УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ШКАФА ИНВЕРТОРА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к конструктивным элементам шкафного исполнения общего назначения для различных электрических устройств с охлаждением оборудования потоками воздуха с принудительной вентиляцией, и может быть применена для построения различных электротехнических устройств.
Известно устройство системы охлаждения шкафа силового электротехнического оборудования с двухпотоковой системой охлаждения (RU 145655 U1, дата публикации 27.09.2014), являющее наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели, включающее двухпотоковую систему охлаждения, состоящее из ведущей и зависимой частей системы охлаждения, шкафа, отсека с электронными приборами, причем шкаф состоит из корпуса, представляющего собой прямоугольный параллелепипед, задней части, передней части и боковых частей, а задняя часть шкафа выполнена в виде прямоугольной задней панели, в которой предусмотрено выходное отверстие шкафа, представляющее собой перфорированное устройство размером 2500×500 мм, предназначенное для выхода отработанного воздуха, а передняя часть шкафа выполнена в виде прямоугольной панели, в которой установлены четыре вертикальные двери с отверстиями, причем на внутренней стороне дверей с помощью переходных деталей крепятся осевые вентиляторы, а на наружной части двери установлены воздухозаборники с фильтрами, а силовое электротехническое оборудование размещается внутри шкафа и крепится к его основанию, на передней и задней частях силового электротехнического оборудования установлены зависимые части системы охлаждения.
Недостатками аналога являются малая эффективность системы охлаждения шкафа с электротехническим оборудованием, связанная с необходимостью установки вентиляторов повышенной производительности, а также сложность обслуживания в связи с необходимостью регулярного контроля и замены фильтрующих элементов воздухозаборников.
Задача полезной модели заключается в повышении эффективности и упрощении обслуживания системы охлаждения шкафа с электротехническим оборудованием.
Технический результат - достижение оптимальных условий охлаждения, как для силового, так и для слаботочного электротехнического оборудования шкафа, имеющих разные ограничения в поддержании температуры охлаждаемых элементов и необходимого для их охлаждения воздушного потока.
3
Технический результат достигается тем, что в устройстве системы охлаждения шкафа инверторов преобразователя частоты среднего напряжения, включающим систему принудительного воздушного охлаждения с нагнетающими вентиляторами, направляющие воздуховоды и шкаф инвертора с силовыми и слаботочными электронными приборами системы управления шкафа система охлаждения принудительного воздушного охлаждения с нагнетающими вентиляторами выполнена с двумя независимыми контурами охлаждения, первый контур - для охлаждения силовой части и второй контур - для охлаждения слаботочных электронных приборов, причем шкаф инвертора с силовыми и слаботочными электронными приборами разделен изолированные секции для разделения потоков воздуха, силовое электротехническое оборудование разделено на отдельные силовые блоки, устанавливаемые на стенке, разделяющей отсеки, первый контур содержит направляющие воздуховоды, выполненные таким образом, что формируют подачу нагнетаемого воздуха непосредственно на радиаторы силовых электронных приборов силовых блоков, нагнетающие вентиляторы контуров охлаждения имеют разную мощность и устанавливаются раздельно. Силовые блоки устанавливаются в проемы на стенке, разделяющей секции, и составляют ряды, например, три блока по высоте шкафа и от четырех до девяти по ширине шкафа в зависимости от мощности и номинального напряжения преобразователя, причем охладители (радиаторы) силовых блоков находятся по одну сторону стенки в первом контуре охлаждения, а слаботочные электронные приборы блоков - по другую сторону стенки во втором контуре, при этом силовые блоки не содержат вентиляторов охлаждения, а подача охлаждающего воздуха в первом контуре охлаждения производиться отдельно на каждый вертикальный ряд блоков по общему направляющему воздуховоду, снабженному выходными отверстиями напротив каждого охладителя (радиатора) силового блока. Первый контур содержит нагнетающие вентиляторы, установленные в верхней части шкафа и подающие охлаждающий воздух в воздуховоды первого контура, число которых определяется количеством воздуховодов для вертикальных рядов силовых блоков, с производительностью каждого, например, от 1000 до 3000 м/час в зависимости от мощности преобразователя частоты среднего напряжения. Второй контур содержит нагнетающие вентиляторы, установленные на дверях передней части шкафа, предназначенные для создания избыточного давления внутри шкафа и охлаждения слаботочных электронных приборов, с производительностью, например, не более 20% от производительности нагнетающих вентиляторов первого контура. Отсек со слаботочными электронными приборами системы управления шкафа размещен в отдельной секции на поворотной раме, установленной перед дверьми в передней части шкафа.
