CN104600960A - 紧凑型电源柜主单元柜及其组装方法及柜内组件排布方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了紧凑型电源柜主单元柜及其组装方法及柜内组件排布方法。紧凑型电源柜主单元柜包括主单元柜柜体、安装在上部的功率模块单元、竖直安装中部的电气板、安装在下部的磁性元部件***、安装在后部区域的散热风道***；功率模块单元包括前后叠放安装的整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容和控制电路板；磁性元部件***包括上下叠放安装的二个以上子元部件。本发明便于元器件摆放、散热良好、机柜体积小，有效实现了电源柜内元部件紧凑布局和良好的散热效果，且结构简单，易于制造安装。柜体具有正面操作维护、背侧可靠墙/障碍物安装、柜体尺寸紧凑占地面积小的优点。

Description

紧凑型电源柜主单元柜及其组装方法及柜内组件排布方法

技术领域

本发明涉及电力电子设备技术领域。

背景技术

电源柜，作为电力电子变换装置，是现代电力电子技术发展的工业成果，一般装设有功率开关器件（IGBT等）、磁性元件（变压器、电抗器等）和配电元器件（开关等）等元器件，广泛用于新能源（太阳能光伏/风电等）、电力电网等众多领域。大功率电源柜的高功率密度、稳定的工作性能、便捷的操作维护，既是用户的需求，也是行业努力的目标。电源柜的功率密度、可靠性和操作维护性，直接影响了电源柜市场应用竞争力，散热设计和***结构布局是否合理，直接决定着上述指标。

功率密度越高，具有同等功率条件下柜体体积更小的优点，可方便用户安装和使用，但势必影响内部元器件布局、整机散热效果以及操作维护性。电源柜尺寸越紧凑，占地面积小，易于操作维护、可靠性高是用户也是行业追求的目标。电源柜内产生大量的热量，电源柜的散热效果直接影响了电源柜的工作性能、可靠性及寿命。电源柜的大量元器件、散热指标与电源柜的紧凑尺寸、操作维护追求处于一个矛盾状态。目前现有的电源柜：有的为了提高散热效果，以增大机柜外形尺寸为代价；有的进行多个风道设计，结构复杂、成本较高；有的对柜体前后侧均开设冷却进风口，有的需要前后侧均操作维护，对安装场地要求较高。因此，如何设计一款散热效果好、尺寸较小、功率密度较高、便于操作维护的电源柜/装置，一直为本领域设计人员所致力奋斗目标。

目前，大功率电源机柜大都存在体积偏大、散热和维护方面的问题。主要表现如下：1、电源柜元器件多，元器件摆放不合理导致机柜体积大，功率密度低；2、由于器件摆放和空间布局不合理，导致器件的安装、维护不便，彼此互相干扰；3、有的进行多个风道设计，但结构设计复杂、成本较高，甚至散热效果不佳；4、现场应用需要为电源柜四周预留一定的操作空间和散热空间，增加了客户成本，局限了电源柜的使用场所。

现有技术中，授权公告号为CN 203416177 U的发明专利涉及一种光伏逆变器，包括柜体及其内部的变压器、电抗器、逆变单元和交流滤波单元，柜体被隔板分隔为前部和后部，前部和后部分别具有散热风道，逆变单元和交流滤波单元均位于前部的前上部，变压器和电抗器位于后部的后下部。光伏逆变器的柜体内由隔板分隔成前部和后部两个独立的密闭空间，前部和后部分别具有独立的散热风道，逆变单元和交流滤波单元均属于功率模块单元，变压器和电抗器属于磁性元件，功率模块单元和磁性元件分别具有独立的散热风道，能够避免电磁干扰和热冲击，同时，充分利用了柜体内的空间，将光伏逆变器的各单元均设置在同一个柜体内，该光伏逆变器结构紧凑，散热良好，同时又能够避免各元件之间的电磁干扰。申请公布号为CN 102969661 A的发明专利公开了一种光伏逆变器柜风冷散热***，包括有并排连接的功率单元柜体和电抗器柜体，功率单元柜体和电抗器柜体分别安装功率单元和电抗器；电抗器体安装于电抗器柜的下部，电抗器柜体前面板下部开有总进风口，电抗器柜体与功率单元柜体之间的隔板中部开有侧通风口，侧通风口通过位于功率单元柜体内的冷却风道与功率单元柜体顶部的出风口连接，所述风口处安装有主排风风机；所述总进风口内侧安装有向内送风的进风风机。本发明无需增加设备元件的容量即可适用于高海拔地区，使高、低海拔地区的逆变器柜的主要元件能够实现互换，降低了制造和维护成本。授权公告号为CN 202798511 U的发明专利涉及一种具有改良散热风道的光伏逆变器机柜；其主要结构特点是所述风机为轴流风机，在所述机柜本体内设置散热通道隔板把所述机柜本体内部分为第一散热通道和第二散热通道，用于放置变压器的空间至于所述第一散热通道内，用于放置开关管的空间至于所述第二散热通道内，所述散热通道隔板把所述出风口分部为与第一散热通道连通的第一出风口和与第二散热通道联通的第二出风口，所述进风口包括与第一散热通道连通的第一进风口和与第二散热通道联通的第二进风口。

