Конструкция силовой ячейки шкафа преобразователя частоты

Полезная модель относится к электротехническому оборудованию, в частности к конструктивному исполнению силовых ячеек преобразователей частоты.
В условиях необходимости размещения нескольких электрических шкафов в ограниченном пространстве в целях повышения производительности компактное конструктивное исполнение силовых ячеек при обеспечении их функциональности и надежности имеет важное значение.
В данном контексте известно устройство, входящее в систему, которая включает в себя группу удаляемых силовых ячеек [Пат. RU 2412523, МПК Н02М 7/00. Система конструктивного оформления для модульных силовых ячеек / М.Ф. Аиелло, Э.А. Чисман, В.Ш. Джордан; заявитель Сименс Энерджи энд Отомейшн, Инк. - 3. №2008112157/28; заявл. 30.08.2006; опубл. 20.02.2011]. Каждая силовая ячейка включает в себя охлаждаемый водой радиатор, воздуховпускное отверстие и воздуховыпускное отверстие. Система также включает в себя теплообменник. Теплообменник извлекает воздух из ячеек, охлаждает его и осуществляет рециркуляцию охлажденного воздуха в ячейки через воздуховпускное отверстие каждой ячейки. Ячейка может быть спроектирована так, чтобы компоненты, которые не находятся вблизи радиатора, охлаждались воздухом из впускного отверстия до того, как воздух достигает радиатора.
Авторы данного изобретения аргументируют уменьшение габаритов, повышение долговечности и надежности и обеспечение возможности поддержания работы системы при одном или нескольких повреждениях. Однако, наличие дополнительных силовых ячеек противоречит
техническому результату уменьшения габаритов шкафа. Кроме того, использование охлаждаемого водой радиатора усложняет конструкцию, сопряжено с необходимостью наличия источника воды рядом с местом использования устройства, дополнительным обслуживанием, а также снижает технологичность и повышает вероятность выхода из строя конструкции.
Подобное техническое решение описано в системе подачи электроэнергии, включающей в себя взаимозаменяемые ячейки [Пат.RU 2404482, МПК H01L 25/00, Н02М/00, H05K 7/02. Система подачи электроэнергии, включающая в себя взаимозаменяемые ячейки / М. Ф. Аиелло, С. Чжан; заявитель Сименс Энерджи энд Отомейшн, Инк. - 3. №2008112159/07; заявл. 30.08.2006; опубл. 20.11.2010]. Система силовых ячеек включает в себя конструкцию, которая обеспечивает многочисленные места расположения силовых ячеек. Система также включает в себя по меньшей мере одну регенеративную силовую ячейку и по меньшей мере одну нерегенеративную силовую ячейку. Места расположения ячеек и силовые ячейки выдержаны по размерам и позиционированы так, что каждое место расположения ячейки может на основе взаимозаменяемости принимать либо регенеративную силовую ячейку, либо нерегенеративную силовую ячейку.
В процессе решения задачи упрощения эксплуатации авторами изобретения увеличены габариты конструкции, которая должна обеспечивать расположение по меньшей мере одной регенеративной силовой ячейки и по меньшей мере одной нерегенеративной силовой ячейки, что может вносить ограничения в условиях необходимости установки нескольких таких конструкций в узком пространстве. Использование дополнительных элементов в конструкции и, соответственно, дополнительных связей между этими элементами обуславливает повышение ее себестоимости.
Известным является преобразователь частоты [Pat. CN 104993714, IPC Н02М 7/00; H05K 7/20. Frequency converter assembly / Li Mingsheng et al.; applicant Nanjing Cigu Ltd Corp. - Appl. No. CN 20151342851; applied
18.06.2015; pub. date 21.10.2015], который содержит модуль питания IPM, сборную шину и конденсатор. Конденсатор и модуль питания IPM соединены со сборной шиной, узел преобразователя частоты дополнительно содержит воздушный канал теплового излучения, блок установки конденсатора, защитную крышку сборной шины и фиксирующий блок. Воздушный канал теплового излучения и блок установки конденсатора жестко соединены. Монтажные положения сборной шины и конденсатора близки к силовому модулю IPM, конструкция компактна. Фиксирующий блок снабжен вставочной канавкой, а боковая стенка фиксирующего блока снабжена отверстием, связанным со вставочной канавкой, боковая стенка воздушного канала снабжена ручками.
