一种变流器散热系统的制作方法

本实用新型涉及散热技术领域，具体地，涉及一种变流器散热系统。

背景技术：

随着电力电子技术的不断发展，变流器技术日益成熟，在各种行业(例如风电行业、轨道交通装备)得到广泛应用，更小体积、更大容量、更多功能的需求得到客户的更多关注，随之而来的散热问题也摆在和设计的面前，因此对于小空间、大容量的变流器，如何设计有效、简单、可靠的散热系统就显得非常重要了。

目前随着散热相关技术的快速发展，采用液体冷却方式散热的应用越来越普及，对于大功率变流器尤为突出，而不同的功率单元发热有异，需求的冷却介质流量也就不同，如何能按需分配好个功率单元所需冷却介质流量的同时，降低对冷却介质相关要的要求(总流量、介质温度、介质成分等)，是检验变流器冷却系统是否成功的关键。

目前变流器主要的液冷技术是单柜内通过风循环带走发热器件的热量，后通过内部热交换器的换热作用，将热量传递到液冷系统，统一带出整柜，热量经过外部换热器的换热作用，散到空气中，释放了热量的冷却液再次进入整柜循环，源源不断的维持整柜的器件散热。

目前变流器液冷散热系统存在以下几个缺点：1、变流器风循环为单柜循环，每个单柜需一套空水换热装置，设备体积大，成本高；2、各个单柜内稳定后的温度、湿度不一致，易发生凝露现象；3、整个冷却系统内软管没有大小之分，造成软管成本高，且冷却液各支路分配不合理，造成浪费；4、冷却液进出总接口布局不合理，检修时存在冷却液排放不净的问题。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种解决小空间、大容量变流器运行时能有效、简单、可靠散热的变流器散热系统。

本实用新型目的通过以下技术方案实现：

一种变流器散热系统，包括至少2个相互连通的单元柜体、热交换器、循环风机、冷却液进液总管、冷却液出液总管和输水管；所述冷却液进液总管设于单元柜体的底部，所述冷却液出液总管设于单元柜体的顶部；所述循环风机和热交换器分别设置于相邻单元柜体的侧壁板上；变流器的功率模块和所述热交换器分别通过输水管与冷却液进液总管和冷却液出液总管接通。

本实用新型的变流器由多个单元柜体构成，变流器柜体内形成一个大循环，温度稳定后各单元柜内温度与湿度基本一致，有效避免了凝露现象。内部的热交换器和循环风机都安装在单元柜与单元柜拼接处的侧壁板上，占用空间少，材料成本低。冷却液总进液管安装在整柜最下方，冷却液总出液管在整柜最上部，所有管路自下而上布置，利于整柜内器件维护时，冷却介质从排液阀处排空，避免系统内残留过多冷却介质而溅射到器件表面。

进一步地，功率模块设有中空的散热板，电子元器件设置于散热板上；所述散热板与输水管连接，将冷却水通入散热板内。所述功率模块包括IGBT模块、斩波电阻组件等。功率器件与散热板连接，通过液冷的方式具有高效的冷却效果。

进一步地，与功率模块接通的输水管的管径大于与热交换器连接的输水管的管径。变流器散热系统根据各散热单元需求，选用不同管径的输水管及接头，做到各支路冷却液流量都能满足要求，且冷却液总量需求最小化，极大降低液冷散热系统的成本。

进一步地，所述输水管上设有阀门，以便独立控制流量。优选地，阀门为电磁阀，与控制器连接。

为了确保各路输水管的流量分别合理均匀，进一步地，所述冷却液进液总管和冷却液出液总管上设有大于等于2个出水口，每路输水管与单个出水口连接。

进一步地，冷却液进液总管和冷却液出液总管在单元柜体外部的一端分别设有主管路阀门。主管路阀门的安装能够保证变流器整柜检修时，整柜液冷散热系统与外部系统隔离开，保证检修时不会对外部冷却系统产生影响或被外部冷却系统影响。

进一步地，冷却液出液总管在单元柜体外部的一端还设有排气阀。排气阀位于主管路阀门的内侧。排气阀安装在柜体外部，位于散热系统的最高位置，可以有效地除去整个液冷系统内的空气，有效地保证液冷散热系统的散热效率。

进一步地，冷却液进液总管在单元柜体外部的一端还设有排液阀。排液阀位于主管路阀门的内侧。

为了加强变流器柜体内的空气循环，进一步地，所述热交换器上设有辅助循环风机。优选地，在一台热交换器上设置辅助循环风机，采用双风机串联使用。

进一步地，包括依次相互连通的第一单元柜体、第二单元柜体和第三单元柜体，所述冷却液进液总管、冷却液出液总管设置于第一单元柜体内，所述循环风机设置于第一单元柜体和第二单元柜体连接处的第一侧壁板上部，风向朝第一单元柜体内；第一侧壁板下部设有热交换器；在第二单元柜体和第三单元柜体连接处的第二侧壁板的上部和下部分别设有热交换器。

变流器采用3个单元柜体组合使用，热交换器和循环风机在柜体内的安装方位和朝向，使得变流器内形成热空气和冷却液逆流的热交换系统，极大提高散热效率。优选地，第二单元柜内设有隔板。

进一步地，所述第二侧壁板的下部的热交换器上设有辅助风机。辅助风机设置在热交换器上提高了热交换效率，同时位于循环风机的对角，能最大作用发挥空气循环目的。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的变流器由多个单元柜构成，变流器柜体内形成一个大循环，温度稳定后各单元柜内温度与湿度基本一致，有效避免了凝露现象。

