具有不对称式导引的空气流冷却系统的低压开关设备的制作方法

本发明涉及一种具有壳体的低压开关设备，在所述壳体中在风扇的通风区域中布置有电力电子构件。

在多相电网中(其绝大多数为三相)，电力电子设备、例如软起动器用于控制能量流。为此，在每个电网相中都有电力电子单元，也称为功率部件，它们适当地影响电流。在软起动器中，功率部件由两个电力电子构件构成，它们是反并联连接的晶闸管，所述晶闸管设置有冷却器件、例如散热器。

该冷却器件被用于将由于电流控制而在电力电子构件中产生的废热导引远离该电力电子构件并且以此避免在所述电力电子构件中的不允许的温度。

另外的冷却器件是风扇，其用于改善散热器的散热。这能够实现更大的设备额定电流或者甚至更高的开关循环数。

对于在三相交流电网中的软起动器，三个功率部件通常几乎对称地承受载荷，使得在功率部件中产生相似高的损耗功率和过热。损耗功率的差异可由于三个电网相电压的导致电网相电流不同的不一样高的电压值而产生，以及可由于在电力电子构件的导通特性中的样本偏差而产生。

由现有技术中已知的一种解决方案在于，为每个功率部件配备温度传感器，以便因此能够独立于其他功率部件并且独立于存在的损耗功率不平衡地保护每个功率部件。

另一解决方案在于，借助热测量确定冷却最不好的功率部件，并且仅该功率部件配设温度传感器。在三个功率部件并排布置并且自然对流的情况下，冷却最不好的是中间的功率部件，因为它被其两个相邻部件一起加热，或者说这两个相邻部件分别具有较冷的外侧面。在利用风扇强制对流的情况下，冷却最不好的会是这三个功率部件中的任何一个，这取决于风扇的转子旋转方向和通过功率部件的空气流方向。

若在用风扇冷却时，一个外部的功率部件是最热的并且在那里安装了温度传感器，就必须预留针对风扇故障情况的一定程度的温度余量，因为中间的功率部件那时就变成最热的。作为补充的是，在设计中必须算入温度余量，以考虑损耗功率不平衡。这两种情况会导致功率部件的尺寸设计过大。

另一种解决方案是所有电力电子构件布置在一个共同的散热器上，使得该散热器配设唯一的温度传感器。然而其前提是一个电网相的电力构件相对于其他电网相的电力构件的电绝缘，这在热学方面是不利的，使得这只适用于高达约150-200a的设备额定电流值。

由现有技术已知的解决方案的缺点是，或者使用多个温度传感器或者必须在结构上针对冷却元件规划额外的结构空间。

因此本发明要解决的技术问题是，实现一种低压开关设备尤其软起动器，其甚至在高达650a范围中的设备额定电流时也能实现电力电子构件的可靠的温度调节。

上述技术问题根据本发明通过具有权利要求1的特征的低压开关设备解决。可以单独或者相互结合应用的有利的设计方案和改进设计是从属权利要求的内容。

按照本发明，上述技术问题通过一种具有壳体的低压开关设备解决，在所述壳体中在风扇的通风区域中布置有电力电子构件。本发明的特征在于，电力电子构件在由源自风扇不对称式导引的空气流进行的温度调节下工作，使得低压开关设备通过所述不对称式导引的空气流而能够以高达650a的设备额定电流范围运行。

按照本发明的解决方案规定，针对所有电力电子构件的冷却仅使用唯一的风扇。每个功率部件在结构上分配单独的空气通道。单独的空气通道的横截面个性化地在合适的位置调整，使得在产生损耗功率相同的情况下中间的功率部件略微较差地通流并且以此比两个外部的功率部件略微更热，其中，两个外部的功率部件基本上一样热。

用于中间的功率部件的空气通道在空气出口处具有收缩部。在该空气通道的空气入口区域中，可以在功率部件的底部、侧面和上方设置其他的阻流结构。流动通道的这些调整导致在流体技术上处于最有利位置的中间通道的通流更小。

不同尺寸的开口保证了针对两个外部的功率部件基本上相同的通流或者说冷却作用。在此，由风扇转子的旋转方向决定，外部的功率部件或者说位于外部的空气通道是有利的。因此居中区域中的空气穿流小于在外部边缘区域中的空气穿流。

温度传感器定位在中间的、略微更热的功率部件上。在空气导引上的不对称性基本上设置为这样高，使得期望的损耗功率不平衡性的大部分被以此截获。以此甚至对于在两个外部的功率部件中产生了更多的损耗功率的情况也能保证，它们不比中间的功率部件更热，并且进而其温度传感器也保护两个外部的功率部件。

在此所述解决方案的很大的优点在于只需要一个唯一的风扇。制造耗费由此显著更低，因为仅一个风扇须安装和借助插头插装到印刷板组装件上。因此在印刷板组装件上取消了另外的插头。此外实现非常可靠的设备特性。若风扇在其功能方面变弱或者甚至停止工作，则中间的、被监视的功率部件变成最热，使得两个外部的功率部件被自动保护。