Второй контур содержит нагнетающие вентиляторы, установленные на дверях передней части шкафа, предназначенные для создания избыточного давления внутри секции второго контура и охлаждения слаботочных электронных приборов, с производительностью, например, не более 20% от производительности нагнетающих вентиляторов первого контура. Слаботочные электронные приборы системы управления шкафа инвертора размещены в отдельном отсеке на поворотной раме, установленной перед дверьми в передней части шкафа.
Заявляемое устройство системы охлаждения шкафа инвертора преобразователя частоты, включает систему принудительного воздушного охлаждения с нагнетающими вентиляторами, направляющие воздуховоды и шкаф инвертора с силовыми и слаботочными электронными приборами систем управления силовых блоков и инвертора, при этом система принудительного воздушного охлаждения с нагнетающими вентиляторами выполнена с двумя независимыми контурами охлаждения, первый контур - для охлаждения силовой части и второй контур - для охлаждения слаботочных электронных приборов, причем шкаф инвертора с силовыми и слаботочными электронными приборами разделен на изолированные секции для разделения потоков воздуха, силовое электротехническое оборудование разделено на отдельные силовые блоки, устанавливаемые на стенке, разделяющей секции шкафа, первый контур содержит направляющие воздуховоды, выполненные таким образом, что формируют подачу нагнетаемого воздуха непосредственно на радиаторы силовых электронных приборов силовых блоков, нагнетающие вентиляторы контуров охлаждения имеют разную мощность и устанавливаются раздельно.
Кроме того, в предложенном устройстве:
- силовые блоки устанавливаются в проемы на стенке, разделяющей секции, и составляют ряды, например, три блока по высоте шкафа и от четырех до девяти по ширине шкафа в зависимости от мощности и номинального напряжения преобразователя частоты среднего напряжения, причем радиаторы силовых блоков находятся по одну сторону стенки в первом контуре охлаждения, а слаботочные электронные приборы блоков - по другую сторону стенки во втором контуре, при этом силовые блоки не содержат вентиляторов охлаждения, а подача охлаждающего воздуха в первом контуре охлаждения производиться отдельно на каждый вертикальный ряд блоков по общему направляющему воздуховоду, снабженному выходными отверстиями напротив каждого радиатора силового блока;
3
- первый контур содержит нагнетающие вентиляторы, установленные в верхней части шкафа и подающие охлаждающий воздух в воздуховоды первого контура, число которых определяется количеством вертикальных рядов силовых блоков, с производительностью каждого, например, от 1000 до 3000 м/час в зависимости от мощности преобразователя частоты среднего напряжения;
- второй контур содержит нагнетающие вентиляторы, установленные на дверях передней части шкафа, предназначенные для создания избыточного давления внутри секции второго контура и охлаждения слаботочных электронных приборов, с производительностью, например, не более 20% от производительности нагнетающих вентиляторов первого контура;
- слаботочные электронные приборы системы управления шкафа инвертора размещены в отдельном отсеке на поворотной раме, установленной перед дверьми в передней части шкафа.
Полезная модель поясняется рисунками.
На фиг. 1 - общий вид устройства системы охлаждения шкафа инвертора преобразователя частоты (вид сбоку в разрезе вдоль одного из вертикальных рядов силовых блоков).
На фиг. 2 - общий вид отдельного силового блока, устанавливаемого на стенке, разделяющей секции шкафа с элементами стенки и направляющего воздуховода. На рисунках приняты следующие обозначения:
1 - шкаф инвертора преобразователя частоты;
2 - силовые блоки инвертора;
3 - силовые электронные приборы с радиаторами;
4 - отсек со слаботочными электронными приборами системы управления силового блока;
5 - отсек со слаботочными электронными приборами системы управления шкафа инвертора;
6 - нагнетающий вентилятор первого контура охлаждения;
7 - нагнетающий вентилятор второго контура охлаждения;
8 - направляющий воздуховод первого контура охлаждения силовых электронных приборов силовых блоков;
9 - направления потоков воздуха первого контура охлаждения;
10 - направления потоков воздуха второго контура охлаждения;
11 - стенка, разделяющая секции шкафа;
12 - секция шкафа первого контура охлаждения;
13 - секция шкафа второго контура охлаждения;
14 - выходные отверстия (сопла) для подачи охлаждающего воздуха с воздуховода на радиаторы силовых электронных приборов силовых блоков;
15 - фильтры с низкой степенью очистки воздуха;
16 - фильтр с высокой степенью очистки воздуха.
