CN110662400A - 变流器冷却系统及变流器冷却系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变流器冷却系统，包括：第一循环冷却模块，第一循环冷却模块包括：水冷件，功率模块与水冷件相接触；第一进水管路，第一进水管路上设置有注液口；第一回水管路；第一热交换器，第一热交换器两端分别通过第一进水管路和第一回水管路与水冷件相连接；水泵，水泵连接于第一进水管路上；第一管路，第一管路连接于第一热交换器的上方，第一管路上设置有排气阀。本发明所提供的变流器冷却系统，能够排出第一循环冷却管路中的气体，提高第一循环冷却管路中冷却液分布的均匀性，提高变流器冷却系统的冷却性能的平均稳定性，从而提高变流器冷却系统的散热效率。本发明还提供一种变流器冷却控制方法。

Description

变流器冷却系统及变流器冷却系统控制方法

技术领域

本发明属于轨道列车变流器领域，尤其涉及一种变流器冷却系统及变流器系统控制方法。

背景技术

变流器是轨道交通车辆的重要设备之一。变流器中的IGBT及变压器、电抗器等元器件存在开关及导通损耗，工作中产生大量热量，如果没有适当的散热措施，发热导致器件温度持续升高，器件温度超过允许的高温节点，会导致器件损坏，变流器发生故障。

现有的变流器冷却系统通常采用水冷的方式，通过第一循环冷却管路中冷却液的循环，将变流器内部的热量带到热交换器，在风机的强迫风冷的作用下，将热量释放到外部空气中。

然而，现有的变流器冷却系统在循环冷却的过程中会在第一循环冷却管路中产生气体，造成第一循环冷却管路中冷却液分布不均匀，进而使得变流器冷却系统的冷却性能不平均，进一步降低变流器冷却系统的散热效率。

发明内容

针对现有的变流器冷却系统冷却性能不平均的技术问题，本发明提供了一种变流器冷却系统，能够排出第一循环冷却管路中的气体，提高第一循环冷却管路中冷却液分布的均匀性，提高变流器冷却系统的冷却性能的平均稳定性，从而提高变流器冷却系统的散热效率。为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种变流器冷却系统，包括：

