本發(fā)明涉及電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種具有智能水冷散熱裝置的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)大都采用大電流、高電壓的IGBT來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些大電流、高電壓的IGBT在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如不能及時(shí)將這些熱量帶走，會(huì)造成IGBT的溫升過(guò)高，使IGBT出現(xiàn)熱損傷，進(jìn)而造成整個(gè)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的損壞。

目前，大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的散熱裝置基本采用將冷卻水通入具有均勻分布S形流道的水冷板來(lái)實(shí)現(xiàn)IGBT的降溫，這種散熱裝置存在冷卻水利用效率低、能耗大的缺點(diǎn)，不能實(shí)現(xiàn)IGBT安裝區(qū)內(nèi)水冷板溫度的有效控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于克服傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷，提供一種適用于大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的智能水冷散熱裝置，通過(guò)控制IGBT安裝區(qū)內(nèi)水冷板溫度的最高值，大大降低水冷散熱裝置的能耗，最終實(shí)現(xiàn)散熱裝置冷卻水高效利用和提高電機(jī)運(yùn)行可靠性的目的。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明具有智能水冷散熱裝置的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，包括大電流、高電壓IGBT，還包括多個(gè)水冷板、多個(gè)溫度檢測(cè)單元、調(diào)速水泵、控制單元和戶外的熱交換器；水冷板內(nèi)嵌有非均勻分布S形流道，S形流道在與IGBT安裝區(qū)對(duì)應(yīng)的位置上分布密集，在非IGBT安裝區(qū)的位置上分布稀疏；在與功率大的IGBT安裝區(qū)對(duì)應(yīng)的位置上分布密集，在與功率小的IGBT安裝區(qū)對(duì)應(yīng)的位置上分布稀疏；各個(gè)水冷板相互并聯(lián)，水冷板的入水口位于水冷板的底端，出水口位于水冷板的頂部，水冷板的入水口經(jīng)調(diào)速水泵與戶外的熱交換器出水口相通，水冷板的出水口與戶外的熱交換器的入水口相通，各個(gè)溫度檢測(cè)單元與水冷板表面緊密接觸，溫度檢測(cè)單元和調(diào)速水泵分別與控制單元電相連，控制單元執(zhí)行的控制序列包括：

1)初始化；

2)判斷采樣時(shí)刻到否，如果是，執(zhí)行下一步；如果否，循環(huán)執(zhí)行本步；

3)溫度檢測(cè)單元采集數(shù)據(jù)；

4)控制單元利用水冷板溫度場(chǎng)模型實(shí)時(shí)估算IGBT安裝區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)位置的溫度；

5)獲取溫度最大值；

6)計(jì)算調(diào)速指令，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度最大值大于其設(shè)定值，或相鄰時(shí)刻溫度最大值的變化率絕對(duì)值高于其設(shè)定值時(shí)，控制單元提高調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速，將降低了溫度的冷卻水輸入到水冷板的入水口；若IGBT安裝區(qū)內(nèi)水冷板溫度的最大值低于其設(shè)定值且相鄰時(shí)刻溫度最大值的變化率絕對(duì)值不高于溫度變化率設(shè)定值時(shí)，保持調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速；若不屬于上述兩種情況則降低調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速；

7)返回第1)步。

本發(fā)明具有智能水冷散熱裝置的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其中所述控制序列第6)步包括：設(shè)水冷板在三維坐標(biāo)系上內(nèi)部各點(diǎn)的溫度T＝f(x,y,z,t)，其表達(dá)式為：

其中，式中V_x，V_y，V_z為媒介傳導(dǎo)速率，p、c分別為水冷板散熱體的密度和比熱容；T為散熱器溫度；x，y，z空間三維坐標(biāo)系；為單位體積上的熱生成的能量，k_xx、k_yy和k_zz為修正系數(shù)；

控制單元結(jié)合水冷板的導(dǎo)熱材料的熱特性、S形流道的分布方式和IGBT安裝區(qū)與水冷板的位置關(guān)系，獲取p、c和的具體數(shù)值，通過(guò)有限元方法對(duì)上述表達(dá)式進(jìn)行求解，從而對(duì)表達(dá)式中的修正系數(shù)k_xx、k_yy和k_zz進(jìn)行修正，進(jìn)而獲得水冷板溫度場(chǎng)模型以及不同位置溫度的最大值。