随着行业发展，电源柜的设计出现各种形式和方案，目前现有的电源柜大都存在体积偏大、散热和维护方面的问题：有的电源柜元器件多，元器件摆放不合理导致机柜体积大，功率密度低；有的由于器件摆放和空间布局不合理，导致器件的安装、维护不便，彼此互相干扰；有的进行多个风道设计，但结构设计复杂、成本较高，甚至散热效果不佳；绝大部分的电源柜现场应用时，需要为电源柜四周预留一定的操作空间和散热空间，增加了客户成本，局限了电源柜的使用场所。

发明内容

 本发明所要解决的技术问题是，提供一种体积小、便于元器件摆放、散热良好的紧凑型电源柜主单元柜及其组装方法及柜内组件排布方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

紧凑型电源柜主单元柜包括主单元柜柜体、安装在主单元柜柜体内上部的功率模块单元、竖直安装在主单元柜柜体内中部的电气板、安装在主单元柜柜体内下部的磁性元部件***、安装在主单元柜柜体内后部区域的散热风道***；所述功率模块单元包括前后叠放安装的整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容和控制电路板；所述磁性元部件***包括上下叠放安装的二个以上子元部件。

以下是对上述技术方案的进一步改进。

所述功率模块单元、电气板、磁性元部件***、散热风道***均为模块化组件。

所述散热风道***包括散热风机、风道腔体、柜体出风口、风机进风口和柜体进风口；所述风道腔体安装在主单元柜的后部区域且其上端和下端分别与主单元柜的顶部和底部相接，风道腔体上端对应的主单元柜顶部设有柜体出风口，风道腔体下部前侧设有风机进风口，所述散热风机安装在风道腔体内的风机进风口附近或者柜体出风口附近；所述柜体进风口包括柜体上进风口和柜体下进风口，所述柜体上进风口和柜体下进风口分别设置在主单元柜正面上部区域和下部区域；所述散热风道***和磁性元部件***均为二个以上，一个磁性元部件***对应一个散热风道***，一个散热风道***包括至少一个散热风机；

所述风道腔体包括位于其前部的风道腔体面板；所述整体散热器安装在风道腔体面板上部；所述整体散热器包括散热翅片，所述散热翅片伸入风道腔体中；所述功率模块单元有二个以上。

所述磁性元部件***的子元部件通过固定支架、连接板件和螺栓螺母固定安装在主单元柜上；所述子元部件包括大电抗器和小电抗器，所述子元部件之间的电气连接以及磁性元部件***与功率模块单元、电气板之间的连接均通过母排或线缆连接；所述磁性元部件***为二个以上。

所述电气板前侧和后侧均安装有元器件，电气板前侧安装高热敏感度的元器件和需要经常操作维护的元器件、后侧安装低热敏感度的元器件；所述电气板开设有通风口；电气板上的元器件之间以及电气板与功率模块单元之间均通过母排或线缆连接；

所述功率模块单元和磁性元部件***均设有温度检测装置，所述散热风道***包括散热风机供电回路；通过实时监测温度检测装置状态和控制散热风机供电回路，当温度超过设定值时，散热风机被启动运行，对柜内进行多路径整体性冷却对流散热。

所述功率模块单元、磁性元部件***和散热风道***均为二个以上；所述二个以上功率模块单元并列安装在主单元柜的上部，所述二个以上磁性元部件***并列安装在主单元柜柜体内的下部，所述二个以上散热风道***并列安装安装在主单元柜柜体内的后部；一个散热风道***对应一个功率模块单元和一个磁性元部件***。

一种紧凑型电源柜主单元柜的组装方法：

所述紧凑型电源柜主单元柜包括主单元柜柜体、安装在主单元柜柜体内上部的功率模块单元、竖直安装在主单元柜柜体内中部的电气板、安装在主单元柜柜体内下部的磁性元部件***、安装在主单元柜柜体内后部区域的散热风道***；所述功率模块单元包括前后叠放安装的整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板；所述磁性元部件***包括上下叠放安装的二个以上子元部件；

所述散热风道***包括散热风机、风道腔体、柜体出风口、风机进风口和柜体进风口；所述风道腔体安装在主单元柜的后部区域且其上端和下端分别与主单元柜的顶部和底部相接，风道腔体上端对应的主单元柜顶部设有柜体出风口，风道腔体下部前侧设有风机进风口，所述散热风机安装在风道腔体内的风机进风口附近或者柜体出风口附近；所述柜体进风口包括柜体上进风口和柜体下进风口，所述柜体上进风口和柜体下进风口分别设置在主单元柜正面上部区域和下部区域；

所述风道腔体包括位于其前部的风道腔体面板；所述整体散热器安装在风道腔体面板上部；所述整体散热器包括散热翅片，所述散热翅片伸入风道腔体中；

所述磁性元部件***的子元部件包括通过固定支架、连接板件和螺栓螺母等固定连接件固定安装在主单元柜上的大电抗器和小电抗器；

所述电气板前侧和后侧均安装有元器件，电气板前侧安装高热敏感度的元器件和需要经常操作维护的元器件、后侧安装低热敏感度的元器件；所述电气板开设有通风口；电气板上的元器件之间以及电气板与功率模块单元之间均通过母排或线缆连接；

