一种大功率逆变器用主动热虹吸散热系统的制作方法

[0001]
本发明涉及新能源技术领域，特别涉及一种大功率逆变器用主动热虹吸散热系统。


背景技术：

[0002]
为了能源的持续利用和减少环境污染，近年来光伏、风力发电等新能源发电技术得到了良好的发展，已大规模的接入电网。在光伏发电、风力发电和储能产品中会用到逆变器和/或变流器，逆变器及变流器工作时会产生大量的热量，为保证其正常运行，通常都会配备冷却装置对其进行散热降温处理。
[0003]
目前，常用的冷却方式包括强迫风冷和液冷两种。其中，强迫风冷技术是指利用风机驱使工作的气流经过发热表面，把热量带走的一种冷却方法，这种方法的散热能力相对较差，且易受环境温度的影响，难以满足高功率逆变器的散热需求，且采用强迫风冷方式的逆变器整体为开放式，不能满足高湿、高盐雾等场景的应用要求；液冷冷却技术则是通过液体循环，将热量传导至热交换器后采用风冷集中散热，液冷技术散热能力强，采用液冷技术，逆变器整柜可全密封，达到ip54防护等级，但液冷技术成本高，相对可靠性较差，而且普遍存在渗漏风险，导致全生命周期维护成本高昂。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术中的部分或全部问题，本发明提供一种大功率逆变器用散热系统，其将逆变器划分为三个独立的单元，并分别进行散热，所述散热系统包括：
[0005]
功率柜散热单元，布置于功率柜，所述功率散热单元包括：
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若干个第一热虹吸换热器，所述第一热虹吸换热器的蒸发端包括板状腔体，其中，逆变器中的绝缘栅双极型晶体管igbt模块贴附于所述蒸发端，所述第一热虹吸换热器的冷凝端包括翅片，所述翅片从所述功率柜伸出，其中所述第一热虹吸换热器的冷凝端通过
[0007]
强迫风冷进行冷却；以及
[0008]
若干个第二热虹吸换热器，所述第二热虹吸换热器的蒸发端包括翅片，其中所述蒸发端密封于所述功率柜内部，以及所述第二热虹吸换热器的冷凝端包括翅片，所述第二热虹吸换热器的冷凝端从
[0009]
所述功率柜伸出；
[0010]
滤波柜散热单元，包括若干个第三热虹吸换热器，所述第三热虹吸换热器的蒸发端包括翅片，其中所述第三热虹吸换热器的蒸发端安装于滤波柜内滤波电感顶部的出风口，以及所述第三热虹吸换热器的冷凝端，包括翅片，其中所述第三热虹吸换热器的冷凝端从滤波柜伸出；以及
[0011]
控制柜及并网柜散热单元，包括若干个第四热虹吸换热器，所述第四热虹吸换热器的蒸发端包括翅片，其中所述第四热虹吸换热器的蒸发端密封于所述控制柜及并网柜的内部，以及所述第四热虹吸换热器的冷凝端包括翅片，所述第四热虹吸换热器的冷凝端从
所述控制柜及并网柜伸出。
[0012]
进一步地，所述igbt模块通过叠层母排安装于所述第一热虹吸换热器的蒸发端上。
[0013]
进一步地，所述第一热虹吸换热器的冷凝端的翅片集成在一个并联的风道内，所述风道包括进风口及风扇，其中所述风扇安装于与所述进风口相对的一侧。
[0014]
进一步地，所述风道为梯形或矩形均流风道。
[0015]
进一步地，所述第二热虹吸换热器、第三热虹吸换热器及第四热虹吸换热器的蒸发端和/或冷凝端的出风口还布置有风扇。
[0016]
进一步地，所述第一热虹吸换热器和/或第二热虹吸换热器和/或第三热虹吸换热器和/或第四热虹吸换热器的蒸发端与冷凝端均为腔体结构，且所述蒸发端与冷凝端的腔体互通，所述腔体内部包括有介质，所述介质常温下为液态，存储于蒸发端腔体内，当蒸发端受热后，所述介质发生相变，成为蒸汽实现吸热，并上升至冷凝端，经冷却后，冷凝为液态流回到蒸发端。
[0017]
本发明提供的一种大功率逆变器用散热系统，适用于风电变流器、储能变流器pcs以及光伏逆变器等领域。其针对逆变器的不同结构，采用不同的热虹吸换热器方案，提升了风冷逆变器的散热能力，解决了大功率逆变器采用风冷散热的瓶颈，在总损耗50～100kw的系统上采用所述散热系统，具有非常高的性价比。同时，由于所述散热系统的各单元结构独立，且均采用全密封形式，柜内采用主动风冷换热，其在风冷基础上实现了ip54防护等级，能够适用于高腐蚀、高湿地区。三个散热系统通过热虹吸换热器与风扇耦合构建而成，而热虹吸换热器本质是采用相变原理进行传热，传热相率高，因此散热性能上优于传统风冷散热系统，能提升风冷散热能力。此外，热虹吸换热器的使用避免了渗漏问题，具有较高的可靠性。
附图说明
[0018]
为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
[0019]
图1示出本发明一个实施例的一种大功率逆变器用散热系统的主视图；
[0020]
图2示出本发明一个实施例的一种大功率逆变器用散热系统的侧视图；以及
[0021]
图3示出本发明一个实施例的一种大功率逆变器用散热系统的并联风道俯视图。
具体实施方式
[0022]
以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。
[0023]
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