В данном техническом решении обеспечено снижение габаритов конструкции за счет перепроектирования расположения ее элементов, а также минимизации их количества, что негативно отражается на функциональности устройства. Кроме того, конструктивное решение требует дополнительного расхода меди для создания связей между нестандартно расположенными элементами и элементами установленным в электрическом шкафу, куда монтируется ячейка. Также решением не предусмотрено согласованность с устройствами, которые будут обеспечивать удовлетворительные условия передвижение воздуха по охладительным каналам, их расположение относительно силовой ячейки, что в данном конструктивном решении может вызвать технологические трудности или трудности, решение которых будет сопряжено с увеличением габаритов конструкции.
Известным является техническое решение ПЕТРА-0120 [https://docplayer.ru/storage/55/36033878/1542099319/hrF518Uckcd2WXO9C26q Ow/36033878.pdf], представляющее собой силовую ячейку шкафа преобразователя частоты, которая включает силовые подключения с обеспечением подключение силовой ячейки от вводного автомата черед дроссель, включающий катушку и магнитопровод. Обеспечены высокая
компактность и ремонтопригодность устройства. Однако, устройство характеризуется следующими недостатком. Использование водяного охлаждения усложняет конструкцию, требует наличия источника воды в месте эксплуатации устройства, повышает требования к его обслуживанию, что может служить факторами снижения надежности устройства при отсутствии указанных условий.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи создания компактной конструкции силовой ячейки, обеспечивающей ее надежную работу.
Решение этих задач обуславливается совокупностью следующих существенных признаков. Конструкция силовой ячейки шкафа преобразователя частоты включает силовые подключения, дроссель du/dt, резисторы, конденсаторы, блок инвертора, блок выпрямителя, датчики тока, охладитель, конденсаторы звена постоянного тока и блок электроники, при этом силовые подключения выполнены в нижней части силовой ячейки. В центральной части ячейки расположен воздуховод, в котором размещены охладители и дроссель du/dt, при этом на боковых частях ячейки расположены отсеки силовых полупроводников и конденсаторов, имеющих полипропиленовое исполнение, а в верхней части ячейки расположены полозья для установки ячейки в шкаф, которые конструктивно, объединены с воздуховодом.
Сущность полезной модели объясняется следующими изображениями:
- фиг. 1 - вид справа силовой ячейки преобразователя частоты;
- фиг. 2 - вид слева силовой ячейки преобразователя частоты;
- фиг. 3 - вид А-А вида справа силовой ячейки преобразователя частоты.
На указанных чертежах обозначены следующие конструктивные элементы: силовые шины, 1-9, обеспечивающие силовое подключение, дроссель du/dt, 10, резисторы, 11, 12, конденсаторы, 13, 14, блок инвертора, 15, блок выпрямителя, 16, датчики тока, 17, 18, охладитель, 19, конденсаторы
звена постоянного тока, 20, и блок электроники, 21, воздуховод, 22, полозья для установки ячейки в шкаф, 23.
В процессе эксплуатации ячейки достаточно применение одного вытяжного вентилятора (по сравнению с использованием нагнетательного и вытяжного вентиляторов в известном уровне техники) за счет конструктивного объединения полозьев для установки ячейки, 23, с воздуховодом, 22, и обеспечения его герметичности, что повышает надежность устройства.
Полезная модель характеризуется компактностью, не уступающей аналогам и прототипу.
Представленная конструкция позволяет подвешивать ячейку в верхней части электрического шкафа. Использование одного вытяжного вентилятора над ячейкой обеспечивает эффективный теплообмен с прохождением воздуха без его потерь через устройство, а также позволяет разместить вводной автомат электрического шкафа под ячейкой, что оптимизирует количество меди, расходуемое на соединение элементов, что приводит повышению надежности устройства за счет снижение длины соединений.
Применение полипропиленовых конденсаторов позволяет сохранить работоспособность устройства на протяжении всего срока его эксплуатации, за счет свойств такого исполнения конденсаторов к самовосстановлению, тепловой и частотной стабильности, диэлектрической прочности, высоких показателей гигроскопичности.
Конструктивное исполнение ячейки обеспечивает эффективное воздушное охлаждение за счет размещение силовых элементов с двух сторон ячейки, что увеличивает надежность устройства. Также обеспечивается полный доступ к силовым элементам при снятии боковых крышек, а также полный доступ к системе управления без демонтажа ячейки, что увеличивает ремонтопригодность, и, соответственно, надежность устройства. Также достигнуто обеспечение высокой жесткости рамы и минимизации количества
пыли, проникающей в блоки электроники за счет выделенного силового воздуховода.