緊湊型電源柜主單元柜及其組裝方法及柜內組件排布方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力電子設備技術領域。
【背景技術】
[0002]電源柜，作為電力電子變換裝置，是現(xiàn)代電力電子技術發(fā)展的工業(yè)成果，一般裝設有功率開關器件(IGBT等)、磁性元件(變壓器、電抗器等)和配電元器件(開關等)等元器件，廣泛用于新能源(太陽能光伏/風電等)、電力電網等眾多領域。大功率電源柜的高功率密度、穩(wěn)定的工作性能、便捷的操作維護，既是用戶的需求，也是行業(yè)努力的目標。電源柜的功率密度、可靠性和操作維護性，直接影響了電源柜市場應用競爭力，散熱設計和系統(tǒng)結構布局是否合理，直接決定著上述指標。
[0003]功率密度越高，具有同等功率條件下柜體體積更小的優(yōu)點，可方便用戶安裝和使用，但勢必影響內部元器件布局、整機散熱效果以及操作維護性。電源柜尺寸越緊湊，占地面積小，易于操作維護、可靠性高是用戶也是行業(yè)追求的目標。電源柜內產生大量的熱量，電源柜的散熱效果直接影響了電源柜的工作性能、可靠性及壽命。電源柜的大量元器件、散熱指標與電源柜的緊湊尺寸、操作維護追求處于一個矛盾狀態(tài)。目前現(xiàn)有的電源柜:有的為了提高散熱效果，以增大機柜外形尺寸為代價；有的進行多個風道設計，結構復雜、成本較高；有的對柜體前后側均開設冷卻進風口，有的需要前后側均操作維護，對安裝場地要求較高。因此，如何設計一款散熱效果好、尺寸較小、功率密度較高、便于操作維護的電源柜/裝置，一直為本領域設計人員所致力奮斗目標。
[0004]目前，大功率電源機柜大都存在體積偏大、散熱和維護方面的問題。主要表現(xiàn)如下:1、電源柜元器件多，元器件擺放不合理導致機柜體積大，功率密度低；2、由于器件擺放和空間布局不合理，導致器件的安裝、維護不便，彼此互相干擾；3、有的進行多個風道設計，但結構設計復雜、成本較高，甚至散熱效果不佳；4、現(xiàn)場應用需要為電源柜四周預留一定的操作空間和散熱空間，增加了客戶成本，局限了電源柜的使用場所。
[0005]現(xiàn)有技術中，授權公告號為CN 203416177 U的發(fā)明專利涉及一種光伏逆變器，包括柜體及其內部的變壓器、電抗器、逆變單元和交流濾波單元，柜體被隔板分隔為前部和后部，前部和后部分別具有散熱風道，逆變單元和交流濾波單元均位于前部的前上部，變壓器和電抗器位于后部的后下部。光伏逆變器的柜體內由隔板分隔成前部和后部兩個獨立的密閉空間，前部和后部分別具有獨立的散熱風道，逆變單元和交流濾波單元均屬于功率模塊單元，變壓器和電抗器屬于磁性元件，功率模塊單元和磁性元件分別具有獨立的散熱風道，能夠避免電磁干擾和熱沖擊，同時，充分利用了柜體內的空間，將光伏逆變器的各單元均設置在同一個柜體內，該光伏逆變器結構緊湊，散熱良好，同時又能夠避免各元件之間的電磁干擾。申請公布號為CN 102969661 A的發(fā)明專利公開了一種光伏逆變器柜風冷散熱系統(tǒng)，包括有并排連接的功率單元柜體和電抗器柜體，功率單元柜體和電抗器柜體分別安裝功率單元和電抗器；電抗器體安裝于電抗器柜的下部，電抗器柜體前面板下部開有總進風口，電抗器柜體與功率單元柜體之間的隔板中部開有側通風口，側通風口通過位于功率單元柜體內的冷卻風道與功率單元柜體頂部的出風口連接，所述風口處安裝有主排風風機；所述總進風口內側安裝有向內送風的進風風機。本發(fā)明無需增加設備元件的容量即可適用于高海拔地區(qū)，使高、低海拔地區(qū)的逆變器柜的主要元件能夠實現(xiàn)互換，降低了制造和維護成本。授權公告號為CN 202798511 U的發(fā)明專利涉及一種具有改良散熱風道的光伏逆變器機柜；其主要結構特點是所述風機為軸流風機，在所述機柜本體內設置散熱通道隔板把所述機柜本體內部分為第一散熱通道和第二散熱通道，用于放置變壓器的空間至于所述第一散熱通道內，用于放置開關管的空間至于所述第二散熱通道內，所述散熱通道隔板把所述出風口分部為與第一散熱通道連通的第一出風口和與第二散熱通道聯(lián)通的第二出風口，所述進風口包括與第一散熱通道連通的第一進風口和與第二散熱通道聯(lián)通的第二進風口。
[0006]隨著行業(yè)發(fā)展，電源柜的設計出現(xiàn)各種形式和方案，目前現(xiàn)有的電源柜大都存在體積偏大、散熱和維護方面的問題:有的電源柜元器件多，元器件擺放不合理導致機柜體積大，功率密度低；有的由于器件擺放和空間布局不合理，導致器件的安裝、維護不便，彼此互相干擾；有的進行多個風道設計，但結構設計復雜、成本較高，甚至散熱效果不佳；絕大部分的電源柜現(xiàn)場應用時，需要為電源柜四周預留一定的操作空間和散熱空間，增加了客戶成本，局限了電源柜的使用場所。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種體積小、便于元器件擺放、散熱良好的緊湊型電源柜主單元柜及其組裝方法及柜內組件排布方法。
[0008]為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:
緊湊型電源柜主單元柜包括主單元柜柜體、安裝在主單元柜柜體內上部的功率模塊單元、豎直安裝在主單元柜柜體內中部的電氣板、安裝在主單元柜柜體內下部的磁性元部件系統(tǒng)、安裝在主單元柜柜體內后部區(qū)域的散熱風道系統(tǒng)；所述功率模塊單元包括前后疊放安裝的整體散熱器、功率開關器件、直流支撐電容和控制電路板；所述磁性元部件系統(tǒng)包括上下疊放安裝的二個以上子元部件。
[0009]以下是對上述技術方案的進一步改進。
[0010]所述功率模塊單元、電氣板、磁性元部件系統(tǒng)、散熱風道系統(tǒng)均為模塊化組件。
[0011]所述散熱風道系統(tǒng)包括散熱風機、風道腔體、柜體出風口、風機進風口和柜體進風口 ；所述風道腔體安裝在主單元柜的后部區(qū)域且其上端和下端分別與主單元柜的頂部和底部相接，風道腔體上端對應的主單元柜頂部設有柜體出風口，風道腔體下部前側設有風機進風口，所述散熱風機安裝在風道腔體內的風機進風口附近或者柜體出風口附近；所述柜體進風口包括柜體上進風口和柜體下進風口，所述柜體上進風口和柜體下進風口分別設置在主單元柜正面上部區(qū)域和下部區(qū)域；所述散熱風道系統(tǒng)和磁性元部件系統(tǒng)均為二個以上，一個磁性元部件系統(tǒng)對應一個散熱風道系統(tǒng)，一個散熱風道系統(tǒng)包括至少一個散熱風機；
所述風道腔體包括位于其前部的風道腔體面板；所述整體散熱器安裝在風道腔體面板上部；所述整體散熱器包括散熱翅片，所述散熱翅片伸入風道腔體中；所述功率模塊單元有二個以上。
[0012]所述磁性元部件系統(tǒng)的子元部件通過固定支架、連接板件和螺栓螺母固定安裝在主單元柜上；所述子元部件包括大電抗器和小電抗器，所述子元部件之間的電氣連接以及磁性元部件系統(tǒng)與功率模塊單元、電氣板之間的連接均通過母排或線纜連接；所述磁性元部件系統(tǒng)為二個以上。
[0013]所述電氣板前側和后側均安裝有元器件，電氣板前側安裝高熱敏感度的元器件和需要經常操作維護的元器件、后側安裝低熱敏感度的元器件；所述電氣板開設有通風口 ；電氣板上的元器件之間以及電氣板與功率模塊單元之間均通過母排或線纜連接；
所述功率模塊單元和磁性元部件系統(tǒng)均設有溫度檢測裝置，所述散熱風道系統(tǒng)包括散熱風機供電回路；通過實時監(jiān)測溫度檢測裝置狀態(tài)和控制散熱風機供電回路，當溫度超過設定值時，散熱風機被啟動運行，對柜內進行多路徑整體性冷卻對流散熱。
[0014]所述功率模塊單元、磁性元部件系統(tǒng)和散熱風道系統(tǒng)均為二個以上；所述二個以上功率模塊單元并列安裝在主單元柜的上部，所述二個以上磁性元部件系統(tǒng)并列安裝在主單元柜柜體內的下部，所述二個以上散熱風道系統(tǒng)并列安裝安裝在主單元柜柜體內的后部；一個散熱風道系統(tǒng)對應一個功率模塊單元和一個磁性元部件系統(tǒng)。
[0015]一種緊湊型電源柜主單元柜的組裝方法:
所述緊湊型電源柜主單元柜包括主單元柜柜體、安裝在主單元柜柜體內上部的功率模塊單元、豎直安裝在主單元柜柜體內中部的電氣板、安裝在主單元柜柜體內下部的磁性元部件系統(tǒng)、安裝在主單元柜柜體內后部區(qū)域的散熱風道系統(tǒng)；所述功率模塊單元包括前后疊放安裝的整體散熱器、功率開關器件、直流支撐電容、控制電路板；所述磁性元部件系統(tǒng)包括上下疊放安裝的二個以上子元部件；
所述散熱風道系統(tǒng)包括散熱風機、風道腔體、柜體出風口、風機進風口和柜體進風口 ；所述風道腔體安裝在主單元柜的后部區(qū)域且其上端和下端分別與主單元柜的頂部和底部相接，風道腔體上端對應的主單元柜頂部設有柜體出風口，風道腔體下部前側設有風