所述紧凑型电源柜主单元柜的组装方法包括如下步骤：

步骤一：准备所需材料和零部件，包括：主单元柜柜体、整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板、风道腔体、散热风机、大电抗器、小电抗器、电气板、电气板元器件、母排、线缆、温度检测装置；

步骤二：安装散热风道***：包括如下分步骤：

A、        在主单元柜柜体顶部设置好柜体出风口，在主单元柜柜体正面上部区域和下部区域分别设置好柜体上进风口和柜体下进风口；

B、        在风道腔体下部前侧设置好风机进风口；将风道腔体安装在主单元柜柜体内的后部区域，使风道腔体的上端和下端分别与主单元柜柜体的顶部和底部相接，风道腔体的上端对应柜体出风口；将风道腔体前部的风道腔体面板固定好；

C、        将散热风机安装在风道腔体内的风机进风口附近或者柜体出风口附近；

步骤三：安装磁性元部件***：用固定支架和连接板件将小电抗器叠放安装到大电抗器上面，组装成磁性元部件***，构成模块化标准组件；大电抗器底座设有若干安装固定孔，通过其安装固定孔以及螺栓螺母等固定连接件将磁性元部件***整体安装固定到主单元柜柜体内底部；安装时，使磁性元部件***正对风机进风口和柜体下进风口，并与风机进风口和柜体下进风口保持有距离，在磁性元部件***周边预留气流通道；

步骤四：安装功率模块单元：按照从主单元柜柜体背面至正面的方向，将功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板依次叠放安装到整体散热器上，组装成功率模块单元，构成模块化标准组件；将上述组装好的功率模块单元通过主单元柜内预先安装好的滑轨推入并安装于主单元柜上部，其中整体散热器安装在风道腔体面板上部，使整体散热器的散热翅片伸入风道腔体中并将整体散热器与风道腔体面板紧密固定；安装时，在功率模块单元周边预留气流通道；

步骤五：安装电气板：先在电气板上安装好元器件，再将电气板竖直安装在主单元柜柜体内的中部；安装时，使电气板与功率模块单元和磁性元部件***之间均保留有间隙通道；

步骤六：连接好各组件之间的线缆或母排，完成紧凑型电源柜主单元柜的组装。

在上述紧凑型电源柜主单元柜的组装方法中，在磁性元部件***和功率模块单元中各安装一个温度检测装置；在散热风道***中设置好散热风机供电回路；通过实时监测温度检测装置状态和控制散热风机供电回路，当温度超过设定值时，散热风机能自动启动运行，对柜内进行多路径整体性冷却对流散热；

在步骤五中，在电气板的一面安装好高热敏感度的元器件和需要经常操作维护的元器件、另一面安装好低热敏感度的元器件，在电气板上开设通风口；安装电气板时，使电气板将主单元柜柜体内中部区域分隔成前侧腔体和后侧腔体，使安装有低热敏感度的元器件的一面向后。

还可以在主单元柜柜体内上部并列安装二个以上功率模块单元，在主单元柜柜体内下部并列安装二个以上磁性元部件***，在主单元柜柜体内后部并列安装二个以上散热风道***，安装时，使一个散热风道***对应一个功率模块单元和一个磁性元部件***。

一种紧凑型电源柜主单元柜柜内组件排布方法，包括：

主单元柜柜体内的后部排布散热风道***，其中，出风口设在柜体顶部，风机进风口设在风道腔体下部前侧以及柜体正面的上部和下部，散热风机排布在风道腔体内的风机进风口附近或者柜体顶部的出风口处；

    主单元柜柜体内的上部排布功率模块单元，其中，整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板，按照从主单元柜柜体背面至正面的顺序依次前后叠放排布；整体散热器的散热翅片伸入风道腔体；在功率模块单元周边预留气流通道；

主单元柜柜体内的下部排布磁性元部件***，其中，小电抗器叠放在大电抗器；在磁性元部件***周边预留气流通道；

主单元柜柜体内的中部排布电气板，电气板正面排布高热敏感度的元器件和需要经常操作维护的元器件、背面排布低热敏感度的元器件；

所述功率模块单元、电气板、磁性元部件***、散热风道***均为模块化组件。

本发明针对现有技术的不足，利用本发明组装方法组装成一种便于元器件摆放、散热良好、机柜体积小的紧凑型电源柜主单元柜。包括该主单元柜的紧凑型电源柜通过功率模块单元、电气板、磁性元部件***、交流配电单元按功能性分区紧凑布置以及柜内多个路径合理共用散热风道方式，有效实现了电源柜内元部件紧凑布局和良好的散热效果，柜体具有正面操作维护、背侧可靠墙或障碍物安装、柜体尺寸紧凑占地面积小的优点。在保证电源柜的可靠性的同时，减小了用户安装成本，拓展了电源柜的安装应用场合。

本发明中的主单元柜从风道设计、进出风口分配、发热元器件散热需求、器件布局功能分区等方面优化大功率电源柜整机结构，从而在保证整机散热性能良好的情况下，缩小机柜体积、提高功率密度，合理布局；保证电源柜高效率稳定工作，且结构简单，易于制造安装；仅需正面前端操作维护，可靠墙安装，使用维护便利，减小了占用空间，扩大了使用场所，降低了用户建设使用成本。