[0024]
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
[0025]
对于系统损耗50kw以上的逆变器而言，强迫风冷系统瓶颈凸显，而若采用液冷技术则成本较高，且存在渗漏风险。针对上述问题，本发明提供一种大功率逆变器用散热系统，分为三个独立的单元，各单元结构独立均采用全密封形式，通过热虹吸换热器，在柜内采用主动风冷换热，在风冷基础上实现ip54防护等级。
[0026]
所述热虹吸换热器包括蒸发端以及冷凝端。其中，所述蒸发端与冷凝端均为腔体结构，且所述蒸发端与冷凝端的腔体互通，所述腔体内部包括有介质，所述介质常温下为液态，存储于蒸发端腔体内，当蒸发端受热后，所述介质发生相变，成为蒸汽实现吸热，并上升至冷凝端，经冷却后，冷凝为液态流回到蒸发端。
[0027]
下面结合实施例附图，对本发明的方案做进一步描述。
[0028]
图1及图2分别示出了本发明一个实施例的一种大功率逆变器用散热系统的主视图及侧视图。如图所示，一种大功率逆变器用散热系统，包括功率柜散热单元、滤波柜散热单元以及控制柜及并网柜散热单元，所述功率柜散热单元、滤波柜散热单元以及控制柜及并网柜散热单元相对独立，均采用全密封形式，其中：
[0029]
所述功率柜散热单元布置于功率柜101，用于功率柜101内各器件的散热。所述功率柜101内主要包括绝缘栅双极型晶体管igbt模块1011、电容1012、chopper1013等关键器件，其中：
[0030]
所述igbt模块1011在工作中散发热量较大，因此，在所述散热系统中，将所述igbt模块1011贴附于第一热虹吸换热器的蒸发端011。所述第一热虹吸换热器的蒸发端111为板状腔体，贴附igbt后密封在柜内，所述第一热虹吸换热器的冷凝端112为翅片形式，伸出所述功率柜外，所述冷凝端通过强迫风冷形式进行冷却。在本发明的一个实施例中，所述igbt模块1011通过叠层母排安装于所述第一热虹吸换热器的蒸发端111上。在本发明中，将igbt模块安装在第一热虹吸换热器上附带一些叠层母排等结构件的组件称为一组套件，所述功率柜内安装套件的数量根据逆变器功率等级确定。在本发明的又一个实施例中，所有套件的冷凝端112翅片均伸出柜外并且集成在一个并联的风道003内，所述风道003如图3所示，包括进风口301及风扇302，其中所述风扇302安装于与所述进风口301相对的一侧，所述风道003可设计为梯形或者矩形均流风道，确保风量均流，各个冷凝器风量一致，所述风扇302的数量取决于损耗以及
[0031]
所述电容1012、chopper1013等其他器件采用风冷形式，即在所述功率柜内布置若干个第二热虹吸换热器，所述第二热虹吸换热器的蒸发端121为翅片型，所述蒸发端121密封于所述功率柜内部，其出风口与风扇141配合，使得柜内热空气不断循环经过蒸发端进行冷却，以及所述第二热虹吸换热器的冷凝端122为翅片型，所述冷凝端伸出所述功率柜外，与风扇142配合，通过风扇142驱动外
[0032]
部空气流经冷凝端翅片进行强迫风冷；
[0033]
所述滤波柜散热单元布置于滤波柜102，用于滤波柜102内各器件的散热。所述滤波柜内主要器件是机、网侧滤波电感。对于所述滤波电感，采取每个滤波电感1021配合一个第三热虹吸换热器的方式进行散热。所述第三热虹吸换热器的蒸发端221为翅片型，安装于所述滤波电感1021顶部的出风口，同时在蒸发端出风口安装风扇241，使得柜内空气自所述滤波电感1021的底部被吸入电感风道进行电感散热，冷却空气被加热后被所述风扇241吸出，并流经所述第三热虹吸换热器的蒸发端221翅片，翅片内介质发生相变吸热将热空气进行冷却，所述第三热虹吸换热器的冷凝端222为翅片型，伸出柜外与风扇242配合，风扇驱动外界空气流经冷凝端翅片对内部蒸汽进行冷凝，冷凝后的介质重新流回蒸发端，不断反复循环达到电感散热与柜内环温控制目的；以及
[0034]
所述控制柜及并网柜散热单元，布置于控制柜1031及并网柜1032，用于所述控制柜1031及并网柜1032内各器件的散热，所述控制柜1031及并网柜1032采用串联风道，共用一个循环风路，主要的发热器件有断路器1033、母排及其他的辅助电气件，亦可将辅助变压器1034集成在该单元。所述控制柜及并网柜散热单元采用强迫风冷方式对柜内器件进行散热。在控制柜1031与并网柜1032中间壁面顶部安装第四热虹吸换热器，所述第四热虹吸换热器的蒸发端321为翅片型，密封在柜内，并与风扇341配合安装，风扇341驱动柜内空气在两柜之间循环依次流经所述第四热虹吸换热器的蒸发端321、控制柜1031、控制柜底部辅助变压器1034、断路器1033以及并网柜1032，再次回到蒸发端321后空气温度升至最高温度，热空气流经蒸发端321的翅片后其内部介质吸热发生相变，相变蒸汽上升至冷凝端322。所述第四热虹吸换热器的冷凝端322为翅片型，伸出柜外与风扇342配合，风扇342驱动柜外空气不断流经冷凝端322的翅片对蒸汽进行冷却，蒸汽冷凝后流回蒸发端321，如此不断循环将柜内器件产生的热量不断带出柜外。
[0035]
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。