具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統制造方法及圖紙

本發明專利技術具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統，包括多個水冷板、多個溫度檢測單元、調速水泵、控制單元和戶外的熱交換器。水冷板內嵌有非均勻分布S形流道，S形流道在與IGBT安裝區對應的位置上分布密集，在非IGBT安裝區的位置上分布稀疏；在與功率大的IGBT安裝區對應的位置上分布密集，在與功率小的IGBT安裝區對應的位置上分布稀疏。各個水冷板相互并聯，各個溫度檢測單元與水冷板表面緊密接觸，溫度檢測單元和調速水泵分別與控制單元電相連。本發明專利技術還提供了散熱裝置的控制方法。其優點是：通過控制IGBT安裝區內水冷板溫度的最高值，大大降低了水冷散熱裝置的能耗，實現了散熱裝置冷卻水高效利用和提高電機運行可靠性，適用于大功率電機的調速系統。

High speed motor speed regulating system with intelligent water-cooling radiating device

The invention relates to a high power motor speed regulating system with an intelligent water-cooling radiator, which comprises a plurality of water cooling plates, a plurality of temperature detecting units, a speed regulating water pump, a control unit and an outdoor heat exchanger. The water board with an embedded heterogeneous distribution of S shaped channel, S channel and IGBT in the installation area corresponding to the location distribution of dense, sparse distribution in non IGBT installation area position; installation area corresponding to the IGBT position on the power distribution of dense, sparse distribution and small power in the installation area corresponding to the IGBT position. Each water cooling plate is connected with each other in parallel, and each temperature detecting unit is in close contact with the surface of the water cooling plate, and the temperature detecting unit and the speed regulating water pump are respectively connected with the control unit. The invention also provides a control method for the heat sink. The utility model has the advantages of: the maximum value of IGBT installed water cold plate temperature control, greatly reduces the energy consumption of water cooling device, to achieve the efficient use and improve the operating reliability of the motor cooling device for cooling water control system for high power motor.

