CN111418274A - 具有平行的冷却通道的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于变流器(2)的冷却系统(1)，具有：第一冷却通道(11)、第二冷却通道(12)，其中，第一和第二冷却通道(11、12)至少在部分部段平行地布置，其中，在平行布置的区域中第一冷却通道(11)设计用于冷却变流器(2)的半导体(21)，其中，在平行布置的区域中第二冷却通道(12)设计用于冷却变流器(2)的中间电路电容器(22)，其中，冷却通道(11、12)设计为气体通道。为了改进冷却系统(1)而提出：冷却系统(1)具有气体分布器，其中，气体分布器设计为，在第一冷却通道(11)与第二冷却通道(12)之间以80:20到95:5范围的比例来分配气流。此外，本发明涉及一种用于调节和/或控制这样的冷却系统或这样的变流器的方法。

Description

具有平行的冷却通道的冷却系统
技术领域
本发明涉及一种用于变流器的冷却系统。此外，本发明涉及具有这样的冷却系统的变流器。本发明还涉及用于调节和/或控制这样的冷却系统或这样的变流器的方法。
背景技术
用于转换电能的变流器产生表现为损失热量的损失功率。这些热量必须从相应的构件中导出，以便保护其不受损坏。在变流器中，特别是在功率件中，出现损失功率。在那里使用了不同的电子部件，它们在运行中由于电损失而加被热，并且必须被冷却以便能够保障部件的所要求的寿命。这些电子部件主要是半导体(例如IGBT)和中间电路电容器。因为中间电路电容器的寿命受环境温度的大幅影响，所以环境温度不应当超过大约70℃，以便能够应用标准部件。这些标准部件在市场上以便宜的价格供应并且对变流器的低成本制造产生影响。
由于对于中间电路电容器的允许环境温度较低，因此产生了在受气体冷却的功率部分中的布置方面的规定。在此，中间电路电容器在用于冷却的气流中，要么布置在半导体之前、要么借助于气体旁路来布置。因此确保为中间电路电容器供应冷的、即未被预热的冷却气体。
发明内容
本发明的目的在于改进用于变流器的冷却系统。
所述目的通过具有权利要求1的特征的用于变流器的冷却系统来实现。此外，所述目的通过具有这样的冷却系统的变流器来实现。此外，所述目的还通过用于调节和/或控制这样的冷却系统或这样的变流器的方法来实现。
本发明的有利的设计方案在从属权利要求中给出。
本发明基于以下认知，例如通过用于冷却中间电路电容器和半导体的两个冷却通道的平行布置，能够在设备中实现足够冷的冷却介质(例如气体或水)的供应。半导体由于高的开关电流也被称为功率半导体。对此，为两个不同的部件设置直接流入和密封地分离的冷却通道。通过两个冷却通道，不仅利用未被预热的冷却介质冷却了中间电路电容器还冷却了半导体。对于中间电路电容器来说，这样的优点在于，可靠地遵守了允许的最大温度。同时，能够可靠地导出半导体的明显较高的损失功率。在此，能够以简单的方式通过平行的布置避免相互影响。除了热力学的优点之外，利用两个冷却通道还能够实现具有非常简单的用于DC和AC母线的电流引导的汇流排的相对简单、低电感的设备结构。由于这种布置，能够整个设备的结构空间设计得非常紧凑。
在此，冷却通道设计为气体通道。应用气体被证实是特别有利的。气体能够从周围环境获得并且借助于冷却通道输送给待冷却的部件。在此，将冷却气体分配到两个平行的冷却通道能够简单地实现。与利用冷却介质水的冷却相比能够放弃将水中的热量给到周围环境的热交换器。因此，能够实现构造特别简单的和同时非常高效的冷却系统。
在此，冷却系统具有气体分布器，其中，气体分布器以有利的方式设计为，在第一冷却通道与第二冷却通道之间以90:10的比例分配气流。因为中间电路电容器虽然需要冷却介质的温度尽可能小，但是半导体中的损失功率明显大于中间电路电容器中的损失功率，所以被证实有利的是，全部气流经由气体分布器以90:10的比例(气体量在半导体与中间电路电容器中的比例)分配。实验得出，以80:20到95:5范围的分配是良好的并尤其带来了均匀的冷却结果。
对此，有利的是，针对冷却气体在第一和第二冷却通道上的分配考虑温度的测量值。对此，冷却系统具有温度传感器。该温度测量值能够直接或在处理之后(例如在温度模型中计算之后)被应用于对两个冷却通道之间的气体分配的调节或者控制。在此，温度传感器例如能够测量位于冷却气体通道中的待冷却的部件。替代地或补充地也能够测量冷却气体的温度，尤其是排气的温度，即在冷却气体吸收了待冷却的部件的热量之后的气体，并且将冷却气体的温度用于调节或者控制分配。
依据温度测量值进行的气体分配的优点在于，能够随着运行条件以最优的方式冷却两个气体通道中的待冷却的部件。在此，分配例如能够设置为，使得待冷却的部件的由于加热造成的寿命损失均等。替代地或补充地能够实现的是，不仅气体量、还有气体的分配被调节或控制为，使得待冷却的部件的温度为一参考值并且在运行中保持在该值上。通过避免温度波动，提高了待冷却的部件的寿命。
在本发明的另一个有利的设计方案中，冷却系统具有恰好一个风扇，风扇布置为，使得在第一和第二冷却通道中产生冷却气流。在该设计方案中，用于两个气体通道的全部需要的冷却气体能够由仅一个风扇通至中间电路电容器和半导体。在此，风扇不仅在第一、还在第二冷却通道中产生冷却气流。在此，所需要的冷却气体由风扇吹到两个冷却通道中。
在此，气体分布器能够针对气体在两个冷却通道上的分配具有不同大小的开口，从而得出相应的分配比例。替代地或补充地，这些开口能够装配有能运动的活瓣(Klappe)，利用活瓣能匹配分配的比例。匹配的优点在于，能够在对不同的损失功率分配、例如根据变流器的工作点做出反应并且能够对于两个部件优化设计冷却。例如也能够根据中间电路传感器和/或半导体的温度来控制或调节分配。
另一个可行方案，进行气体到两个冷却通道的分配，而设置有用于降低冷却通道中的至少一个的压力的构件。因此，同样能够以简单的方式影响两个冷却通道上的冷却气体量的分配。
在本发明的另一个有利的设计方案中，第一和第二冷却通道空间平行地布置在平行布置的区域中。在空间平行的布置中，第一冷却通道的外框至少在部分部段平行于第二冷却通道的外框。通过空间平行的布置也能够将中间电路电容器和半导体相互平行地布置在变流器中。因此，也能够在电性能方面实现具有用于DC和AC母线的电流引导的非常简单的汇流排的特别简单和低电感的设备结构。基于该布置，能够非常紧凑以及低成本地设计变流器的结构空间。
附图说明
下面根据附图所示的实施例详细描述和阐述本发明。示出：
图1示出变流器的两个冷却通道，并且
图2示出变流器。
具体实施方式
图1示出了应用冷却介质气体的冷却系统1。该冷却系统1具有第一冷却通道11和第二冷却通道12。第一冷却通道和第二冷却通道空间平行地延伸通过变流器2的所示剖面。明显能看出的是，分开的冷却通道用于半导体21的冷却和中间电路电容器22的冷却。在此，第一冷却通道11用于冷却安装在冷却体上的半导体21。冷却体的散热片伸入到第一冷却通道11中。因此，半导体21将通过功率损失产生的热量经由冷却体排出到冷却介质气体。因此，能够可靠地防止半导体21的过热。
在第二冷却通道12中布置有中间电路电容器22。中间电路电容器位于第二冷却通道12中并且被冷却介质气体环绕吹扫。在此，中间电路电容器22排出热量，该热量由于电容器中的损失产生。因为半导体21的损失功率大于中间电路电容器的损失功率，所以第一冷却通道11的有效横截面也大于第二冷却通道12的有效横截面。有效横截面是冷却通道11、12扣除深入到其中的部件(例如中间电路电容器22或散热片)的横截面。
两个冷却通道11、12的入口处的气体分布器4(在此未示出)用于控制两个冷却通道11、12之间的气体分配。利用气体分布器例如能够根据工作点和/或在半导体21和/或中间电路电容器22处测量的温度来控制或调节冷却气体到两个冷却通道11、12上的分配。
图2示出了具有冷却系统1的变流器2。为了避免重复而参考图1的描述以及在那里标注的附图标记。为了产生冷却气流，变流器2具有风扇3。经由在此未示出的气体分布器4，通过风扇3不仅在第一冷却通道11、还在第二冷却通道12中产生了冷却气流。
总的来说，本发明设计一种用于变流器的冷却系统。为了改进冷却系统提出的：冷却系统装备有第一冷却通道和第二冷却通道。其中，第一和第二冷却通道至少在部分部段平行布置，其中，在平行布置的区域中第一冷却通道设计用于冷却变流器的半导体，其中，在平行布置的区域中第二冷却通道设计用于冷却变流器的中间电路电容器。此外，本发明涉及一种具有这样的冷却系统的变流器。

