一種風電變槳控制系統大功率器件散熱結構的製作方法

2023-05-13 15:29:11 1

本發明涉及風力發電設備領域，具體是涉及一種風電變槳控制系統大功率器件散熱結構。
背景技術：
：風能作為無汙染、可再生的能源受到了廣泛的關注，並且迅猛發展，在我國風力發電具有廣闊的發展前景。近年來，風力發電機組經歷了從幾十千瓦到幾百千瓦到幾兆瓦的飛速發展，大功率的風力發電機組對變槳系統的功能需求更高。槳葉控制關係到整個風電機組的安全，因此槳葉控制裝置的可靠性顯得尤為重要，在槳葉回到安全位置前，必須保證驅動槳葉的系統運行萬無一失，而變槳櫃中大功率器件的散熱問題影響著變槳控制系統的性能、壽命等。變槳控制系統中的大功率器件主要有充電機、驅動器等；這些大功率器件安放在變槳控制櫃內部，變槳控制櫃安放在風力發電機組的輪轂內，並隨輪轂的旋轉一起轉動。由於其使用環境的限制，目前變槳控制系統中的大功率器件的散熱以散熱板散熱為主。傳統方案一是用鋁材散熱板，輔以軸流風扇加大空氣流通，以提高散熱效率。這種方案的弊端在於軸流風扇的使用壽命只有2到3年，不能滿足風力發電機組設計壽命20年的需要，需定期的更換軸流風扇，從而影響了風力發電機組整機的運行。傳統方案二是取消軸流風機，加大散熱板的面積，以提高散熱板與空氣接觸的表面積來達到散熱效果。這種方案的也存在弊端，由於功率器件只佔據散熱板的一小部分，散熱板的面積加大，理論上其散熱面積和散熱效果是能達到的，但是在實際運用過程中，功率器件接觸面的周圍散熱板的溫度很高，遠離器件的散熱板部分溫度很低，與空氣接觸帶走的熱量有限，無法滿足散熱要求，當散熱板溫度過高時，變槳控制系統會停止工作，影響風力發電機組的運行。針對現有技術存在的問題，創造出一種不影響風力發電機組整機的運行，又能滿足風電變槳控制系統大功率器件散熱要求的散熱結構是目前要解決的問題。技術實現要素：針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在於提出一種風電變槳控制系統大功率器件散熱結構，它提高了熱量在基板上均勻分布的能力，到達了優良的散熱效果。本發明的技術方案是這樣實現的：一種風電變槳控制系統大功率器件散熱結構，大功率器件設置在散熱板上並安裝於變槳控制櫃內部，變槳控制櫃安裝在風力發電機組輪轂內，其特徵在於：所述散熱板的主體為基板，所述基板為由上、下、左、右、前和後六個表面圍成的長方體形腔體結構，在腔體內密布有散熱管，散熱管同時與基板上下表面貼合；所述散熱管中設置有冷卻液，冷卻液未充滿散熱管以使散熱管中形成空氣腔，該空氣腔的存在使散熱管隨輪轂轉動時冷卻液可在散熱管內流動。本風電變槳控制系統大功率器件散熱結構為一種新穎的散熱結構，它合理利用了風力發電機組變漿控制系統大功率器件所處的環境來解決其散熱問題。風力發電機組輪轂轉動時，設置於風力發電機組輪轂內的變槳控制櫃同時轉動，變槳控制櫃轉動時，設置於變槳控制櫃內部的散熱管同時轉動。散熱管未充滿冷卻液時管中會存在空氣腔，散熱管旋轉時，液體會在有空氣腔的散熱管內流動，從而帶動熱量流轉到基板的每一個部位。進一步地，本發明所述冷卻液體積為散熱管孔內容積的30%~70%。進一步地，本發明所述基板上表面設置有散熱片，基板的下表面連接大功率器件。進一步地，本發明所述散熱片為多片狀，散熱片均勻分布在基板的上表面。基板上的散熱片可以加快散熱速度，達到優良的散熱效果。進一步地，本發明所述散熱管為曲線彎折結構，散熱管均勻分布在基板的內腔中。散熱管採用曲線彎折結構使散熱管和基板的接觸面積增大，熱量傳遞效果好。進一步地，本發明所述散熱管包括設有兩個凸出接口的封閉環狀結構外圈，所述外圈內設置有若干根兩端和外圈互相連通的橫支管。進一步地，本發明所述散熱管兩端設有堵頭，所述堵頭和散熱管螺紋連接。散熱管兩端的堵頭在衝入冷卻液時都要打開，可以確保冷卻液順利衝入散熱管中。進一步地，本發明所述散熱管採用銅材。銅材的散熱效果優良，是應用廣泛的散熱管材質。進一步地，本發明基板與大功率器件接觸面塗有導熱矽脂。導熱矽脂既具有優異的電絕緣性，又有優異的導熱性，同時具有低游離度，耐高低溫、耐水、臭氧、耐氣候老化等優點。進一步地，本發明所述基板上設有安裝孔。基板周圍的安裝孔用來把基板固定在變槳控制櫃中，基板下表面靠近中部的安裝孔用來固定充電機和驅動器。相比現有技術，本發明的有益效果主要體現在：1、本發明為一種新穎的散熱結構，它採用散熱管和散熱片結合的方式，在散熱管中加入冷卻液，冷卻液未充滿散熱管以使散熱管中形成空氣腔。風力發電機輪轂的旋轉時帶動散熱管一起旋轉，該空氣腔的存在使散熱管隨輪轂轉動時冷卻液可在散熱管內流動，從而帶動熱量流轉到基板的每一個部位，合理利用了風力發電機組變漿控制系統大功率器件所處的環境來解決其散熱問題。