Устройство системы охлаждения шкафа инвертора преобразователя частоты содержит шкаф инвертора поз. 1 с силовыми блоками инвертора поз. 2, включающими в себя силовые электронные приборы с радиаторами поз. 3 и отсек со слаботочными электронными приборами поз. 4 системы управления силового блока, отсек со слаботочными электронными приборами поз. 5 системы управления инвертора с системой принудительного воздушного охлаждения с нагнетающими вентиляторами поз. 6 и поз. 7 и направляющими воздуховодами поз. 8. Система принудительного воздушного охлаждения с нагнетающими вентиляторами поз. 6 и поз. 7 выполнена с двумя независимыми контурами охлаждения с направлениями потоков воздуха, указанными сплошными стрелками поз. 9 для первого контура охлаждения и штриховыми стрелками поз. 10 для второго контура охлаждения. Шкаф инвертора поз. 1 для формирования двух независимых контуров охлаждения поз. 9 и поз. 10 разделен стенкой поз. 11 на две изолированные секции поз. 12 и поз. 13. В первой секции поз. 12 с нагнетающими вентиляторами поз. 6 и направляющими воздуховодами поз. 8 формируется первый контур охлаждения поз. 9, предназначенный для охлаждения силовых электронных приборов поз. 3, размещенных в силовых блоках поз. 2. Во второй секции поз. 13, с нагнетающим вентилятором поз. 7 формируется второй контур охлаждения поз. 10, предназначенный для охлаждения слаботочных электронных приборов поз. 4 систем управления силовых блоков и поз. 5 системы управления инвертора
3
Силовое электронное оборудование шкафа инвертора конструктивно разделено на отдельные силовые блоки поз. 2, которые устанавливаются в проемы на стенке поз. 11, разделяющей шкаф на секции, таким образом, что радиаторы поз. 3 силовых электронных приборов силовых блоков поз. 2 располагаются по одну сторону стенки поз. 11 в первой секции поз. 12, а отсек поз. 4 со слаботочными электронными приборами системы управления силового блока по другую сторону стенки поз. 11 во второй секции поз. 13. В шкафу инвертора поз. 1 силовые блоки поз. 2 составляют ряды, например, три блока по высоте и от четырех до девяти по ширине шкафа инвертора поз. 1. Количество силовых блоков поз. 2 определяется в зависимости от мощности и номинального напряжения преобразователя. Каждый вертикальный ряд силовых блоков поз. 2 содержит свой нагнетающий вентилятор поз. 6 и воздуховод поз. 8, число которых определяется количеством вертикальных рядов силовых блоков поз. 2. Нагнетающие вентиляторы поз. 6 первого контура охлаждения поз. 9 устанавливаются в верхней части шкафа поз. 1 и подают охлаждающий воздух в воздуховоды поз. 8 первого контура охлаждения поз. 9, при этом силовые блоки поз. 2 не содержат вентиляторов охлаждения, а подача охлаждающего воздуха производиться непосредственно на радиаторы поз. 3 силовых электронных приборов силовых блоков поз. 2 с общего для каждого вертикального ряда силовых блоков поз. 2 воздуховода поз. 8 через выходные отверстия (сопла) поз. 14. Сопла расположены напротив каждого радиатора поз. 3 силового блока поз. 2. Производительность каждого нагнетающего вентилятора поз. 6, первого контура охлаждения поз. 9 составляет, например, от 1000 до 3000 м/час в зависимости от мощности преобразователя частоты среднего напряжения.
Второй контур охлаждения поз. 10 содержит нагнетающий вентилятор поз. 7, установленные на дверях передней части шкафа поз. 1, предназначенные для создания избыточного давления внутри второй секции поз. 13 и формирования второго контура охлаждения поз. 10, используемого для охлаждения слаботочных электронных приборов поз. 4 систем управления силовых блоков поз. 2 и слаботочных электронных приборов поз. 5 системы управления инвертором. Во второй секции поз. 13 отсек со слаботочными электронными приборами поз. 5 системы управления инвертора располагается на поворотной раме, установленной перед дверьми в передней части шкафа поз. 1, и имеет отверстие для связи с воздушным потоком поз. 10 второй секции поз. 13. Нагнетающий вентилятор поз. 7 второго контура охлаждения поз. 10 за счет малого тепловыделения слаботочных электронных приборов поз. 4 и поз. 5 имеет производительность, например, не более 20% от общей производительности нагнетающих вентиляторов поз. 6 первого контура охлаждения поз. 9.
