本發(fā)明屬于船舶電氣變頻傳動(dòng)領(lǐng)域，尤其涉及一種船舶液冷多逆變器控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著船舶節(jié)能環(huán)保和各種關(guān)鍵設(shè)備平滑控制要求提供，變頻傳動(dòng)日益廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代船舶傳動(dòng)領(lǐng)域。在船舶多電機(jī)交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中，所需要用到很多電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)都需要一臺(tái)逆變器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。每個(gè)逆變器都有自己獨(dú)立的整流裝置，隨著系統(tǒng)傳動(dòng)點(diǎn)的增多，大大增加了系統(tǒng)的擾動(dòng)，而且也增加設(shè)備維護(hù)量與設(shè)備占地空間，采用共直流母線(xiàn)技術(shù)可大大改善這一缺點(diǎn)，將逆變器直接掛于直流母線(xiàn)上，采用預(yù)充電電路，減少整流模塊，從而減少了設(shè)備的故障點(diǎn)，從而設(shè)備的整體控制水平得到了很大的提高。

傳統(tǒng)逆變器采用風(fēng)冷散熱，防護(hù)等級(jí)不高，依賴(lài)于有空氣調(diào)節(jié)的艙室環(huán)境，逆變器功率較大，數(shù)量較多時(shí)，占用空間大，不適于在船舶高溫高濕及狹小空間安裝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種船舶多液冷逆變器控制系統(tǒng)，多組逆變器共直流母線(xiàn)供電，采用液體循環(huán)散熱冷卻，提高散熱效率，節(jié)省設(shè)備安裝空間，適用于較高的防護(hù)等級(jí)要求。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種船舶液冷多逆變器控制系統(tǒng)，包括多個(gè)連接到公共直流母線(xiàn)的逆變器，每個(gè)逆變器與公共直流母線(xiàn)之間的供電回路上均連接預(yù)充電電路，每個(gè)逆變器均向一個(gè)電機(jī)提供三相交流電源；其中一個(gè)逆變器還通過(guò)正弦濾波器向循環(huán)冷卻裝置提供三相交流電源，所述循環(huán)冷卻裝置通過(guò)供液管路、回液管路與逆變器的液冷裝置連接，所述循環(huán)冷卻裝置以及每個(gè)逆變器均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心通訊連接。

還包括絕緣檢測(cè)模塊，所述絕緣檢測(cè)模塊包括設(shè)置在公共直流母線(xiàn)與每個(gè)逆變器之間供電回路上的非接觸式電流檢測(cè)器，和接收電流檢測(cè)器檢測(cè)到的信號(hào)的絕緣檢測(cè)裝置，所述絕緣檢測(cè)裝置與監(jiān)控中心通信連接。

所述每個(gè)逆變器均包括功率模塊和控制模塊；

所述功率模塊包括將接收的公共直流母線(xiàn)端的直流電源逆變?yōu)槿嘟涣麟娫床⑤敵鼋o電機(jī)的逆變單元；

所述控制模塊包括微控制器，微處理器上連接有電機(jī)控制板、不少于一個(gè)的i/o擴(kuò)展板和通訊模塊，通訊模塊與控制面板、監(jiān)控中心進(jìn)行通信連接，其中一個(gè)i/o擴(kuò)展板與電機(jī)通信連接。

所述逆變單元為igbt。

所述每個(gè)逆變器還包括檢測(cè)模塊，所述檢測(cè)模塊連接直流母線(xiàn)檢測(cè)直流母線(xiàn)的電壓，同時(shí)通過(guò)設(shè)置在逆變單元和電機(jī)之間的輸電電路上的電流傳感器檢測(cè)輸電回路上的電流，還通過(guò)與igbt連接檢測(cè)igbt的溫度；檢測(cè)模塊上還連接為測(cè)試模塊供電的電源。

所述通訊模塊為rs485通訊模塊，逆變器通過(guò)rs485通訊模塊與遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心通訊連接。

