热，合理布置散热模式，极大的降低成本，保证散热效率最大化。另外水冷散热具有噪音低、散热效率更高、防护等级高等优点，而风机安装结构有利于后期检修和更换。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的内部结构图；
图2是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的内部结构图；
图3是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的功率柜的内部结构图；
图4是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的功率柜的内部主视图；
图5是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的功率柜的内部右视图；
图6是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的功率柜的内部左视图；
图7是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的功率柜的内部俯视图；
图8是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的功率柜的其中一个上层模组的结构图；
图9是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的功率柜的其中一个下层模组的结构图；
图10是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的电抗器柜l1的内部结构图；
图11是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的电抗器柜l1的内部结构图；
图12是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的电抗器柜l2的内部结构图；
图13是本发明优选实施例的水冷和风冷结合的交流励磁变频器的电抗器柜l2的内部结构图；
图中：功率柜101，主进水管102，主出水管103，支路进水管104，支路出水管105，模组106，模组水管1061，散热片1062，驱动板卡1063，模组压装板1064，水电极1065，支撑绝缘子1066，主水管夹107，支路水管夹108，电容109，母排110，连接铜排111，模组间铜排112，模组转接铜排113，进线铜排114，出线铜排115，铜排绝缘子116，模组支撑梁117，吊耳118，接地排119，螺杆120，电抗器柜201，电抗器柜l12011，电抗器柜l22012，电抗器柜l32013，电抗器柜l42014，风机202，滤波电容203，网侧滤波电感204，电压互感器205，网侧滤波电感接线铜排206，柜间铜排207，支撑板208，滤波电容连接排209，电抗器绝缘子210，绝缘限位板211，穿墙套管212，穿线侧板213，电抗器绝缘限位板214，电压互感器固定板215，阻尼电阻216，桥侧滤波电感217，桥侧滤波电感接线铜排218，进线铜排固定梁219，风机固定板220。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1-13所示，一种水冷和风冷结合的交流励磁变频器，包括功率柜101以及呈镜像设置在功率柜101两侧的四个电抗器柜201；功率柜101的一侧设置有向其内部延伸且穿过其所在侧面的电抗器柜201的主进水管102和主出水管103，功率柜102内横向并排设置有三列模组106，每列模组106的一侧设置有与主进水管102相连的支路进水管104，另一侧设置有与主出水管103相连的支路出水管105，每列模组106分别通过模组水管1061分别于支路进水管104和支路出水管105相通；电抗器柜201的后侧中部并列设置有三个以上的风机202，且电抗器柜202的底部设置有进风孔。
如图3-4所示，主进水管102的设置是用于将冷却用水从外部的水冷系统送入功率柜101中，而主出水管103的设置是用于将发挥冷却作用后的水送回至外部的水冷系统，进行再次的处理，主进水管102和主出水管103一般设置在功率柜101的中间位置，直接穿插的功率柜101内各个部件之间，但是在此位置时，若主进水管102或主出水管103产生泄漏，很容易造成功率柜101的损坏，本实施例中主进水管102设置在功率柜101内的底部前侧，主出水管103设置在功率柜101内的顶部中间，可以很好的避开功率柜101内的主要器件，减少了因水管漏水而引发的问题，增加了后期维护检修的便捷性。
主进水管102在进入功率柜101内部时，需要从其进入的一端延伸至与其相对的另一端才能够实现对三列模组106的供水，因此为了保证主进水管102的稳定，需要对其进行固定，而位于功率柜101顶部的主出水管103亦是如此，主进水管102和主出水管103均匀主水管夹107进行固定。