此外仅需要一个唯一的温度传感器。因为温度传感器在中间的功率部件上，其在大多数情况下具有所有三个功率部件中最高的温度，所以不具有温度传感器的功率部件也被保护。节省了两个温度传感器以及在功率部件上的旋拧安装和在印刷板组装件上的插装。同样取消了在印刷板组装件上的插头以及对应的电子分析组装件。

在本发明的特别有利的设计方案中，可以规定在低压开关设备中仅布置一个抽吸空气流的风扇，并且第二风扇通过确定地导引的、不对称设计的空气支流替代。

这种方案的按照本发明的进一步改进可以是，电力电子构件平行地在腔室中并排布置，使得源自风扇的空气流划分为不对称式导引的空气支流。

在按照本发明的方案的另外的特殊的改进设计中，为每个电力电子构件配设单独的空气支流，其中，单独的空气支流的横截面不同地设计，使得在各个电力电子构件的损失功率设计相同的情况下，一个电力电子构件更差地由配属的空气支流冷却并且因此比两个另外的电力电子构件更热。

在此已证明有利的是，更热的电力电子构件设计有用于配属的空气支流的空气通道，在所述空气通道中通过空气导引壁来设计阻流结构。

这种方案的按照本发明的改进设计可以规定，更热的电力电子构件设计有用于配属的空气支流的空气通道，在所述空气通道中通过在低压开关设备的壳体底部上的台状突出部来设计阻流结构。

此外按照本发明的方案的改进设计在于，更热的电力电子构件设计有用于配属的空气支流的空气通道，在所述空气通道中通过在低压开关设备的壳体中平行于电力电子构件设计的分隔壁的错移来设计阻流结构。

在本发明的特别有利的设计方案中规定，更热的电力电子构件设计有用于配属的空气支流的空气通道，在所述空气通道中通过在壳体顶侧面上的突起部来设计阻流结构。

这种方案的按照本发明的改进设计在于，更热的电力电子构件居中地布置在风扇前方，其中，属于该构件的空气支流被在空气通道的起始部处的对置的部分壁导引。

在按照本发明的方案的另外的专门的改进设计中规定，所述电力电子构件定位在居中布置在风扇前方的电力电子构件旁，其中，属于所述构件的空气支流被在空气通道的起始部处的空气导引壁导引。

在此已经被证明有利的是，更热的电力电子构件配设有温度传感器。

这种方案的按照本发明的改进设计可以规定，在穿过电力电子构件的空气导引方面的不对称性被设计为，期望的损失功率不平衡性的大部分被以此调节，使得唯一的温度传感器是用于所有电力电子构件的控制手段。

此外按照本发明的方案的改进设计在于，低压开关设备是软起动器。

按照本发明的低压开关设备具有优选方形的壳体，其具有壳体底侧面，四个侧壁相对彼此以90°的角度布置在壳体底侧面上并且由壳体顶侧面封闭。低压开关设备可以在壳体内部划分为三个壳体区域，尤其下部的、中间的和上部的区域。优选的是可以在下部的壳体区域中布置风扇，所述风扇定位在侧壁内。所述区域在内侧在风扇后方在壳体中优选分为三个腔室。这种划分优选通过在壳体内部中拉制的分隔壁实现。以此构成的腔室设计在壳体的两个对置的侧壁之间，并且更确切地说设计为，定位在其中的电力电子构件彼此平行地并且沿相对于空气通道的流动方向的纵向定向，所述空气通道通过风扇被供应冷却空气。电力电子构件优选方形地设计，具有四个侧壁，一个顶侧面以及一个底侧面。

中间的腔室沿空气流动方向直接在风扇之后、即居中地定位。其他两个腔室可以分别布置在低压开关设备的壳体的对置的外部侧壁上。接在风扇后，分别布置有以用于空气通流的空气导引壁形式的部分壁作为用于布置在后的腔室的组成部分。在中间的腔室的情况下，为此优选设计两个对置的空气导引壁。对于外部的腔室优选分别定位一个空气导引壁，所述空气导引壁设计为从壳体的相应的侧壁向内拉制。

中间的腔室的平行设计的分隔壁优选沿空气流动方向在空气导引壁之后错移地设计，方式是使得它们尽管继续平行于壳体的侧壁延伸，但是在保持彼此间距的情况下更靠近两个侧壁中的一个侧壁定向。中间的腔室的分隔壁在相对于空气导引壁的对置侧上相互靠近地修整地或者说相互指向地设计，优选以约10°至20°的角度。

外部的腔室的空气导引壁分别定义出在侧向上在居中定位的风扇旁边的空气井道，所述空气井道通过在其中集成有风扇的侧壁上优选彼此平行定向的向内指向的空气导引壁继续划分并且构成定义的空气通道。

在该中间的空气通道的空气入口区域中，可以在电力电子构件的底部、侧面和上方设置其他的阻流结构。流动通道的这些调整导致在流体技术上处于最有利位置的中间通道的通流更小。

不同尺寸的开口保证了针对两个外部的功率部件基本上相同的通流或者说冷却作用。在此，由风扇转子的旋转方向决定，外部的功率部件或者说位于外部的空气通道是有利的。因此居中区域中的空气穿流小于在外部边缘区域中的空气穿流。