附图说明

图1是实施例一中的紧凑型电源柜左视结构示意图；

图2是实施例一的紧凑型电源柜内部结构正视示意图；

图3是实施例一中的紧凑型电源柜主视示意图；

图4是实施例一中的紧凑型电源柜柜体顶部风道口布局示意图；

图5是实施例二中的紧凑型电源柜内部结构正视示意图；

图6是实施例二中的紧凑型电源柜主视示意图；

图7是实施例二中的紧凑型电源柜柜体顶部风道口布局示意图；

图8是现有技术中传统结构的功率模块单元单元主视示意图；

图9是现有技术中传统结构的功率模块单元单元俯视示意图；

图10是本发明中的功率模块单元单元主视示意图；

图11是本发明中的功率模块单元单元侧视示意图；

图12是现有技术中传统的磁性元部件***排布方式示意图；

图13是本发明中的磁性元部件***排布方式正视示意图；

图14是本发明中的磁性元部件***排布方式侧视示意图；

图15是现有技术中的电源柜传统的散热风道***做法。

图中：1、柜体，2、第一主单元柜，3、第二主单元柜，4、交流输出单元柜，5、散热风道***，201、功率模块单元，202、电气板，203、磁性元部件***，2021、前侧腔体，2022、后侧腔体，501、散热风机，502、风道腔体，503、柜体出风口，504、风机进风口，505、柜体下进风口，506、柜体上进风口，2011、功率开关器件，2012、直流支撑电容，2013、整体散热器，2014、控制电路板，2015、直流输入端口，2016、交流输出端口， 2031、大电抗器，2032、小电抗器， 2033、连接母排，20311、第一对外连接端口，20321、第二对外连接端口。

具体实施方式

紧凑型电源柜包括柜体1、并列安装在柜体1内的主单元柜和交流输出单元柜4；所述交流输出单元柜包括交流输出配电***，所述交流输出配电***与主单元柜之间通过母排或线缆连接。

紧凑型电源柜主单元柜包括主单元柜柜体（可以是紧凑型电源柜柜体1的一部分）、安装在主单元柜柜体内上部的功率模块单元、竖直安装在主单元柜柜体内中部的电气板、安装在在主单元柜柜体内下部的磁性元部件***、安装在主单元柜柜体内后部区域的多路径冷却散热的散热风道***；所述功率模块单元包括依次前后叠放安装的整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板；所述磁性元部件***包括上下叠放安装的二个以上子元部件（电抗器和变压器、或电抗器和电抗器）。所述主单元柜包括至少一个功率模块单元201、电气板202、至少一个磁性元部件***203、至少一个散热风道***5；所述功率模块单元与磁性元部件***之间、电气板与功率模块单元之间均通过母排或线缆连接。

所述主单元柜可以采用第一主单元柜2或者第二主单元柜3。

根据主单元柜实际容量规格紧凑型电源柜可扩展为多种型式，如扩展为二种型式：包括第一主单元柜2的紧凑型电源柜（如图1至图4所示）和包括第二主单元柜3的紧凑型电源柜（如图5至图7所示），下面结合具体实施例，分别对采用第一主单元柜2和第二主单元柜3的两种情形进行详细说明。

实施例一：（包括第一主单元柜2的紧凑型电源柜）

如图1至图4所示，一种紧凑型电源柜，包括柜体1、并列安装在柜体1内的第一主单元柜2和交流输出单元柜4；所述第一主单元柜2包括安装在其上部的一个功率模块单元201、竖直安装在其中部的电气板202、安装在其下部的一个磁性元部件***203、安装在其后部区域的的多路径冷却散热的一个散热风道***5；所述交流输出单元柜包括交流输出配电***，所述交流输出配电***与第一主单元柜2之间通过母排或线缆连接。所述交流输出配电***主要由并网接触器、并网断路器，交流输出接线端子等构成，其内部元器件之间的连接以及其与第一主单元柜2之间的连接通过母排或线缆实现。上述的功率模块单元、电气板、磁性元部件***、散热风道***均为模块化组件。

第一主单元柜2上部安装有主要由功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板、散热器等元件组成的功率模块单元201；功率模块单元201安装在散热风道***5的风道腔体502面板上，功率模块单元201中的散热器散热翅片伸入风道腔体502中。

第一主单元柜2下部区域安装磁性元部件***203，磁性元部件主要包括重量较重的电抗器和/或变压器等，有效降低柜体重心，便于运输安装；磁性元部件用于电流波形改善/电压调节，磁性元部件之间的连接以及其与功率模块单元201之间连接通过母排或线缆实现。

第一主单元柜2中部竖直安装电气板202，并与功率模块单元201和磁性元部件***203一起将柜内分成前侧腔体2021和后侧腔体2022，电气板202仅分隔在第一主单元柜2的中部区域，第一主单元柜柜内下部（紧邻磁性元部件***203之处）和上部（紧邻功率模块单元201之处）均设有供气流通过的通道，便于冷却散热气流导通；对于部分被遮挡的磁性元部件区域，电气板202上开设若干通风口，便于冷却散热气流导通交换；前侧腔体2021和后侧腔体2022与散热风道***5构成多路径散热，同时柜内功率模块单元201与柜内散热实现整体散热。电气板可前后两侧安装元器件，利用面积大，布局紧凑，电气板上的元器件之间以及其与功率模块单元201之间的连接通过母排或线缆实现；电气板202前面安装热敏感度较高的器件或需要经常操作维护的元器件，后面安装热敏感度较低的元器件。