所述電機(jī)控制板和逆變單元之間的電路上設(shè)置有對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大的驅(qū)動(dòng)電路。

還包括逆變器柜，所述連接到公共直流母線(xiàn)的多個(gè)逆變器均設(shè)置在柜體內(nèi)，并與柜體外部的循環(huán)冷卻裝置構(gòu)成冷卻循環(huán)；

所述柜體內(nèi)設(shè)置有用于固定逆變器的逆變器安裝板，用于和循環(huán)冷卻裝置的供液回路連接的冷卻液總輸入管，用于和循環(huán)冷卻裝置的回液管路連接的冷卻液總輸出管；所述冷卻液總輸出管上連通有與逆變器的冷卻液進(jìn)口連接的冷卻液分輸入管，冷卻液總輸入管上連通與逆變器的冷卻液出口連接的冷卻液分輸出管，所述冷卻液風(fēng)輸入管和冷卻液分輸出管連通；

所述冷卻液分輸入管和冷卻液分輸出管均不少于一個(gè)。

所述柜體設(shè)置不少于一個(gè)的用于固定逆變器對(duì)逆變器進(jìn)行散熱的水冷板，所述冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口均設(shè)置在水冷板上。

本發(fā)明的有益效果：（1）多組船用逆變器采用液冷散熱技術(shù)，無(wú)需配備額外的風(fēng)機(jī)與空調(diào)，冷卻液直接從輸入管道流進(jìn)逆變器內(nèi)部的冷卻盤(pán)管對(duì)其散熱，能夠有效提高系統(tǒng)的散熱效率。（2）逆變器安裝鋼板可靠近機(jī)柜門(mén)板安裝，其逆變器安裝孔位置不受冷卻液流通管道的限制，使得逆變器安裝更加靈活，提高機(jī)柜的緊湊性，減少了設(shè)備占地空間。由于不依賴(lài)空氣對(duì)流及風(fēng)機(jī)散熱，有利于逆變器控制柜達(dá)到更高防護(hù)等級(jí)要求，適用于船舶配電系統(tǒng)。（3）多組液冷逆變器采用公共直流母線(xiàn)技術(shù)，設(shè)置預(yù)充電路環(huán)節(jié)，能夠適用于較寬直流輸入電壓范圍，減少了對(duì)船舶電網(wǎng)品質(zhì)的要求，同時(shí)，節(jié)約了設(shè)備成本和安裝空間。

附圖說(shuō)明

圖1為逆變器原理圖。

圖2為多液冷逆變器控制系統(tǒng)原理圖。

圖3為循環(huán)冷卻裝置示意圖。

圖4為液冷逆變器機(jī)柜內(nèi)部主視圖。

圖5為液冷逆變器基柜內(nèi)部側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種船舶液冷多逆變器控制系統(tǒng)，它是由逆變器控制系統(tǒng)和循環(huán)冷卻裝置組成的，逆變器采用直流供電，多組逆變器共直流母線(xiàn)，逆變器驅(qū)動(dòng)多組電機(jī)，逆變器內(nèi)部冷卻管路連接到循環(huán)冷卻裝置，冷卻裝置提供的冷卻液循環(huán)帶走逆變器的熱量。具體來(lái)說(shuō)，它的結(jié)構(gòu)示意可以如圖1~4中所示。

如圖2所示，本發(fā)明提供的船舶液冷多逆變器控制系統(tǒng)，包括多個(gè)逆變器，多個(gè)逆變器均通過(guò)l+、l-兩個(gè)端子與公共直流母線(xiàn)相連，所有逆變器的直流母線(xiàn)電壓均一樣。每個(gè)逆變器均連接一個(gè)電機(jī)并為電機(jī)輸出三相交流電源作為動(dòng)力。上述的逆變器控制系統(tǒng)中，直流電源直接逆變?yōu)槿嘟涣麟婒?qū)動(dòng)異步電機(jī)，相較于傳統(tǒng)的船舶多電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，直流母線(xiàn)系統(tǒng)具有節(jié)能、提高設(shè)備運(yùn)行可靠性、減少設(shè)備維護(hù)量、故障率低等的優(yōu)點(diǎn)。

