Комплектный преобразователь частоты шкафного исполнения

Полезная модель относится к электротехническому оборудованию, в частности к конструктивному исполнению напольных комплектных преобразователей частоты.
Важным элементом конструкции электрических шкафов для электроприводов и других устройств является система охлаждения работающих агрегатов. Большинство известных технических решений [1-5] предлагают использование двух и более вентиляторов, нагнетателей и вытяжных вентиляторов и/или других элементов конструкции, направленных на охлаждение работающего устройства. Установка дополнительных элементов в шкафах снижает надежность работы устройств, а также увеличивает габаритные размеры конструкции, что особенно негативно сказывается в условиях необходимости размещения нескольких электрических шкафов в ограниченном пространстве. Кроме того, в большинстве известных решений в устройстве охлаждения используются фильтры, которые оказывают динамическое сопротивление и снижают эффективность теплообмена.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является система охлаждения приборных и сетевых шкафов [6], которая исходит из замкнутого контура охлаждающего воздуха в воздухонепроницаемом сетевом или приборном шкафу, при этом применяется воздушно-водяной теплообменник. Воздушно-водяной теплообменник установлен в нижней части шкафа и присоединен предпочтительно к системе холодного водоснабжения.
Согласно основной идее изобретения, система охлаждения содержит воздуховод с воздушными путями одинаковой длины и, тем самым, одинаковыми сопротивлениями потока для отдельных электронных модулей во внутреннем пространстве шкафа (принцип Тихельманна). Таким образом, к каждому из отдельных модулей, расположенных друг над другом и/или рядом друг с другом, может подаваться приточный воздух единой температуры. Автор изобретения заявляет то, что устройство может работать с одним вентилятором и даже без него. Однако, использование воздушно-водяного теплообменника и создание воздушных путей усложняет конструкцию и ее изготовление, сопряжено с необходимостью наличия источника воды рядом с местом использования устройства, дополнительным обслуживанием, а также снижает технологичность и повышает вероятность выхода из строя конструкции.
Электрический шкаф содержит корпус электрического распределительного шкафа, который снабжен независимой зоной установки преобразователя частоты, содержащей устройство монтажа частотного преобразователя, вентилятор теплового излучения и электрический провод, а также отверстия, облегчающие проводку, причем устройство монтажа частотного преобразователя расположено в нижней части шкафа, опорные точки устройства монтажа представляют собой зоны установки преобразователя частоты, а вентилятор теплового излучения расположен над зоной установки преобразователя частоты.
Недостатками данного технического решения является следующее:
- создание независимой зоны установки частотного преобразователя значительно увеличивает габаритные размеры всей конструкции, что может иметь негативные последствия в условиях необходимости установки нескольких таких шкафов в ограниченном пространстве;
- низкие эргономические характеристики установки преобразователя частоты, что связано, во-первых, с необходимостью привлечения нескольких человек для монтажа устройства, масса которого в среднем составляет более 100 кг, а, во-вторых, с установкой и управлением устройством в неудобном положении пользователя, так как независимая зона установки и элементы управления находятся на уровне ног человека, но, при этом данное конструктивное исполнение сохраняет необходимость в подъеме для монтажа преобразователя частоты;
- использование фильтров в системе охлаждения устройства создает динамическое сопротивление, что негативно сказывается на работе системы.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи повышения эффективности работы системы охлаждения.
Решение задачи обуславливается совокупностью следующих существенных признаков. Комплектный преобразователь частоты шкафного исполнения состоит из электрического шкафа, в который помещены силовая ячейка, имеющая рельсовое крепление в шкафу и состоящая из выпрямителя, конденсаторов звена постоянного тока, инвертора, du/dt фильтра, сетевой дроссель, вводной автомат, ЭМС фильтр, клеммы подсоединения, система контроля утечки тока на землю, система охлаждения. Система охлаждения включает вентиляционную решетку, через которую осуществляется забор охлаждающего воздуха, быстросъемный блок вытяжного вентилятора с гравитационными жалюзи, через которые осуществляется выброс нагретого воздуха, установленный на крыше устройства.
Сущность полезной модели объясняется следующими изображениями:
- фиг. 1 - вид спереди закрытого комплектного преобразователя частоты шкафного исполнения с установленным на крыше быстросъемным блоком вытяжного вентилятора с гравитационными жалюзи;
- фиг. 2 - вид спереди открытого комплектного преобразователя частоты шкафного исполнения без установленных на крыше элементов конструкции;
- фиг. 3 - быстросъемный блок вытяжного вентилятора с гравитационными жалюзи.