第一主单元柜2后部区域安装有整个电源柜***的散热风道***5，主要由可整体拆卸的散热风机501、风道腔体502、柜体出风口503、风机进风口504、柜体进风口（包括柜体下进风口505和柜体上进风口506）构成。所述风道腔体安装在第一主单元柜2的后部区域且其上端和下端分别与第一主单元柜2的顶部和底部相接，风道腔体上端对应的第一主单元柜2和柜体顶部设有柜体出风口，风道腔体下部设有风机进风口，所述散热风机安装在风道腔体内的风机进风口附近，所述散热风机可采用一个或多个；所述柜体进风口包括柜体上进风口和柜体下进风口，所述柜体上进风口和柜体下进风口分别设置在紧凑型电源柜正面上部区域和下部区域。

功率模块单元201和磁性元部件***203均设有温度检测装置，通过实时监测温度检测装置状态和控制散热风机501供电回路，当任一温度超过设定值时，散热风机501被启动运行，对柜内进行多路径整体性冷却对流散热。柜外较冷的空气气流通过柜体进风口进入柜内：通过柜体下进风口505进入柜内的气流直接穿过磁性元部件***203的间隙和四周对其进行冷却对流，然后进入后侧腔体2022，最后被散热风机501吸入；通过柜体上进风口506进入柜内的气流进入柜内前侧腔体2021的上部空间，由电气板202分割两个路径，一部分进入柜内后侧腔体2022，对电气板202背侧区域元器件进行冷却对流，另一部分对电气板202前侧区域元器件进行冷却对流，然后通过下方的磁性元部件***203的间隙和四周进入后侧腔体2022，最后被散热风机501吸入；被散热风机501吸入的所有空气气流，进入风道腔体502，并向上方流动，在靠近柜体上方和柜体出风口503处，对伸入风道腔502内的功率模块单元201的散热器翅片进行冷却对流，最后通过柜体出风口503向上排出。

实施例二：（包括第二主单元柜3的紧凑型电源柜）

如图5至图7所示，一种紧凑型电源柜，与实施例一不同的地方是，主单元柜是第二主单元柜3，第二主单元柜3和第一主单元柜2的区别是：第二主单元柜中的功率模块单元201、磁性元部件***203和散热风道***5的数量均为二个，其他与实施例一相同。

以上技术方案中的散热风道***5中的散热风机501也可以安装于柜体出风口503的位置；主单元柜和交流输出单元柜的相互位置可以改变，如：上下叠加。

以下结合与现有技术的比较，对本发明的具体方案作进一步说明：

1)      总体构成：

紧凑型电源柜的构成中的主单元柜主要包含功率模块单元201、竖直安装的电气板202、磁性元部件***203、散热风道***5；第一单元柜2和第二单元柜3的区别在于功率模块单元201、磁性元部件***203和散热风道***5的构成数量不同；单元柜4主要包含交流输出配电***，由并网接触器、并网断路器，交流输出接线端子等构成，其内部元器件之间连接以及与主单元柜之间连接通过母排或线缆实现；上述的功率模块单元、电气板、磁性元部件***、散热风道***均为模块化组件。

2)      功率模块单元：

主单元柜柜体内的上部安装有由整体散热器2013、功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板等元件组成的若干个功率模块单元201；功率模块单元201安装在散热风道***5的风道腔体502面板上，功率模块单元201中的整体散热器的散热翅片伸入风道腔体502中。本发明中的功率模块单元是对传统的结构与排布的创新，如图10、图11所示，201为一个功率模块单元，主要是直流支撑电容2012与整体散热器等的结构排布不同：

a)       现有技术中的传统的做法中，如图8、图9所示，功率模块单元201中的直流支撑电容2012与整体散热器等成左右方向一字型并列排布；功率模块单元还包括直流输入端口2015、交流输出端口2016和整体散热器2013。

b)      本发明的做法，直流支撑电容2012与功率开关器件、控制电路板2014以及整体散热器沿纵深方向排布，前后叠放安装，功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板依次叠放安装在整体散热器上，其中功率模块单元201正面面板上安装控制电路板；如图10、图11所示，功率开关器件2011安装在整体散热器2013台面上；直流输入端口2015可以位于功率模块单元的左侧，亦可以位于功率模块单元的右侧；交流输出端口2016位于功率模块单元的下面。

c)       与传统做法相比，本发明可缩小功率模块单元201将近一半的尺寸，并充分利用了柜体纵深方向的空间。

3)      磁性元部件***：

主单元柜下部区域安装模块化的磁性元部件***203，磁性元部件主要包括重量较重的电抗器、变压器等，有效降低柜体重心，便于运输安装；磁性元部件用于电流波形改善/电压调节，其间连接以及与功率模块单元201之间连接通过母排或线缆实现。本发明磁性元部件***是对传统的结构与排布的创新，如图12至图14所示，203为一套磁性元部件***：

a)       如图12所示，现有技术中的传统的做法中，磁性元部件***中各个子元部件（电抗器、或变压器）为分立元部件，采用并排安装方式，元部件之间用母排或线缆连接，在宽度方向占用较大空间；如图12所示，磁性元部件***包括两个子元部件：大电抗器2031和小电抗器2032，以及内部之间的连接母排2033、第一对外连接端口20311、第二对外连接端口20321。

b)      如图13和图14所示，本发明做法，一套模块化磁性元部件***中，两个子元部件按高度方向排布，通过固定支架和连接板件等固定成一个标准化模块，可有效缩短磁性元部件***在柜内所占用的宽度方向长度，并充分利用了柜体高度方向的空间，整套磁性元部件***结构更紧凑，占用空间小；如图13、14所示，上下叠放安装的小电抗器2032和大电抗器2031分别为磁性元部件***的两个子元部件，磁性元部件***还包括内部之间的连接母排2033、对外连接端口20311、20321。