第一循环冷却模块，所述第一循环冷却模块包括：

水冷件，功率模块与所述水冷件相接触；

第一进水管路，所述第一进水管路上设置有注液口；

第一回水管路；

第一热交换器，所述第一热交换器分别通过所述第一进水管路和所述第一回水管路与所述水冷件相连通；

水泵，所述水泵连接于所述第一进水管路上；

第一管路，所述第一管路连接于所述第一热交换器的上方，所述第一管路上设置有排气阀。

进一步，所述第一循环冷却模块还包括：

水箱，所述水箱与所述第一进水管路相连接，所述第一进水管路与所述水箱内部相连通，所述排气阀设置于所述水箱上方；

第二管路，所述水箱内部通过所述第二管路与所述第一进水管路相连通，所述第一进水管路上设置有三通阀，所述注液口连接于所述三通阀上。

进一步，所述水箱内部设置有气压传感器，所述气压传感器检测所述水箱内的气压值。

进一步，所述水箱上还设置有液位计，所述液位计检测所述水箱内液体的位置。

进一步，所述第一循环冷却模块还包括第一风机，所述第一风机与所述第一热交换器相对设置。

进一步，还包括第二循环冷却模块，所述第二循环冷却模块与所述水冷件并列连接，所述第二循环冷却模块位于变流器箱体的密闭腔内。

进一步，所述第二循环冷却系统包括：

第二进水管路，所述第二进水管路与所述第一进水管路相连通；

第二回水管路，所述第二回水管路与所述第一回水管路相连通；

第二热交换器，所述第二热交换器分别与所述第二进水管路和所述第二回水管路相连通。

进一步，所述第二循环冷却模块还包括第二风机，所述第二风机与所述第二热交换器相对应设置。

一种变流器冷却系统控制方法，使用上述任一项变流器冷却系统，包括以下步骤：

(1)控制三通阀，连通注液口与第一进水管路，使冷却液进入第一进水管路中，进行注液操作；

(2)检查水箱上液位计的刻度，判断冷却液是否注满第一循环冷却模块，冷却液充满第一循环冷却模块时，停止注液；

(3)控制三通阀，断开注液口与第一进水管路，连通水箱与第一进水管路；

(4)控制水泵工作，水泵带动冷却液在第一循环冷却模块中进行循环；

(5)循环过程中，第一循环冷却模块中循环中产生的气体流通至第一热交换器的上方，并通过第一管路排放至水箱内，气压传感器对水箱内的气压进行检测；

(6)如果水箱内的气压大于预定值，打开水箱上的排气阀，进行排气操作，直至水箱内的气压达到预定值。

进一步，还包括以下步骤：

(7)水箱内的冷却液通过三通阀补充注入至第一进水管路内，维持第一循环冷却模块内冷却液的量。

与现有技术相比，本发明至少存在以下有益效果：

1.本发明所提供的变流器冷却系统，第一热交换器、第一进水管路、水冷件和第一回水管路依次相连通，水泵连接至第一进水管路上，构成第一循环冷却模块的第一循环冷却管路。本发明所提供的变流器冷却系统还设置有第一管路，第一管路连接于第一热交换器的上方，第一管路上设置有电磁阀。第一循环冷却模块在循环冷却的过程中，由于温度的变化或者存在残余空气等原因，第一循环冷却管路中有可能会产生气体，气体逐渐循环流通至第一热交换器的上方，第一热交换器上方的气体会流通至第一管路内。此时打开第一管路上的排气阀，第一循环冷却管路中的气体会通过第一管路从第一热交换器中排出，从而提高第一循环冷却管路中冷却液分布的均匀性，提高变流器冷却系统的冷却性能的平均稳定性，从而提高变流器冷却系统的散热效率。

2.本发明所提供的变流器冷却系统，设置有水箱，第一管路连通至水箱内部，排气阀设置于水箱的上方，水箱通过第二管路连接至第一进水管路上。由于第一循环冷却管路中的气体排出或者其他可能原因，会造成冷却液的损耗，此时第一循环冷却管路中的压力减小，则水箱内的冷却液会经由第二管路进入至第一进水管路，对第一循环冷却管路内的冷却液进行补充，使得第一循环冷却管路内的冷却液的量始终保持恒定，提高变流器冷却系统的冷却性能的稳定性。

附图说明

图1为本实施例所提供的变流器冷却系统的整体结构示意图；

图2为图1所示变流器冷却系统的正视结构示意图；

图3为图1所示变流器冷却系统的原理示意图；

对附图标记进行具体说明：

1、第一循环冷却模块；11、水冷件；12、第一进水管路；121、注液口；13、第一回水管路；14、第一热交换器；15、水泵；16、第一管路；17、水箱；171、排气阀；172、液位计；173、第二管路；174、三通阀；18、第一风机；

2、第二循环冷却模块；21、第二进水管路；22、第二回水管路；23、第二热交换器；24、第二风机；

3、功率模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明具体实施例中的技术方案进行详细、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明总的技术方案的部分具体实施方式，而非全部的实施方式。基于本发明的总的构思，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都落于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

针对现有的变流器冷却系统冷却性能不平均的技术问题，本发明提供了一种变流器冷却系统，排除第一循环冷却管路中的气体，提高第一循环冷却管路中冷却液分布的均匀性，提高变流器冷却系统的冷却性能的平均稳定性，避免变流器局部高温，提高变流器的寿命。下面结合具体实施例对本发明的技术方案作具体说明。

本实施例提供一种变流器冷却系统，包括：

第一循环冷却模块1，第一循环冷却模块1包括：

水冷件11，功率模块3与水冷件11相接触；

第一进水管路12，第一进水管路12上设置有注液口121；

第一回水管路13；

第一热交换器14，第一热交换器14分别通过第一进水管路12和第一回水管路13与水冷件11相连通；

水泵15，水泵15连接于第一进水管路12上；

第一管路16，第一管路16连接于第一热交换器14的上方，第一管路16上设置有排气阀171。

本实施例所提供的变流器冷却系统，第一热交换器14、第一进水管路12、水冷件11和第一回水管路13依次相连通，水泵15连接至第一进水管路12上，构成第一循环冷却模块1的第一循环冷却管路。本实施例所提供的变流器冷却系统还设置有第一管路16，第一管路16连接于第一热交换器14的上方，第一管路16上设置有排气阀171。第一循环冷却模块1在循环冷却的过程中，由于温度的变化或者存在残余空气等原因，第一循环冷却管路中有可能会产生气体，气体逐渐循环流通至第一热交换器14的上方，第一热交换器14上方的气体会流通至第一管路16内。此时打开第一管路16上的排气阀171，第一循环冷却管路中的气体会通过第一管路16从第一热交换器14中排出，从而提高第一循环冷却管路内冷却液分布的均匀性，提高变流器冷却系统的冷却性能的平均稳定性，从而提高变流器冷却系统的散热效率。