上述的控制系統(tǒng)中，在每個(gè)逆變器與公共直流母線(xiàn)之間的供電電路上，均連接有一個(gè)預(yù)充電電路。因?yàn)樵谡{(diào)試或者檢修逆變器控制系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)常需要接通或者斷開(kāi)逆變器，公共直流母線(xiàn)通過(guò)與充電電路連接逆變器，可以防止在其中一臺(tái)或者幾臺(tái)逆變器斷電后，無(wú)法接通直流母線(xiàn)電源，造成配電柜整體需要停電，所有逆變器均需要經(jīng)歷斷電和重新上電的過(guò)程。作為一種實(shí)施方式，如圖2所示，預(yù)充電電路連接在從公共直流母線(xiàn)向逆變器供電的回路上，包括并聯(lián)的充電電阻r和接觸器km，充電電阻的數(shù)目根據(jù)需要設(shè)置，例如設(shè)置四個(gè)，四個(gè)充電電阻和一個(gè)接觸器形成并聯(lián)回路，并聯(lián)回路通過(guò)一個(gè)斷路器qf連接公共直流母線(xiàn)。具體工作時(shí)，當(dāng)斷路器qf閉合之后，經(jīng)過(guò)充電電阻r給各逆變器提供電源進(jìn)行充電，當(dāng)充電結(jié)束后逆變器輸出控制信號(hào)使接觸器km吸合，完成充電過(guò)程控制。系統(tǒng)中設(shè)置母線(xiàn)電壓預(yù)充電環(huán)節(jié)延緩母線(xiàn)電壓建立過(guò)程，防止公共直流母線(xiàn)上沖擊電流損壞電力開(kāi)關(guān)器件和母線(xiàn)，裁剪了整流單元，能夠適用于較寬直流輸入電壓范圍，減少了對(duì)船舶電網(wǎng)品質(zhì)的要求，從而提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性，減少了設(shè)備安裝維護(hù)量和設(shè)備占地面積，節(jié)約了設(shè)備成本。

在多個(gè)逆變器中，其中一個(gè)逆變器通過(guò)正弦濾波器向一個(gè)循環(huán)冷卻裝置提供三相交流電源，而循環(huán)冷卻裝置通過(guò)供液回路、回液回路與逆變器的液冷裝置連通進(jìn)行冷卻液的循環(huán)。循環(huán)冷卻裝置采用壓縮機(jī)制冷方式制取冷卻液，并由循環(huán)泵提供循環(huán)動(dòng)力，使之在逆變器的液冷裝置與循環(huán)冷卻裝置之間循環(huán)，從而帶走負(fù)載發(fā)熱器件的熱量，逆變器發(fā)熱部件安裝在帶有冷卻盤(pán)管的水冷板上，多組逆變器冷卻管路連接到液冷型逆變器柜的主管路，并與循環(huán)冷卻裝置的供液回路連接，實(shí)現(xiàn)熱交換，起到散熱作用。由于液冷型逆變器無(wú)需配額外的空調(diào)與風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)中只需增加了一個(gè)循環(huán)冷卻裝置，其系統(tǒng)設(shè)備占地空間少，具有良好的散熱效果。

