Преобразователь частоты шкафного исполнения и способ его охлаждения
CABINET VERSION FREQUENCY CONVERTER AND COOLING METHOD THEREOF

Заявленное техническое решение относится к области электротехники, в частности, к конструкции преобразователей частоты среднего и высокого напряжения.
При эксплуатации высоковольтного электротехнического оборудования подверженного воздействию окружающей среды необходимо обеспечивать защиту силовой части и слаботочных электронных компонентов от попадания влаги и пыли, а также создавать и поддерживать оптимальные условия эксплуатации такого оборудования.
Преимущественно подобные задачи решаются путем возведения специальных помещений для размещения оборудования, с обеспечением оптимального микроклимата внутри. Также возможен вариант выполнения в исполнении блок-бокс. К недостаткам перечисленных вариантов можно отнести увеличенные габариты, сложность транспортировки, зависимость от окружающей инфраструктуры. Перечисленные недостатки существенно сокращают возможности применения оборудования.
С целью повышения мобильности и расширения эксплуатационных возможностей электротехнического оборудования, в частности преобразователей частоты среднего и высокого напряжения, производители прибегают к выполнению защитного корпуса в виде моноблочной конструкции «моношкафа».
Основной задачей при конструировании преобразователей частоты шкафного исполнения высокой мощности, является обеспечения бесперебойной работы с защитой оборудования от перегрева и других факторов, которые могут быть вызваны воздействие окружающей среды.
Из уровня техники, заявка на изобретение США US 20090185348A1 известна система для охлаждения электрических компонентов и устройств, которая предназначена для наружных шкафов и корпусов телекоммуникационной техники. В описанной системе охлаждения использован входной фильтр, который расположен таким образом, чтобы обеспечить чрезвычайно хорошее уплотняющее действие. В стенку или дверь корпуса помещен желоб фильтра, в который устанавливается фильтр. Фильтр выполнен съемным и заменяемым снаружи с герметичным кольцевым уплотнением и прилеганием к желобу фильтра.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести недостаточную защищенность корпуса от влаги и пыли, а также необходимость выполнения монтажных операций, для выполнения которых может потребоваться остановка оборудования.
Также, из патента на изобретение RU 2537617 известна система воздушного охлаждения со встроенным мембранным фильтром. Согласно заявленному изобретению телекоммуникационная станция, включает в себя телекоммуникационные электронные компоненты. Устройство охлаждения, включающее корпус, внутри которого находятся телекоммуникационные электронные компоненты, причем в корпусе имеется воздушное впускное отверстие для получения воздуха из внешней среды. Корпус содержит фильтрующий элемент, выполненный с возможностью фильтрации воздуха, проходящего через воздушное впускное отверстие, причем фильтрующий элемент представляет собой безмембранный фильтр.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести недостаточную защищенность корпуса от влаги и пыли, а также необходимость выполнения специальных монтажных операций при замене воздушных фильтров, например, демонтаж уплотнения, что в итоге может привести к его частой замене и низкой надежности.
Описанное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является создание защитного корпуса преобразователя частоты шкафного исполнения с эффективной системой охлаждения и защитой от воздействия окружающей среды.
Технический результат, полученный от реализации описанного технического решения, заключается в расширении эксплуатационных возможностей преобразователя частоты (ПЧ) шкафного исполнения.
Сущность заявленного технического решения заключается в том, что зона фильтрации системы принудительного воздушного охлаждения ПЧ, выполнена в виде отдельной части защитного корпуса, которая содержит лабиринтный воздушный канал, где одна из стенок выполнена в виде подвижной рамной конструкции под установку воздушных фильтров.
Часть лабиринтного воздушного канала может содержать «зону отвода влаги», которая устроена перед воздушными фильтрами, при этом «зона отвода влаги», также может содержать участок с увеличенной площадью сечения и водоотвод с дренажными отверстиями.
Согласно одному из возможных вариантов реализации технического решения, очередность прохождения воздушного потока через электронные компоненты внутри защитного корпуса, определяется сопротивлением движению воздушному потоку электронных компонентов, при этом электронные компоненты чувствительные к воздействию высокой температуры, выполнены с наименьшим воздушным сопротивлением.
Также, согласно преимущественному варианту реализации, зона фильтрации содержит входную защитную решетку, при этом, зона фильтрации также может  содержать входную решетку с лабиринтным пыле-влаго улавливающим фильтром.
Сущность заявленного изобретения поясняется, но не ограничивается приведенными графическими материалами:
фиг.1 – общий вид преобразователя частоты шкафного исполнения;
фиг.2 – вариант 1 схемы выполнения системы принудительного воздушного охлаждения ПЧ;
фиг.3 – вариант выполнения зоны фильтрации воздуха, вид сбоку;
фиг.4 – вариант выполнения зоны фильтрации воздуха, вид сверху.
