本实用新型专利技术提供了一种低成本水冷变频柜，涉及变频器技术领域，解决了变频器、电机功率不匹配或增加冷水机组带来的成本增加、安装复杂、现场布置凌乱的问题，包括主变频器、柜体和水冷系统；所述主变频器和所述水冷系统设置于所述柜体内；所述主变频器内铺设有散热管道，所述散热管道具有暴露于所述主变频器的散热管道入水口和散热管道出水口；所述水冷系统连接所述散热管道入水口和所述散热管道出水口形成循环散热水路。本实用新型专利技术将水冷系统与变频器集成于柜体中，可解决风冷变频器必须使用大于电机实际功率的功率等级的问题，又可最大限度地降低水冷系统的成本。限度地降低水冷系统的成本。限度地降低水冷系统的成本。
【技术实现步骤摘要】
一种低成本水冷变频柜和变频设备
[0001]本技术涉及变频器
，具体的说，是一种低成本水冷变频柜和采用该低成本水冷变频柜的变频设备。
技术介绍
[0002]变频器为商业和工业电机提供动力和控制，为电能转换为机械能提供了必不可少的支持。但由于现场的复杂程度不同，必须根据其设计和应用环境进行热保护。变频器的主要优点是灵活的控制、平稳的启动和停机性能，以及为在可变负载下运行的大功率电机带来显著的节能。
[0003]大多数大功率变频器及其附属电子配件都被集成到电气机柜中。变频器不但提高了系统效率，变频器本身的效率也非常高，损失只有2％至4％。然而，由于大功率变频器中电能转换很大，即使效率损失较低，也会导致数千瓦到数十千瓦废热的产生。废热主要由半导体功率模块产生，功率模块内部集成IGBT，当变频器以一定开关频次进行载波能力输送时，IGBT模块会产生开关损耗和导通损耗，两者的累积就是废热。如果不能及时将废热输送出模块，将会导致模块热累积产生的温度急速升高，造成模块短路，变频器失效。
[0004]因此变频器的合理散热对提高变频器的可靠性和寿命有十分重要的影响。目前安装在变频柜内的变频器散热主要有三种方式——自然冷却、对流散热、液态散热。
[0005]自然散热
[0006]对于小容量的变频器一般选用自然散热方式，其使用环境应通风良好，无易附着粉尘及飘浮物。此类变频器的拖动对象多为家用空调、数控机床之类，功率很小，使用环境比较优良。
[0007]对流散热
[0008](1)变频器内装风扇散热
[0009]内装风扇散热一般对于小容量的通用变频器使用。通过正确的安装变频器，可以使变频器的内装风扇的散热能力达到最大化。该内装风扇可以将变频器内部的热量带走。通过变频器所在的箱体的铁板，进行最终散热。
[0010](2)变频器外装风机散热
[0011]通过在安装变频器的控制箱内，增设若干台具有换气对流功能的风机，则可以大大提高变频器的散热效果，降低变频器工作环境的温度。
[0012]液态散热
[0013]水冷或油冷是工业液冷方式中较常用的一种方式。常见的为使用一台外部水冷机或油冷机通过水管或油管接入到变频柜中的变频器散热管路中。通过冷水机或油冷机的制冷运行保证变频器废热排除。
[0014]以上三种散热方式针对环境不同、场合不同适用也不同。针对于75kW～200kW变频器应用场合来说，风机散热是主流手段。电柜中一般包含变频器内部风机和变频柜外部风机。内部风机散出来的热量通过外部风机同时将电气部件的热量与外部空气进行换热，正
是因为风冷散热变频器无法及时将废热排除，或当电柜周围环境温度过高时，风冷散热的效果将会变得不明显。因此使用变频器内风机散热带来的问题在于，风机的换热能力不足导致驱动相同功率的电机，需要使用更大功率的变频器，必须将变频器额定功率等级选用高于额定电机功率80％的变频器来驱动负载电机，例如驱动75kW电机，载波频率同为8kHz，需要使用132kW的变频器驱动。而变频器的差价达到40％，驱动132kW电机，需要使用200kW的变频器驱动，价格差为46％，价格差随着功率越大差价越大。因此，按照成本换算，变频器使用水冷系统散热可降低综合成本，使用水冷系统的变频器可驱动同等功率的电机。目前大功率变频柜往往会将变频器的散热水管进出口引入到变频柜的侧面或背面，并外加一个一台水冷机或者水循环系统。水冷机由压缩机、冷凝器、蒸发器、风机、膨胀阀、水泵等组成，目前大多数的水冷机设备采用定频压缩机、风机、水泵来进行控制，少数采用变频压缩机，定频风机和水泵系统。水泵定速定流量将水箱中的水送至变频器进水口，水带走变频器模块的废热从出水口流入水冷机，水冷机通过板式蒸发器与高温水进行换热，将冷却后的水再送入变频器进水口，周而复始可保证变频器内发热模块维持在一定温度下。水冷方法可以及时将变频器模块废热带走，降低变频器功率等级。一般情况下，使用与电机同功率的变频器即可，可带来变频器成本的压缩，但此种方案增加一个水冷机设备，使系统变得冗余，现场水管和线缆会带来布线的混乱、困难和成本的上升。