4)      散热风道***：

主单元柜柜体内的中部竖直安装电气板202，并与柜内上方的功率模块单元201和下部的磁性元部件***203一起将柜内分成前侧腔体2021和后侧腔体2022；电气板202仅分隔电源柜体的主单元柜2或主单元柜3的中部区域，下部（紧邻磁性元部件***203）和上部（紧邻功率模块单元201）均为空通道，便于冷却散热气流导通；对于部分被遮挡的磁性元部件区域，电气板202上开设若干通风口，便于冷却散热气流导通交换；电气板可前后两侧安装元器件，利用面积大，布局紧凑，电气板上的元器件之间以及与功率模块单元201之间连接通过母排或线缆实现；电气板202正面前侧安装热敏感度较高的器件或需要经常操作维护的元器件，背面安装热敏感度较低的元器件。

主单元柜后部区域安装有散热风道***5，由散热风机501、风道腔502、若干柜体出风口503、风机进风口504、若干柜体进风口505和506构成。功率模块单元201和磁性元部件***203均设有温度检测装置，通过实时监测温度检测装置状态和控制散热风机501供电回路，当任一温度超过设定值时，散热风机501被启动运行。柜外较冷的空气气流通过柜体进风口505和506进入柜内：通过进风口505进入柜内的气流直接穿过磁性元部件***203的间隙和四周对其进行冷却对流，然后进入后侧腔体2022，最后被散热风机501吸入；通过进风口506进入柜内的气流进入柜内靠前腔体2021的上部空间，由电气板202分割两个路径，一部分进入柜内靠后侧的腔体2022，对电气板202背侧区域元器件进行冷却对流，另一部分对电气板202前侧区域元器件进行冷却对流，然后通过下方的磁性元部件***203的间隙和四周进入后侧腔体2022，最后被散热风机501吸入；被散热风机501吸入的所有空气气流，进入风道腔502，并向上方流动，在靠近柜体上方和柜体出风口503处，对伸入风道腔502内的功率模块单元201的散热器翅片进行冷却对流，最后通过柜体出风口503向上排出。

a)       如图15所示，现有技术中的电源柜的散热风道***传统做法中，散热风道***的进风口位于电源柜的背侧，通过散热风机吸入，并向上流动，对伸入风道腔的功率模块单元的散热器翅片进行冷却对流散热，最终气流通过柜顶出风口排出；所在的功率模块散热风道***与柜内其他散热分两个独立散热***，柜内其他的散热进风口和分别位于电源柜下方背面和正面，流入的冷却气流对柜内磁性元部件和其它元件冷却对流，并向上流动，通过柜顶配置的散热风机排出。

b)      本发明散热风道***是对传统的做法的创新，通过a）和上述本发明的散热风道***描述，可见本发明与传统的做法，最大的区别为电源柜内散热为整体性散热、全前端进风。如此以来，取消了传统做法中的柜顶风机，同时取消了电源柜背侧进风口，使得电源柜背部可靠墙安装，减小安装占用空间，扩大电源柜安装场合，节约了使用成本。

通过上述的1）、2）、3）、4）的做法，以本发明实施例二中的电源柜为例，传统做法的电源柜尺寸2420mm（宽）×850mm（深）×2200mm（高），而本发明的实施例二的电源柜尺寸仅为1620mm（宽）×850mm（深）×2200mm（高），柜体尺寸大大缩小，且柜体可靠墙安装。

一种紧凑型电源柜主单元柜的组装方法，包括如下步骤：

步骤一：准备所需材料和零部件，包括：主单元柜柜体、整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板、风道腔体、散热风机、大电抗器、小电抗器、电气板、电气板元器件、母排、线缆、温度检测装置；

步骤二：安装散热风道***：包括如下分步骤：

D、        在主单元柜柜体顶部设置好柜体出风口，在主单元柜柜体正面上部区域和下部区域分别设置好柜体上进风口和柜体下进风口；

E、         在风道腔体下部前侧设置好风机进风口；将风道腔体安装在主单元柜柜体内的后部区域，使风道腔体的上端和下端分别与主单元柜柜体的顶部和底部相接，风道腔体的上端对应柜体出风口；将风道腔体前部的风道腔体面板固定好；

F、         将散热风机安装在风道腔体内的风机进风口附近或者柜体出风口附近；

步骤三：安装磁性元部件***：用固定支架和连接板件将小电抗器叠放安装到大电抗器上面，组装成磁性元部件***，构成模块化标准组件；大电抗器底座设有若干安装固定孔，通过其安装固定孔以及螺栓螺母等固定连接件将磁性元部件***整体安装固定到主单元柜柜体内底部；安装时，使磁性元部件***正对风机进风口和柜体下进风口，并与风机进风口和柜体下进风口保持有距离，在磁性元部件***周边预留气流通道；

