風水冷一體式逆變器及其冷卻方式的製作方法
2023-11-10 16:03:37 2
本發明屬於逆變器設計領域，具體涉及一種風水冷一體式逆變器及其冷卻方式，主要用於實現電能轉換。
背景技術：
逆變器作為交流電網供電的電源，實現將直流電轉變為交流電，是維持電網正常運行的重要設備。在密閉潛器中，逆變器是艙室空氣噪聲源之一，同時自身散熱量較大，使得人員環境舒適性不高。因此，需要對逆變器進行冷卻。
逆變器一般可採用風冷或水冷方式進行冷卻，若採用風冷方式，不僅將逆變器產生的大量熱量直接擴散到密閉的艙室內，同時逆變器的噪聲指標較大，對艙室的環境和人員工作生活造成影響；若採用水冷方式，則逆變器的正常運行依賴於冷卻水系統的正常運行，一旦失去冷卻水，逆變器將無法使用。
為了適應潛器中逆變器運行可靠性和人員舒適性的高要求，因此需要一種逆變器的新型冷卻方式。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是，針對現有逆變器冷卻技術存在的上述不足，提供一種風水冷一體式逆變器及其冷卻方式，同時具備水冷冷卻和風冷冷卻兩種冷卻方式，降低逆變器向外的擴散熱量和空氣噪聲，也具備在失去冷卻水時維持冷卻逆變器的能力。
本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案是：
風水冷一體式逆變器，至少包括直流輸入濾波模塊、逆變橋、變壓濾波電路、風水冷一體散熱器、風機控制單元和控制器；直流輸入濾波模塊設置在逆變橋的輸入端，逆變橋的輸出端經變壓濾波電路與控制器的輸入端連接，控制器的第一輸出支路與逆變橋連接，控制器的第二輸出支路經風機控制單元與風水冷一體散熱器的風機連接(風機控制單元用於控制風機的開啟和關閉)；
所述直流輸入濾波模塊用於實現對輸入至逆變橋的直流母線電壓的濾波；
所述逆變橋由開關器件組成，用於將直流母線電壓逆變為三相pwm波輸出電源；
所述變壓濾波電路用於濾除逆變橋輸出的三相pwm波輸出電源中的高次諧波，得到正弦波；
所述風水一體散熱器設置在逆變橋內，用於實現對逆變橋的散熱；
所述控制器用於實現對逆變橋的風冷冷卻和水冷冷卻的選擇控制。
按上述方案，所述風水一體散熱器包括冷卻水管道、風機和溫度傳感器，冷卻水管道用於實現冷卻水的流通，冷卻水通過冷卻水管道入口進入冷卻水管道中，從冷卻水管道出口流出，從而將逆變橋的熱量帶走；風機用於當失去冷卻水後的逆變橋散熱，通過旋轉風扇產生的風能將逆變橋的熱量帶走，散熱片用於增大開關器件與空氣的接觸面積，與風機配合使用以滿足散熱需求，溫度傳感器用於檢測逆變橋的運行溫度並將運行溫度傳遞至控制器內。
按上述方案，所述控制器包括電壓傳感器和電流傳感器、逆變橋開關驅動單元以及風機驅動單元，電壓傳感器和電流傳感器得到變壓濾波電路輸出端的電壓電流檢測信號，逆變橋開關驅動單元用於生成逆變橋內開關器件的驅動信號，控制開關器件的開通關斷，風機驅動單元用於給風機控制單元發出信號，使風機控制單元控制風機開動。
本發明還提供了一種上述風水冷一體式逆變器的冷卻方式，包括如下步驟：
1)接通電源，給冷卻水管道接入冷卻水，採用冷卻水管道散熱逆變橋的水冷方式作為主用冷卻方式；
2)通過溫度傳感器檢測逆變橋的運行溫度t；
3)比較運行溫度t與逆變橋開關器件耐受的最大溫度值t0之間的大小；
4)當檢測的運行溫度t≤最大溫度值t0時，說明冷卻水管道散熱逆變橋的水冷方式正常運行，此時，控制器通過電壓傳感器和電流傳感器得到變壓濾波電路輸出端的電壓電流檢測信號，並通過逆變橋開關驅動單元生成逆變橋內開關器件的驅動信號，控制開關器件的開通關斷，電能轉化為熱能；
5)當檢測的運行溫度t＞最大溫度值t0時，說明冷卻水管道散熱逆變橋的水冷方式不足以冷卻逆變橋或水冷方式故障或失去冷卻水，此時，控制器給風機控制單元發出信號，使其控制風機開動，轉為風冷冷卻方式(備用冷卻方式)，同時，控制器通過電壓傳感器和電流傳感器得到變壓濾波電路輸出端的電壓電流檢測信號，並通過逆變橋開關驅動單元生成逆變橋內開關器件的驅動信號，控制開關器件的開通關斷，電能轉化為熱能。
與現有技術相比，本發明具有的有益效果是：
