CN109458311A - 一种水冷系统及其水温控制方法、三通阀及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水冷系统及其水温控制方法，所述水冷系统包括换热器、电机水泵、第一三通阀和空散器，所述电机水泵连通于所述换热器出水口和所述第一三通阀的进水口之间，所述第一三通阀的固定出水口与所述换热器的入水口相连通，所述空散器连通于所述第一三通阀的可调出水口的所述换热器的入水口之间，当所述换热器的水温高于所述第一三通阀的开启温度阈值时，所述第一三通阀的可调出水口开启总行程的1/M，当换热器的水温低于所述第一三通阀的关闭温度阈值时，所述第一三通阀的可调出水口关闭总行程的1/N，其中，M、N为正整数，且M<N。本发明还提供一种三通阀及其控制方法。

Description

一种水冷系统及其水温控制方法、三通阀及其控制方法
技术领域
本发明涉及电气设备领域，具体涉及一种水冷系统及其水温控制方法和一种三通阀及其控制方法。
背景技术
MW级变流器属于大功率电力电子设备，在运行的过程中会产生大量的热量，以2MW全功率变流器为例，其在运行过程中产生的热量一般在60kW左右。风电变流器通常安装在风力发电机的塔筒内，由于塔筒内的体积有限，要求风电变流器具有非常高的功率密度，所以水冷成为MW级风电变流器的首选。其冷却原理为：冷却水在供水装置的驱使下进入变流器，冷却水被变流器加热后经过管道流入放置在塔筒外的空气换热器，冷却水被空气换热器冷却后，重新流入变流器进行定向换热，形成一个闭式的循环系统。电气设备冷却系统有内循环和外循环两个支路，冷却液走内循环不进行冷却直接回到电气设备，冷却液走外循环经过空散冷却回到电气设备。为了平衡元器件发热量与空散换热量，内外循环需要分配合理的冷却液流量维持冷却液温度稳定。三通阀是控制电气设备冷却系统中冷却液内、外循环流量分配的关键器件。
三通阀由三通阀执行器和三通阀阀体组成，三通阀执行器内的电机驱动三通阀阀体动作调节内外支路冷却液流量。三通阀执行器的动作次数是影响三通阀寿命的关键因素。电气设备在低温环境下小功率工作时，发热量小，空散换热量大，现有三通阀控制方法中，需要不断动作三通阀来控制冷却液温度。
如常见的一种方式是通过检测电气设备冷却系统的入口水温值，设定固定温度阈值作为控制三通阀开启、关闭的条件，三通阀只能全部开启或全部关闭。当电气设备入口水温高于一定值时，三通阀执行开启命令，直到三通阀全开或入口水温低于设定阈值温度时，三通阀停止动作。当电气设备入口水温低于阈值温度时，三通阀执行关闭命令，直到三通阀关闭或入口水温高于阈值温度，三通阀停止动作。
上述控制方法中，使用继电器驱动三通阀，只存在开、关两种驱动；当维持水温稳定只需要部分流量走外循环时，全开全关的驱动方式势必不能维持水温稳定；而分档调节的驱动方式，能够适应较低温的工况(如果分档合适，水温波动不大，继电器所需动作次数较少)；但如果温度极低，为维持三通阀位置稳定，分档数势必增多，这在实现上比较困难。
全开全关的方式能够适用于多数工况，但对低温工况不适用。主要原因包含两个：1.三通阀刚开启时，空散内的冷水进入系统，中和系统内的热水，引起系统内水温急剧变化；2.在低温工况下，外部散热太好，冷却液只能全部走内循环或者外循环，较难实现发热量与散热量达到平衡。因此冷却液温度在阈值上限温度和阈值下限温度间不断变化，三通阀也在开启和关闭过程中不断动作，水温维持困难，三通阀动作次数多，使用寿命短，可靠性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种水冷系统及其水温控制方法和一种三通阀及其控制方法，以解决现有技术的三通阀动作次数多而导致的使用寿命短和可靠性差的技术问题。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种水冷系统，其包括换热器、电机水泵、第一三通阀和空散器，所述电机水泵连通于所述换热器出水口和所述第一三通阀的进水口之间，所述第一三通阀的固定出水口与所述换热器的入水口相连通，所述空散器连通于所述第一三通阀的可调出水口的所述换热器的入水口之间，当所述换热器的水温高于所述第一三通阀的开启温度阈值时，所述第一三通阀的可调出水口开启总行程的1/M，当换热器的水温低于所述第一三通阀的关闭温度阈值时，所述第一三通阀的可调出水口关闭总行程的1/N，其中，M、N为正整数，且M<N。