步骤四：安装功率模块单元：按照从主单元柜柜体背面至正面的方向，将功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板依次叠放安装到整体散热器上，组装成功率模块单元，构成模块化标准组件；将上述组装好的功率模块单元通过主单元柜内预先安装好的滑轨推入并安装于主单元柜上部，其中整体散热器安装在风道腔体面板上部，使整体散热器的散热翅片伸入风道腔体中并将整体散热器与风道腔体面板紧密固定；安装时，在功率模块单元周边预留气流通道；

步骤五：安装电气板：在电气板的一面安装好高热敏感度的元器件和需要经常操作维护的元器件、另一面安装好低热敏感度的元器件，在电气板上开设通风口；再将电气板竖直安装在主单元柜柜体内的中部；安装时，使电气板与功率模块单元和磁性元部件***之间均保留有间隙通道，使电气板将主单元柜柜体内中部区域分隔成前侧腔体和后侧腔体，使安装有低热敏感度的元器件的一面向后；

步骤六：连接好各组件之间的线缆或母排，完成紧凑型电源柜主单元柜的组装。

在上述紧凑型电源柜主单元柜的组装方法中，在磁性元部件***和功率模块单元中各安装一个温度检测装置；在散热风道***中设置好散热风机供电回路；通过实时监测温度检测装置状态和控制散热风机供电回路，当温度超过设定值时，散热风机能自动启动运行，对柜内进行多路径整体性冷却对流散热。

以上所述仅为本发明的优选实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种紧凑型电源柜主单元柜，其特征在于，包括主单元柜柜体、安装在主单元柜柜体内上部的功率模块单元、竖直安装在主单元柜柜体内中部的电气板、安装在主单元柜柜体内下部的磁性元部件***、安装在主单元柜柜体内后部区域的散热风道***；所述功率模块单元包括前后叠放安装的整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容和控制电路板；所述磁性元部件***包括上下叠放安装的二个以上子元部件。

2.根据权利要求1所述的紧凑型电源柜主单元柜，其特征在于，所述功率模块单元、电气板、磁性元部件***、散热风道***均为模块化组件。

3.根据权利要求1所述的紧凑型电源柜主单元柜，其特征在于，所述散热风道***包括散热风机、风道腔体、柜体出风口、风机进风口和柜体进风口；所述风道腔体安装在主单元柜的后部区域且其上端和下端分别与主单元柜的顶部和底部相接，风道腔体上端对应的主单元柜顶部设有柜体出风口，风道腔体下部前侧设有风机进风口，所述散热风机安装在风道腔体内的风机进风口附近或者柜体出风口附近；所述柜体进风口包括柜体上进风口和柜体下进风口，所述柜体上进风口和柜体下进风口分别设置在主单元柜正面上部区域和下部区域；一个散热风道***包括至少一个散热风机；

所述风道腔体包括位于其前部的风道腔体面板；所述整体散热器安装在风道腔体面板上部；所述整体散热器包括散热翅片，所述散热翅片伸入风道腔体中。

4.根据权利要求1所述的紧凑型电源柜主单元柜，其特征在于，

所述磁性元部件***的子元部件通过固定支架、连接板件和螺栓螺母固定安装在主单元柜上；所述子元部件包括大电抗器和小电抗器，所述子元部件之间的电气连接以及磁性元部件***与功率模块单元、电气板之间的连接均通过母排或线缆连接。

5.根据权利要求1所述的紧凑型电源柜主单元柜，其特征在于，

所述电气板前侧和后侧均安装有元器件，电气板前侧安装高热敏感度的元器件和需要经常操作维护的元器件、后侧安装低热敏感度的元器件；所述电气板开设有通风口；电气板上的元器件之间以及电气板与功率模块单元之间均通过母排或线缆连接；

所述功率模块单元和磁性元部件***均设有温度检测装置，所述散热风道***包括散热风机供电回路；通过实时监测温度检测装置状态和控制散热风机供电回路，当温度超过设定值时，散热风机自动启动运行，对柜内进行多路径整体性冷却对流散热。

6.如权利要求1所述的紧凑型电源柜主单元柜，其特征在于，所述功率模块单元、磁性元部件***和散热风道***均为二个以上；所述二个以上功率模块单元并列安装在主单元柜的上部，所述二个以上磁性元部件***并列安装在主单元柜柜体内的下部，所述二个以上散热风道***并列安装安装在主单元柜柜体内的后部；一个散热风道***对应一个功率模块单元和一个磁性元部件***。

7.一种紧凑型电源柜主单元柜的组装方法，

所述紧凑型电源柜主单元柜包括主单元柜柜体、安装在主单元柜柜体内上部的功率模块单元、竖直安装在主单元柜柜体内中部的电气板、安装在在主单元柜柜体内下部的磁性元部件***、安装在主单元柜柜体内后部区域的散热风道***；所述功率模块单元包括前后叠放安装的整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容和控制电路板；所述磁性元部件***包括上下叠放安装的二个以上子元部件；