具体地说，变流器是轨道交通车辆的重要设备之一，变流器中的IGBT及变压器、电抗器等功率模块在工作过程中会产生大量的热量，变流器冷却系统用于对变流器的功率模块进行冷却散热。参考附图1至附图3，本实施例所提供的变流器冷却系统包括第一循环冷却模块1和第二循环冷却模块2。第一循环冷却模块1与第二循环冷却模块2位于变流器的箱体内，第一循环冷却模块1与第二循环冷却模块2相互并联，能够提高变流器冷却系统的结构紧凑性，减少所占用的空间，提高空间利用率。第一循环冷却模块1位于变流器箱体内的开放腔内，便于空气的流通，提高第一循环冷却模块1的散热效率。第二循环冷却模块2位于变流器箱体内的密封腔内，在提高变流器冷却系统的冷却散热能力的同时，兼顾变流器功率模块3的防尘及电磁兼容的作用。

更为具体地说，参考附图3，第一循环冷却模块1包括水冷件11、第一进水管12、第一回水管路13、第一热交换器14、水泵15、第一管路16、水箱17和第一风机18。水箱17上设置有排气阀171、液位计172、第二管路173、三通阀174，水箱17内还设置有气压传感器(附图中未示出)。

第一热交换器14分别通过第一进水管路12和第一回水管路13与水冷件11相连通。第一热交换器14、第一进水管路12、水冷件11和第一回水管路13依次相连通，水泵15与第一进水管路12相连接。水泵15为冷却液的流通提供动力，冷却液依次流通第一热交换器14、第一进水管路12、水冷件11和第一回水管路13，从而构成第一循环冷却模块1的第一循环冷却管路。变流器的功率模块3与水冷件11相接触，工作过程中功率模块3产生的热量传递至水冷件11上，冷却液流经水冷件11的内部，将水冷件11的热量吸收带走，对变流器的功率模块3进行降温冷却。水冷件11可以设置有多组，多组水冷件11并列连接，可以同时对多组功率模块3进行冷却散热。

为增强本实施例所提供的变流器冷却系统的冷却散热能力，还设置有第一风机18，第一风机18与第一热交换器14相对设置。冷却降温过程中，第一风机18通电工作，第一风机18产生离心气流，第一风机18将外界冷空气吸入变流器开放腔内，外界冷空气经过第一热交换器14，将第一热交换器14内的冷却液携带的热量带走，从而降低冷却液的温度。同时第一风机18对变流器开放腔内的其余元器件，例如电抗器、制动电阻等，能够进行风冷降温，提高变流器冷却系统的冷却降温效率。第一风机18可以设置为多个，多个第一风机18之间设置有隔板，避免多个第一风机18之间产生的气流相互影响，从而影响空气的流向及流速。作为优选，多个第一风机18上设置有导流蜗壳，对空气流向进行导向，提高第一风机18所产生的气流的利用率。

水箱17用于存储冷却液。水箱17通过第二管路173连接于第一进水管路12上，第二管路173上设置有三通阀174。三通阀174还连接有注液口121，注液口121用于向第一进水管路12内注入冷却液。三通阀174用于控制注液口121与第一进水管路12的通断。具体地说，三通阀174具有两个操作位置，第一操作位置使得注液口121与第一进水管路12的通路相连通，水箱17和第一进水管路12的通路关闭；第二操作位置使得注液口121与第一进水管路12的通路关闭，水箱17和第一进水管路12的通路相连通。更为具体地说，当向变流器冷却系统中注液时，使三通阀174处于第一操作位置，注液口121与第一进水管路12相连通，通过注液口121向第一进水管路12向第一循环冷却模块1和第二循环冷却模块2中进行注液；完成注液后，使三通阀174处于第二操作位置，水箱17与第一进水管路12相连通，水箱17内的冷却液可进入到第一进水管路12中进行冷却液的补充。

在循环冷却的过程中，由于温度的变化或者存在残余空气等原因，冷却循环管路中有可能会产生气体，气体逐渐循环流通至第一热交换器14的上方。本实施例所提供的变流器冷却系统包括第一管路16，第一管路16的一端连接于第一热交换器14的上方，第一管路16的另一端连接于水箱17上，第一热交换器14上方的气体会流通至第一管路16内，并通过第一管路16流通至水箱17内，最终流通至水箱17内冷却液的上方，对第一循环冷却模块1内产生的气体进行排除，以提高第一循环冷却模块1内冷却液分布的均匀性，提高变流器冷却系统的冷却性能的平均稳定性，从而提高变流器冷却系统的散热效率。