Преобразователь частоты среднего и высокого напряжения шкафного исполнения содержит защитный корпус 1 (фиг.1) рамной конструкции, разделенный, по меньшей мере, на отсеки: силовых подключений и коммутации 2, системы управления 3, силовой части 4 и зоны фильтрации воздуха 5. На поверхности шкафа установлен модуль 6 вытяжного вентилятора. Модуль 6 оснащен защитной решеткой 7, а также может оснащаться воздушным клапаном (на изображениях не показан).
Отсек силовых подключений и коммутации 2 выполнен герметичным и обеспечивает удобство подключения оборудования к питающей сети на месте эксплуатации, а также выполняет функции коммутации/перекоммутации обмоток многообмоточного фазосдвигающего трансформатора (МФТ) 8 фиг.2.
Отсек силовой части 4 содержит многообмоточный фазосдвигающий трансформатор 8, связанный с силовыми ячейками 9 инвертора. Силовые ячейки установлены на опорной конструкции 10, которая содержит направляющие каналы для прохождения охлаждающего воздуха через корпус и радиаторы каждой силовой ячейки 9. Таким образом, обеспечивается минимальное воздушное сопротивление для повышения эффективности охлаждения чувствительных к теплу, электронных компонентов СЯ.
Между отсеком силовых подключений 2 и отсеком силовой части 4, может быть расположен отсек системы управления 3, который также выполнен герметичным. Отсек системы управления, преимущественно, оснащается программируемым контроллером 11 и связанными с ним периферийными электронными компонентами.
Зона фильтрации 5 (фиг.3) внешнего воздуха устроена, по меньшей мере, с одной из сторон защитного корпуса 1 ПЧ и может быть выполнена в виде отдельной части защитного корпуса 1, связанной воздушным каналом 12 с другими отсеками, в частности, с отсеком силовой части 4. Возможен вариант раздельного воздушного охлаждения, при котором зона фильтрации 5 может быть устроена с двух сторон корпуса, при этом принцип действия системы охлаждения остается неизменным.
Зона фильтрации 5 содержит лабиринтный воздушный канал 13, где одна из стенок 14 выполнена в виде подвижной рамной конструкции под установку воздушных фильтров 15. Указанная стенка 14 имеет шарнирное крепление 21  (фиг.4), допускающее перемещение только в одной плоскости, например в вертикальной. Такое выполнение позволяет осуществить замену воздушных фильтров, не выполняя сложных монтажных операций, сохраняя при этом герметичность уплотнения.
Часть лабиринтного воздушного канала 13, содержит «зону отвода влаги» 16, которая устроена перед воздушными фильтрами 15, при этом «зона отвода влаги» 16 содержит участок 17 с увеличенной площадью сечения и водоотвод с дренажными отверстиями 18. Зона фильтрации 5 содержит входную защитную решетку 19, а также может быть оснащена входной решеткой с лабиринтным пыле-влаго улавливающим фильтром (на изображениях не показана).
Поставленная задача решается путем реализации интегрированной системы принудительного воздушного охлаждения, работающей по вытяжному принципу. Установленный в модуле 6, по меньшей мере, один управляемый вытяжной вентилятор 20 (фиг.3) обеспечивает забор внешнего воздуха, «Холодный воздух» посредством снижения воздушного давления внутри защитного корпуса 1 ПЧ. Под воздействием разряжения, внешний воздух поступает в зону фильтрации 5. На входе зону фильтрации, за счет участка 17 с увеличенной площадью сечения воздушный поток снижает скорость, что позволяет выделить влагу, которая может содержаться в воздухе, в пределах «зоны отвода влаги» 16. Выделенная из воздуха влага отводится через дренажные отверстия 18. После прохождения «зоны отвода влаги» 16, внешний воздух «Холодный воздух» через воздушные фильтры 15 поступает в отсек силовой части 4, проходя через воздушные каналы силовых ячеек 9 и МФТ 8, последовательно снимает тепло и выводится за пределы защитного корпуса «Теплый воздух».
Очередность прохождения воздушного потока через электронные компоненты внутри защитного корпуса 1, определяется сопротивлением движению воздушному потоку электронных компонентов. При этом, электронные компоненты чувствительные к воздействию высокой температуры, например, силовые ячейки 9, выполнены с наименьшим воздушным сопротивлением. Снижение воздушного сопротивления силовых ячеек обеспечивают за счет выполнения опорной конструкции 10 с направляющими каналами для прохождения охлаждающего воздуха через корпус и радиаторы каждой силовой ячейки 9.
Реализация заявленного технического, обеспечивает достижение указанного технического результата, позволяя расширить эксплуатационных возможностей преобразователя частоты (ПЧ) шкафного исполнения за счет выполнения компактного корпуса с эффективной системой охлаждения и уровнем пыле-влаго защиты не ниже IP54.