CN104578817A - 一种交-直-交变频器专用的复合型冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交-直-交变频器专用的复合型冷却系统，所述复合型冷却系统包括变频系统和冷却系统，所述变频系统和冷却系统通过RS485和CAN总线进行通讯，所述冷却系统包括主循环泵，内复合散热器、外复合散热器、缓流加热罐，所述主循环泵，内复合散热器、外复合散热器以及缓流加热罐通过管道相连，所述冷却系统还包括控制系统，所述主循环泵，内复合散热器、外复合散热器、缓流加热罐均与控制系统相连接；所述外复合散热器和主循环泵之间设置有主泵出水压力传感器PS1，所述主循环泵和缓流加热罐之间设置有主泵进水压力传感器PS3，所述外复合散热器和内复合散热器之间设置有供水压力传感器PS2以及供水温度传感器TS1。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷却系统，涉及交-直-交变频器专用的复合型冷却系统，属于电力电子与智能控制技术领域。
背景技术
交-直-交变频器在诸多行业已经获得广泛的应用，容量也越来越大。然而，大功率交-直-交变频器的自身发热比较厉害，单独使用变频器自身的风冷散热系统已经不能够满足散热需求，采用外置式的水冷散热系统又会增大系统体积，增加两套系统协调控制时的难度。为了解决这些问题，有些系统方案已经被提出，并取得一定效果；现阶段交-直-交变频器自身的风冷散热系统受限于变频器体积，散热能力有限，无法满足变频器在环境条件苛刻的场合稳定运行时所需的散热要求；采用外置式水冷却系统为变频器散热时，系统结构复杂、体积庞大，一定程度上限制了大功率变频器的应用场合；此外，现有技术中的水冷却系统在适应能力、结构、尺寸、稳定性、经济性等方面已经不能够满足现有技术中应用的多样性，不便于大规模的推广使用，因此，迫切的需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种交-直-交变频器专用的复合型冷却系统，该系统整体设计巧妙，结构紧凑，体积较小，运行稳定，通过主循环泵和外复合散热器直接从交-直-交变频器直流母线取电，降低系统供电复杂程度，提高系统供电适应性，通过利用交-直-交变频器直流母线电容储存的能量，在变频器接入点的电网掉电时，实现冷却系统的短时掉电自持功能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种交-直-交变频器专用的复合型冷却系统，其特征在于，所述复合型冷却系统包括变频系统和冷却系统，所述变频系统和冷却系统通过RS485和CAN总线进行通讯，所述冷却系统包括主循环泵，内复合散热器、外复合散热器、缓流加热罐，所述主循环泵，内复合散热器、外复合散热器以及缓流加热罐通过管道相连，所述冷却系统还包括控制系统，所述主循环泵，内复合散热器、外复合散热器、缓流加热罐与控制系统相连接；所述外复合散热器和主循环泵之间设置有主泵出水压力传感器PS1，所述主循环泵和缓流加热罐之间设置有主泵进水压力传感器PS3，所述外复合散热器和内复合散热器之间设置有供水压力传感器PS2以及供水温度传感器TS1，所述缓冲加热罐和内复合散热器之间设置有回水温度传感器TS2和冷却介质流量传感器FS。
作为本发明的一种改进，所述变频系统包括交-直-交变频器、第一逆变器、第二逆变器，所述第一逆变器与主循环泵相连接，所述第二逆变器与外复合散热器风机相连接，所述外复合散热器风机连接空气散热器。
作为本发明的一种改进，所述缓流加热罐包括缓流罐和U型直流加热器，所述U型直流加热器设置在缓流罐内，所述U型直流加热器通过交-直-交变频器直流母线直接取电。所述缓流加热罐通过缓流罐来缓冲水流，并配合主循环泵控制流速和压力，通过U型直流加热器来控制水温，所述缓流加热罐相对传统水冷却系统减少了平衡箱内脱气、补气、补水等功能，简化结构减小体积；通过对外复合散热器风机采用变频控制，可控制冷却系统冷却功率，实现整个系统节能环保。