下面根据实施例以及附图进一步阐述本发明的其他优点和设计。

其中：

图1示出低压开关设备的按照本发明的设备区域的俯视图，其只具有一个风扇和用于连接在后的电力电子构件的空气通流通道的定义设计；

图2示出按照图1的视图未带有电力电子构件的俯视图。

图1示出低压开关设备的按照本发明的设备区域，其只具有一个风扇1和用于连接在后的电力电子构件2、3、4的空气通流通道的定义设计。

按照本发明的低压开关设备具有优选方形的壳体5，壳体5具有壳体底侧面，四个侧壁6、7、8、9相对彼此以90°的角度布置在壳体底侧面上并且由壳体顶侧面封闭。低压开关设备可以在壳体5内部划分为三个壳体区域，尤其下部的、中间的和上部的区域。优选的是可以在下部的壳体区域中布置风扇1，所述风扇定位在侧壁6内。在内侧，在壳体5中在风扇1后方的区域优选划分为三个腔室10、11、12。这种划分通过在壳体内部中拉制的分隔壁13、14实现。以此构成的腔室10、11、12设计在壳体5的两个对置的侧壁7、9之间，并且更确切地说设计为，定位在其中的电力电子构件2、3、4彼此平行，并且沿相对于空气通道的流动方向的纵向定向，所述空气通道通过风扇1被供应冷却空气。电力电子构件2、3、4优选方形地设计，具有四个侧壁15、16、17、18，一个顶侧面以及一个底侧面。

中间的腔室11沿空气流动方向直接在风扇1之后、即居中地定位。其他两个腔室10、12分别布置在低压开关设备的壳体5的对置的外部的侧壁7、9处。接在风扇1后，分别布置有以用于空气通流的空气导引壁形式的部分壁19、20、21、22作为用于布置在后的腔室10、11、12的组成部分。在中间的腔室11的情况下，为此优选设计两个对置的空气导引壁19、20。对于外部的腔室10、12优选分别定位一个空气导引壁21、22，所述空气导引壁是从壳体的相应的侧壁7、9向内拉制的。

中间的腔室11的平行设计的分隔壁13、14优选沿空气流动方向在空气导引壁之后错移地设计，方式是使得它们尽管继续平行于壳体5的侧壁7、9延伸，但是在保持彼此间距的情况下更靠近两个侧壁7、9中的一个侧壁定向。中间的腔室11的分隔壁13、14在相对于空气导引壁对置的侧向上相互靠近地修整地(zugerichtet)设计，优选以约10°至20°的角度，以便构成收缩部23。

在该空气通道的空气入口区域中，在功率部件2、3、4的底部、侧面和上方设置其他的阻流结构。流动通道的这些调整导致在流体技术上处于最有利位置的中间的通道11的通流更小。

不同尺寸的开口保证了针对两个外部的电力电子构件2、4基本上相同的通流或者说冷却作用。在此，由风扇转子的旋转方向决定，外部的电力电子构件2、4或者说位于外部的空气通道是有利的。因此居中区域中的空气穿流小于在外部边缘区域中的空气穿流。

在图2中示出按照图1的未带有电力电子构件2、3、4的设备区域。在三个腔室中沿箭头方向显示的空气支流27、28、29在其强度方面设计为不同的。

温度传感器定位在中间的、略微更热的电力电子构件3上。在空气导引上的不对称性基本上设置为这样高，使得期望的损耗功率不平衡性的大部分被以此截获。因此甚至对于在两个外部的电力电子构件2、4中产生了更多的损耗功率的情况也能保证，它们不比中间的电力电子构件3更热，并且进而其温度传感器也保护两个外部的电力电子构件2、4。

在此所述解决方案的很大的优点在于只需要一个唯一的风扇1。制造耗费更低，因为仅一个风扇须安装和借助插头插装到印刷板组装件上。因此在印刷板组装件上取消了另外的插头。此外实现非常可靠的设备特性。若风扇1在其功能方面变弱或者甚至停止工作，则中间的、被监视的电力电子构件3变成最热，使得两个外部的电力电子构件2、4被自动保护。

此外仅需要一个唯一的温度传感器。因为温度传感器在中间的电力电子构件3上，其在绝大多数情况下具有所有三个电力电子构件2、3、4中最高的温度，所以不具有温度传感器的电力电子构件2、4也被保护。节省了两个温度传感器以及在功率部件上的旋拧安装和在印刷板组装件上的插装。同样取消了在印刷板组装件上的插头以及对应的电子分析组装件。

按照本发明的低压开关设备特点在于，甚至在高达650a范围中的设备额定电流时也能实现电力电子构件的可靠的温度调节。

附图标记列表

1风扇

2电力电子构件

3电力电子构件

4电力电子构件

5壳体

6侧壁

7侧壁

8侧壁

9侧壁

10腔室

11腔室

12腔室

13分隔壁

14分隔壁

15侧壁

16侧壁

17侧壁

18侧壁

19空气导引壁

20空气导引壁

21空气导引壁

22空气导引壁

23收缩部

27空气支流

28空气支流

29空气支流