如圖4所示，為本發(fā)明循環(huán)冷卻裝置和液冷裝置的原理框圖。循環(huán)冷卻裝置包括控制區(qū)域和制冷供液區(qū)域，其中制冷供液區(qū)域包括冷凝器（優(yōu)選水冷殼管式冷凝器）、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、循環(huán)水泵、貯液箱等器件，循環(huán)冷卻裝置接收到開(kāi)機(jī)命令后，通過(guò)船舶上的消防水泵給循環(huán)冷卻裝置冷側(cè)供應(yīng)冷卻海水，殼式冷凝器與外部海水進(jìn)行熱交換，完成海水外部循環(huán)。循環(huán)冷卻裝置內(nèi)部的制冷循環(huán)是由壓縮機(jī)排出高溫高壓的氟利昂氣體，進(jìn)入水冷殼管式冷凝器中與外循環(huán)海水進(jìn)行熱量交換，制冷劑放出熱量，被冷卻為低溫高壓的氟利昂液體，氟利昂液體通過(guò)干燥過(guò)濾器、氟電磁閥，進(jìn)入膨脹閥節(jié)流降壓，變?yōu)榉簹庖憾嗷旌衔?，在蒸發(fā)器中吸熱變?yōu)榈蜏氐蛪旱姆锇簹怏w回到壓縮機(jī)，形成往復(fù)循環(huán)。冷卻液內(nèi)循環(huán)供應(yīng)的防凍液由不銹鋼泵從貯液箱中抽出，流經(jīng)蒸發(fā)器與壓縮機(jī)排出的氟利昂進(jìn)行熱交換，降溫后經(jīng)安裝在水冷板上逆變器的發(fā)熱表面，吸收熱量降低逆變器表面溫度，冷卻液溫度隨之升高后返回循環(huán)冷卻裝置內(nèi)貯液箱。再經(jīng)水泵輸出，流經(jīng)蒸發(fā)器、逆變器后返回貯液箱。如此循環(huán)，完成循環(huán)系統(tǒng)冷卻功能。

循環(huán)冷卻裝置以及每個(gè)逆變器均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心通訊連接，實(shí)時(shí)向監(jiān)控中心上報(bào)系統(tǒng)的冷卻工作條件、故障信息以及供液溫度、流量、壓力等模擬量參數(shù)。

上述的控制系統(tǒng)中還為各個(gè)逆變器提供了絕緣檢測(cè)模塊，絕緣檢測(cè)模塊包括設(shè)置在公共直流母線(xiàn)到逆變器之間的供電回路上的非接觸式直流漏電流傳感器和絕緣檢測(cè)裝置，絕緣檢測(cè)裝置包括絕緣檢測(cè)主機(jī)、定位模塊、通訊模塊，絕緣檢測(cè)主機(jī)注入一個(gè)直流或者低頻交流信號(hào)，通過(guò)非接觸式直流漏電流傳感器測(cè)量泄漏電流，將結(jié)果傳送給監(jiān)測(cè)主機(jī)計(jì)算電阻值。絕緣故障定位裝置根據(jù)設(shè)備設(shè)置的電阻值的可調(diào)閾值進(jìn)行故障報(bào)警。

通過(guò)非接觸式直流漏電電流傳感器連接絕緣監(jiān)測(cè)裝置，利用直流漏電流傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)公共直流母線(xiàn)中直流漏電流、母線(xiàn)電壓、正極對(duì)地電壓和負(fù)極對(duì)地電壓等的檢測(cè)，并對(duì)各極絕緣狀態(tài)按整定值進(jìn)行判定，若判定為絕緣電阻下降或接地故障，發(fā)聲光報(bào)警信號(hào)，顯示支路號(hào)、正極絕緣電阻值、負(fù)極絕緣電阻值。

參見(jiàn)圖1中所示，本發(fā)明中，每個(gè)逆變器均包括逆變單元、控制單元、檢測(cè)模塊，逆變單元優(yōu)選igbt，逆變單元將接收的公共直流母線(xiàn)的電源轉(zhuǎn)換為三相脈寬調(diào)制交流電壓并輸出到控制模塊的電機(jī)為電機(jī)供電。控制模塊還包括微處理器、電機(jī)控制板、通訊模塊、控制面板、不少于一個(gè)的i/o擴(kuò)展板等。其中一個(gè)i/o擴(kuò)展板與電機(jī)進(jìn)行通信。電機(jī)控制板實(shí)際為電機(jī)控制asic，而通信模塊優(yōu)選為rs485通信。通訊模塊與控制面板相連接將控制面板輸入的控制指令傳送給微處理器，通信模塊還可以接受監(jiān)控中心發(fā)送的指令傳遞給微處理器，實(shí)現(xiàn)本地與遠(yuǎn)程的控制。