【技術實現步驟摘要】
具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統
本專利技術涉及電機調速系統領域，具體涉及一種具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統。
技術介紹
現階段大功率電機調速系統大都采用大電流、高電壓的IGBT來實現。這些大電流、高電壓的IGBT在工作時會產生大量的熱量，如不能及時將這些熱量帶走，會造成IGBT的溫升過高，使IGBT出現熱損傷，進而造成整個電機調速系統的損壞。目前，大功率電機調速系統的散熱裝置基本采用將冷卻水通入具有均勻分布S形流道的水冷板來實現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，不能實現IGBT安裝區內水冷板溫度的有效控制。
技術實現思路
本專利技術目的在于克服傳統技術的缺陷，提供一種適用于大功率電機調速系統的智能水冷散熱裝置，通過控制IGBT安裝區內水冷板溫度的最高值，大大降低水冷散熱裝置的能耗，最終實現散熱裝置冷卻水高效利用和提高電機運行可靠性的目的。為達上述目的，本專利技術具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統，包括大電流、高電壓IGBT，還包括多個水冷板、多個溫度檢測單元、調速水泵、控制單元和戶外的熱交換器；水冷板內嵌有非均勻分布S形流道，S形流道在與IGBT安裝區對應的位置上分布密集，在非IGBT安裝區的位置上分布稀疏；在與功率大的IGBT安裝區對應的位置上分布密集，在與功率小的IGBT安裝區對應的位置上分布稀疏；各個水冷板相互并聯，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，水冷板的入水口經調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，各個溫度檢測單元與水冷板表面緊密接觸，溫度檢測單元和調速水泵分別與控制單元電相連，控制單元執行的控制序列包括：1)初始化；2)判斷采樣時刻到否，如果是，執行下一步；如果否，循環執行本步；3)溫度檢測單元采集數據；4)控制單元利用水冷板溫度場模型實時估算IGBT安裝區內對應位置的溫度；5)獲取溫度最大值；6)計算調速指令，當實時溫度最大值大于其設定值，或相鄰時刻溫度最大值的變化率絕對值高于其設定值時，控制單元提高調速水泵的轉速，將降低了溫度的冷卻水輸入到水冷板的入水口；若IGBT安裝區內水冷板溫度的最大值低于其設定值且相鄰時刻溫度最大值的變化率絕對值不高于溫度變化率設定值時，保持調速水泵的轉速；若不屬于上述兩種情況則降低調速水泵的轉速；7)返回第1)步。本專利技術具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統，其中所述控制序列第6)步包括：設水冷板在三維坐標系上內部各點的溫度T＝f(x,y,z,t)，其表達式為：其中，式中Vx，Vy，Vz為媒介傳導速率，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空間三維坐標系；為單位體積上的熱生成的能量，kxx、kyy和kzz為修正系數；控制單元結合水冷板的導熱材料的熱特性、S形流道的分布方式和IGBT安裝區與水冷板的位置關系，獲取p、c和的具體數值，通過有限元方法對上述表達式進行求解，從而對表達式中的修正系數kxx、kyy和kzz進行修正，進而獲得水冷板溫度場模型以及不同位置溫度的最大值。本專利技術具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統，其中所述溫度檢測單元不少于3個，分別與IGBT安裝區在水冷板中的位置相對應。本專利技術具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統，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。為達上述目的，本專利技術提供了具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統的控制方法，該方法設置多個水冷板、多個溫度檢測單元、調速水泵、控制單元和戶外的熱交換器，其控制方法包括：1)初始化；2)判斷采樣時刻到否，如果是，執行下一步；如果否，循環執行本步；3)溫度檢測單元采集數據；4)控制單元利用水冷板溫度場模型實時估算IGBT安裝區內對應位置的溫度；5)獲取溫度最大值；6)計算調速指令，當實時溫度最大值大于其設定值，或相鄰時刻溫度最大值的變化率絕對值高于其設定值時，控制單元提高調速水泵的轉速，將降低了溫度的冷卻水輸入到水冷板的入水口；若IGBT安裝區內水冷板溫度的最大值低于其設定值且相鄰時刻溫度最大值的變化率絕對值不高于溫度變化率設定值時，保持調速水泵的轉速；若不屬于上述兩種情況則降低調速水泵的轉速；7)返回第1)步。本專利技術具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統的控制方法，其中所述控制單元控制方法第6)步包括：設水冷板在三維坐標系上內部各點的溫度T＝f(x,y,z,t)，其表達式為：其中，式中Vx，Vy，Vz為媒介傳導速率，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空間三維坐標系；為單位體積上的熱生成的能量，kxx、kyy和kzz為修正系數；控制單元結合水冷板的導熱材料的熱特性、S形流道的分布方式和IGBT安裝區與水冷板的位置關系，獲取p、c和的具體數值，通過有限元方法對上述表達式進行求解，從而對表達式中的修正系數kxx、kyy和kzz進行修正，進而獲得水冷板溫度場模型以及不同位置溫度的最大值。本專利技術具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統的優點是：由于設置了多個具有不均勻分布S形流道的水冷板、與水冷板緊密接觸的不少于3個的溫度檢測單元、調速水泵、控制單元和戶外的熱交換器，通過控制IGBT安裝區內水冷板溫度的最高值，大大降低了水冷散熱裝置的能耗，實現了散熱裝置冷卻水高效利用和提高電機運行可靠性，適用于大功率電機的調速系統。附圖說明圖1是水冷板的側視圖；圖2是圖1的B-B視圖；圖3是圖1的A-A視圖；圖4是水冷板并聯的示意圖；圖5為智能水冷散熱裝置的結構框圖；圖6為智能水冷散熱裝置的控制流程圖。具體實施方式下面結合附圖詳細說明本專利技術具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統的實施例。本專利技術具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統,包括大電流、高電壓IGBT，還包括多個水冷板、多個溫度檢測單元、調速水泵、控制單元和戶外的熱交換器。在智能散熱系統中，參照圖1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。水冷板內嵌有非均勻分布S形流道6，S形流道6在與IGBT安裝區對應的位置上分布密集，在非IGBT安裝區的位置上分布稀疏；在與功率大的IGBT安裝區對應的位置上分布密集，在與功率小的IGBT安裝區對應的位置上分布稀疏。參照圖4，各個水冷板相互并聯，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。參照圖5，水冷板的入水口1經調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熱交換器的主動或強迫風冷散熱實現冷卻水溫度的降低，通過調節水泵將降低溫度的冷卻水輸入到水冷板的入水口1。溫度檢測單元用于實時檢測水冷板的溫度。溫度檢測單元不少于3個，分別與IGBT安裝區在水冷板中的位置相對應。各個溫度檢測單元與水冷板表面緊密接觸，參照圖5，溫度檢測單元和調速水泵分別與控制單元電相連。與水冷板緊密接觸的多個溫度檢測單元可根據IGBT安裝區在水冷板中位置進行調整。下面用實施例來說明本專利技術具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統。設水冷板在三維坐標系上內部各點的溫度T＝f(x,y,z,t)，其表達式為：其中，式中Vx，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統，包括大電流、高電壓IGBT，其特征在于：還包括多個水冷板、多個溫度檢測單元、調速水泵、控制單元和戶外的熱交換器，其中，所述水冷板內嵌有非均勻分布S形流道，所述S形流道在與IGBT安裝區對應的位置上分布密集，在非IGBT安裝區的位置上分布稀疏；在與功率大的IGBT安裝區對應的位置上分布密集，在與功率小的IGBT安裝區對應的位置上分布稀疏；各個所述水冷板相互并聯，所述水冷板的入水口(1)位于水冷板的底端，出水口(2)位于水冷板的頂部，所述水冷板的入水口(1)經所述調速水泵與所述戶外的熱交換器出水口相通，所述水冷板的出水口(2)與戶外的熱交換器的入水口相通，各個所述溫度檢測單元與所述水冷板表面緊密接觸，所述溫度檢測單元和所述調速水泵分別與所述控制單元電相連，所述控制單元執行的控制序列包括：1)初始化；2)判斷采樣時刻到否，如果是，執行下一步；如果否，循環執行本步；3)溫度檢測單元采集數據；4)控制單元利用水冷板溫度場模型實時估算IGBT安裝區內對應位置的溫度；5)獲取溫度最大值；6)計算調速指令，當實時溫度最大值大于其設定值，或相鄰時刻溫度最大值的變化率絕對值高于其設定值時，控制單元提高調速水泵的轉速，將降低了溫度的冷卻水輸入到水冷板的入水口；若IGBT安裝區內水冷板溫度的最大值低于其設定值且相鄰時刻溫度最大值的變化率絕對值不高于溫度變化率設定值時，保持調速水泵的轉速；若不屬于上述兩種情況則降低調速水泵的轉速；7)返回第1)步。...

