外殼防護等級IP65光伏逆變器的結構設計

馮素穎 孫武

摘要：逆變器決定著光伏電站的并網性能，對于室外運行的光伏逆變器而言，其結構設計必須滿足IP65等級標準。本文主要是介紹了兩種可以滿足IP65的外殼結構設計方法。

關鍵詞：光伏逆變器；結構設計；IP65；外殼防護等級

引言

隨著新能源產業的快速發展，光伏發電應用越來越廣泛，而光伏逆變器作為光伏發電系統的關鍵組成部分，大多數逆變器都運行在室外環境，要經受非常苛刻甚至惡劣的環境考驗。

對于室外運行的光伏逆變器而言，其結構設計必須滿足IP65等級標準，只有達到這個標準，我們的逆變器才能安全高效的工作。IP等級是電氣設備外殼針對異物侵入的防護等級，來源是國際電工委員會的IEC 60529標準，這個標準在2004年被采用為美國國家標準。我們常說的IP65等級，IP是Ingress Protection的縮寫，其中6為防塵等級，（6：完全防止粉塵進入）；5為防水等級，（5：用水沖淋對該產品無任何傷害）。

為了達到上述高標準設計要求，光伏逆變器的結構設計要求非常嚴格、慎重，這也是在現場應用中非常容易出問題的地方。那么我們如何設計一款合格的逆變器產品呢？

1.IP65光伏逆變器的結構設計

按GB4208—84《外殼防護等級的分類》中IP65規定的電機外殼防護應達到塵密和防水（第5級防水）的要求，進而將整個光伏逆變器的設計與變化進行實際分析，從而形成具有一定結構設計特性的變化程度的分析原理的形成。

1.1光伏逆變器防護結構設計

室外逆變器的機械結構在設計過程中應滿足于IP65等級標準，在達到這個標準前逆變器機械結構的工作效率相對低下，因此我們如何在正常的設計工作中引入逆變器結構設計，達到上述設計的要求，對于嚴格要求的光伏結構設計要求來說，需要結合相應的結構設計內容進行分析，進而將整個逆變器結構的變化及相應的設計，隨著新能源技術的發展，光伏發電中逆變器在其中發揮著重要的作用，對于室外的光伏逆變器來說，其在室外放置，需要承受較大的環境因素，

因此對于逆變器上蓋和箱體之間防護設計方法較為常見主要有2種：

一是采用硅膠防水圈，厚度控制在2mm，通過上蓋與箱體達到防水防塵的效果，這種結構設計只適合于較小的逆變器箱體，如果放置較大一點的箱體會發生相應的隱患；另外一種是采用德國進口的聚氨酯發泡膠，其結構材料采用的是數控發泡成型的方式，其可以直接與箱體的上蓋結構粘結在一起，變形量能夠承受50%以上的結構損失，與第一種不同的是，此種設計最適合于中大型的逆變器防護設計。在相應的防護設計中，為了保證整個結構能夠承受住較大強度的防水設計，防水槽可以按照相應的結構設計進行設置，避免即使水霧滲透到你逆變器內后，也會將形成的水珠順著相應位置的防水槽把水珠導流出來，避免進入箱體結構中。

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均衡相關壓力的方式將整個設備中的凝露現象進行改善，同時也能夠阻止灰塵及其他雜質進入到整個箱體的內部。下圖為整個結構設計的硅膠防水圈，其在上蓋和箱體的下方，能夠按照結構設計的優勢將整個結構設計的相關內容進行分析，以實現結構設計的有效性。

1.2旋轉動密封的結構設計

旋轉軸的動密封是達到IP65防護要求的關鍵，對此我們采用由迷宮密封、

V型橡膠軸封環及骨架橡膠密封圈3種密封方式相結合的密封結構，它們由外至內地依次排列安裝在電機轉軸上，以達到可靠動密封的目的，其結構形式及相應的結構排列順序與實際內容存在一定的差別，因此產生了較大的區別性。

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，而且構成的曲折形通道會產生很大的阻力，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，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

這是一種接觸式密封此密封在國外電機中廣為使用，如德國SIEMENS 公司所生產的ILP3系列電機就采用了這種結構，其工作原理是將V型橡膠密封環的環形密封唇尖壓靠在端蓋外表面的摩擦密封面上，通過唇尖與摩擦面接觸，以遮斷泄漏間隙。電機運轉時，唇尖與磨擦面保持接觸，將灰塵和液體擋住，濺落在環外表面的灰塵和液體則被軸封環所產生的離心力朝外甩掉。當電機轉速提高時，軸封環的唇部在旋轉所產生的離心力F使彈性唇部向外翻，減少了唇尖對摩擦密封面的側壓力，唇尖不至于產生高溫，降低了唇尖的摩損，延長了工作壽命。

軸封環采用耐油橡膠及模壓制成，采用時應注意以下事項：

（1）摩擦密封的表面粗糙度為擴一護

（2）應具有較高精度

環形唇尖環與中心軸線的垂直度應得到保證，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。過松則產生間隙造成泄漏，過緊則磨損加劇，會縮短壽命。

2 結束語

一臺合格的光伏逆變器結構設計，不論從機箱結構設計方案，還是從使用的材料上都要進行謹慎嚴格的設計和選擇，否則，一味的為了控制成本而降低設計要求，只能對光伏逆變器的長期穩定運行帶來極大的隱患。

參考文獻：

[1]任壽萱.外殼防護等級IP65交流電機的結構設計[J].電機技術，1997（3）：20-22.

[2]王文喜，王秉恒.IP65小型防爆電機的結構設計[J].防爆電機，1999（2）：22-24.