檢測(cè)模塊包含直流母線(xiàn)的電壓檢測(cè)、igbt的溫度檢測(cè)、設(shè)置在逆變單元和電機(jī)之間輸電回路上的電流檢測(cè)和為測(cè)試模塊供電的電源，電流檢測(cè)是用電流傳感器檢測(cè)輸電回路的電流信號(hào)，并傳遞給檢測(cè)模塊，即檢測(cè)電機(jī)電纜是否存在過(guò)大電流，檢測(cè)模塊將測(cè)得的信號(hào)傳遞給微處理器，用于逆變器的過(guò)電流故障報(bào)警。電壓檢測(cè)主要用于檢測(cè)直流母線(xiàn)電壓是否超出或者低于逆變器直流供電范圍，可以利用電壓傳感器檢測(cè)，將測(cè)得的信號(hào)傳遞給微處理器，用于逆變器的欠壓與過(guò)壓報(bào)警。igbt的溫度檢測(cè)主要是通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)igbt逆變橋的溫度，將測(cè)得的信號(hào)傳遞給微處理器，用于igbt逆變橋的過(guò)熱保護(hù)。

控制模塊中的i/o控制的擴(kuò)展，其主要用于遠(yuǎn)程控制與顯示的i/o擴(kuò)展，其中數(shù)字信號(hào)的i/o擴(kuò)展包含逆變器啟停與復(fù)位控制、逆變器故障報(bào)警以及啟停指示，模擬信號(hào)的i/o擴(kuò)展包含電機(jī)電流與轉(zhuǎn)速等模擬信號(hào)的遠(yuǎn)程指示；其中與電機(jī)相連接的i/o控制的作用是用于ptc熱敏電阻電機(jī)保護(hù)故障報(bào)警。

控制模塊中的通信模塊與控制面板和監(jiān)控中心進(jìn)行通信獲取信息，傳遞給微處理器，微處理器根據(jù)檢測(cè)模塊輸出的檢測(cè)信號(hào)、從通訊模塊獲取的參數(shù)設(shè)定，通過(guò)與電機(jī)相連的i/o控制板對(duì)電機(jī)輸入控制信號(hào)進(jìn)行控制。具體來(lái)說(shuō)，微處理器控制電機(jī)控制asic，電腦控制asic用來(lái)依次計(jì)算igbt的位置并對(duì)igbt輸入信號(hào)，而設(shè)置在igbt和電腦控制asic之間的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)igbt逆變橋?？刂泼姘迨沁B接用戶(hù)與逆變器的橋梁，用戶(hù)可以通過(guò)控制面板來(lái)設(shè)定參數(shù)值，讀取逆變器的工作狀態(tài)包括電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)矩和給定值等參數(shù)，也可以本地和遠(yuǎn)程發(fā)送指令數(shù)據(jù)和輸入控制指令。

而遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心可以通過(guò)rs485連接多路逆變器組成控制網(wǎng)絡(luò)，完成遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)傳送與遠(yuǎn)程操作功能。即逆變器通過(guò)rs485接受監(jiān)控中心的指令，分別控制各逆變器輸出要求的電壓、頻率與轉(zhuǎn)速等參數(shù)到電機(jī)，逆變器控制系統(tǒng)可將電機(jī)的工作參數(shù)以及故障信息通過(guò)rs485發(fā)送到監(jiān)控中心以實(shí)現(xiàn)這些電機(jī)的協(xié)同運(yùn)行控制。