所述散热风道***包括散热风机、风道腔体、柜体出风口、风机进风口和柜体进风口；所述风道腔体安装在主单元柜的后部区域且其上端和下端分别与主单元柜的顶部和底部相接，风道腔体上端对应的主单元柜顶部设有柜体出风口，风道腔体下部前侧设有风机进风口，所述散热风机安装在风道腔体内的风机进风口附近或者柜体出风口附近；所述柜体进风口包括柜体上进风口和柜体下进风口，所述柜体上进风口和柜体下进风口分别设置在主单元柜正面上部区域和下部区域；

所述风道腔体包括位于其前部的风道腔体面板；所述整体散热器安装在风道腔体面板上部；所述整体散热器包括散热翅片，所述散热翅片伸入风道腔体中；

所述磁性元部件***的子元部件包括通过固定支架和连接板件固定安装在主单元柜上的大电抗器和小电抗器；

所述电气板前侧和后侧均安装有元器件，电气板前侧安装高热敏感度的元器件和需要经常操作维护的元器件、后侧安装低热敏感度的元器件；所述电气板开设有通风口；电气板上的元器件之间以及电气板与功率模块单元之间均通过母排或线缆连接；

所述紧凑型电源柜主单元柜的组装方法包括如下步骤：

步骤一：准备所需材料和零部件，包括：主单元柜柜体、整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板、风道腔体、散热风机、大电抗器、小电抗器、电气板、电气板元器件、母排、线缆、温度检测装置；

步骤二：安装散热风道***：包括如下分步骤：

A在主单元柜柜体顶部设置好柜体出风口，在主单元柜柜体正面上部区域和下部区域分别设置好柜体上进风口和柜体下进风口；

B在风道腔体下部前侧设置好风机进风口；将风道腔体安装在主单元柜柜体内的后部区域，使风道腔体的上端和下端分别与主单元柜柜体的顶部和底部相接，风道腔体的上端对应柜体出风口；将风道腔体前部的风道腔体面板固定好；

C将散热风机安装在风道腔体内的风机进风口附近或者柜体出风口附近；

步骤三：安装磁性元部件***：用固定支架和连接板件将小电抗器叠放安装到大电抗器上面，组装成磁性元部件***，构成模块化标准组件；大电抗器底座设有若干安装固定孔，通过其安装固定孔和固定连接件将磁性元部件***整体安装固定到主单元柜柜体内底部；安装时，使磁性元部件***正对风机进风口和柜体下进风口，并与风机进风口和柜体下进风口保持有距离，在磁性元部件***周边预留气流通道；

步骤四：安装功率模块单元：按照从主单元柜柜体背面至正面的方向，将功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板依次叠放安装到整体散热器上，组装成功率模块单元，构成模块化标准组件；将上述组装好的功率模块单元通过主单元柜内预先安装好的滑轨推入并安装于主单元柜上部，其中整体散热器安装在风道腔体面板上部，使整体散热器的散热翅片伸入风道腔体中并将整体散热器与风道腔体面板紧密固定；安装时，在功率模块单元周边预留气流通道；

步骤五：安装电气板：先在电气板上安装好元器件，再将电气板竖直安装在主单元柜柜体内的中部；安装时，使电气板与功率模块单元和磁性元部件***之间均保留有间隙通道；

步骤六：连接好各组件之间的线缆或母排，完成紧凑型电源柜主单元柜的组装。

8.根据权利要求7所述的紧凑型电源柜主单元柜的组装方法，其特征在于，在磁性元部件***和功率模块单元中各安装一个温度检测装置；在散热风道***中设置好散热风机供电回路；通过实时监测温度检测装置状态和控制散热风机供电回路，当温度超过设定值时，散热风机能自动启动运行，对柜内进行多路径整体性冷却对流散热；

在步骤五中，在电气板的一面安装好高热敏感度的元器件和需要经常操作维护的元器件、另一面安装好低热敏感度的元器件，在电气板上开设通风口；安装电气板时，使电气板将主单元柜柜体内中部区域分隔成前侧腔体和后侧腔体，使安装有低热敏感度的元器件的一面向后。

9.根据权利要求7所述的紧凑型电源柜主单元柜的组装方法，其特征在于，在主单元柜柜体内上部并列安装二个以上功率模块单元，在主单元柜柜体内下部并列安装二个以上磁性元部件***，在主单元柜柜体内后部并列安装二个以上散热风道***，安装时，使一个散热风道***对应一个功率模块单元和一个磁性元部件***。

10.一种紧凑型电源柜主单元柜柜内组件排布方法，其特征在于，

主单元柜柜体内的后部排布散热风道***，其中，出风口设在柜体顶部，风机进风口设在风道腔体下部前侧以及柜体正面的上部和下部，散热风机排布在风道腔体内的风机进风口附近或者柜体顶部的出风口处；

    主单元柜柜体内的上部排布功率模块单元，其中，整体散热器、功率开关器件、直流支撑电容、控制电路板，按照从主单元柜柜体背面至正面的顺序依次前后叠放排布；整体散热器的散热翅片伸入风道腔体；在功率模块单元周边预留气流通道；

主单元柜柜体内的下部排布磁性元部件***，其中，小电抗器叠放在大电抗器；在磁性元部件***周边预留气流通道；

主单元柜柜体内的中部排布电气板，电气板正面排布高热敏感度的元器件和需要经常操作维护的元器件、背面排布低热敏感度的元器件；

所述功率模块单元、电气板、磁性元部件***、散热风道***均为模块化组件。