CN107070271A - 风水冷一体式逆变器及其冷却方式 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风水冷一体式逆变器及其冷却方式，逆变器至少包括直流输入滤波模块、逆变桥、变压滤波电路、风水冷一体散热器、风机控制单元和控制器；直流输入滤波模块设置在逆变桥的输入端，逆变桥的输出端经变压滤波电路与控制器的输入端连接，控制器的第一输出支路与逆变桥连接，控制器的第二输出支路经风机控制单元与风水冷一体散热器的风机连接。冷却方式通过控制器对风冷环节和水冷环节运行状态进行判断后，实现对逆变桥的风冷冷却和水冷冷却的选择控制。本发明同时具备水冷冷却和风冷冷却两种冷却方式，大幅降低逆变器向外的扩散热量和逆变器运行时的空气噪声，也具备在失去冷却水时维持冷却逆变器的能力。

Description

风水冷一体式逆变器及其冷却方式
技术领域
本发明属于逆变器设计领域，具体涉及一种风水冷一体式逆变器及其冷却方式，主要用于实现电能转换。
背景技术
逆变器作为交流电网供电的电源，实现将直流电转变为交流电，是维持电网正常运行的重要设备。在密闭潜器中，逆变器是舱室空气噪声源之一，同时自身散热量较大，使得人员环境舒适性不高。因此，需要对逆变器进行冷却。
逆变器一般可采用风冷或水冷方式进行冷却，若采用风冷方式，不仅将逆变器产生的大量热量直接扩散到密闭的舱室内，同时逆变器的噪声指标较大，对舱室的环境和人员工作生活造成影响；若采用水冷方式，则逆变器的正常运行依赖于冷却水系统的正常运行，一旦失去冷却水，逆变器将无法使用。
为了适应潜器中逆变器运行可靠性和人员舒适性的高要求，因此需要一种逆变器的新型冷却方式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有逆变器冷却技术存在的上述不足，提供一种风水冷一体式逆变器及其冷却方式，同时具备水冷冷却和风冷冷却两种冷却方式，降低逆变器向外的扩散热量和空气噪声，也具备在失去冷却水时维持冷却逆变器的能力。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
风水冷一体式逆变器，至少包括直流输入滤波模块、逆变桥、变压滤波电路、风水冷一体散热器、风机控制单元和控制器；直流输入滤波模块设置在逆变桥的输入端，逆变桥的输出端经变压滤波电路与控制器的输入端连接，控制器的第一输出支路与逆变桥连接，控制器的第二输出支路经风机控制单元与风水冷一体散热器的风机连接(风机控制单元用于控制风机的开启和关闭)；
所述直流输入滤波模块用于实现对输入至逆变桥的直流母线电压的滤波；
所述逆变桥由开关器件组成，用于将直流母线电压逆变为三相PWM波输出电源；
所述变压滤波电路用于滤除逆变桥输出的三相PWM波输出电源中的高次谐波，得到正弦波；
所述风水一体散热器设置在逆变桥内，用于实现对逆变桥的散热；
所述控制器用于实现对逆变桥的风冷冷却和水冷冷却的选择控制。
按上述方案，所述风水一体散热器包括冷却水管道、风机和温度传感器，冷却水管道用于实现冷却水的流通，冷却水通过冷却水管道入口进入冷却水管道中，从冷却水管道出口流出，从而将逆变桥的热量带走；风机用于当失去冷却水后的逆变桥散热，通过旋转风扇产生的风能将逆变桥的热量带走，散热片用于增大开关器件与空气的接触面积，与风机配合使用以满足散热需求，温度传感器用于检测逆变桥的运行温度并将运行温度传递至控制器内。
按上述方案，所述控制器包括电压传感器和电流传感器、逆变桥开关驱动单元以及风机驱动单元，电压传感器和电流传感器得到变压滤波电路输出端的电压电流检测信号，逆变桥开关驱动单元用于生成逆变桥内开关器件的驱动信号，控制开关器件的开通关断，风机驱动单元用于给风机控制单元发出信号，使风机控制单元控制风机开动。
本发明还提供了一种上述风水冷一体式逆变器的冷却方式，包括如下步骤：
1)接通电源，给冷却水管道接入冷却水，采用冷却水管道散热逆变桥的水冷方式作为主用冷却方式；
2)通过温度传感器检测逆变桥的运行温度T；
3)比较运行温度T与逆变桥开关器件耐受的最大温度值T0之间的大小；