本發(fā)明還提供了一種節(jié)省空間的新型的逆變器柜，本系統(tǒng)的多個(gè)連接到公共直流母線(xiàn)的液冷逆變器設(shè)置在逆變器柜內(nèi)，與柜體外部的循環(huán)冷卻裝置連接進(jìn)行冷卻循環(huán)。柜體內(nèi)設(shè)置不少于一個(gè)的用于對(duì)逆變器進(jìn)行散熱的水冷板（即逆變器的冷卻裝置），逆變器直接緊固在一個(gè)或多個(gè)水冷板上，水冷板由傳熱能力高的鋁板或銅板制成，每個(gè)水冷板上均設(shè)置冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口，冷卻液通過(guò)冷卻液主輸入管經(jīng)冷卻液分輸入管流進(jìn)水冷板中，這樣就在逆變器到冷卻液之間提供了一條熱阻盡可能小的熱流路徑，吸收逆變器發(fā)出的熱量，起到散熱的作用。參見(jiàn)圖4所示的實(shí)施方式中，逆變器柜內(nèi)的逆變器1通過(guò)螺栓2螺紋連接的方式固定在逆變器安裝鋼板10上，逆變器柜1內(nèi)設(shè)置冷卻液總輸入管8和冷卻液總輸出管9，循環(huán)冷卻裝置的供液回路連接冷卻液總輸入管8，循環(huán)冷卻裝置的回液管路連接冷卻液總輸出管9；冷卻液總輸出管9上設(shè)置開(kāi)口，開(kāi)口連通與逆變器1的冷卻液進(jìn)口3連接的冷卻液分輸入管6，冷卻液總輸入管8上也設(shè)置開(kāi)口，開(kāi)口連通與逆變器1的冷卻液出口4連接的冷卻液分輸出管7，冷卻液風(fēng)輸入管6和冷卻液分輸出管7連通進(jìn)行冷卻液的循環(huán)。冷卻液分輸入管6和冷卻液分輸出管7均不少于一個(gè)，根據(jù)實(shí)際水冷板的數(shù)目設(shè)置。

該系統(tǒng)采用的逆變器柜其散熱方式液冷代替風(fēng)機(jī)散熱，逆變器安裝鋼板上的逆變器安裝孔位置避免了冷卻液流通管道的影響，使得液冷逆變器安裝更加靈活，而且液冷逆變器無(wú)需和逆變器安裝鋼板保持較大接觸面積，且逆變器安裝鋼板可靠近機(jī)柜門(mén)板安裝，與風(fēng)機(jī)散熱的逆變器柜相比所占空間更少，從而大大提高逆變器柜的緊湊型。

本發(fā)明的液冷型逆變器內(nèi)部集成有冷卻液流通管道。將一個(gè)或多個(gè)液冷型逆變器直接緊固在具有足夠強(qiáng)度的安裝板上，由于冷卻液流通管道集成在逆變器內(nèi)部，因此逆變器在安裝板上的安裝位置沒(méi)有限制，具有較強(qiáng)的靈活性，利于多臺(tái)逆變器的同時(shí)安裝，使得機(jī)柜更為緊湊。在逆變器柜內(nèi)設(shè)置一個(gè)冷卻液主輸入管道和一個(gè)冷卻液主輸出管道，在主輸入管道和主輸出管道上根據(jù)逆變器數(shù)量分別設(shè)置相應(yīng)的冷卻液分輸入管和分輸出管，將其分別接在液冷型逆變器的冷卻液進(jìn)出口上，各分輸入管和分輸出管的管徑均相同，冷卻液從冷卻液主輸入管道經(jīng)冷卻液分輸入管流進(jìn)各逆變器，由于各逆變器內(nèi)部冷卻液流通管道口徑與各自功率匹配，當(dāng)冷卻液流進(jìn)各逆變器內(nèi)部以后，冷卻液流速開(kāi)始與各流通管道口徑相匹配，流速調(diào)整后的冷卻液使得逆變器散熱效率得到提高，從而提高了整個(gè)逆變器柜的散熱效率。