Герметичная оболочка электротехнического устройства

Заявляемое техническое решение относится к области электротехники, в частности к областям автоматизированного электропривода (ЭП) и преобразовательной техники с принудительной системой воздушного охлаждения, и может быть применено для построения средневольтных/высоковольтных преобразователей частоты и других электротехнических устройств шкафного исполнения с защитой от влаги и пыли.
На данный момент известны способы и системы охлаждения высоковольтного электротехнического оборудования, выделяющего значительную рассеиваемую энергию в виде тепла, которые обеспечивают отвод выделяемого тепла посредством как природного, так и принудительного вентилирования.
В шкафах, выполненных в виде герметичной оболочки, применяют двухконтурную систему охлаждения, где внутренний контур является замкнутым и теплопередача обеспечивается посредством   теплообменника.
В зависимости от типа применяемого хладагента различают жидкостную, воздушную и смешанную системы охлаждения, каждая из которых имеет как свои преимущества, так и недостатки в зависимости от условий эксплуатации.
Одной из наиболее распространенных, можно считать воздушную систему принудительного охлаждения, ввиду относительной простоты конструкции и удобства в эксплуатации и эффективности.
Основной задачей в конструкции систем воздушного охлаждения, является обеспечение герметичности оболочек с уменьшением габаритных размеров и упрощением конструкции, что также позволит обеспечить  высокую ремонтопригодность и эксплуатационные характеристики.
Заявляемое техническое решение обеспечивает решение таких задач.
Технический результат, достигнутый от реализации полезной модели, заключается снижении габаритов без снижения эффективности охлаждения силовых электронных компонентов.
Из патента на полезную модель RU 144730 от 10.03.2014 известен способ охлаждения отсека трансформатора высоковольтного электротехнического устройства, где используют четыре тангенциальных вентилятора, установленные в нижней части шкафа многообмоточного трансформатора. На дверях шкафа многообмоточного трансформатора установлены три осевых вентилятора, которые обеспечивают подачу воздуха из помещения внутрь.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести большое количество вентиляторов, что приводит к увеличению габаритов устройства.
Также из патента на изобретение  RU 2731958 Мобильный центр обработки данных, представляющий собой грузовой контейнер с внутренним усиленным каркасом, выполненным с возможностью размещения в нем стоек для аппаратуры вычислительной техники, средств электроснабжения, средств пожаротушения, средств оповещения и средств охлаждения, размещенных внутри грузового контейнера вдоль одной из его торцевых сторон. На противоположной его торцевой стороне установлен фильтрационный отсек грубой очистки воздуха с вентиляционными решетками в стенке контейнера, и последовательно установленные за ними внутри контейнера фильтры грубой очистки воздуха, фильтры тонкой очистки воздуха, регулируемые жалюзи подачи очищенного воздуха, теплообменник и вентиляторы с регулируемыми или гравитационными жалюзи.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести значительные габариты устройства, что вызвано наличием отдельной зоной охлаждения воздуха, а также установкой дополнительных внешних блоков охлаждения.
Описанное техническое решение принято за ближайший аналог.
Сущность технического решения заключается в том, что  внутренний воздушный контур герметичной оболочки сформирован потоком охлаждающего воздуха, разделенного воздушными каналами силовых электронных компонентов на потоки подогретого воздуха, замкнутые на теплообменник, где указанный теплообменник и рециркуляционный вентилятор установлены на участке замкнутого потока подогретого воздуха.
Также согласно преимущественному варианту реализации заявленного технического решения конструкция, по меньшей мере, силовых электронных компонентов содержит часть воздушных каналов внутреннего воздушного контура.
Также преимущественному варианту реализации заявленного технического решения поток холодного воздуха разделен на, по меньшей мере, два параллельных потока подогретого воздуха.
Также, по меньшей мере, один теплообменник установлен в отдельном воздушном канале, сопряженном с одной из боковых граней герметичной оболочки, при этом отдельный воздушный канал в верхней части оснащен вытяжным вентилятором.
Сущность заявленного технического решения поясняется, но не ограничивается, приведенными графическими материалами:
фиг.1 - преобразователь частоты, общий вид;
фиг.2 - преобразователь частоты, общий вид, конструкция;
фиг.3 - внутренний контур воздушного охлаждения преобразователя частоты.