进一步地，M＝10，N＝12。
进一步地，所述水冷系统还包括设置于所述换热器的入水口的温度传感器，所述温度传感器用于检测所述换热器的水温。
进一步地，所述水冷系统还包括分别与所述温度传感器和所述第一三通阀相连接的PLC控制器，所述PLC控制器用于根据所述温度传感器检测到的水温向所述第一三通阀发送开启和关闭指令。
进一步地，所述水冷系统还包括设置于所述空散器和所述换热器之间的第二三通阀和辅助冷却系统，所述第二三通阀的入水口与所述空散器相连通，所述第二三通阀的固定出水口与所述换热器的入水口相连通，所述辅助冷却系统连通于所述第二三通阀的可调出水口和所述换热器的入水口之间。
进一步地，所述第一三通阀的可调出水口全开时，才能开启所述第二三通阀的可调出水口。
进一步地，当所述换热器的水温高于所述第二三通阀的开启温度阈值时，所述第二三通阀的可调出水口开启总行程的1/X，当换热器的水温低于所述第二三通阀的关闭温度阈值时，所述第二三通阀的可调出水口关闭总行程的1/Y，其中，X、Y为正整数，且X<Y。
一种水冷系统的水温控制方法，所述水冷系统包括换热器、电机水泵、三通阀和空散器，所述电机水泵连通于所述换热器出水口和所述三通阀的进水口之间，所述三通阀的固定出水口与所述换热器的入水口相连通，所述空散器连通于所述三通阀的可调出水口的所述换热器的入水口之间，，所述方法包括：
实时检测所述换热器的水温；
当所述换热器的水温高于所述三通阀的开启温度阈值时，控制所述三通阀的可调出水口开启总行程的1/M，当换热器的水温低于所述三通阀的关闭温度阈值时，控制所述三通阀的可调出水口关闭总行程的1/N，其中，M、N为正整数，且M<N；
重复上述过程，直到所述换热器的水温位于所述三通阀的开启温度阈值和关闭温度阈值之间。
一种三通阀，其包括：入水口、固定出水口和可调出水口，所述三通阀执行一次开启动作时，所述可调出水口开启总行程的1/M，所述三通阀执行一次关闭动作时，所述可调出水口关闭总行程的1/N，其中，M、N为正整数，且M<N。
一种三通阀的控制方法，所述三通阀包括入水口、固定出水口和可调出水口，所述方法包括：
检测目标水温并根据目标水温对所述三通阀进行调节；
当目标水温高于所述三通阀的开启温度阈值时，控制所述三通阀的可调出水口开启总行程的1/M；当目标水温水温低于所述三通阀的关闭温度阈值时，控制所述三通阀的可调出水口关闭总行程的1/N，其中，M、N为正整数，且M<N；
重复上述过程，直到目标水温位于所述三通阀的开启温度阈值和关闭温度阈值之间。
与现有技术相比较，采用上述技术方案，将三通阀阀体开行程分成若干等份，关行程分成比开行程更小的若干等份，设定三通阀的开启温度阈值和关闭温度阈值，通过检测水冷系统的温度来执行开启或关闭三通阀的命令，在几次开关动作后，三通阀的开度将维持在合适位置，发热量与散热量达到平衡，冷却液温度维持稳定，从而降低了三通阀的调节次数，提高了三通阀的使用寿命和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例一的水冷系统的结构示意图图。
图2为本发明实施例二的水冷系统的结构示意图图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例一提供了一种水冷系统，其包括换热器1、电机水泵2、第一三通阀3、空散器4、温度传感器5和PLC控制器6。需要说明的是，通常三通阀都包括一个入水口和两个出水口，在本发明实施例中，所述第一三通阀包括一个入水口、一个固定出水口和一个可调出水口。
