CN106097672A - 强迫风冷igbt模块散热器阻塞的报警方法 - Google Patents

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    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
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Abstract

本发明公开了强迫风冷IGBT模块散热器阻塞的报警方法，通过利用散热器表面贴装的I GBT内部集成的温度传感器和功率模块输入/输出电流来实时计算散热器热阻的方法，来达到对散热器阻塞进行检测的结果，实际应用和测试结果表明，该方法能够很好的对散热器阻塞进行报警，并通过向风电变流器上级主控传递报警信息，提醒风电变流器用户对变流器的散热器进行除尘、清理等工作。

Description

强迫风冷IGBT模块散热器阻塞的报警方法
技术领域
本发明属于电子控制技术领域，具体涉及强迫风冷IGBT模块散热器阻塞的报警方法。
背景技术
强迫风冷散热技术是风电变流器领域应用最广泛的散热技术之一，具有成本低廉、使用可靠、设计简单等优点。但在风电领域，由于风电机组安装运行的环境条件非常复杂，在风沙严重的环境中，特别是我国北方地区初春杨絮飞舞、南方地区春天柳絮飞舞的时间内，很容易发生散热器阻塞的情况。强迫风冷的散热器一般是齿状的散热片安装在铝基板上的型式，随着散热功率的越来越大，单位面积铝基板上的散热片越来越多，越来越密，经过散热片的冷却空气流量随着冷却风机功率的增大而增加，因此，对于大功率强迫风冷散热器，很容易发生散热片之间被阻塞。而被阻塞的直接结果，就是散热器的散热效率下降，IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等电力电子器件的壳温升高，器件的安全运行余量减少，容易失效。
功率模块在工作的时候，随着通入电流的大小，IGBT在开关过程中产生的损耗功率有所不同，这部分损耗功率必须通过散热器散发到空气当中去。IGBT与散热器一般通过IGBT的铜基板以及铜基板和散热器之间的硅脂将这部分损耗功率(或者叫发热功率)传导到散热器上面，通过散热器与周围空气的热交换，将这部分损耗功率传递到空气中去。现代IGBT一般在其内部集成了以NTC电阻为主要方式的温度传感器件，即通过NTC电阻(负温度系数热敏电阻，电阻阻值随着温度的升高而减少，随着温度的降低而增大)检测IGBT铜基板的温度间接来检测散热器的温度。
对于强迫风冷的散热器，如果发生进风口阻塞，则会导致进风量的减少，使得能够带走功率模块损耗功率的空气流量降低，造成单位时间内空气从功率模块散热器中带走的发热功率减少，散热器的温度将会上升。随着进风口阻塞的程度增加，进风口的风量减少，散热器的温度将会继续上升。但是，目前的方法，采用散热器过温门限固定的方式，无法及时体现散热器的阻塞程度，只能达到过温门限才会停止IGBT的工作。
发明内容
本发明的目的是设计出一种通过利用散热器表面贴装的IGBT内部集成的温度传感器和功率模块输入/输出电流来实时计算散热器热阻的方法，来达到对散热器阻塞进行检测的结果。
为解决上述问题，本发明提出强迫风冷IGBT模块散热器阻塞的报警方法。
本发明所采用的技术方案是：
强迫风冷IGBT模块散热器阻塞的报警方法，包括以下步骤：
步骤1，强迫风冷IGBT功率模块第一次开机前，先进行功率模块额定电流发热实验：设定好采样时间间隔后，加载至变流器额定电流，采集IGBT的NTC热敏电阻器的温度，绘制IGBT内部温度的测量值—时间曲线，直至IGBT内部温度平衡，经过数据筛选，形成一条设定曲线，存入控制处理器；
步骤2，启动IGBT模块；
步骤3，采集散热器温度；
步骤4，判断散热器温度是否超过过温门限；
步骤5，判断为温度超过过温门限，执行步骤11；判断为温度正常，执行步骤6；
步骤6，采集散热器温度；
步骤7，通过控制处理器将采集到的温度与时间拟合出温度—时间曲线；
步骤8，控制处理器将拟合曲线与设定曲线进行对比；
步骤9，判断散热器是否过温；
步骤10，判断为温度过温，执行步骤11；判断为温度正常，控制处理器将温度采样数据从缓存中清零，执行步骤3；
步骤11，控制处理器发出散热器阻塞故障报警，提示运维人员需要对散热器进行清理，停机。
优选的，所述步骤1的数据筛选为：从采样数据中，舍去确认温度平衡时间内的采样数据，根据剩余数据绘制设定曲线，舍去确认IGBT内部温度平衡时间内的数据，提高设定曲线绘制精度，减少数据保存量。
优选的，所述步骤6的采集时间的值等于步骤1中采样时间的值减去IGBT内部温度平衡阶段时间的值，防止散热器长时间过温，起到保护散热器的作用。
优选的，所述步骤1的采样时间间隔为1秒，保证采集点数量，提高曲线精度。
优选的，所述步骤1的IGBT内部温度平衡的成立条件为：在5至10分钟内温度波动小于等于0.5℃。
优选的，所述步骤6的采样时间间隔为1秒，保证采集点数量，提高曲线精度。
优选的，所述步骤9的过温判断条件为：连续M个时间点的拟合曲线温度值超过设定曲线温度值，M的值为100至200，因为采样的电信号会在机器中受到干扰，起到软件滤波的功能。
本发明具有以下优点及效果：