一种复合型冷却系统的自动调节方法，其特征在于，所述方法如下：1）主循环泵M1和外复合散热器风机M2分别通过第一逆变器I1和第二逆变器I2进行变频控制；取电方式如图2所示，从交-直-交变频器的上直流母线和下直流母线分别引出一根电缆与第一逆变器I1和第二逆变器I2相连，并通过这两个逆变器转换为交流电分别驱动主循环泵M1和外复合散热器风机M2；2）第一逆变器I1和第二逆变器I2能够分别控制主循环泵M1和外复合散热器风机M2的转速，实现供水压力（或流量）和冷却功率的无级可调，提高冷却系统温度控制精度。此外，在电机启动过程中能够通过变频控制实现软启动减小变频器直流母线电压波动。3）实现冷却系统和变频器一体式结构，其中变频器的轴流抽风风机同时作为冷却系统外复合散热器的散热风机，对安装变频器功率器件的内复合散热器能够同时进行风冷和水冷冷却；变频器功率器件产生的热量一部分通过变频器的轴流抽风风机散出，一部分通过散热器内部的冷却液体携带出散热器，并通过复合型冷却系统中的外复合散热器进行蒸发散热，该过程中变频器的风机即作为变频器的风冷散热器又作为冷却系统中外复合散热器的散热风机，属于一种风冷+水冷的复合型散热方式。该过程能够把变频器和冷却系统进行结构上的融合；4）变频器和冷却系统之间通过RS485或CAN总线进行通讯，变频器把自身的运行信息，包括输出功率、电压、电流等信息，上传至冷却系统的控制器，作为冷却系统判断变频器热量的判断依据，达到预判变频器功率器件发热量来调节冷却系统散热功率的目的，同时能够根据自身的温度和压力反馈信息诊断自身系统运行状况，并进行系统超温超压容错保护，该过程能够动态调节冷却系统的散热功率，使之始终低功耗状态，达到系统自身节能的目的；5）根据交-直-交变频器直流母线电容能够储存能量的特点，在变频器接入点的电网掉电时，使用直流母线电容中的能量短时间内对冷却系统供电，实现掉电自持功能。
相对于现有技术，本发明的优点如下：1）整个技术方案结构设计巧妙、结构紧凑、体积较小；2）该技术方案中通过主循环泵和外复合散热器直接从交-直-交变频器直流母线取电，降低系统供电复杂程度，提高系统供电适应性；3）该技术方案的主循环泵和外复合散热器风机采用变频调速，实现供水压力和冷却功率的无级可调，可以提高冷却系统对温度的控制精度； 4）该技术方案中设置了从交-直-交变频器直流母线直接取电的直流加热器，所述U型直流加热器设置在缓流加热罐内，能够降低系统供电复杂程度；通过采用冷却系统和变频器一体式结构，能够融合风冷散热器和水冷散热器的优点于一体，提高系统散热能力的同时减小变频器体积，增强对环境适应能力，实现冷却系统控制器和变频器控制器的直接实时通讯，赋予系统负载辨识和容错功能，动态调节变频器功率器件温度，达到系统自身节能的目的；5）通过利用交-直-交变频器直流母线电容储存的能量，在变频器接入点的电网掉电时，实现冷却系统的短时掉电自持功能；6）该技术方案中缓流加热罐能够实现加热和缓流功能，并与变频器共用一台风机作为外复合散热器的风机来减小系统体积，使得整体结构更加紧凑；7）整个技术方案成本较低，拆卸维修方便，便于大规模的推广应用。
附图说明
图1是本发明系统原理框图；
图2冷却系统动力电取电示意图；
图3是缓流加热罐示意图；
图4 变频器和冷却系统之间通讯示意图；
图中：1、U型直接加热器，2、缓流罐。
具体实施方式
为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式进一步介绍本发明的技术方案。
实施例1：
参见图1，一种交-直-交变频器专用的复合型冷却系统，所述复合型冷却系统包括变频系统和冷却系统；所述变频系统和冷却系统通过RS485和CAN总线进行通讯；所述冷却系统包括主循环泵、内复合散热器、外复合散热器以及缓流加热罐；所述主循环泵、内复合散热器、外复合散热器以及缓流加热罐通过管道相连；所述冷却系统还包括控制系统；所述主循环泵、内复合散热器、外复合散热器以及缓流加热罐均与控制系统相连接；所述外复合散热器和主循环泵之间设置有主泵出水压力传感器PS1；所述主循环泵和缓流加热罐之间设置有主泵进水压力传感器PS3；所述主管道过滤器和内复合散热器之间设置有供水压力传感器PS2以及供水温度传感器TS1；所述缓流加热罐和内复合散热器之间设置有回水温度传感器TS2和冷却介质流量传感器FS。通过主循环泵和外复合散热器直接从交-直-交变频器直流母线取电，降低系统供电复杂程度，提高系统供电适应性；通过对主循环泵和外复合散热器采用变频调速，可以提高冷却系统对温度的控制精度；通过变频器系统和冷却系统间的实时通讯，实现系统间实时通讯、负载辨识及系统内容错功能，该技术方案中，冷却系统能够准确判断变频器发热量，并根据这个动态发热量来调节自身的散热能力，同时能够根据自身的温度和压力反馈信息诊断自身系统运行状况，并进行系统超温超压容错保护。该过程能够动态调节冷却系统的散热功率，使之始终处于最合理的低功耗状态，达到系统自身节能的目的。