如图8-9所示，为了方便将各个模组106进行独立，并且能够以抽屉的形式移出，每列模组106包括上、下两层，位于上层的模组106的底部通过支撑绝缘子1066固定在两端连接在功率柜101内壁上的模组支撑梁117上，位于下层的模组106的底部通过支撑绝缘子1066固定在功率柜101内的底部。
具体的，为了方便拆卸，下层模组106底部的支撑绝缘子1066需要通过槽钢固定在功率柜101的底部。
在移动上层的模组106时，需首先保证其两侧的支路进水管104和支路出水管105的端部断开连接，此时将支撑绝缘子1066与模组支撑梁117上的螺钉拆卸下来，直接将叉车伸入两侧的支撑绝缘子1066之间，即可将真个模组106整体取出，拆装方便。移动下层的模组106时与移动上层模组106大致相同，不同之处在于无需拆卸支撑绝缘子1066上的螺钉，只需将槽钢与功率柜101底部之间的螺钉拆卸开来即可。
为了将主进水管102和主出水管103与各个模组106接通，实现对各个模组106的冷却，位于下层的模组106一侧的支路进水管104的底端直接与主进水管102相连，顶端与其上层的模组106的支路进水管104相连；位于上层的模组106另一侧的支路出水管105的顶端直接与主出水管103相连，底端与其下层的模组106的支路出水管105相连。
具体的，每个模组106具有一个单独的支路进水管104和支路出水管105，同一列的两个模组106的支路进水管104相连，且支路出水管105也相连，而各个水管之间的连接处均可采用水管接头之类的水管连接件进行连接，方便进行拆卸。
如图8-9所示，支路进水管104提供的冷却用水需要进入模组106之中，才能实现对其冷却降温，而在冷却降温之后再通过支路出水管105进行排出，因此模组106分别通过模组水管1061分别与其两侧的支路进水管104和支路出水管105相连。
为了增加支路进水管104和支路出水管105连接的稳定性，以及使其与其相对的模组106形成一个整体，支路进水管104和支路出水管105的通过支路水管夹108固定在模组106上、下端的模组压装板1064上。
具体的，模组水管1061为u型水管。
各个水管中的水流均存在着微弱的电位，长时间使用后，即使水管是绝缘材料，但是仍然有被击穿的防线，每个模组106的两侧的支路进水管104和支路出水管105的两端分别设置有水电极1065。水电极1065的存在可以消除模组106与水管之间的电位差。
模组106的后侧上、下层各设置有两个电容109，且上、下层电容109的前侧分别设置有一个母排110，电容109和与其相对的母排110相连，且母排110与其前侧相对的模组106通过连接铜排111相连。
具体的，位于上层的电容109利用热镀锌螺钉固定在模组支撑梁117上，且母排110上设置有压铆螺母，电容109上的螺杆120与压铆螺母配合安装，实现电容109与母排110的连接，另外，母排110具体与模组106的散热片1062相连，且上、下层两个母排110通过模组间铜排112相连。
具体的，模组支撑梁117为金属材料。
位于上层的的模组106分别通过模组间转接铜排113与设置在功率柜10一侧的三相进线铜排114相连，位于下层的三个的模组106分别通过模组间转接铜排113与设置在功率柜101另一侧的三相出线铜排115相连，且同列上、下层模组106之间通过模组间铜排112相连。
具体的，每一模组106包括上、中、下三个部分，其中上部分和下部分分别包括三个竖向并列设置的散热片1062，且驱动板卡1063设置在相邻两个散热片1062之间，而中间部分亦设置三个散热片1062，均从上至下称为第一个、第二个和第三个。
其中，母排110的三相分别与上部分的第一个散热片1062、中部分的第二个散热片1062以及下部分的第三个散热片1062相连。而进线铜排114或出线铜排115的其中一相通过模组转接铜排113与上部分的第三个以及下部分的第一个散热片1062相连，剩余的上部分第二个散热片1062与中间部分的第一个散热片1062相连，而下部分的第二个散热片1062与中间部分的第三个散热片1062相连。
为了保证进线铜排114和出线铜排115安装的稳定性，其分别通过铜排绝缘子116固定在柜体上。另外，左、右并列的两个模组106中间会有一块绝缘支撑板用来加强固定进线铜排114或出线铜排115，位于上层的绝缘支撑板通过其底部的绝缘板支架固定在模组支撑梁117上，位于下层的绝缘支撑板通过其底部的绝缘板支架固定在功率柜101的底部。
为了方便功率柜101的吊装，功率柜101的底部四周至少相对设置有四个吊耳118。
另外，为了保障设备的正常运行以及避免对人员造成伤害，功率柜101的内部底板上利用一接地排119支架安装有接地排119。具体的，接地排119包括上、下并列的两根，两者之间利用接地绝缘子支撑，下层的接地排119与接地支架通过螺钉固定。
以其中一列模组106为例进行说明：主进水管2通过主水管夹107固定在功率柜101的底板上，支路进水管104的底部与主进水管102相通，支路进水管104有支路水管夹108固定在每列模组106的左侧，支路水管夹104固定在模组106上、下端的模组压装板1064上，支路出水管105由支路水管夹108固定在每列模组106的右侧，且通过支路出水管108夹被固定在模组压装板1064上，支路出水管105的顶端与主出水管103相通，而主出水管103通过主水管夹107固定在功率柜101的顶部，散热片1062进水口通过模组水管1061与支路进水管104相连，出水口通过模组水管1061与支路出水管105相连，冷却用水经过支路进水管104、模组水管1061进入散热片1062中，再经过模组水管1061和支路出水管105排出，形成冷却通路，实现对驱动板卡1063的降温。