Электротехническое устройство, в частности средневольтный преобразователь частоты (фиг.1) выполнен в корпусе моноблочного исполнения в виде прямоугольного параллелепипеда с проемами под двери и технологические люки с четырех сторон. Корпус 1 рамной конструкции из коррозионностойкого материала, по длине разделен на отсеки. Один отсек 2 выполнен в виде герметичной оболочки с двухконтурным воздушным охлаждением. По меньшей мере, внутренний контур охлаждения выполнен герметичным и включает, по меньшей мере, силовые электронные компоненты, в частности трансформатор 3 и силовые ячейки 4 (СЯ). Трансформатор 3 сухого исполнения установлен на подвижной раме. Подвижная рама выполнена в виде роликовой платформы, которая установлена на направляющих, позволяющих извлекать трансформатор при техническом обслуживании. Часть отсека 2 в области трансформатора 3 содержит герметичный люк, что позволяет обеспечить удобство доступа для обслуживания. Герметичный отсек 2 дополнительно может быть укомплектован термоэлектрическими устройствами отвода влаги, а также средствами осушения воздуха с нагревающими элементами.
1
Конструкция силовых электронных компонентов 3, 4 содержит или формирует часть воздушных каналов, указанного внутреннего воздушного контура (ВВК). Указанный ВВК сформирован из, по меньшей мере, одного потока 5 охлаждающего воздуха, разделенного воздушными каналами силовых электронных компонентов 3, 4 на потоки  6 подогретого воздуха, при этом, по меньшей мере, один поток 6 подогретого воздуха замкнут на теплообменник 7.
Разделение потоков подогретого и холодного воздуха обеспечивается посредством рециркуляционного вентилятора 8 и теплообменника 7 установленных на участке, по меньшей мере, одного замкнутого потока подогретого воздуха.
На выходе рециркуляционного вентилятора 8, воздушный контур замыкается в один поток 5 холодного воздуха, который подается на силовые электронные компоненты 3, 4. Конструкция, по меньшей мере, силовых электронных компонентов 3, 4, содержит часть воздушных каналов внутреннего воздушного контура.
В частности,  воздушные потоки могут распределяться равномерно, через каналы СЯ и трансформатора, также возможен вариант реализации, при котором воздушные каналы СЯ 4 обеспечивают первоочередное прохождение направленного потока воздуха через корпус СЯ и установленные в нем радиаторы силовых ключей IGBT (не показаны). После чего поток проходит через воздушные каналы трансформатора 3, устроенные между обмотками и корпусом.
1
2
Расположение силовых электронных компонентов 3, 4 в отсеке 2 в два яруса (СЯ над трансформатором), с возможным смещением в горизонтальной плоскости, позволяет существенно уменьшить габариты и оптимизировать траекторию движения воздушного потока. После прохождения силовых электронных компонентов 3, 4  поток 6 подогретого воздуха может замыкаться на теплообменник 7, также, указанный поток может быть разделен на, по меньшей мере, два параллельных потока 6, 6 подогретого воздуха.
1
2
В преимущественном варианте реализации с разделением потока на  два параллельных потока 6, 6,указанный внутренний герметичный контур включает,  по меньшей мере, два герметичных теплообменника 7, воздушные каналы 9, в которых установлены рециркуляционные вентиляторы 8.
При этом теплообменники установлены в отдельных воздушных каналах 10, в верхней части которых установлены вытяжные вентиляторы в защитных кожухах 11,  которые могут быть оснащены управляемыми жалюзи. Вытяжные вентиляторы обеспечивают подачу внешнего воздуха в канал 10, где реализован теплообмен с внутренним герметичным контуром через теплообменники 7. Отдельный воздушный канал 10, сопряжен с одной из боковых граней герметичной оболочки.
Силовые ячейки 4 инвертора установлены на изолированной раме, выполненной из электроизоляционного материала. Силовые ячейки выполнены легкосъемными и взаимозаменяемы. Каждая СЯ может быть  оснащена механическим быстродействующим коммутационным устройством  (байпасом), например таким, как указано в патентах RU195146 от 14.11.2019; RU 2 686 659 от 16.01.2018.
1
Доступ к модулю ячеек реализован, а также иным элементам конструкции может быть реализован через герметичные двери 12, при этом доступ другим элементам конструкции обеспечивается через съемные герметичные люки 12 (фиг.1) на боковых поверхностях шкафа, например, таким образом, может быть обеспечен доступ к отсеку внешних подключений или к трансформатору.
Указанное конструктивное выполнение позволяет повысить ремонтопригодность и удобство эксплуатации устройства.
С одной из сторон от герметичного отсека 2 устроен герметичный блок 13 управления (фиг.1, 2), совмещенный с отсеком коммутации 14 и блоком внешних подключений 15.
Реализация заявляемого техническое решение способствует достижению указанного технического результата, обеспечивая оптимальные габариты, герметичность, коррозионностойкость корпуса электротехнического устройства, улучшенные эргономические показатели, а также эффективное принудительное воздушное охлаждение силовых электронных компонентов, помещенных в герметичной оболочке с защитой от попадания влаги и пыли по стандарту не ниже NEMA 4, посредством интегрированной системы двухконтурного воздушного охлаждения.