所述换热器1用于目标器件进行散热。对所述电机水泵2连通于所述换热器1的出水口和所述第一三通阀3的进水口之间，用于为所述水冷系统中的冷却水的流动提供动力。所述第一三通阀3的固定出水口与所述换热器1的入水口相连通，从而使得冷却水在所述换热器1、所述电机水泵2和所述第一三通阀3之间的管路中形成内循环流动。所述空散器4连通于所述第一三通阀3的可调出水口的所述换热器1的入水口之间，所述空散器4用于在空气中进行散热，从而使得所述冷却水在所述换热器1、所述电机水泵2、所述第一三通阀3和所述空散器4之间的管路中形成外循环流动。
所述温度传感器5设置于所述换热器1的入水口，所述温度传感器用于检测所述换热器1的水温。所述PLC控制器6分别与所述温度传感器5和所述第一三通阀3相连接，所述PLC控制器6用于根据所述温度传感器5检测到的水温向所述第一三通阀3发送开启和关闭指令。当所述换热器1的水温高于所述第一三通阀3的开启温度阈值时，所述PLC控制器6控制所述第一三通阀的可调出水口开启总行程的1/M，当换热器1的水温低于所述第一三通阀的关闭温度阈值时，所述PLC控制器6控制所述第一三通阀的可调出水口关闭总行程的1/N，其中，M、N为正整数，且M<N。重复上述控制过程，直到所述换热器1的水温位于所述第一三通阀3的开启温度阈值和关闭温度阈值之间。
下面以M＝10，N＝12进行说明。
当所述换热器1的水温高于所述第一三通阀3的开启温度阈值时，所述第一三通阀3开启总行程1/10；
当所述换热器1的水温低于所述第一三通阀3的关闭温度阈值时，所述第一三通阀3关闭总行程1/12；
当所述第一三通阀3执行一次开关动作后，所述第一三通阀3的可调出水口相当于开启1/60；
在几次开关动作后，所述第一三通阀3的可调出水口的开度处于合适位置，此时水冷系统的极少流量走外循环被冷却，中和走内循环的冷却液，达到发热量与换热量平衡。
如图2所示，在本发明实施例二中，在实施例一的基础上，所述水冷系统还包括设置于所述空散器4和所述换热器1之间的第二三通阀7和辅助冷却系统8，所述第二三通阀7的入水口与所述空散器4相连通，所述第二三通阀7的固定出水口与所述换热器1的入水口相连通，所述辅助冷却系统8连通于所述第二三通阀7的可调出水口和所述换热器1的入水口之间。
设定所述第一三通阀3的开启阈值温度T1、关闭阈值温度T2、所述第二三通阀7的开启阈值温度T3、关闭阈值温度T4，T3>T4>T1>T2，即所述第一三通阀的可调出水口全开时，才能开启所述第二三通阀的可调出水口。因为在普通的工况条件下，单独依靠所述空散器4散热即可达到冷却要求，不需要采用所述辅助冷却设备8。
当所述水冷系统处于极端高温情况时，单独依靠所述空散器4散热已经达不到冷却要求，需要开启所述辅助冷却设备8。但辅助制冷设备耗电量与制冷量大，当所述水冷系统在高温工况小功率运行时，只需要部分冷却液通过辅助制冷设备8加强制冷，因此需要调节所述第二三通阀7来控制流经辅助制冷设备的流量。系统实时检测换热器的水温，当所述换热器的水温高于所述第二三通阀的开启温度阈值时，所述第二三通阀的可调出水口开启总行程的1/X，当换热器的水温低于所述第二三通阀的关闭温度阈值时，所述第二三通阀的可调出水口关闭总行程的1/Y，其中，X、Y为正整数，且X<Y。与上述第一三通阀3的调整过程相似，在几次开关动作后，所述第二三通阀7的可调出水口处于合适合适开度位置，流经所述辅助制冷设备8的流量达到理想值，电气设备发热量与空散换热量达到平衡。既满足了电气设备冷却需求，又合理节约了电能。
进一步地，本发明实施例三中，还提供了一种三通阀，其包括：入水口、固定出水口和可调出水口，所述三通阀执行一次开启动作时，所述可调出水口开启总行程的1/M，所述三通阀执行一次关闭动作时，所述可调出水口关闭总行程的1/N，其中，M、N为正整数，且M<N。
进一步地，本发明实施例四中，还提供了一种三通阀的控制方法，所述三通阀包括入水口、固定出水口和可调出水口，所述方法包括：
检测目标水温并根据目标水温对所述三通阀进行调节；
当目标水温高于所述三通阀的开启温度阈值时，控制所述三通阀的可调出水口开启总行程的1/M；当目标水温水温低于所述三通阀的关闭温度阈值时，控制所述三通阀的可调出水口关闭总行程的1/N，其中，M、N为正整数，且M<N；
