[发明专利]一种大功率变流器装置风冷散热结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率变流器的风冷散热结构，具体涉及一种隔离型大功 率变流器装置风冷散热结构。本发明主要用于具有较多无源元件的大功率变 流器的风冷散热结构，属于电力电子器件制造技术领域。

背景技术

在工业领域中，大功率电力电子装置存在许多热源，这些热源主要来自有 源和无源发热元件。有源发热元件主要指电力电子器件，如可控硅、IGBT、 GTO、IGCT；无源发热元件则主要包括电抗器、电阻器、变压器等。所有这 些发热元件都会使装置的温度升高，从而导致装置内部的元器件性能变差， 寿命减低。随着电力电子装置向小型化、轻量化、可靠化的方向发展，更加 有效的散热技术成了研究的重点。

现有大功率电力电子装置热设计过程中，通常对功率模块和其他发热元件 分别进行散热。相对于变压器、电抗器等无源元件而言，功率模块因体积较 小而使热容量受限制，温度易被快速拉升，使其散热问题尤为突出。在大功 率场合，通常采取专门的散热器辅助散热，并对散热器进行强制冷却，比如 采用强迫风冷、水冷、油冷、热管散热等方式。

在众多散热方式中，强制风冷的散热效果远好于自然风冷，而复杂性又大 大低于水冷和油冷，价格低于热管散热方式，且可靠性也较高，因此是功率为 数百瓦到数百千瓦的电力电子装置的主要散热方式。

通常情况下，选用散热面积较大的型材散热器和风量较大的风机可以降低 散热器到环境的热阻，提高散热效果，但散热面积的增加和风机风量的提高 均受到散热器的加工工艺、体积、重量以及噪音等指标的限制。因此，在散 热器和风机参数一定的条件下，合理的风道设计是改善散热效果的又一有效 途径。在包含许多发热无源元件的大功率电力电子装置中，如何紧凑的设计 风道，并且减小风机数量和装置体积显得至关重要。

现有的电力电子装置多采取侧向进风，侧向直接出风的散热结构形式，如 中国专利(专利号为99227679.9，名称为“半导体器件上的横流风扇冷却装 置”)所公开的技术内容。这种结构实现简单，体积较小，但由于进风口和出 风口散热效果不一致，存在明显的温度梯度。对于大功率变流器装置，仅仅 依靠这种横流风扇冷却装置显然不能满足要求。中国专利号为 200410073407.3，名称为“一种高效率低噪声散热器和常用散热器的改进设计” 的专利，公开了一种新型的风冷散热器，能够加大风量的利用效率，改善散 热效果，但并未从根本上解决单纯横向冷却存在温度梯度的问题。中国专利 号为200820054320.5，名称为“一种变流装置的散热装置”的专利，公开了 一种散热结构，在一定程度上减小了功率模块进风口与出风口的温度梯度， 但并没有考虑功率模块散热风道与其他风道的配合关系。另外，中国专利号 为200820054322.4，名称为“一种变流装置电抗器散热结构”的专利，公开 了一种电抗器散热与电力电子功率器件散热协调统一的结构，但是并不适用 于包含多个无源发热元件的装置。因此，针对含有多个无源发热元件的大功 率电力电子装置的散热结构形式，有必要进一步研究。

发明内容

本发明目的是提供一种大功率变流器装置风冷散热结构，其目的是提供一 种将多种无源元件与电力电子功率器件进行协调统一散热的结构，该结构通 过独立且紧凑的风道保证了电力电子功率器件和多种无源元件的散热效果， 减小散热装置体积。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种大功率变流器装置风 冷散热结构，在该大功率变流器装置的机柜腔体内设竖向隔板，该竖向隔板 将腔体内部空间分隔出第一腔体和第二腔体；第一腔体和第二腔体的顶部分 别设出风口，第一腔体和第二腔体的底部分别设进风口，以此形成第一、第 二两个散热风道；该大功率变流器装置的电力电子功率器件和电力电子控制 部件设于第一风道内，且电力电子功率器件和电力电子控制部件沿第一风道 的气流方向依次布置；该大功率变流器装置的辅助变压器、网侧电感、变流 器侧电感、交流滤波电容、直流侧电阻以及阻尼电阻设于第二风道内，且辅 助变压器、网侧电感、变流器侧电感、交流滤波电容、直流侧电阻以及阻尼 电阻沿第二风道的气流方向依次布置；所述第一风道和第二风道上均设有风 扇；所述竖向隔板的底边与机柜底面之间留有间距，以此在机柜腔体底部形 成一连通空间；连通空间的侧面设共用进风口，该共用进风口与第一腔体和 第二腔体的进风口连通。

上述技术方案中的有关内容解释如下：