[發明專利]具有不對稱式導引的空氣流冷卻系統的低壓開關設備

有效

• 申請號: 201880075697.5
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN111373851B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: P.凱斯鮑爾;N.賴興巴赫
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 任麗榮

本發明涉及一種具有殼體(5)的低壓開關設備，在所述殼體中在風扇(1)的通風區域中布置有電力電子構件(2、3、4)。本發明的特征在于，所述電力電子構件(2、3、4)在由源自風扇(1)不對稱導引的空氣流進行的溫度調節下工作，使得所述低壓開關設備通過所述不對稱式導引的空氣流而能夠以高達650A的設備額定電流范圍運行。

本發明涉及一種具有殼體的低壓開關設備，在所述殼體中在風扇的通風區域中布置有電力電子構件。

在多相電網中(其絕大多數為三相)，電力電子設備、例如軟起動器用于控制能量流。為此，在每個電網相中都有電力電子單元，也稱為功率部件，它們適當地影響電流。在軟起動器中，功率部件由兩個電力電子構件構成，它們是反并聯連接的晶閘管，所述晶閘管設置有冷卻器件、例如散熱器。

該冷卻器件被用于將由于電流控制而在電力電子構件中產生的廢熱導引遠離該電力電子構件并且以此避免在所述電力電子構件中的不允許的溫度。

另外的冷卻器件是風扇，其用于改善散熱器的散熱。這能夠實現更大的設備額定電流或者甚至更高的開關循環數。

對于在三相交流電網中的軟起動器，三個功率部件通常幾乎對稱地承受載荷，使得在功率部件中產生相似高的損耗功率和過熱。損耗功率的差異可由于三個電網相電壓的導致電網相電流不同的不一樣高的電壓值而產生，以及可由于在電力電子構件的導通特性中的樣本偏差而產生。

由現有技術中已知的一種解決方案在于，為每個功率部件配備溫度傳感器，以便因此能夠獨立于其他功率部件并且獨立于存在的損耗功率不平衡地保護每個功率部件。

另一解決方案在于，借助熱測量確定冷卻最不好的功率部件，并且僅該功率部件配設溫度傳感器。在三個功率部件并排布置并且自然對流的情況下，冷卻最不好的是中間的功率部件，因為它被其兩個相鄰部件一起加熱，或者說這兩個相鄰部件分別具有較冷的外側面。在利用風扇強制對流的情況下，冷卻最不好的會是這三個功率部件中的任何一個，這取決于風扇的轉子旋轉方向和通過功率部件的空氣流方向。

若在用風扇冷卻時，一個外部的功率部件是最熱的并且在那里安裝了溫度傳感器，就必須預留針對風扇故障情況的一定程度的溫度余量，因為中間的功率部件那時就變成最熱的。作為補充的是，在設計中必須算入溫度余量，以考慮損耗功率不平衡。這兩種情況會導致功率部件的尺寸設計過大。

另一種解決方案是所有電力電子構件布置在一個共同的散熱器上，使得該散熱器配設唯一的溫度傳感器。然而其前提是一個電網相的電力構件相對于其他電網相的電力構件的電絕緣，這在熱學方面是不利的，使得這只適用于高達約150-200A的設備額定電流值。

由現有技術已知的解決方案的缺點是，或者使用多個溫度傳感器或者必須在結構上針對冷卻元件規劃額外的結構空間。

因此本發明要解決的技術問題是，實現一種低壓開關設備尤其軟起動器，其甚至在高達650A范圍中的設備額定電流時也能實現電力電子構件的可靠的溫度調節。

上述技術問題根據本發明通過具有權利要求1的特征的低壓開關設備解決。可以單獨或者相互結合應用的有利的設計方案和改進設計是從屬權利要求的內容。

按照本發明，上述技術問題通過一種具有殼體的低壓開關設備解決，在所述殼體中在風扇的通風區域中布置有電力電子構件。本發明的特征在于，電力電子構件在由源自風扇不對稱式導引的空氣流進行的溫度調節下工作，使得低壓開關設備通過所述不對稱式導引的空氣流而能夠以高達650A的設備額定電流范圍運行。

按照本發明的解決方案規定，針對所有電力電子構件的冷卻僅使用唯一的風扇。每個功率部件在結構上分配單獨的空氣通道。單獨的空氣通道的橫截面個性化地在合適的位置調整，使得在產生損耗功率相同的情況下中間的功率部件略微較差地通流并且以此比兩個外部的功率部件略微更熱，其中，兩個外部的功率部件基本上一樣熱。