4)当检测的运行温度T≤最大温度值T0时，说明冷却水管道散热逆变桥的水冷方式正常运行，此时，控制器通过电压传感器和电流传感器得到变压滤波电路输出端的电压电流检测信号，并通过逆变桥开关驱动单元生成逆变桥内开关器件的驱动信号，控制开关器件的开通关断，电能转化为热能；
5)当检测的运行温度T＞最大温度值T0时，说明冷却水管道散热逆变桥的水冷方式不足以冷却逆变桥或水冷方式故障或失去冷却水，此时，控制器给风机控制单元发出信号，使其控制风机开动，转为风冷冷却方式(备用冷却方式)，同时，控制器通过电压传感器和电流传感器得到变压滤波电路输出端的电压电流检测信号，并通过逆变桥开关驱动单元生成逆变桥内开关器件的驱动信号，控制开关器件的开通关断，电能转化为热能。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明采用风水一体散热器，将用于风冷的风扇和用于水冷的冷却管道有机结合起来，风冷和水冷两种原理不同的冷却控制部件集成为一体，减少了逆变器内的组成部件，保证冷却效果的同时提高了控制能力；同时具备水冷冷却和风冷冷却两种冷却方式，可降低逆变器向外的扩散热量和空气噪声，也具备在失去冷却水时维持冷却逆变器的能力，通过改变逆变器的冷却方式以大幅降低逆变器运行时的空气噪声；
2、采用水冷方式作为主用冷却方式，能够降低逆变器在密闭潜器向外的扩散热量和空气噪声；
3、采用风冷方式作为备用冷却方式，同时设置散热片，能够有效实现在失去冷却水的情况下逆变器的散热，使逆变器维持工作；
4、风水冷冷却方式的一体化设计、逆变桥控制和冷却控制的集成设计能够有效控制逆变器的外形尺寸和体积大小，有利于节省在密闭潜器内逆变器所占用的空间。
附图说明
图1为本发明实施例风水冷一体式逆变器的原理框图；
图2为本发明实施例风水冷一体式逆变器的冷却方式原理流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
如图1所示，本发明实施例所述的风水冷一体式逆变器，至少包括直流输入滤波模块、逆变桥、变压滤波电路、风水冷一体散热器、风机控制单元和控制器；
直流输入滤波模块设置在逆变桥的输入端，逆变桥的输出端经变压滤波电路与控制器的输入端连接，控制器的第一输出支路与逆变桥连接，控制器的第二输出支路经风机控制单元与风水冷一体散热器的风机连接；
当逆变器开机时，直流输入滤波模块避免直流母线电压直接作用于逆变桥，直流输入滤波模块用于稳定直流母线电压和实现对直流母线电压的滤波；
逆变桥由开关器件组成，用于将直流母线电压逆变为三相PWM波输出电源；
变压滤波电路，用于滤除逆变桥输出的三相PWM波输出电源中的高次谐波，得到较理想的正弦波，同时具有一定的隔离作用；
风水一体散热器设置在逆变桥内，用于实现对逆变桥的散热，具备风冷功能和水冷功能，它包括冷却水管道、风机和温度传感器，冷却水管道用于实现冷却水的流通，冷却水通过冷却水管道入口进入冷却水管道中，从冷却水管道出口流出，从而将逆变桥的热量带走；风机用于当失去冷却水后的逆变桥散热，通过旋转风扇产生的风能将逆变桥的热量带走，散热片用于增大开关器件与空气的接触面积，与风机配合使用以满足散热需求，温度传感器用于检测逆变桥的运行温度并将运行温度传递至控制器内；
风机控制单元用于控制风机的开启和关闭；
控制器用于实现对逆变桥的风冷冷却和水冷冷却的选择控制，包括电压传感器和电流传感器、逆变桥开关驱动单元以及风机驱动单元，电压传感器和电流传感器得到变压滤波电路输出端的电压电流检测信号，逆变桥开关驱动单元用于生成逆变桥内开关器件的驱动信号，控制开关器件的开通关断，风机驱动单元用于给风机控制单元发出信号，使风机控制单元控制风机开动。
参照图2所示，本发明风水冷一体式逆变器的冷却方式，包括如下步骤：
1)接通电源，给冷却水管道接入冷却水，采用冷却水管道散热逆变桥的水冷方式作为主用冷却方式；
2)通过温度传感器检测逆变桥的运行温度T；
3)比较运行温度T与逆变桥开关器件耐受的最大温度值T0之间的大小；