整个交流励磁变频器主要是由五个柜体组成，除上述设置其余四个柜体之间的功率柜101之外，还包括四个电抗器柜201，而电抗器柜201包括设置在功率柜101两侧的电抗器柜l22012电抗器柜l32013，以及分别设置在电抗器柜l22012和电抗器柜l32013外侧的电抗器柜l12011和电抗器柜l42014，其中，电抗器柜l12011与电抗器柜l42014的内部为镜像布置，且电抗器柜l22012与电抗器柜l32013的内部为镜像布置。
本实施例中，将电抗器柜l12011和电抗器柜l22012设置在功率101柜的左侧，而电抗器柜l32013和电抗器柜l42014设置在功率柜101的右侧。
其中，功率柜101的主进水管102和主出水管103依次穿过电抗器柜l22012和电抗器柜l12011或依次穿过电抗器柜l32013和电抗器柜l42014与外部的水冷系统连接。
如图10-11所示，电抗器柜l12011和电抗器柜l42014的内部均分为上、下两层，上层设置有六个两两并联的滤波电容203，下层设置有网侧滤波电感204以及设置其后侧的电压互感器205，其中网侧滤波电感204通过网侧滤波电感接线铜排206与柜间铜排207相连。
具体的，以电抗器柜l12011为例，上层的滤波电容203固定在其底部的支撑板208上，而支撑板208通过螺钉固定在电抗器柜l12011的内侧柜体上，各个滤波电容203之间通过滤波电容连接排209实现并联。位于下层的网侧滤波电感204其顶部通过网侧滤波电感接线铜排206与柜间铜排207相连，而网侧滤波电感接线铜排206通过电抗器绝缘子210固定在电抗器柜l12011的柜体上，柜间铜排207依次穿过绝缘限位板211、穿墙套管212延伸至电抗器柜l22012中。穿墙套管212设置在穿线侧板213上，穿线侧板213固定在电抗器柜l12011与电抗器柜l22012相邻的侧壁上，其主要是用于固定穿墙套管212。绝缘限位板211通过绝缘板固定件固定在支撑板208的下表面，且绝缘固定板与支撑板208之间通过螺钉连接。网侧滤波电感204的四周设置有电抗器绝缘限位板214，底部固定在电抗器固定槽钢上，而电抗器固定槽钢整体焊接在电抗器柜l12011上。电压互感器205设置在网侧滤波电感204的后侧，且挂一横向设置在电抗器柜l12011内的一电压互感器固定板215上。
电抗器柜l42014与电抗器柜l12011的内部结构为镜像设置。
如图12-13所示，电抗器柜l22012和电抗器柜l32013的内部均分为上、下两层，上层设置有设置六个两两并联的滤波电容203，且每个滤波电容203均串联一个阻尼电阻216，下侧设置有桥侧滤波电感217，桥侧滤波电感217通过桥侧滤波电感接线铜排218与柜间铜排207相连。
具体的，以电抗器柜l22012为例，在电抗器柜l22012与电抗器柜l12011并柜之后，需要通过螺钉连接固定，而电抗器柜l22012的结构与电抗器柜l12011类似，同样分为上。下两侧，两层结构由支撑板208分开，滤波电容203和阻尼电阻216固定在支撑板208上，下层主要由桥侧滤波电感217和柜间铜排207组成。经过穿墙套管212从电抗器柜l12011中进来的柜间铜排207与桥侧滤波电感接线铜排218连接。桥侧滤波电感接线铜排218与桥侧滤波电感217相连，且桥侧滤波电感接线铜排218通过电抗器绝缘子210固定在电抗器柜l22012框架上。桥侧滤波电感217坐落在电抗器固定槽钢上，四周有电抗器绝缘限位板214，电抗器固定槽钢整体焊接在电抗器柜l22012框架上，底部用电抗器柜l22012底板密封。从桥侧滤波电感217下出线的功率柜101进线铜排114到达功率柜101后与功率柜101内的模组106分别连接。进线铜排固定梁219对功率柜101进线铜排114起到固定支撑的作用，两者之间用电抗器绝缘子210支撑并分开。进线铜排固定梁219固定在电抗器柜l22012底板上。
而电抗器柜l32013内与电抗器柜l22012的进线铜排固定梁219相对的位置则为出线铜排的固定梁。
另外，电抗器柜201的底板在网侧滤波电感204和桥侧滤波器电感217的正下方开设有进风孔，有利于增加进风，又可以防止出现水管漏水造成的积水情况。
四个电抗器柜201柜后都安装了风机固定板220，风机固定板220上开了三个风机孔用来设置风机202。风机202将柜内热量抽出排到柜外。
同样，在各个电抗器柜201的底部外侧设置有多个吊耳，用于吊起电抗器柜201。
为了方便检修，各铜排和电气器件除满足电气安全距离外还留有足够的检修空间。
本发明中将变频器分为五个单独柜体，采用单个柜体整体吊装运输的方式，运输成本和现场安装效率上都有很大改善。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。