外殼防護(hù)等級(jí)IP65光伏逆變器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

馮素穎 孫武

摘要：逆變器決定著光伏電站的并網(wǎng)性能，對(duì)于室外運(yùn)行的光伏逆變器而言，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足IP65等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。本文主要是介紹了兩種可以滿足IP65的外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：光伏逆變器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；IP65；外殼防護(hù)等級(jí)

引言

隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，光伏發(fā)電應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而光伏逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，大多數(shù)逆變器都運(yùn)行在室外環(huán)境，要經(jīng)受非常苛刻甚至惡劣的環(huán)境考驗(yàn)。

對(duì)于室外運(yùn)行的光伏逆變器而言，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足IP65等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，只有達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，我們的逆變器才能安全高效的工作。IP等級(jí)是電氣設(shè)備外殼針對(duì)異物侵入的防護(hù)等級(jí)，來(lái)源是國(guó)際電工委員會(huì)的IEC 60529標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在2004年被采用為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。我們常說(shuō)的IP65等級(jí)，IP是Ingress Protection的縮寫，其中6為防塵等級(jí)，（6：完全防止粉塵進(jìn)入）；5為防水等級(jí)，（5：用水沖淋對(duì)該產(chǎn)品無(wú)任何傷害）。

為了達(dá)到上述高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求，光伏逆變器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求非常嚴(yán)格、慎重，這也是在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中非常容易出問(wèn)題的地方。那么我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)一款合格的逆變器產(chǎn)品呢？

1.IP65光伏逆變器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按GB4208—84《外殼防護(hù)等級(jí)的分類》中IP65規(guī)定的電機(jī)外殼防護(hù)應(yīng)達(dá)到塵密和防水（第5級(jí)防水）的要求，進(jìn)而將整個(gè)光伏逆變器的設(shè)計(jì)與變化進(jìn)行實(shí)際分析，從而形成具有一定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特性的變化程度的分析原理的形成。

1.1光伏逆變器防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

室外逆變器的機(jī)械結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)滿足于IP65等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)前逆變器機(jī)械結(jié)構(gòu)的工作效率相對(duì)低下，因此我們?nèi)绾卧谡５脑O(shè)計(jì)工作中引入逆變器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到上述設(shè)計(jì)的要求，對(duì)于嚴(yán)格要求的光伏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求來(lái)說(shuō)，需要結(jié)合相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分析，進(jìn)而將整個(gè)逆變器結(jié)構(gòu)的變化及相應(yīng)的設(shè)計(jì)，隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，光伏發(fā)電中逆變器在其中發(fā)揮著重要的作用，對(duì)于室外的光伏逆變器來(lái)說(shuō)，其在室外放置，需要承受較大的環(huán)境因素，

因此對(duì)于逆變器上蓋和箱體之間防護(hù)設(shè)計(jì)方法較為常見(jiàn)主要有2種：

一是采用硅膠防水圈，厚度控制在2mm，通過(guò)上蓋與箱體達(dá)到防水防塵的效果，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只適合于較小的逆變器箱體，如果放置較大一點(diǎn)的箱體會(huì)發(fā)生相應(yīng)的隱患；另外一種是采用德國(guó)進(jìn)口的聚氨酯發(fā)泡膠，其結(jié)構(gòu)材料采用的是數(shù)控發(fā)泡成型的方式，其可以直接與箱體的上蓋結(jié)構(gòu)粘結(jié)在一起，變形量能夠承受50%以上的結(jié)構(gòu)損失，與第一種不同的是，此種設(shè)計(jì)最適合于中大型的逆變器防護(hù)設(shè)計(jì)。在相應(yīng)的防護(hù)設(shè)計(jì)中，為了保證整個(gè)結(jié)構(gòu)能夠承受住較大強(qiáng)度的防水設(shè)計(jì)，防水槽可以按照相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)置，避免即使水霧滲透到你逆變器內(nèi)后，也會(huì)將形成的水珠順著相應(yīng)位置的防水槽把水珠導(dǎo)流出來(lái)，避免進(jìn)入箱體結(jié)構(gòu)中。

此外，防水透氣閥也可以改善防水的效果，防水透氣閥可以根據(jù)均衡相關(guān)壓力的方式將整個(gè)設(shè)備中的凝露現(xiàn)象進(jìn)行改善，同時(shí)也能夠阻止灰塵及其他雜質(zhì)進(jìn)入到整個(gè)箱體的內(nèi)部。下圖為整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的硅膠防水圈，其在上蓋和箱體的下方，能夠按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)將整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性。

1.2旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)軸的動(dòng)密封是達(dá)到IP65防護(hù)要求的關(guān)鍵，對(duì)此我們采用由迷宮密封、

V型橡膠軸封環(huán)及骨架橡膠密封圈3種密封方式相結(jié)合的密封結(jié)構(gòu)，它們由外至內(nèi)地依次排列安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，以達(dá)到可靠動(dòng)密封的目的，其結(jié)構(gòu)形式及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)排列順序與實(shí)際內(nèi)容存在一定的差別，因此產(chǎn)生了較大的區(qū)別性。

1.2.1迷宮密封

這是一種非接觸式密封，它給流體留出的間隙很小，而且構(gòu)成的曲折形通道會(huì)產(chǎn)生很大的阻力，使流體難于滲漏而起到密封作用。由于還有其他二道密封防護(hù)，故只采用了單曲折方式，其軸向間隙控制在0.4—0.5mm之間，徑向間隙為0.2-0.3mm。

1.2.2V型橡膠軸封環(huán)

這是一種接觸式密封此密封在國(guó)外電機(jī)中廣為使用，如德國(guó)SIEMENS 公司所生產(chǎn)的ILP3系列電機(jī)就采用了這種結(jié)構(gòu)，其工作原理是將V型橡膠密封環(huán)的環(huán)形密封唇尖壓靠在端蓋外表面的摩擦密封面上，通過(guò)唇尖與摩擦面接觸，以遮斷泄漏間隙。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，唇尖與磨擦面保持接觸，將灰塵和液體擋住，濺落在環(huán)外表面的灰塵和液體則被軸封環(huán)所產(chǎn)生的離心力朝外甩掉。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高時(shí)，軸封環(huán)的唇部在旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力F使彈性唇部向外翻，減少了唇尖對(duì)摩擦密封面的側(cè)壓力，唇尖不至于產(chǎn)生高溫，降低了唇尖的摩損，延長(zhǎng)了工作壽命。

軸封環(huán)采用耐油橡膠及模壓制成，采用時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）摩擦密封的表面粗糙度為擴(kuò)一護(hù)

（2）應(yīng)具有較高精度

環(huán)形唇尖環(huán)與中心軸線的垂直度應(yīng)得到保證，唇尖表面光滑平整。唇口的壓縮量需保持一致。

（3）彈性唇口壓靠在摩擦密封面上的壓縮量須合適。過(guò)松則產(chǎn)生間隙造成泄漏，過(guò)緊則磨損加劇，會(huì)縮短壽命。

2 結(jié)束語(yǔ)

一臺(tái)合格的光伏逆變器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不論從機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，還是從使用的材料上都要進(jìn)行謹(jǐn)慎嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和選擇，否則，一味的為了控制成本而降低設(shè)計(jì)要求，只能對(duì)光伏逆變器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)極大的隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]任壽萱.外殼防護(hù)等級(jí)IP65交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電機(jī)技術(shù)，1997（3）：20-22.

[2]王文喜，王秉恒.IP65小型防爆電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].防爆電機(jī)，1999（2）：22-24.