1、本发明的IGBT模块都内部集成了NTC温度传感器，NTC温度传感器能够检测到IGBT模块的温度，这样就能够通过NTC检测到的IGBT模块温度，配合温度的上升斜率，来检测散热器是否被阻塞，能够很好的对散热器阻塞进行报警，并通过向风电变流器上级主控传递报警信息，提醒风电变流器用户对变流器的散热器进行除尘、清理等工作。
2、为了保证散热器的温度最终可靠的控制在一定的温度下(该温度由IGBT的最高允许运行温度决定)，杜绝信号干扰导致采样值在某几个点偏低而迟迟不能满足”连续100-200个点的采样值大于设定温升曲线“的情况，对于采样值达到散热器允许的最高温度，就立刻停机的做法，作为散热器过温保护的最后屏障。
3、通过采样电路，变流器CPU的滑窗宽度是这款散热器被完全阻塞之后，散热器温度上升到“散热器过温故障“温度门限的时间，采集温度之后，因为采样时间间隔相同，则CPU根据先后顺序将各个采得的温度与存储器中的存储温度点(也就是设定温升曲线)进行比对，考虑到采样的电信号会在机器中受到干扰，因此做了一个相当于软件滤波的功能，即只有连续100-200个点的采样值大于设定温升曲线的时候，才会确认为散热器阻塞。
4、通过在滑窗时间内采样的数据判断散热器的温度，比达到过温门限，更及时体现散热器的阻塞程度，延长IGBT模块的使用寿命。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：如图所示，对于一款适配2.0MW双馈风力发电机组的变流器，第一次开机运行之前，首先需要进行功率模块额定电流发热实验，得出变流器的设定曲线，步骤如下：
1、变流器的网侧额定电流为400A，机侧额定电流为800A，；
2、将变流器接入实验台；
3、将IGBT内部的NTC热敏电阻器连接到温度测试仪器，设定好采样时间间隔为1秒；
4、实验台通电，快速加载至变流器额定电流(直接0～100％给定)；
5、在温度测试仪器的监控界面上观察IGBT内部温度测量的温度及其上升曲线；
6、待观察到的IGBT内部温度平衡后(5分钟内波动小于0.5℃)，通过测温仪器有导出数据，并在EXCEL中绘出曲线，记录温度—时间曲线；
7、数据处理阶段，舍去后面300个采样点，前面的点则为对比的温升数据。
8、根据剩余的200个数据，形成一条设定曲线，存入控制处理器；
开始正常使用风力发电机组，开机启动，该风力发电机组的变流器散热器阻塞的报警过程如下：
步骤1，变流器内的NTC温度传感器开始采集散热器温度值。
步骤2，变流器CPU判断当前散热器温度是否超过过温门限，超过，发出散热器阻塞故障报警，提示运维人员需要对散热器进行清理，停机；不超过，取500秒作为采集散热器温度值的滑窗宽度，采样时间间隔为1秒，在滑窗内采集散热器温度。
步骤3，通过变流器CPU将采集到的温度与设定曲线进行对比，变流器CPU判断散热器是否过温，判断为温度过温，发出散热器阻塞故障报警，提示运维人员需要对散热器进行清理；判断为温度正常，变流器CPU将温度采样数据从缓存中清零，再回到步骤1。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.强迫风冷IGBT模块散热器阻塞的报警方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，强迫风冷IGBT功率模块第一次开机前，先进行功率模块额定电流发热实验：设定好采样时间间隔后，加载至变流器额定电流，采集IGBT的NTC热敏电阻器的温度，绘制IGBT内部温度的测量值—时间曲线，直至IGBT内部温度平衡，经过数据筛选，形成一条设定曲线，存入控制处理器；
步骤2，启动IGBT模块；
步骤3，采集散热器温度；
步骤4，判断散热器温度是否超过过温门限；
步骤5，判断为温度超过过温门限，执行步骤11；判断为温度正常，执行步骤6；
步骤6，采集散热器温度；
步骤7，通过控制处理器将采集到的温度与时间拟合出温度—时间曲线；
步骤8，控制处理器将拟合曲线与设定曲线进行对比；
步骤9，判断散热器是否过温；
步骤10，判断为温度过温，执行步骤11；判断为温度正常，控制处理器将温度采样数据从缓存中清零，执行步骤3；
步骤11，控制处理器发出散热器阻塞故障报警，提示运维人员需要对散热器进行清理，停机。
2.根据权利要求1所述的强迫风冷IGBT模块散热器阻塞的报警方法，其特征在于，所述步骤1的数据筛选为：从采样数据中，舍去确认温度平衡时间内的采样数据，根据剩余数据绘制设定曲线。
3.根据权利要求1所述的强迫风冷IGBT模块散热器阻塞的报警方法，其特征在于，所述步骤6的采集时间的值等于步骤1中采样时间的值减去IGBT内部温度平衡阶段时间的值。
4.根据权利要求3所述的强迫风冷IGBT模块散热器阻塞的报警方法，其特征在于，所述步骤1的采样时间间隔为1秒。
5.根据权利要求3所述的强迫风冷IGBT模块散热器阻塞的报警方法，其特征在于，所述步骤1的IGBT内部温度平衡的成立条件为：在5至10分钟内温度波动小于等于0.5℃。
6.根据权利要求5所述的强迫风冷IGBT模块散热器阻塞的报警方法，其特征在于，所述步骤6的采样时间间隔为1秒。
7.根据权利要求6所述的强迫风冷IGBT模块散热器阻塞的报警方法，其特征在于，所述步骤9的过温判断条件为：连续M个时间点的拟合曲线温度值超过设定曲线温度值，M的值为100至200。
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