技术实现思路
[0015]本技术的目的在于设计出一种低成本水冷变频柜，将水冷系统与变频器集成于柜体中，可解决风冷变频器必须使用大于电机实际功率的功率等级的问题，又可最大限度地降低水冷系统的成本。
[0016]本技术通过下述技术方案实现：
[0017]本技术公开了一种低成本水冷变频柜，包括主变频器、柜体和水冷系统；所述主变频器和所述水冷系统设置于所述柜体内；所述主变频器内铺设有散热管道，所述散热管道具有暴露于所述主变频器的散热管道入水口和散热管道出水口；所述水冷系统连接所述散热管道入水口和所述散热管道出水口形成循环散热水路。
[0018]采用上述设置结构时，将水冷系统与主变频器集成到柜体中，通过管道将主变频器和水冷系统连接构成循环散热水路，可解决目前工业现场变频器、电机功率不匹配或增加冷水机组带来的成本增加、安装复杂、现场布置凌乱等问题，也可适用于恶劣环境现场。
[0019]进一步的为更好的实现本技术，特别采用下述设置结构：所述水冷系统包括水箱、水泵和热交换器；所述水箱、所述水泵和所述热交换器均安装于所述柜体内；所述水箱通过管路连接所述水泵，所述水泵通过管路连接所述热交换器，所述热交换器通过管路连接所述主变频器的散热管道入水口，所述主变频器的散热管道出水口通过管路连接所述水箱。
[0020]采用上述设置结构时，将水冷系统的水箱、水泵和热交换器与主变频器集成到变频柜内，可舍去压缩机、压缩机驱动器、板式热交换器、电子膨胀阀、干燥过滤器等，减少水冷系统低压电器如断路器、接触器、变压器等设置，节省水管管路，节省钣金件，降低安装复杂度，优化现场空间和后期维护成本。水冷系统将水通过水泵抽入主变频器散热管道，加热过的水通过热交换器与外环境进行热交换。
[0021]进一步的为更好的实现本技术，特别采用下述设置结构：所述主变频器设置于所述柜体的中部，所述水箱和所述水泵设置于所述柜体的下部，所述热交换器设置于所述柜体的上部。
[0022]进一步的为更好的实现本技术，特别采用下述设置结构：所述水冷系统还包括热交换器风机，所述热交换器风机设置于所述热交换器处。
[0023]采用上述设置结构时，将水冷系统的水箱、水泵、热交换器和热交换器风机与主变频器集成到变频柜内，可舍去压缩机、压缩机驱动器、板式热交换器、电子膨胀阀、干燥过滤器等，减少水冷系统低压电器如断路器、接触器、变压器等设置，节省水管管路，节省钣金件，降低设备成本，降低安装复杂度，优化现场空间和后期维护成本。水冷系统将水通过水泵抽入主变频器散热管道，加热过的水通过热交换器与外环境进行热交换，热交换器风机将机柜内低压电气的热量和热交换器的热量同时排除。
[0024]进一步的为更好的实现本技术，特别采用下述设置结构：所述热交换器风机设置于所述柜体顶部。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低成本水冷变频柜，其特征在于：包括主变频器(1)、柜体(2)和水冷系统；所述主变频器(1)和所述水冷系统设置于所述柜体(2)内；所述主变频器(1)内铺设有散热管道，所述散热管道具有暴露于所述主变频器(1)的散热管道入水口(7)和散热管道出水口(8)；所述水冷系统连接所述散热管道入水口(7)和所述散热管道出水口(8)形成循环散热水路。2.根据权利要求1所述的一种低成本水冷变频柜，其特征在于：所述水冷系统包括水箱(3)、水泵(4)和热交换器(5)；所述水箱(3)通过管路连接所述水泵(4)，所述水泵(4)通过管路连接所述热交换器(5)，所述热交换器(5)通过管路连接所述主变频器(1)的散热管道入水口(7)，所述主变频器(1)的散热管道出水口(8)通过管路连接所述水箱(3)。3.根据权利要求2所述的一种低成本水冷变频柜，其特征在于：所述主变频器(1)设置于所述柜体(2)的中部，所述水箱(3)和所述水泵(4)设置于所述柜体(2)的下部，所述热交换器(5)设置于所述柜体(2)的上部。4.根据权利要求2或3所述的一种低成本水冷变频柜，其特征在于：所述水冷系统还包括热交换器风机(6)，所述热交换器风机(6)设置于所述热交换器(5)处。5.根据权利要求4所述的一种低成本水冷变频柜，其特征在于：所述热交换器风机(6)设置于所述柜体(2)顶部。6.根据权利要求2或3所述的一种低成本水冷变频柜，其特征在于：所述水冷系统还包括控制器(9)，所述水泵(4)设置为变频水泵，所述水泵(4)连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：尚海，江欣怡，白明山，许乔，
申请(专利权)人：西安安凡达智能电机有限公司，
类型：新型
国别省市：
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