重复上述过程，直到目标水温位于所述三通阀的开启温度阈值和关闭温度阈值之间。
综上所述，采用上述技术方案，将三通阀的可调出水口的开行程分成若干等份，关行程分成比开行程更小的若干等份，设定三通阀的开启温度阈值和关闭温度阈值，通过检测水冷系统的温度来执行开启或关闭三通阀的命令，在几次开关动作后，三通阀的开度将维持在合适位置，发热量与散热量达到平衡，冷却液温度维持稳定，从而降低了三通阀的调节次数，提高了三通阀的使用寿命和可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水冷系统，其特征在于，包括换热器、电机水泵、第一三通阀和空散器，所述电机水泵连通于所述换热器出水口和所述第一三通阀的进水口之间，所述第一三通阀的固定出水口与所述换热器的入水口相连通，所述空散器连通于所述第一三通阀的可调出水口的所述换热器的入水口之间，当所述换热器的水温高于所述第一三通阀的开启温度阈值时，所述第一三通阀的可调出水口开启总行程的1/M，当换热器的水温低于所述第一三通阀的关闭温度阈值时，所述第一三通阀的可调出水口关闭总行程的1/N，其中，M、N为正整数，且M<N。
2.如权利要求1所述的水冷系统，其特征在于，M=10，N=12。
3.如权利要求1所述的水冷系统，其特征在于，还包括设置于所述换热器的入水口的温度传感器，所述温度传感器用于检测所述换热器的水温。
4.如权利要求3所述的水冷系统，其特征在于，还包括分别与所述温度传感器和所述第一三通阀相连接的PLC控制器，所述PLC控制器用于根据所述温度传感器检测到的水温向所述第一三通阀发送开启和关闭指令。
5.如权利要求1所述的水冷系统，其特征在于，还包括设置于所述空散器和所述换热器之间的第二三通阀和辅助冷却系统，所述第二三通阀的入水口与所述空散器相连通，所述第二三通阀的固定出水口与所述换热器的入水口相连通，所述辅助冷却系统连通于所述第二三通阀的可调出水口和所述换热器的入水口之间。
6.如权利要求5所述的水冷系统，其特征在于，所述第一三通阀的可调出水口全开时，才能开启所述第二三通阀的可调出水口。
7.如权利要求5所述的水冷系统，其特征在于，当所述换热器的水温高于所述第二三通阀的开启温度阈值时，所述第二三通阀的可调出水口开启总行程的1/X，当换热器的水温低于所述第二三通阀的关闭温度阈值时，所述第二三通阀的可调出水口关闭总行程的1/Y，其中，X、Y为正整数，且X<Y。
8.一种水冷系统的水温控制方法，所述水冷系统包括换热器、电机水泵、三通阀和空散器，所述电机水泵连通于所述换热器出水口和所述三通阀的进水口之间，所述三通阀的固定出水口与所述换热器的入水口相连通，所述空散器连通于所述三通阀的可调出水口的所述换热器的入水口之间，其特征在于，所述水冷系统的水温控制方法包括：
实时检测所述换热器的水温；
当所述换热器的水温高于所述三通阀的开启温度阈值时，控制所述三通阀的可调出水口开启总行程的1/M，当换热器的水温低于所述三通阀的关闭温度阈值时，控制所述三通阀的可调出水口关闭总行程的1/N，其中，M、N为正整数，且M<N；
重复上述过程，直到所述换热器的水温位于所述三通阀的开启温度阈值和关闭温度阈值之间。
9.一种三通阀，其特征在于，包括：入水口、固定出水口和可调出水口，所述三通阀执行一次开启动作时，所述可调出水口开启总行程的1/M，所述三通阀执行一次关闭动作时，所述可调出水口关闭总行程的1/N，其中，M、N为正整数，且M<N。
10.一种三通阀的控制方法，所述三通阀包括入水口、固定出水口和可调出水口，其特征在于，所述方法包括：
检测目标水温并根据目标水温对所述三通阀进行调节；
当目标水温高于所述三通阀的开启温度阈值时，控制所述三通阀的可调出水口开启总行程的1/M；当目标水温水温低于所述三通阀的关闭温度阈值时，控制所述三通阀的可调出水口关闭总行程的1/N，其中，M、N为正整数，且M<N；
重复上述过程，直到目标水温位于所述三通阀的开启温度阈值和关闭温度阈值之间。
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