本發(fā)明具有智能水冷散熱裝置的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其中所述溫度檢測(cè)單元不少于3個(gè)，分別與IGBT安裝區(qū)在水冷板中的位置相對(duì)應(yīng)。

本發(fā)明具有智能水冷散熱裝置的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其中所述水冷板由鋁板制成，包括板體和蓋，板體與蓋配合后采用螺釘相互密封連接。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供了具有智能水冷散熱裝置的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，該方法設(shè)置多個(gè)水冷板、多個(gè)溫度檢測(cè)單元、調(diào)速水泵、控制單元和戶外的熱交換器，其控制方法包括：

1)初始化；

2)判斷采樣時(shí)刻到否，如果是，執(zhí)行下一步；如果否，循環(huán)執(zhí)行本步；

3)溫度檢測(cè)單元采集數(shù)據(jù)；

4)控制單元利用水冷板溫度場(chǎng)模型實(shí)時(shí)估算IGBT安裝區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)位置的溫度；

5)獲取溫度最大值；

6)計(jì)算調(diào)速指令，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度最大值大于其設(shè)定值，或相鄰時(shí)刻溫度最大值的變化率絕對(duì)值高于其設(shè)定值時(shí)，控制單元提高調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速，將降低了溫度的冷卻水輸入到水冷板的入水口；若IGBT安裝區(qū)內(nèi)水冷板溫度的最大值低于其設(shè)定值且相鄰時(shí)刻溫度最大值的變化率絕對(duì)值不高于溫度變化率設(shè)定值時(shí)，保持調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速；若不屬于上述兩種情況則降低調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速；

7)返回第1)步。

本發(fā)明具有智能水冷散熱裝置的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，其中所述控制單元控制方法第6)步包括：

設(shè)水冷板在三維坐標(biāo)系上內(nèi)部各點(diǎn)的溫度T＝f(x,y,z,t)，其表達(dá)式為：

其中，式中V_x，V_y，V_z為媒介傳導(dǎo)速率，p、c分別為水冷板散熱體的密度和比熱容；T為散熱器溫度；x，y，z空間三維坐標(biāo)系；為單位體積上的熱生成的能量，k_xx、k_yy和k_zz為修正系數(shù)；

控制單元結(jié)合水冷板的導(dǎo)熱材料的熱特性、S形流道的分布方式和IGBT安裝區(qū)與水冷板的位置關(guān)系，獲取p、c和的具體數(shù)值，通過(guò)有限元方法對(duì)上述表達(dá)式進(jìn)行求解，從而對(duì)表達(dá)式中的修正系數(shù)k_xx、k_yy和k_zz進(jìn)行修正，進(jìn)而獲得水冷板溫度場(chǎng)模型以及不同位置溫度的最大值。

本發(fā)明具有智能水冷散熱裝置的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：由于設(shè)置了多個(gè)具有不均勻分布S形流道的水冷板、與水冷板緊密接觸的不少于3個(gè)的溫度檢測(cè)單元、調(diào)速水泵、控制單元和戶外的熱交換器，通過(guò)控制IGBT安裝區(qū)內(nèi)水冷板溫度的最高值，大大降低了水冷散熱裝置的能耗，實(shí)現(xiàn)了散熱裝置冷卻水高效利用和提高電機(jī)運(yùn)行可靠性，適用于大功率電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

圖1是水冷板的側(cè)視圖；

圖2是圖1的B-B視圖；

圖3是圖1的A-A視圖；

圖4是水冷板并聯(lián)的示意圖；

圖5為智能水冷散熱裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖6為智能水冷散熱裝置的控制流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明具有智能水冷散熱裝置的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)施例。

本發(fā)明具有智能水冷散熱裝置的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng),包括大電流、高電壓IGBT，還包括多個(gè)水冷板、多個(gè)溫度檢測(cè)單元、調(diào)速水泵、控制單元和戶外的熱交換器。