实施例2：
参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述变频系统包括交-直-交变频器、第一逆变器I1、第二逆变器I2，所述第一逆变器I1与主循环泵M1相连接，所述第二逆变器I2与外复合散热器内的风机M2相连接，所述外复合散热器风机也是变频器变流柜的风机。其余结构和优点与实施1相同。
实施例3：
参见图1、图3，作为本发明的一种改进，所述缓流加热罐包括缓流罐和U型直流加热器，所述U型直流加热器1设置在缓流罐2内，所述U型直流加热器1通过交-直-交变频器直流母线直接取电，降低系统供电的复杂程度；所述缓流加热罐通过缓流罐来缓冲水流，并配合主循环泵控制流速和压力，通过U型直流加热器来控制水温，所述缓流加热罐相对传统水冷却系统减少了平衡箱内脱气、补气、补水等功能，简化结构减小体积；通过对外复合散热器风机采用变频控制，可控制冷却系统冷却功率，实现整个系统节能。其余结构和优点与实施1相同。
实施例4：
参见图1——图4，一种复合型冷却系统的自动调节方法，所述方法如下：1）主循环泵M1和外复合散热器风机M2分别通过第一逆变器I1和第二逆变器I2进行变频控制；取电方式如图2所示，从交-直-交变频器的上直流母线和下直流母线分别引出一根电缆与第一逆变器I1和第二逆变器I2相连，并通过这两个逆变器转换为交流电分别驱动主循环泵M1和外复合散热器风机M2；2）第一逆变器I1和第二逆变器I2能够分别控制主循环泵M1和外复合散热器风机M2的转速，实现供水压力（或流量）和冷却功率的无级可调，提高冷却系统温度控制精度，此外，在电机启动过程中能够通过变频控制实现软启动减小变频器直流母线电压波动；3）实现冷却系统和变频器一体式结构，其中变频器的轴流抽风风机同时作为冷却系统外复合散热器的散热风机，对变频器的散热器能够同时进行风冷和水冷冷却；内复合散热器将变频器功率器件产生的热量一部分通过变频器的轴流抽风风机散出，一部分通过散热器内部的冷却液体携带出散热器，并通过复合型冷却系统中的外复合散热器进行蒸发散热，该过程中变频器的风机即作为变频器的风冷散热器又作为冷却系统中外复合散热器的散热风机，属于一种风冷+水冷的复合型散热方式。该过程能够把变频器和冷却系统进行结构上的融合；4）变频器和冷却系统之间通过RS485或CAN总线进行通讯，变频器把自身的运行信息，包括输出功率、电压、电流等信息，上传至冷却系统的控制器即冷却系统中央处理单元，作为冷却系统判断变频器热量的判断依据，达到预判变频器功率器件发热量来调节冷却系统散热功率的目的，同时能够根据自身的温度和压力反馈信息诊断自身系统运行状况，并进行系统超温超压容错保护，该过程能够动态调节冷却系统的散热功率，使之始终低功耗状态，达到系统自身节能的目的；5）根据交-直-交变频器直流母线电容能够储存能量的特点，在变频器接入点的电网掉电时，使用直流母线电容中的能量短时间内对冷却系统供电，实现掉电自持功能。
本发明还可以将实施例2、3所述技术特征中的至少一个与实施例1组合，形成新的实施方式。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (4)
1.一种交-直-交变频器专用的复合型冷却系统，其特征在于，所述复合型冷却系统包括变频系统和冷却系统，所述变频系统和冷却系统通过RS485和CAN总线进行通讯，所述冷却系统包括主循环泵，内复合散热器、外复合散热器、缓流加热罐，所述主循环泵，内复合散热器、外复合散热器以及缓流加热罐通过管道相连，所述冷却系统还包括控制系统，所述主循环泵，内复合散热器、外复合散热器、缓流加热罐与控制系统相连接；所述外复合散热器和主循环泵之间设置有主泵出水压力传感器PS1，所述主循环泵和缓流加热罐之间设置有主泵进水压力传感器PS3，所述外复合散热器和内复合散热器之间设置有供水压力传感器PS2以及供水温度传感器TS1，所述缓冲加热罐和内复合散热器之间设置有回水温度传感器TS2和冷却介质流量传感器FS。