Комплектный преобразователь частоты шкафного исполнения (фиг. 1) осуществляет забор охлаждающего воздуха, который далее движется внутри корпуса вверх, через заборную вентиляционную решетку, 1, в нижней части корпуса. Повторная подача охлаждающего воздуха в электропривод не допускается. Выброс нагретого воздуха осуществляется через гравитационные жалюзи, 2.
Ручка вводного автомата, 3, расположена над заборной вентиляционной решеткой, 1, на высоте, обеспечивающей посредством цепной передачи, 4, ее переключение пользователем в положении стоя (фиг. 2).
Быстросъемный блок вытяжного вентилятора с гравитационными жалюзи (фиг. 3) крепится на специальную монтажную площадку, 5 (фиг. 2), расположенную на крыше устройства при помощи винтов. Силовая ячейка устанавливается в верхнюю часть шкафа, 6.
Установка силовой ячейки осуществляется следующим образом.
При загрузке и выгрузке ячейки демонтируют приводящий механизм силового автомата.
Ячейку электропривода перемещают с помощью тележки, которая входит в комплектацию. После выгрузки ячейки из упаковки и перемещения к электроприводу выворачивают рым-болты, предварительно установленные на ней. Для загрузки ячейки в электропривод используется подъемное устройство. Данное устройство устанавливают рамой, сверху шкафа электропривода (фиг. 2), например, в монтажную площадку, 5, после чего поднимают ячейку. После подъема ячейки ее перемещают на салазки в шкафу. Далее закрепляют ячейку, снимают подъемное устройство со шкафа электропривода и устанавливают быстросъемный блок вытяжного вентилятора с гравитационными жалюзи. Далее снимают винты крепления тележки и придерживая тележку, снимают ее с ячейки. Порядок загрузки и выгрузки ячейки идентичен для электроприводов с нижним кабельным вводом и верхним кабельным вводом.
Полезная модель обеспечивает решение задачи повышения эффективности работы системы охлаждения.
Разработанное конструктивное решение с исключением дополнительных вентиляторов (размещением одного вытяжного вентилятора) в устройстве совместно с другими элементами позволяет уменьшить габаритные размеры комплектного преобразователя частоты шкафного исполнения до 50% в сравнении с известными аналогами. Снижается расход материалов при создании конструкции. При этом, тепловые расчеты и испытания показали, что такое конструктивное решение обеспечивает надежную работу устройства в промышленных условиях. Применение гравитационных жалюзи, позволяет уменьшить динамическое сопротивление, кроме того, они не нуждаются в периодической чистке.
Расположение силовой ячейки, а также ручки автомата с помощью цепной передачи на уровне туловища человека обеспечивает эргономические показатели пользования устройством. Удобная конструкция позволяет осуществить замену ячейки в течении 30 минут.
Быстросъемный блок вентилятора с гравитационными жалюзи также позволяет производить быструю и удобную замену, а также монтаж подъемного устройства.
Достигается степень защиты IP21/IP54.
Источники информации
1. Пат. RU 162787, МПК Н02М 5/451. Высоковольтный преобразователь частоты / В. Вишневский и др.; заявитель ООО НПП «Экра». - 3. №2015120151/07; заявл. 27.05.2015; опубл. 27.06.2016.
2. Пат. RU 158897, МПК G12B 15/00, H05K 7/20, Н02В 1/56. Устройство системы охлаждения шкафа инвертора преобразователя частоты / В. Вишневский и др.; заявитель ООО НПП «Экра». - 3. №2015129150/05; заявл. 16.07.2015; опубл. 20.01.2016.
3. Пат. RU 2239267, МПК Н02В 1/56, H05K 7/20. Шкаф для станции управления электродвигателями / Н. Видякин, В. Лепехин, В. Савинов; заявитель ЗАО «Электрон». - 3. №2002128181/09; заявл. 23.10.2002; опубл. 27.05.2004.
4. Pat. US 9545037, IPC H05K 7/20. Systems and methods for cooling electric drives / N. J. Tyleshevski et al.; applicant Baker Hughes INC. - Appl. No. US 201514596346; applied 14.01.2015; pub. date 10.01.2017.
5. Pat. CN 104600960, IPC H02M 1/00, H05K 7/20. Compact main unit cabinet of power cabinet, assembly method thereof and arrangement method for components therein / F. Jian et al.; applicant CSR Zhuzou Electric Locomotive Research Instituteco LTD. - Appl. No. CN 20141153480; applied 17.04.2014; pub. date 15.02.2017.
6. Pat. EP 1614333, IPC H05K 7/20. Cooling system for equipment and wiring cabinets and method for cooling equipment and wiring cabinets / K. Ehbermann; applicant Knuerr AG. - Appl. No. EP 20040731358; applied 06.05.2004; pub. date 04.10.2006.