在智能散熱系統(tǒng)中，參照?qǐng)D1至圖3，包括板體4和蓋3，板體4與蓋3配合后采用螺釘相互密封連接。水冷板由鋁板制成。水冷板內(nèi)嵌有非均勻分布S形流道6，S形流道6在與IGBT安裝區(qū)對(duì)應(yīng)的位置上分布密集，在非IGBT安裝區(qū)的位置上分布稀疏；在與功率大的IGBT安裝區(qū)對(duì)應(yīng)的位置上分布密集，在與功率小的IGBT安裝區(qū)對(duì)應(yīng)的位置上分布稀疏。參照?qǐng)D4，各個(gè)水冷板相互并聯(lián)，水冷板的入水口1位于水冷板的底端，出水口2位于水冷板的頂部。參照?qǐng)D5，水冷板的入水口1經(jīng)調(diào)速水泵與戶外的熱交換器出水口相通，水冷板的出水口2與戶外的熱交換器的入水口相通。從水冷板流出的冷卻水通過(guò)熱交換器的主動(dòng)或強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱實(shí)現(xiàn)冷卻水溫度的降低，通過(guò)調(diào)節(jié)水泵將降低溫度的冷卻水輸入到水冷板的入水口1。

溫度檢測(cè)單元用于實(shí)時(shí)檢測(cè)水冷板的溫度。溫度檢測(cè)單元不少于3個(gè)，分別與IGBT安裝區(qū)在水冷板中的位置相對(duì)應(yīng)。各個(gè)溫度檢測(cè)單元與水冷板表面緊密接觸，參照?qǐng)D5，溫度檢測(cè)單元和調(diào)速水泵分別與控制單元電相連。與水冷板緊密接觸的多個(gè)溫度檢測(cè)單元可根據(jù)IGBT安裝區(qū)在水冷板中位置進(jìn)行調(diào)整。

下面用實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明具有智能水冷散熱裝置的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。

設(shè)水冷板在三維坐標(biāo)系上內(nèi)部各點(diǎn)的溫度T＝f(x,y,z,t)，其表達(dá)式為：

其中，式中V_x，V_y，V_z為媒介傳導(dǎo)速率，p、c分別為水冷板散熱體的密度和比熱容；T為散熱器溫度；x，y，z空間三維坐標(biāo)系；為單位體積上的熱生成的能量，k_xx、k_yy和k_zz為修正系數(shù)；

控制單元結(jié)合水冷板的導(dǎo)熱材料的熱特性、S形流道的分布方式和IGBT安裝區(qū)與水冷板的位置關(guān)系，獲取p、c和的具體數(shù)值，通過(guò)有限元方法對(duì)上述表達(dá)式進(jìn)行求解，從而對(duì)表達(dá)式中的修正系數(shù)k_xx、k_yy和k_zz進(jìn)行修正，進(jìn)而獲得水冷板溫度場(chǎng)模型以及不同位置溫度的最大值。

參照?qǐng)D6，控制單元執(zhí)行的控制序列，即控制方法包括：

1)初始化；

2)判斷采樣時(shí)刻到否，如果是，執(zhí)行下一步；如果否，循環(huán)執(zhí)行本步；

3)溫度檢測(cè)單元采集數(shù)據(jù)；

4)控制單元利用水冷板溫度場(chǎng)模型實(shí)時(shí)估算IGBT安裝區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)位置的溫度；

在本發(fā)明具有智能水冷散熱裝置的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)施例中，結(jié)合水冷板的導(dǎo)熱材料的熱特性、S形流道的分布方式和IGBT安裝區(qū)與水冷板的位置關(guān)系，利用有限元的分析方法構(gòu)建水冷板溫度場(chǎng)原始模型；通過(guò)比對(duì)IGBT不同工作電流下由溫度場(chǎng)初步模型獲得的溫度值與由熱成像獲得的溫度值，不斷對(duì)水冷板溫度場(chǎng)模型進(jìn)行修正，進(jìn)而獲得能準(zhǔn)確反映水冷板溫度場(chǎng)精確模型。

5)獲取溫度最大值；

6)計(jì)算調(diào)速指令，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度最大值大于其設(shè)定值，或相鄰時(shí)刻溫度最大值的變化率絕對(duì)值高于其設(shè)定值時(shí)，控制單元提高調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速，將降低了溫度的冷卻水輸入到水冷板的入水口；若IGBT安裝區(qū)內(nèi)水冷板溫度的最大值低于其設(shè)定值且相鄰時(shí)刻溫度最大值的變化率絕對(duì)值不高于溫度變化率設(shè)定值時(shí)，保持調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速；若不屬于上述兩種情況則降低調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速；

7)返回第1)步。

上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書(shū)中。