2.根据权利要求1所述的交-直-交变频器专用的复合型冷却系统，其特征在于，所述变频系统包括交-直-交变频器、第一逆变器、第二逆变器，所述第一逆变器与主循环泵相连接，所述第二逆变器与外复合散热器的风机相连接，所述外复合散热器风机连接空气散热器。
3.根据权利要求3所述的交-直-交变频器专用的复合型冷却系统，其特征在于，所述缓流加热罐包括缓流罐和U型直流加热器，所述U型直流加热器设置在缓流罐内，所述U型直流加热器通过交-直-交变频器直流母线直接取电。
4.采用权利要求1-3任一项权利要求所述的复合型冷却系统的自动调节方法，其特征在于，所述方法如下：1）主循环泵M1和外复合散热器风机M2分别通过第一逆变器I1和第二逆变器I2进行变频控制；从交-直-交变频器的上直流母线和下直流母线分别引出一根电缆与第一逆变器I1和第二逆变器I2相连，并通过这两个逆变器转换为交流电分别驱动主循环泵M1和外复合散热器风机M2；2）第一逆变器I1和第二逆变器I2分别控制主循环泵M1和外复合散热器风机M2的转速，实现供水压力或流量和冷却功率的无级可调， 3）实现冷却系统和变频器一体式结构，其中变频器的轴流抽风风机同时作为冷却系统外复合散热器的散热风机，对安装变频器功率器件的内复合散热器同时进行风冷和水冷冷却；4）变频器和冷却系统之间通过RS485或CAN总线进行通讯，变频器把自身的运行信息，包括输出功率、电压、电流信息，上传至冷却系统的控制器，作为冷却系统判断变频器热量的判断依据，达到预判变频器功率器件发热量来调节冷却系统散热功率的目的，同时能够根据自身的温度和压力反馈信息诊断自身系统运行状况，并进行系统超温超压容错保护，该过程能够动态调节冷却系统的散热功率，使之始终低功耗状态，达到系统自身节能的目的；5）根据交-直-交变频器直流母线电容能够储存能量的特点，在变频器接入点的电网掉电时，使用直流母线电容中的能量短时间内对冷却系统供电，实现掉电自持功能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A special composite cooling system for AC-DC-AC converter Effective date of registration: 20210226 Granted publication date: 20170616 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Xuzhou Copper Mt branch Pledgor: CHINA MINING DRIVES & AUTOMATION Co.,Ltd. Registration number: Y2021320000023 |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 221116 No. second Zhujianglu Road Industrial Park, Xuzhou high tech Zone, Jiangsu 7 Patentee after: Jiangsu Guochuan Electric Co.,Ltd. Address before: 221116 No. second Zhujianglu Road Industrial Park, Xuzhou high tech Zone, Jiangsu 7 Patentee before: CHINA MINING DRIVES & AUTOMATION Co.,Ltd. |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230809 Granted publication date: 20170616 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Xuzhou Copper Mt branch Pledgor: CHINA MINING DRIVES & AUTOMATION Co.,Ltd. Registration number: Y2021320000023 |