【技術特征摘要】
1.一種具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統，包括大電流、高電壓IGBT，其特征在于：還包括多個水冷板、多個溫度檢測單元、調速水泵、控制單元和戶外的熱交換器，其中，所述水冷板內嵌有非均勻分布S形流道，所述S形流道在與IGBT安裝區對應的位置上分布密集，在非IGBT安裝區的位置上分布稀疏；在與功率大的IGBT安裝區對應的位置上分布密集，在與功率小的IGBT安裝區對應的位置上分布稀疏；各個所述水冷板相互并聯，所述水冷板的入水口(1)位于水冷板的底端，出水口(2)位于水冷板的頂部，所述水冷板的入水口(1)經所述調速水泵與所述戶外的熱交換器出水口相通，所述水冷板的出水口(2)與戶外的熱交換器的入水口相通，各個所述溫度檢測單元與所述水冷板表面緊密接觸，所述溫度檢測單元和所述調速水泵分別與所述控制單元電相連，所述控制單元執行的控制序列包括：1)初始化；2)判斷采樣時刻到否，如果是，執行下一步；如果否，循環執行本步；3)溫度檢測單元采集數據；4)控制單元利用水冷板溫度場模型實時估算IGBT安裝區內對應位置的溫度；5)獲取溫度最大值；6)計算調速指令，當實時溫度最大值大于其設定值，或相鄰時刻溫度最大值的變化率絕對值高于其設定值時，控制單元提高調速水泵的轉速，將降低了溫度的冷卻水輸入到水冷板的入水口；若IGBT安裝區內水冷板溫度的最大值低于其設定值且相鄰時刻溫度最大值的變化率絕對值不高于溫度變化率設定值時，保持調速水泵的轉速；若不屬于上述兩種情況則降低調速水泵的轉速；7)返回第1)步。2.根據權利要求1所述的具有智能水冷散熱裝置的大功率電機調速系統，其特征在于：其中所述控制序列第6)步包括：設水冷板在三維坐標系上內部各點的溫度T＝f(x,y,z,t)，其表達式為：其中，式中Vx，Vy，Vz為媒介傳導速率，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空間三維坐標系；為單位體積上的熱生成的能量，kxx、kyy和kzz為修正系數；控制單元結合水冷板的導熱材料的熱特性、S形流道的分布方式和IGBT安裝區與水冷板的位置關系，獲取p、c和的具體數值，通過有限元方法對上...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊華，馬曉亮，
申請(專利權)人：廣東梅賽能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44