紧凑型电源柜主单元柜及其组装方法及柜内组件排布方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电力电子设备技术领域。
【背景技术】
[0002]电源柜，作为电力电子变换装置，是现代电力电子技术发展的工业成果，一般装设有功率开关器件(IGBT等)、磁性元件(变压器、电抗器等)和配电元器件(开关等)等元器件，广泛用于新能源(太阳能光伏/风电等)、电力电网等众多领域。大功率电源柜的高功率密度、稳定的工作性能、便捷的操作维护，既是用户的需求，也是行业努力的目标。电源柜的功率密度、可靠性和操作维护性，直接影响了电源柜市场应用竞争力，散热设计和系统结构布局是否合理，直接决定着上述指标。
[0003]功率密度越高，具有同等功率条件下柜体体积更小的优点，可方便用户安装和使用，但势必影响内部元器件布局、整机散热效果以及操作维护性。电源柜尺寸越紧凑，占地面积小，易于操作维护、可靠性高是用户也是行业追求的目标。电源柜内产生大量的热量，电源柜的散热效果直接影响了电源柜的工作性能、可靠性及寿命。电源柜的大量元器件、散热指标与电源柜的紧凑尺寸、操作维护追求处于一个矛盾状态。目前现有的电源柜:有的为了提高散热效果，以增大机柜外形尺寸为代价；有的进行多个风道设计，结构复杂、成本较高；有的对柜体前后侧均开设冷却进风口，有的需要前后侧均操作维护，对安装场地要求较高。因此，如何设计一款散热效果好、尺寸较小、功率密度较高、便于操作维护的电源柜/装置，一直为本领域设计人员所致力奋斗目标。
[0004]目前，大功率电源机柜大都存在体积偏大、散热和维护方面的问题。主要表现如下:1、电源柜元器件多，元器件摆放不合理导致机柜体积大，功率密度低；2、由于器件摆放和空间布局不合理，导致器件的安装、维护不便，彼此互相干扰；3、有的进行多个风道设计，但结构设计复杂、成本较高，甚至散热效果不佳；4、现场应用需要为电源柜四周预留一定的操作空间和散热空间，增加了客户成本，局限了电源柜的使用场所。
[0005]现有技术中，授权公告号为CN 203416177 U的发明专利涉及一种光伏逆变器，包括柜体及其内部的变压器、电抗器、逆变单元和交流滤波单元，柜体被隔板分隔为前部和后部，前部和后部分别具有散热风道，逆变单元和交流滤波单元均位于前部的前上部，变压器和电抗器位于后部的后下部。光伏逆变器的柜体内由隔板分隔成前部和后部两个独立的密闭空间，前部和后部分别具有独立的散热风道，逆变单元和交流滤波单元均属于功率模块单元，变压器和电抗器属于磁性元件，功率模块单元和磁性元件分别具有独立的散热风道，能够避免电磁干扰和热冲击，同时，充分利用了柜体内的空间，将光伏逆变器的各单元均设置在同一个柜体内，该光伏逆变器结构紧凑，散热良好，同时又能够避免各元件之间的电磁干扰。申请公布号为CN 102969661 A的发明专利公开了一种光伏逆变器柜风冷散热系统，包括有并排连接的功率单元柜体和电抗器柜体，功率单元柜体和电抗器柜体分别安装功率单元和电抗器；电抗器体安装于电抗器柜的下部，电抗器柜体前面板下部开有总进风口，电抗器柜体与功率单元柜体之间的隔板中部开有侧通风口，侧通风口通过位于功率单元柜体内的冷却风道与功率单元柜体顶部的出风口连接，所述风口处安装有主排风风机；所述总进风口内侧安装有向内送风的进风风机。本发明无需增加设备元件的容量即可适用于高海拔地区，使高、低海拔地区的逆变器柜的主要元件能够实现互换，降低了制造和维护成本。授权公告号为CN 202798511 U的发明专利涉及一种具有改良散热风道的光伏逆变器机柜；其主要结构特点是所述风机为轴流风机，在所述机柜本体内设置散热通道隔板把所述机柜本体内部分为第一散热通道和第二散热通道，用于放置变压器的空间至于所述第一散热通道内，用于放置开关管的空间至于所述第二散热通道内，所述散热通道隔板把所述出风口分部为与第一散热通道连通的第一出风口和与第二散热通道联通的第二出风口，所述进风口包括与第一散热通道连通的第一进风口和与第二散热通道联通的第二进风口。
