[发明专利]具有智能水冷散热装置的大功率电机调速系统

说明书

技术领域

本发明涉及电机调速系统领域，具体涉及一种具有智能水冷散热装置的大功率电机调速系统。

背景技术

现阶段大功率电机调速系统大都采用大电流、高电压的IGBT来实现。这些大电流、高电压的IGBT在工作时会产生大量的热量，如不能及时将这些热量带走，会造成IGBT的温升过高，使IGBT出现热损伤，进而造成整个电机调速系统的损坏。

目前，大功率电机调速系统的散热装置基本采用将冷却水通入具有均匀分布S形流道的水冷板来实现IGBT的降温，这种散热装置存在冷却水利用效率低、能耗大的缺点，不能实现IGBT安装区内水冷板温度的有效控制。

发明内容

本发明目的在于克服传统技术的缺陷，提供一种适用于大功率电机调速系统的智能水冷散热装置，通过控制IGBT安装区内水冷板温度的最高值，大大降低水冷散热装置的能耗，最终实现散热装置冷却水高效利用和提高电机运行可靠性的目的。

为达上述目的，本发明具有智能水冷散热装置的大功率电机调速系统，包括大电流、高电压IGBT，还包括多个水冷板、多个温度检测单元、调速水泵、控制单元和户外的热交换器；水冷板内嵌有非均匀分布S形流道，S形流道在与IGBT安装区对应的位置上分布密集，在非IGBT安装区的位置上分布稀疏；在与功率大的IGBT安装区对应的位置上分布密集，在与功率小的IGBT安装区对应的位置上分布稀疏；各个水冷板相互并联，水冷板的入水口位于水冷板的底端，出水口位于水冷板的顶部，水冷板的入水口经调速水泵与户外的热交换器出水口相通，水冷板的出水口与户外的热交换器的入水口相通，各个温度检测单元与水冷板表面紧密接触，温度检测单元和调速水泵分别与控制单元电相连，控制单元执行的控制序列包括：

1)初始化；

2)判断采样时刻到否，如果是，执行下一步；如果否，循环执行本步；

3)温度检测单元采集数据；

4)控制单元利用水冷板温度场模型实时估算IGBT安装区内对应位置的温度；

5)获取温度最大值；

6)计算调速指令，当实时温度最大值大于其设定值，或相邻时刻温度最大值的变化率绝对值高于其设定值时，控制单元提高调速水泵的转速，将降低了温度的冷却水输入到水冷板的入水口；若IGBT安装区内水冷板温度的最大值低于其设定值且相邻时刻温度最大值的变化率绝对值不高于温度变化率设定值时，保持调速水泵的转速；若不属于上述两种情况则降低调速水泵的转速；

7)返回第1)步。

本发明具有智能水冷散热装置的大功率电机调速系统，其中所述控制序列第6)步包括：设水冷板在三维坐标系上内部各点的温度T＝f(x,y,z,t)，其表达式为：

其中，式中V_x，V_y，V_z为媒介传导速率，p、c分别为水冷板散热体的密度和比热容；T为散热器温度；x，y，z空间三维坐标系；为单位体积上的热生成的能量，k_xx、k_yy和k_zz为修正系数；

控制单元结合水冷板的导热材料的热特性、S形流道的分布方式和IGBT安装区与水冷板的位置关系，获取p、c和的具体数值，通过有限元方法对上述表达式进行求解，从而对表达式中的修正系数k_xx、k_yy和k_zz进行修正，进而获得水冷板温度场模型以及不同位置温度的最大值。

本发明具有智能水冷散热装置的大功率电机调速系统，其中所述温度检测单元不少于3个，分别与IGBT安装区在水冷板中的位置相对应。

本发明具有智能水冷散热装置的大功率电机调速系统，其中所述水冷板由铝板制成，包括板体和盖，板体与盖配合后采用螺钉相互密封连接。

为达上述目的，本发明提供了具有智能水冷散热装置的大功率电机调速系统的控制方法，该方法设置多个水冷板、多个温度检测单元、调速水泵、控制单元和户外的热交换器，其控制方法包括：

1)初始化；

2)判断采样时刻到否，如果是，执行下一步；如果否，循环执行本步；

3)温度检测单元采集数据；

4)控制单元利用水冷板温度场模型实时估算IGBT安装区内对应位置的温度；

5)获取温度最大值；