4)当检测的运行温度T≤最大温度值T0时，说明冷却水管道散热逆变桥的水冷方式正常运行，此时，控制器通过电压传感器和电流传感器得到变压滤波电路输出端的电压电流检测信号，并通过逆变桥开关驱动单元生成逆变桥内开关器件的驱动信号，控制开关器件的开通关断，电能转化为热能；
5)当检测的运行温度T＞最大温度值T0时，说明冷却水管道散热逆变桥的水冷方式不足以冷却逆变桥或水冷方式故障或失去冷却水，此时，控制器给风机控制单元发出信号，使其控制风机开动，转为风冷冷却方式(备用冷却方式)，同时，控制器通过电压传感器和电流传感器得到变压滤波电路输出端的电压电流检测信号，并通过逆变桥开关驱动单元生成逆变桥内开关器件的驱动信号，控制开关器件的开通关断，电能转化为热能。
控制器对逆变桥的控制是根据电源输出端的电压、电流信号进行判断后生成驱动信号以控制逆变桥中的开关器件；控制器对冷却方式的选择控制是通过对风冷环节和水冷环节运行状态进行判断后，控制风冷环节工作或水冷环节工作。
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类，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 (4)

1.风水冷一体式逆变器，其特征在于，至少包括直流输入滤波模块、逆变桥、变压滤波电路、风水冷一体散热器、风机控制单元和控制器；直流输入滤波模块设置在逆变桥的输入端，逆变桥的输出端经变压滤波电路与控制器的输入端连接，控制器的第一输出支路与逆变桥连接，控制器的第二输出支路经风机控制单元与风水冷一体散热器的风机连接；
所述直流输入滤波模块用于实现对输入至逆变桥的直流母线电压的滤波；
所述逆变桥由开关器件组成，用于将直流母线电压逆变为三相PWM波输出电源；
所述变压滤波电路用于滤除逆变桥输出的三相PWM波输出电源中的高次谐波，得到正弦波；
所述风水一体散热器设置在逆变桥内，用于实现对逆变桥的散热；
所述控制器用于实现对逆变桥的风冷冷却和水冷冷却的选择控制。
2.根据权利要求1所述的风水冷一体式逆变器，其特征在于，所述风水一体散热器包括冷却水管道、风机和温度传感器，冷却水管道用于实现冷却水的流通，冷却水通过冷却水管道入口进入冷却水管道中，从冷却水管道出口流出，从而将逆变桥的热量带走；风机用于当失去冷却水后的逆变桥散热，通过旋转风扇产生的风能将逆变桥的热量带走，散热片用于增大开关器件与空气的接触面积，与风机配合使用以满足散热需求，温度传感器用于检测逆变桥的运行温度并将运行温度传递至控制器内。
3.根据权利要求1所述的风水冷一体式逆变器，其特征在于，所述控制器包括电压传感器和电流传感器、逆变桥开关驱动单元以及风机驱动单元，电压传感器和电流传感器得到变压滤波电路输出端的电压电流检测信号，逆变桥开关驱动单元用于生成逆变桥内开关器件的驱动信号，控制开关器件的开通关断，风机驱动单元用于给风机控制单元发出信号，使风机控制单元控制风机开动。
4.根据权利要求1～3任一项所述的风水冷一体式逆变器的冷却方式，其特征在于，包括如下步骤：
1)接通电源，给冷却水管道接入冷却水，采用冷却水管道散热逆变桥的水冷方式作为主用冷却方式；
2)通过温度传感器检测逆变桥的运行温度T；
3)比较运行温度T与逆变桥开关器件耐受的最大温度值T0之间的大小；
4)当检测的运行温度T≤最大温度值T0时，说明冷却水管道散热逆变桥的水冷方式正常运行，此时，控制器通过电压传感器和电流传感器得到变压滤波电路输出端的电压电流检测信号，并通过逆变桥开关驱动单元生成逆变桥内开关器件的驱动信号，控制开关器件的开通关断，电能转化为热能；
5)当检测的运行温度T＞最大温度值T0时，说明冷却水管道散热逆变桥的水冷方式不足以冷却逆变桥或水冷方式故障或失去冷却水，此时，控制器给风机控制单元发出信号，使其控制风机开动，转为风冷冷却方式，同时，控制器通过电压传感器和电流传感器得到变压滤波电路输出端的电压电流检测信号，并通过逆变桥开关驱动单元生成逆变桥内开关器件的驱动信号，控制开关器件的开通关断，电能转化为热能。
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