[0006]随着行业发展，电源柜的设计出现各种形式和方案，目前现有的电源柜大都存在体积偏大、散热和维护方面的问题:有的电源柜元器件多，元器件摆放不合理导致机柜体积大，功率密度低；有的由于器件摆放和空间布局不合理，导致器件的安装、维护不便，彼此互相干扰；有的进行多个风道设计，但结构设计复杂、成本较高，甚至散热效果不佳；绝大部分的电源柜现场应用时，需要为电源柜四周预留一定的操作空间和散热空间，增加了客户成本，局限了电源柜的使用场所。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是，提供一种体积小、便于元器件摆放、散热良好的紧凑型电源柜主单元柜及其组装方法及柜内组件排布方法。
[0008]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
紧凑型电源柜主单元柜包括主单元柜柜体、安装在主单元柜柜体内上部的功率模块单元、竖直安装在主单元柜柜体内中部的电气板、安装在主单元柜柜体内下部的磁性元部件系统、安装在主单元柜柜体内后部区域的散热风道系统；所述功率模块单元包括前后叠放安装的整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容和控制电路板；所述磁性元部件系统包括上下叠放安装的二个以上子元部件。
[0009]以下是对上述技术方案的进一步改进。
[0010]所述功率模块单元、电气板、磁性元部件系统、散热风道系统均为模块化组件。
[0011]所述散热风道系统包括散热风机、风道腔体、柜体出风口、风机进风口和柜体进风口 ；所述风道腔体安装在主单元柜的后部区域且其上端和下端分别与主单元柜的顶部和底部相接，风道腔体上端对应的主单元柜顶部设有柜体出风口，风道腔体下部前侧设有风机进风口，所述散热风机安装在风道腔体内的风机进风口附近或者柜体出风口附近；所述柜体进风口包括柜体上进风口和柜体下进风口，所述柜体上进风口和柜体下进风口分别设置在主单元柜正面上部区域和下部区域；所述散热风道系统和磁性元部件系统均为二个以上，一个磁性元部件系统对应一个散热风道系统，一个散热风道系统包括至少一个散热风机；
所述风道腔体包括位于其前部的风道腔体面板；所述整体散热器安装在风道腔体面板上部；所述整体散热器包括散热翅片，所述散热翅片伸入风道腔体中；所述功率模块单元有二个以上。
[0012]所述磁性元部件系统的子元部件通过固定支架、连接板件和螺栓螺母固定安装在主单元柜上；所述子元部件包括大电抗器和小电抗器，所述子元部件之间的电气连接以及磁性元部件系统与功率模块单元、电气板之间的连接均通过母排或线缆连接；所述磁性元部件系统为二个以上。
[0013]所述电气板前侧和后侧均安装有元器件，电气板前侧安装高热敏感度的元器件和需要经常操作维护的元器件、后侧安装低热敏感度的元器件；所述电气板开设有通风口 ；电气板上的元器件之间以及电气板与功率模块单元之间均通过母排或线缆连接；
所述功率模块单元和磁性元部件系统均设有温度检测装置，所述散热风道系统包括散热风机供电回路；通过实时监测温度检测装置状态和控制散热风机供电回路，当温度超过设定值时，散热风机被启动运行，对柜内进行多路径整体性冷却对流散热。
[0014]所述功率模块单元、磁性元部件系统和散热风道系统均为二个以上；所述二个以上功率模块单元并列安装在主单元柜的上部，所述二个以上磁性元部件系统并列安装在主单元柜柜体内的下部，所述二个以上散热风道系统并列安装安装在主单元柜柜体内的后部；一个散热风道系统对应一个功率模块单元和一个磁性元部件系统。
[0015]一种紧凑型电源柜主单元柜的组装方法:
所述紧凑型电源柜主单元柜包括主单元柜柜体、安装在主单元柜柜体内上部的功率模块单元、竖直安装在主单元柜柜体内中部的电气板、安装在主单元柜柜体内下部的磁性元部件系统、安装在主单元柜柜体内后部区域的散热风道系统；所述功率模块单元包括前后叠放安装的整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板；所述磁性元部件系统包括上下叠放安装的二个以上子元部件；
所述散热风道系统包括散热风机、风道腔体、柜体出风口、风机进风口和柜体进风口 ；所述风道腔体安装在主单元柜的后部区域且其上端和下端分别与主单元柜的顶部和底部相接，风道腔体上端对应的主单元柜顶部设有柜体出风口，风道腔体下部前侧设有风