Работа первого контура охлаждения поз. 9 осуществляется следующим образом. Нагнетающий вентилятор поз. 6 подает охлаждающий воздух через фильтр поз. 15 с низкой степенью очистки в общий для каждого вертикального ряда силовых блоков поз. 2 воздуховод поз. 8 подачи охлаждающего воздуха. Общий воздуховод поз. 8 позволяет использовать один нагнетающий вентилятор поз. 6 для охлаждения радиаторов поз. 3 трех вертикально расположенных силовых блоков поз. 2, что снижает общее энергопотребление устройства.
Из общего воздуховода поз. 8 подачи охлажденного воздуха через сопла поз. 14, расположенные непосредственно у охлаждаемой поверхности радиаторов поз. 3 силовых блоков поз. 2, нагнетаемый воздух подается на ребристую поверхность радиаторов поз. 3 силовых блоков поз. 2. Сопла поз. 14 расположены по центру радиаторов поз. 3 и обеспечивают равномерный обдув его ребристой поверхности. Непосредственный принудительный обдув радиаторов поз. 3 позволяет снизить тепловое сопротивление «поверхность радиатора - окружающая среда».
Так как в первой секции поз. 12 шкафа инвертора поз. 1 отсутствуют слаботочные электронные приборы, то это дает возможность использовать фильтр поз. 15 с низкой степенью очистки воздуха. Использование фильтра поз. 15 с низкой степенью очистки воздуха позволяет применить менее производительный вентилятор поз. 6, что уменьшает его стоимость, потребление электроэнергии и понижает уровень шума.
Работа второго контура охлаждения поз. 10 осуществляется следующим способом.
Перед нагнетающим вентилятором поз. 7 второго контура охлаждения поз. 10 установлен фильтр поз. 16 с высокой степенью очистки воздуха, чтобы исключить попадание пыли во вторую секцию поз. 13 шкафа инверторов поз. 1, со слаботочными электронными приборами поз. 4 системы управления силового блока и поз. 5 системы управления инвертором. Нагнетающий вентилятор поз. 7 второго контура поз. 10 системы охлаждения формирует указанный штриховыми стрелками поз. 10 поток воздуха и создает избыточное давление во второй секции поз. 13 шкафа поз. 1 со слаботочными электронными приборами поз. 4 и поз. 5 с целью исключения попадания во вторую секцию поз. 13 пыли.
Нагретый воздух выводится воздушными потоками контуров охлаждения поз. 9 и поз. 10 из шкафа поз. 1 в верхней его части.
За счет создания системы принудительного воздушного охлаждения шкафа инвертора поз. 1 с нагнетающими вентиляторами поз. 6 и поз. 7 и направляющими воздуховодами поз. 8 с двумя независимыми контурами охлаждения поз. 9 и поз. 10, первый контур поз. 9 для охлаждения силовых электронных приборов поз. 3 и второй контур поз. 10 для охлаждения слаботочных электронных приборов поз. 4 системы управления силового блока и поз. 5 системы управления инвертора, с разделением шкафа инвертора поз. 1 на две изолированные секции поз. 12 и поз. 13 для разделения потоков воздуха, выполнением направляющих воздуховодов поз. 8 таким образом, что формируют подачу нагнетаемого воздуха непосредственно на радиаторы поз. 3 силовых электронных приборов силовых блоков поз. 2, причем нагнетающие вентиляторы поз. 6 и поз. 7 контуров охлаждения поз. 9 и поз. 10 имеют разную мощность и устанавливаются раздельно, повышается эффективность системы охлаждения шкафа поз. 1, улучшается охлаждение силового и условия работы слаботочного электротехнического оборудования, обеспечивается возможность поддержания требуемой различной температуры для каждого контура охлаждения поз. 9 и поз. 10 и упрощается обслуживание вентиляционного оборудования.
Проведенные испытания устройства системы охлаждения шкафа инвертора преобразователя частоты подтвердили повышение эффективности системы охлаждения шкафа, улучшение условий охлаждения силового и слаботочного электротехнического оборудования при поддержании температуры на радиаторах силовых электронных приборов не более 75°C, обеспечивающей расчетную температуру кристаллов приборов не более 90°C и температуру элементов шкафа не более 60°C.