内部的热交换器和循环风机都安装在单元柜与单元柜拼接处的侧壁板上，占用空间少，材料成本低。

冷却液总进液管路安装在整柜最下方，冷却液总出液管路在整柜最上部，所有管路自下而上布置，利于整柜内器件维护时，冷却介质从排液阀处排空，避免系统内残留过多冷却介质而溅射到器件表面。

排气阀安装在柜体外部，位于散热系统的最高位置，可以有效地除去整个液冷系统内的空气，有效地保证液冷散热系统的散热效率。

附图说明

图1为变流器散热系统的结构示意图；

图2为变流器柜内的风循环示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1～2所示，一种变流器散热系统，包括3个相互连通的单元柜体(即第一单元柜体100、第二单元柜体200和第三单元柜体300)、热交换器1、循环风机2、冷却液进液总管11、冷却液出液总管7和小管径的输水管3、大管径的输水管8。冷却液进液总管11设于单元柜体的底部，冷却液出液总管7设于单元柜体的顶部。循环风机2和热交换器1分别设置于相邻单元柜体的侧壁板上。

变流器的功率模块9和热交换器1分别通过小管径输水管3或大管径输水管8与冷却液进液总管11和冷却液出液总管7接通。

具体地，冷却液进液总管11、冷却液出液总管7设置于第一单元柜体内，循环风机2设置于第一单元柜体100和第二单元柜体200连接处的第一侧壁板上部，风向朝第一单元柜体100内。第一侧壁板下部设有热交换器1。在第二单元柜体200和第三单元柜体300连接处的第二侧壁板的上部和下部分别设有热交换器1。

变流器采用3个单元柜组合使用，热交换器1和循环风机2在柜体内的安装方位和朝向，使得变流器内形成热空气和冷却液逆流的热交换系统，极大提高散热效率。第二单元柜200内设有隔板。

变流器由3个单元柜体构成，变流器柜体内形成一个大循环，温度稳定后各单元柜内温度与湿度基本一致，有效避免了凝露现象。内部的热交换器和循环风机都安装在单元柜与单元柜拼接处的侧壁板上，占用空间少，材料成本低。冷却液总进液管11安装在整柜最下方，冷却液总出液管7路在整柜最上部，所有管路自下而上布置，利于整柜内器件维护时，冷却介质从排液阀处排空，避免系统内残留过多冷却介质而溅射到器件表面。

功率模块9设有中空的散热板，电子元器件设置于散热板上。散热板与大管径输水管8连接，将冷却水通入散热板内。功率模块9包括IGBT模块、斩波电阻组件等。功率器件9与散热板连接，通过液冷的方式具有高效的冷却效果。散热板与大管径输水管8连接处设有组合水路组合快查10。

与功率模块接通的输水管的管径大于与热交换器连接的输水管的管径。变流器散热系统根据各散热单元需求，选用不同管径的输水管及接头，做到各支路冷却液流量都能满足要求，且冷却液总量需求最小化，极大降低液冷散热系统的成本。

小管径的输水管3和/或大管径的输水管8上设有阀门(未示出)，以便独立控制流量。阀门为电磁阀，与控制器连接。

为了确保各路输水管的流量分别合理均匀，冷却液进液总管11和冷却液出液总管7上设有大于等于2个出水口，每路输水管与单个出水口连接。

冷却液进液总管11和冷却液出液总管7在单元柜体外部的一端分别设有主管路阀门5。主管路阀门5的安装能够保证变流器整柜检修时，整柜液冷散热系统与外部系统隔离开，保证检修时不会对外部冷却系统产生影响或被外部冷却系统影响。

冷却液出液总管7在单元柜体外部的一端还设有排气阀6。排气阀6位于主管路阀门5的内侧。排气阀6安装在柜体外部，位于散热系统的最高位置，可以有效地除去整个液冷系统内的空气，有效地保证液冷散热系统的散热效率。

冷却液进液总管11在单元柜体外部的一端还设有排液阀12。排液阀12位于主管路阀门5的内侧。

为了加强变流器柜体内的空气循环，热交换器1上设有辅助循环风机4。在一台热交换器1上设置辅助循环风机4，采用双风机串联使用。具体地，第二侧壁板的下部的热交换器1上设有辅助风机4。

压力损失的计算公式为：

λ为阻力系数

l为管路长度(m)

d为管路内径(m)

ν为液体流速(m/s)

ρ为液体密度(kg/m3)

ΔP_r为局部压力损失，与结构形式有关。

由公式可以看出，管路越长，压力损失越大；管径越小，压力损失越大。

本专利中热交换器1和功率模块9对冷却介质流量需求不一致，且各自本身的压阻也不一致，通过选用不同内径的管路及水接头进行配合，满足各液冷散热器件流量需求的同时，做到冷却介质总流量最小，降低整柜液冷散热系统成本的同时降低外部供液系统要求。采用整柜内部空气大循环的方式，带动整柜内部空气一起流动，将整柜内非液冷散热器件的热量带走，同时做到整柜内温度与湿度差异最小化，有效地避免了凝露现象的产生。整个液冷散热系统中，冷却液进液总管11、冷却液出液总管7位于变流器柜内的最下端和最上端，冷却介质导入时，内部空气会往上部集中，通过排气阀6排出，冷却介质排出时，在重力作用下，冷却介质能够顺利地从排液阀12排出，并极少残留，便于整柜液冷散热系统的维护与保养。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型的技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。