第一循环冷却模块1内的气体流通至水箱17内，水箱17内的气压增加，水箱17内部设置有气压传感器(附图中未示出)，气压传感器用于测量水箱17内的气压值。当水箱17内的气压增加时，水箱17内的冷却液在水箱17内的压力下补充注入至第一进水管路12内，从而对第一冷却循环模块1进行冷却液的补充，提高冷却液分布的均匀性。水箱17上还设置有排气阀171，当水箱17内气压传感器检测到气压值过高时，打开排气阀171，对水箱17进行排气操作，以减小水箱17内的气压值，从而使得第一循环冷却模块1内的冷却液的压力始终处于稳定范围内，进一步提高了第一循环冷却模块1的冷却稳定性。水箱17上还设置有液位计172，液位计172用于测量水箱17内的冷却液的液位。

进一步，为提高冷却散热能力，本实施例所提供的变流器冷却系统还包括第二循环冷却模块2，第二循环冷却模块2与水冷件11并列连接，第二循环冷却模块2设置于变流器箱体内部的密闭腔内。具体地说，第二循环冷却模块2包括第二进水管路21、第二回水管路22、第二热交换器23和第二风机24。第二进水管路21与第一进水管路12相连通，第二回水管路22与第一回水管路13相连通，第二热交换器23的两端分别与第二进水管路21和第二回水管路22相连通。冷却液通过第一进水管路12后，流通至第二进水管路21，然后依次流经第二热交换器23、第二回水管路22和水冷件11，形成第二循环冷却管路。水冷件11与变流器的功率模块3相接触，功率模块3产生的热量传递至水冷件11上，冷却液流经水冷件11将热量带走，并循环至第二热交换器23进行热量交换，从而实现功率模块3的冷却降温。

为增强冷却散热能力，本实施例所提供的第二循环冷却模块2还包括第二风机24，第二风机24与第二热交换器23相对设置。冷却降温过程中，功率模块3产生的热量大部分被冷却液经水冷件11带走，其余热量传递至变流器封闭箱内，封闭箱内温度升高。第二风机24通电工作，第二风机24产生离心气流，第二风机24带动密闭腔内的高温空气流经第二热交换器23，密闭腔内的高温空气将热量传递至第二热交换器23，第二热交换器23内的冷却液将该热量带走，对变流器密封腔内进行降温，进一步对变流器封闭腔内的其余元器件，例如充放电电阻等，进行降温，从而提高变流器冷却系统的冷却降温效率。第二风机24可以设置为多个，多个第二风机24之间设置有隔板，避免多个第二风机24之间产生的气流相互影响，从而影响空气的流向及流速。作为优选，多个第二风机24上设置有导流蜗壳，对空气流向进行导向，提高第二风机24所产生的气流的利用率。

本实施例还提供一种变流器冷却系统的控制方法，使用上述变流器冷却系统，包括以下步骤：

(1)控制三通阀174，连通注液口121与第一进水管路12，使冷却液进入第一进水管路12中，进行注液操作；

(2)检查水箱17上液位计172的刻度，判断冷却液是否注满第一循环冷却模块1，冷却液充满第一循环冷却模块1时，停止注液；

(3)控制三通阀174，断开注液口121与第一进水管路12，连通水箱17与第一进水管路12，

(4)控制水泵15工作，水泵15带动冷却液在第一循环冷却模块1中进行循环；

(5)循环过程中，第一循环冷却模块1中循环中产生的气体流通至第一热交换器14的上方，并通过第一管路16排放至水箱17内，对水箱17内的气压进行检测；

(6)如果水箱17内的气压大于预定值，打开水箱17上的排气阀171，进行排气操作，直至水箱17内的气压达到预定值。

进一步，还包括以下步骤：

(7)水箱17内的冷却液通过三通阀174补充注入至第一进水管路12内，维持第一循环冷却模块1内冷却液的量。

具体地说，对于本实施例所提供的变流器冷却系统，首先进行注液操作。控制三通阀174，使三通阀174处于第一操作位置，即注液口121与第一进水管路12相连通，通过注液口121向第一进水管路12中注入冷却液，启动水泵15，进行注液操作。冷却液沿第一进水管路12进入至第二进水管路21内，流经第二热交换器23，经由第二回水管路22进入水冷件11中。冷却液充满水冷件11后，冷却液经第一回水管路13进入至第一热交换器14中。

当第一热交换器14充满冷却液后，冷却液经由连接至第一热交换器14上方的第一管路16进入至水箱17内，通过水箱17上液位计172可观察到是否有冷却液注入至水箱17及注入水箱17中冷却液的液位，可以判断冷却液是否注满本实施例所提供的变流器冷却系统。当水箱17内冷却液液位上升至所需高度时，停止注液操作。