Claims (8)

1.一种用于变流器(2)的冷却系统(1)，具有
-第一冷却通道(11)，
-第二冷却通道(12)，
其中，所述第一冷却通道和所述第二冷却通道(11、12)至少在部分部段平行地布置，其中，在平行布置的区域中，所述第一冷却通道(11)设计用于冷却所述变流器(2)的半导体(21)，其中，在平行布置的区域中，所述第二冷却通道(12)设计用于冷却所述变流器(2)的中间电路电容器(22)，其中，冷却通道(11、12)设计为气体通道，其特征在于，
所述冷却系统(1)具有气体分布器，其中，所述气体分布器设计用于，在所述第一冷却通道(11)与所述第二冷却通道(12)之间以80:20至95:5的范围的比例来分配气流。
2.根据权利要求1所述的冷却系统(1)，其中，所述冷却系统(1)具有仅一个风扇(2)，所述风扇布置为，使得在所述第一冷却通道和所述第二冷却通道(11、12)中产生冷却气流。
3.根据权利要求1或2所述的冷却系统(1)，其中，所述冷却系统(1)具有气体分布器，其中，所述气体分布器设计用于，在所述第一冷却通道(11)与所述第二冷却通道(12)之间以90:10的比例来分配气流。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却系统(1)，其中，在平行布置的区域中，所述第一冷却通道和所述第二冷却通道(11、12)空间平行地布置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却系统(1)，其中，所述冷却系统具有至少一个温度传感器，其中，能够根据所述至少一个温度传感器的至少一个测量值实施气流的分配。
6.一种变流器(2)，具有根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统(1)。
7.一种用于调节和/或控制冷却系统(1)或者所述变流器(2)的方法，所述冷却系统是根据权利要求5所述的冷却系统，所述变流器是根据权利要求6所述的变流器并且具有根据权利要求5所述的冷却系统(1)，其中，根据至少一个温度传感器的测量值来进行气流的分配。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，根据位于相应的冷却通道中的待冷却的部件的温度和/或相应的冷却通道中的冷却气体的温度来进行所述气流的分配。
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