1、本發明採用風水一體散熱器，將用於風冷的風扇和用於水冷的冷卻管道有機結合起來，風冷和水冷兩種原理不同的冷卻控制部件集成為一體，減少了逆變器內的組成部件，保證冷卻效果的同時提高了控制能力；同時具備水冷冷卻和風冷冷卻兩種冷卻方式，可降低逆變器向外的擴散熱量和空氣噪聲，也具備在失去冷卻水時維持冷卻逆變器的能力，通過改變逆變器的冷卻方式以大幅降低逆變器運行時的空氣噪聲；
2、採用水冷方式作為主用冷卻方式，能夠降低逆變器在密閉潛器向外的擴散熱量和空氣噪聲；
3、採用風冷方式作為備用冷卻方式，同時設置散熱片，能夠有效實現在失去冷卻水的情況下逆變器的散熱，使逆變器維持工作；
4、風水冷冷卻方式的一體化設計、逆變橋控制和冷卻控制的集成設計能夠有效控制逆變器的外形尺寸和體積大小，有利於節省在密閉潛器內逆變器所佔用的空間。
附圖說明
圖1為本發明實施例風水冷一體式逆變器的原理框圖；
圖2為本發明實施例風水冷一體式逆變器的冷卻方式原理流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對於這些實施方式的說明用於幫助理解本發明，但並不構成對本發明的限定。
如圖1所示，本發明實施例所述的風水冷一體式逆變器，至少包括直流輸入濾波模塊、逆變橋、變壓濾波電路、風水冷一體散熱器、風機控制單元和控制器；
直流輸入濾波模塊設置在逆變橋的輸入端，逆變橋的輸出端經變壓濾波電路與控制器的輸入端連接，控制器的第一輸出支路與逆變橋連接，控制器的第二輸出支路經風機控制單元與風水冷一體散熱器的風機連接；
當逆變器開機時，直流輸入濾波模塊避免直流母線電壓直接作用於逆變橋，直流輸入濾波模塊用於穩定直流母線電壓和實現對直流母線電壓的濾波；
逆變橋由開關器件組成，用於將直流母線電壓逆變為三相pwm波輸出電源；
變壓濾波電路，用於濾除逆變橋輸出的三相pwm波輸出電源中的高次諧波，得到較理想的正弦波，同時具有一定的隔離作用；
風水一體散熱器設置在逆變橋內，用於實現對逆變橋的散熱，具備風冷功能和水冷功能，它包括冷卻水管道、風機和溫度傳感器，冷卻水管道用於實現冷卻水的流通，冷卻水通過冷卻水管道入口進入冷卻水管道中，從冷卻水管道出口流出，從而將逆變橋的熱量帶走；風機用於當失去冷卻水後的逆變橋散熱，通過旋轉風扇產生的風能將逆變橋的熱量帶走，散熱片用於增大開關器件與空氣的接觸面積，與風機配合使用以滿足散熱需求，溫度傳感器用於檢測逆變橋的運行溫度並將運行溫度傳遞至控制器內；
風機控制單元用於控制風機的開啟和關閉；
控制器用於實現對逆變橋的風冷冷卻和水冷冷卻的選擇控制，包括電壓傳感器和電流傳感器、逆變橋開關驅動單元以及風機驅動單元，電壓傳感器和電流傳感器得到變壓濾波電路輸出端的電壓電流檢測信號，逆變橋開關驅動單元用於生成逆變橋內開關器件的驅動信號，控制開關器件的開通關斷，風機驅動單元用於給風機控制單元發出信號，使風機控制單元控制風機開動。
參照圖2所示，本發明風水冷一體式逆變器的冷卻方式，包括如下步驟：
1)接通電源，給冷卻水管道接入冷卻水，採用冷卻水管道散熱逆變橋的水冷方式作為主用冷卻方式；
2)通過溫度傳感器檢測逆變橋的運行溫度t；
3)比較運行溫度t與逆變橋開關器件耐受的最大溫度值t0之間的大小；
4)當檢測的運行溫度t≤最大溫度值t0時，說明冷卻水管道散熱逆變橋的水冷方式正常運行，此時，控制器通過電壓傳感器和電流傳感器得到變壓濾波電路輸出端的電壓電流檢測信號，並通過逆變橋開關驅動單元生成逆變橋內開關器件的驅動信號，控制開關器件的開通關斷，電能轉化為熱能；
5)當檢測的運行溫度t＞最大溫度值t0時，說明冷卻水管道散熱逆變橋的水冷方式不足以冷卻逆變橋或水冷方式故障或失去冷卻水，此時，控制器給風機控制單元發出信號，使其控制風機開動，轉為風冷冷卻方式(備用冷卻方式)，同時，控制器通過電壓傳感器和電流傳感器得到變壓濾波電路輸出端的電壓電流檢測信號，並通過逆變橋開關驅動單元生成逆變橋內開關器件的驅動信號，控制開關器件的開通關斷，電能轉化為熱能。
控制器對逆變橋的控制是根據電源輸出端的電壓、電流信號進行判斷後生成驅動信號以控制逆變橋中的開關器件；控制器對冷卻方式的選擇控制是通過對風冷環節和水冷環節運行狀態進行判斷後，控制風冷環節工作或水冷環節工作。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之類，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。