控制三通阀174，断开注液口121与第一进水管路12的通路连接，连通水箱17与第一进水管路12，使得水箱17内的冷却液能够进入至第一进水管路12中。

控制水泵15工作，水泵15驱动冷却液在第一循环冷却模块1和第二循环冷却模块2中进行循环。水冷件11将功率模块3的热量传递至冷却液中，冷却液通过第一回水管路13进入第一热交换器14进行热量交换，并通过第一进水管路12进入至水冷件11内，形成第一循环冷却管路；冷却液通过第二回水管路22进入第二热交换器23进行热量交换，并通过第二进水管路21进入至水冷件11内，形成第二循环冷却管路。第一风机14对变流器开放腔内其余元器件进行冷却散热；第二风机24对变流器密闭腔内其余元器件进行冷却散热。

在冷却液的冷却循环过程中，第一循环冷却模块1中循环中产生的气体流通至第一热交换器14的上方，并通过第一管路16排放至水箱17内，位于水箱17内部的气压传感器对水箱17内的气压进行检测。

如果水箱17内的气压大于预定值，打开水箱17上的排气阀171，进行排气操作，直至水箱17内的气压达到预定值，从而控制变流器冷却系统内冷却液的压力恒定。

当第一热交换器14内的气体进入水箱17后，水箱17内的冷却液通过三通阀174补充注入至第一进水管路12内，维持第一循环冷却模块1内冷却液的量，完成补液操作。

Claims (10)

1.一种变流器冷却系统，其特征在于，包括：

第一循环冷却模块，所述第一循环冷却模块包括：

水冷件，功率模块与所述水冷件相接触；

第一进水管路，所述第一进水管路上设置有注液口；

第一回水管路；

第一热交换器，所述第一热交换器分别通过所述第一进水管路和所述第一回水管路与所述水冷件相连通；

水泵，所述水泵连接于所述第一进水管路上；

第一管路，所述第一管路连接于所述第一热交换器的上方，所述第一管路上设置有排气阀。

2.根据权利要求1所述的变流器冷却系统，其特征在于，所述第一循环冷却模块还包括：

水箱，所述水箱与所述第一进水管路相连接，所述第一进水管路与所述水箱内部相连通，所述排气阀设置于所述水箱上方；

第二管路，所述水箱内部通过所述第二管路与所述第一进水管路相连通，所述第一进水管路上设置有三通阀，所述注液口连接于所述三通阀上。

3.根据权利要求2所述的变流器冷却系统，其特征在于，所述水箱内部设置有气压传感器，所述气压传感器检测所述水箱内的气压值。

4.根据权利要求2所述的变流器冷却系统，其特征在于，所述水箱上还设置有液位计，所述液位计检测所述水箱内液体的位置。

5.根据权利要求1所述的变流器冷却系统，其特征在于，所述第一循环冷却模块还包括第一风机，所述第一风机与所述第一热交换器相对设置。

6.根据权利要求1所述的变流器冷却系统，其特征在于，还包括第二循环冷却模块，所述第二循环冷却模块与所述水冷件并列连接，所述第二循环冷却模块位于变流器箱体的密闭腔内。

7.根据权利要求6所述的变流器冷却系统，其特征在于，所述第二循环冷却系统包括：

第二进水管路，所述第二进水管路与所述第一进水管路相连通；

第二回水管路，所述第二回水管路与所述第一回水管路相连通；

第二热交换器，所述第二热交换器分别与所述第二进水管路和所述第二回水管路相连通。

8.根据权利要求7所述的变流器冷却系统，其特征在于，所述第二循环冷却模块还包括第二风机，所述第二风机与所述第二热交换器相对应设置。

9.一种变流器冷却系统控制方法，其特征在于，使用权利要求1～8任一项所述的变流器冷却系统，包括以下步骤：

(1)控制三通阀，连通注液口与第一进水管路，使冷却液进入第一进水管路中，进行注液操作；

(2)检查水箱上液位计的刻度，判断冷却液是否注满第一循环冷却模块，冷却液充满第一循环冷却模块时，停止注液；

(3)控制三通阀，断开注液口与第一进水管路，连通水箱与第一进水管路；

(4)控制水泵工作，水泵带动冷却液在第一循环冷却模块中进行循环；

(5)循环过程中，第一循环冷却模块中循环中产生的气体流通至第一热交换器的上方，并通过第一管路排放至水箱内，气压传感器对水箱内的气压进行检测；

(6)如果水箱内的气压大于预定值，打开水箱上的排气阀，进行排气操作，直至水箱内的气压达到预定值。

10.根据权利要求9所述的变流器冷却系统控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

(7)水箱内的冷却液通过三通阀补充注入至第一进水管路内，维持第一循环冷却模块内冷却液的量。

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