2、取消了軸流風扇，減少了風力發電機組維護時間，提高了整機發電效率。附圖說明圖1為本發明實施例一的結構示意圖；圖2為圖1的正視圖；圖3為本發明實施例一的散熱管結構示意圖；圖4為本發明實施例二的散熱管結構示意圖；圖5為本發明實施例的變槳系統結構示意圖。附圖中，1-基板；2-散熱管；3-散熱片；4-堵頭；5-安裝孔；6-充電機；7-驅動器；8-變槳系統；81-變槳控制櫃；82-電動機；83-變速箱；84-槳葉。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。如圖1至圖3所示，本實施例的一種風電變槳控制系統大功率器件散熱結構，包括基板1、散熱管2和散熱片3；所述基板1為由上、下、左、右、前和後六個表面圍成的長方體形腔體結構，在腔體內密布有曲線彎折結構的散熱管2，散熱管2同時與基板1上下表面貼合，散熱管2採用的曲線彎折結構使散熱管2和基板1的接觸面積增大，熱量傳遞效果好。所述散熱管2中設置有散熱管2孔內容積一半的冷卻液，冷卻液未充滿散熱管2以使散熱管2中形成空氣腔，該空氣腔的存在使散熱管2隨輪轂轉動時冷卻液可在散熱管2內流動。散熱管2兩端設有內螺紋，堵頭4設有外螺紋，散熱管2和堵頭4螺紋連接，堵頭4在衝入冷卻液時都要打開，可以確保冷卻液順利衝入散熱管2中。散熱片3為均勻分布在基板1的上表面的多片狀結構，基板1的下表面連接充電機6和驅動器7，基板1與充電機6和驅動器7接觸面塗有既具有優異的電絕緣性，又有優異的導熱性，同時具有低游離度，耐高低溫、耐水、臭氧、耐氣候老化等優點的導熱矽脂。基板1周圍的安裝孔用來把基板1固定在變槳控制櫃81中，基板1下表面靠近中部的安裝孔5用來固定充電機6和驅動器7。如圖4所示，本發明實施例二的散熱管2結構示意圖，散熱管2外圈為設有兩個凸出接口的封閉環狀結構，外圈由兩根銅管彎折後互相連接形成，外圈內設置有若干根柵格狀橫向銅管，橫向銅管兩端和外圈的銅管互相連通，冷卻液能在連通的銅管中快速流動，其流通路徑較短，防止槳葉84轉動較快時散熱管中的液體未充分流動造成散熱不均勻，本實施例適合槳葉84轉動較快的風力發電機組使用。如圖5所示，大型的風力發電機組變槳系統8包括變槳控制櫃81、電動機82、變速箱83和槳葉84；每個槳葉84均配置一個變槳控制櫃81、電動機82和變速箱83，變槳系統8由變槳控制櫃81控制電動機82和變速箱83驅動槳葉84完成變槳動作。本風電變槳控制系統大功率器件散熱結構為一種新穎的散熱結構，它合理利用了風力發電機組變漿控制系統8大功率器件所處的環境來解決其散熱問題。風力發電機組輪轂轉動時，設置於風力發電機組輪轂內的變槳控制櫃81同時轉動，變槳控制櫃81轉動時，設置於變槳控制櫃內81部的散熱管2同時轉動。散熱管2未充滿冷卻液時管中會存在空氣腔，散熱管2旋轉時，液體會在有空氣腔的散熱管2內流動，從而帶動熱量流轉到基板1的每一個部位，基板1上的熱量通過散熱片3快速的散發，達到優良的散熱效果。本發明的風電變槳控制系統大功率器件散熱結構在31℃的環境下用以下三個方案進行試驗：方案一：採用無散熱管2（銅管）和冷卻液的普通散熱基板，在不使用軸流風扇的狀態下且模擬風力發電機組運行狀態，即基板1在變槳控制櫃81內隨輪轂一起轉動時的狀態。方案二：採用本實施例的基板1，在不使用軸流風扇的狀態下，基板1內部鋪散熱管2（銅管）並充滿冷卻液，同時模擬風力發電機組運行狀態，即基板1在變槳控制櫃81內隨輪轂一起轉動時的狀態。方案三：採用本實施例的基板1，在不使用軸流風扇的狀態下，基板1內部鋪散熱管2（銅管）並充入管內1/2容積的冷卻液，同時模擬風力發電機組運行狀態，即基板1在變槳控制櫃81內隨輪轂一起轉動時的狀態。如圖2所示，其中A點和B點為基板1下表面的溫度監測點，C點為充電機6內部溫度傳感器監測點，D點為驅動器7內部溫度傳感器監測點。序號溫度監測點方案一方案二方案三1A點溫度（℃）3640482B點溫度（℃）6055513C點溫度（℃）6560544D點溫度（℃）706659對本散熱結構的散熱效果進行測試，通過以上三個試驗得出上表中結果，其中方案三的散熱均勻，效果最好，充分驗證了本發明的可行性與合理性。本發明取消了風電變槳控制系統大功率器件散熱結構的軸流風扇，解決了充電機6和驅動器7散熱問題，減少了風力發電機組維護時間，提高了整機發電效率。對於風電變漿控制系統大功率器件散熱的理論研究與實際應用都有很好的參考價值和借鑑意義。最後需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管申請人參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp