RU2611454C1 - Device for controlling thermal stabilisation of power electronic equipment for severe operating conditions - Google Patents

Device for controlling thermal stabilisation of power electronic equipment for severe operating conditions Download PDF

Info

Publication number
RU2611454C1
RU2611454C1 RU2015156109A RU2015156109A RU2611454C1 RU 2611454 C1 RU2611454 C1 RU 2611454C1 RU 2015156109 A RU2015156109 A RU 2015156109A RU 2015156109 A RU2015156109 A RU 2015156109A RU 2611454 C1 RU2611454 C1 RU 2611454C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiator
power
control system
power module
installed inside
Prior art date
Application number
RU2015156109A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Петрович Голодных
Александр Александрович Калашников
Антон Петрович Веселков
Вадим Александрович Налимов
Дмитрий Александрович Тамарков
Original Assignee
Акционерное общество "СИНЕТИК"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "СИНЕТИК" filed Critical Акционерное общество "СИНЕТИК"
Priority to RU2015156109A priority Critical patent/RU2611454C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2611454C1 publication Critical patent/RU2611454C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/30—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: physics, control and signalling.
SUBSTANCE: invention relates to automatic control devices for stabilising temperature of power elements of electronic equipment. The device for thermal stabilisation of power electronic equipment for severe operating conditions comprises a control system connected to an exhaust fan, and a controlled-speed exhaust fan is also used. The device includes the following units: a temperature sensor for the power module radiator, installed on the power module radiator and connected to the control system, a power module electric current sensor, installed inside the power module and connected to the control system, an air temperature sensor, installed inside a sealed shell and connected to the control system, a cooling/heating unit. The cooling/heating unit consists of an external heat exchange radiator with a cooling medium, installed in a ventilation shaft, an inner radiator with a connected blown air heater, installed inside the sealed shell, and the blower of the inner radiator, installed inside the sealed shell.
EFFECT: high energy efficiency and versatility of the device, reduced size of the device and reduced corrosion of the container.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к автоматическим регулирующим устройствам стабилизации температуры силовых элементов электронного оборудования, а также к устройствам, облегчающим охлаждение, вентиляцию и подогрев, в частности к устройствам управления термостабилизацией промышленного силового электрического оборудования.The invention relates to automatic control devices for stabilizing the temperature of power elements of electronic equipment, as well as to devices that facilitate cooling, ventilation and heating, in particular to control devices for thermal stabilization of industrial power electrical equipment.

Известно (общеизвестно) устройство [1] (см. фиг. 12-37) охлаждения силовых модулей путем выноса радиатора за пределы зоны (контейнера), защищаемой от неблагоприятных условий окружающей среды.A well-known (well-known) device [1] (see Fig. 12-37) for cooling power modules by moving the radiator out of the zone (container), protected from adverse environmental conditions.

Устройство представляет собой контейнер и содержит силовые модули с радиатором, выведенным в канал охлаждения, вентиляторы циркуляции воздуха, установленные внутри контейнера и в канале охлаждения. Канал охлаждения предназначен для забора воздуха окружающей среды, продувки его через радиатор, на котором конструктивно установлены полупроводниковые элементы силовых модулей, и отвода его обратно в окружающую среду. Воздух забирает от радиатора большую часть тепла полупроводниковых элементов силовых модулей.The device is a container and contains power modules with a radiator output to the cooling channel, air circulation fans installed inside the container and in the cooling channel. The cooling channel is designed to intake ambient air, blow it through a radiator, on which the semiconductor elements of the power modules are structurally installed, and discharge it back into the environment. Air takes away from the radiator most of the heat of the semiconductor elements of the power modules.

Вышеописанное устройство обладает следующими недостатками. Во-первых, отсутствует отвод тепла, возникающего в результате работы электронной части силовых модулей, и оставшейся части тепла от полупроводниковых элементов силовых модулей, расположенных в герметичном контейнере.The above device has the following disadvantages. Firstly, there is no heat removal resulting from the operation of the electronic part of the power modules and the remaining part of the heat from the semiconductor elements of the power modules located in an airtight container.

Во-вторых, отсутствует надежная система защиты от образования конденсата на внутренней поверхности радиатора и полупроводниковых элементах силовых модулей при работе устройства в среде с повышенной влажностью.Secondly, there is no reliable system of protection against condensation on the inner surface of the radiator and the semiconductor elements of the power modules when the device is operated in an environment with high humidity.

В-третьих, при работе в условиях низких температур возникает значительная разность температур между оборудованием, расположенным внутри контейнера, и радиатором, вынесенным в окружающую среду.Thirdly, when operating at low temperatures, a significant temperature difference occurs between the equipment located inside the container and the radiator that is taken out into the environment.

В-четвертых, устройство не оборудовано системой управления термостабилизацией (что не позволяет сравнивать его с предлагаемым изобретением), что приводит к значительным флуктуациям температуры при частом изменении в процессе работы выходной мощности силовых модулей.Fourth, the device is not equipped with a thermal stabilization control system (which does not allow comparing it with the proposed invention), which leads to significant temperature fluctuations with frequent changes in the output power of the power modules during operation.

В-пятых, отсутствие системы термостабилизации и, как следствие, регулирования оборотов вентиляторов циркуляции воздуха, установленных в канале охлаждения, требует постоянной работы вентиляторов с максимальной производительностью или частых пусков вентиляторов.Fifthly, the absence of a thermal stabilization system and, as a consequence, the regulation of revolutions of the air circulation fans installed in the cooling channel, requires constant operation of the fans with maximum performance or frequent fan starts.

Ограничение области применения, повышение себестоимости, увеличение габаритов контейнера и снижение надежности устройства обусловлено следующими конструктивными особенностями.Limiting the scope, increasing costs, increasing the size of the container and reducing the reliability of the device is due to the following design features.

Интенсивность отвода оставшегося тепла от полупроводниковых элементов и тепла электронной части силовых модулей через стенки контейнера определяется площадью стенок, что при недостаточной площади приводит к ограничению общей мощности силовых модулей, требует применения кондиционирующего оборудования или приводит к неоправданному увеличению габаритов контейнера для предотвращения перегрева силовых модулей.The intensity of removal of the remaining heat from the semiconductor elements and the heat of the electronic part of the power modules through the container walls is determined by the wall area, which, with insufficient space, limits the total power of the power modules, requires the use of conditioning equipment or leads to an unjustified increase in the dimensions of the container to prevent overheating of the power modules.

Подготовка к пуску после длительного простоя в условиях низких температур, а также флуктуация температуры силовых модулей приводит к интенсивному старению их элементов. Также создаются условия для образования конденсата на внутренней части радиатора, непосредственно связанной с окружающей средой, и полупроводниковых элементах силового модуля, что снижает надежность силовых модулей и может приводить к коррозии контейнера.Preparation for start-up after prolonged shutdown at low temperatures, as well as temperature fluctuation of the power modules leads to intensive aging of their elements. Conditions are also created for condensation to form on the inside of the radiator, directly connected with the environment, and on the semiconductor elements of the power module, which reduces the reliability of the power modules and can lead to corrosion of the container.

Отсутствие регулирования скорости вращения вентиляторов в зависимости от интенсивности тепловыделения силовых модулей при функционировании в условиях пониженных температур может приводить к переохлаждению силовых модулей. Включение вентиляторов от датчика температуры радиатора приводит к повышенному износу вентиляторов как результату частых пусковых процессов, а также может приводить к перегреву силовых модулей при резком увеличении их выходной мощности вследствие ограниченной теплопроводности радиаторов, приводящей к появлению задержки между нагревом силовых элементов и срабатыванием датчика температуры радиатора.The lack of regulation of the fan rotation speed depending on the intensity of heat generation of the power modules during operation at low temperatures can lead to overcooling of the power modules. The inclusion of fans from the radiator temperature sensor leads to increased fan wear as a result of frequent starting processes, and can also lead to overheating of the power modules with a sharp increase in their output power due to the limited heat conductivity of the radiators, which leads to a delay between heating of the power elements and the triggering of the radiator temperature sensor.

Известна выбранная в качестве ближайшего аналога преобразовательная установка контейнерного типа RU 2207746, 15.05.2001.Known as the closest analogue is a container-type converting plant RU 2207746, 05/15/2001.

Установка представляет собой контейнер и содержит систему управления, силовые модули, систему принудительного воздушного охлаждения. Система управления соединена с вытяжными вентиляторами. Контейнер содержит дополнительную стенку 1 с вмонтированными в нее силовыми модулями с радиаторами 2, на расстоянии 0,1÷0,2 высоты контейнера располагается приподнятый фальшпол. Фальшпол и дополнительная стенка 1 образуют канал для циркуляции охлаждающего воздуха в замкнутом контуре. Стенки контейнера гофрированы, теплоизоляция отсутствует, что обеспечивает повышенный теплообмен с окружающей средой. Воздух, нагнетаемый вытяжными вентиляторами, снимает тепло с радиаторов силовых модулей и переносит его в помещение H (см. фиг. 2 патента RU 2207746, 15.05.2001), откуда по каналу, образуемому фальшполом и дополнительной стенкой 1, поступает обратно к силовым модулям. Проходя по каналу, воздух отдает накопленное тепло окружающей среде через гофрированные стенки контейнера.The installation is a container and contains a control system, power modules, a forced air cooling system. The control system is connected to exhaust fans. The container contains an additional wall 1 with power modules mounted in it with radiators 2, a raised raised floor is located at a distance of 0.1 ÷ 0.2 of the container height. The raised floor and the additional wall 1 form a channel for the circulation of cooling air in a closed circuit. The walls of the container are corrugated, there is no thermal insulation, which provides increased heat exchange with the environment. The air pumped by exhaust fans removes heat from the radiators of the power modules and transfers it to room H (see Fig. 2 of patent RU 2207746, 05.15.2001), from where it goes back to the power modules through the channel formed by the raised floor and additional wall 1. Passing through the channel, the air gives off the accumulated heat to the environment through the corrugated walls of the container.

Вышеописанная установка обладает следующими недостатками. Во-первых, вся тепловая мощность, отводимая как от полупроводниковых элементов, так и от электронной части силовых модулей, ограничивается площадью гофрированных стенок контейнера.The above installation has the following disadvantages. Firstly, all the heat output from both the semiconductor elements and the electronic part of the power modules is limited by the area of the corrugated walls of the container.

Во-вторых, на гофрированных стенках, не имеющих утепления, и внутри электрооборудования возможно образование конденсата при работе устройства в среде с повышенной влажностью.Secondly, on corrugated walls that do not have insulation, and inside electrical equipment, condensation may form when the device is operated in an environment with high humidity.

В-третьих, циркуляция воздуха в контейнере приводит к подъему пыли с пола и поверхностей и забиванию пылью радиаторов и воздуховодов силовых модулей.Thirdly, the circulation of air in the container leads to the rise of dust from the floor and surfaces and the clogging of the dust of the radiators and air ducts of the power modules.

В-четвертых, обеспечение герметичности контейнера предлагаемых размеров при длительной эксплуатации в условиях с повышенной вибрацией является сложной производственной задачей.Fourthly, ensuring the tightness of the container of the proposed sizes during long-term operation in conditions with increased vibration is a difficult production task.

В-пятых, система управления устройства не выполняет функции термостабилизации, что приводит к значительным флуктуациям температуры при частом изменении в процессе работы выходной мощности силовых модулей.Fifth, the device’s control system does not perform thermostabilization functions, which leads to significant temperature fluctuations with frequent changes in the output power of the power modules during operation.

В-шестых, прогрев значительного объема воздуха внутри контейнера при подготовке к пуску устройства в условиях низкой температуры и переход в состояние готовности к пуску занимает длительное временя и приводит к излишнему расходу электроэнергии.Sixth, warming up a significant amount of air inside the container in preparation for starting up the device at low temperatures and entering the state of readiness for start-up takes a long time and leads to excessive energy consumption.

В-седьмых, система термостабилизации не осуществляет регулирование оборотов вентиляторов циркуляции воздуха, установленных в контейнере, что требует постоянной работы вентиляторов с максимальной производительностью или частых пусков вентиляторов.Seventh, the thermal stabilization system does not regulate the speed of the air circulation fans installed in the container, which requires constant operation of the fans with maximum performance or frequent starts of the fans.

Ограничение области применения, повышение себестоимости, увеличение габаритов контейнера и снижение надежности устройства обусловлено следующими конструктивными особенностями.Limiting the scope, increasing costs, increasing the size of the container and reducing the reliability of the device is due to the following design features.

Интенсивность отвода тепла от силовых модулей через гофрированные стенки контейнера определяется площадью стенок, что значительно ограничивает общую мощность силовых модулей, требует применения кондиционирующего оборудования или приводит к неоправданному увеличению габаритов контейнера для предотвращения перегрева силовых модулей.The intensity of heat removal from the power modules through the corrugated container walls is determined by the wall area, which significantly limits the total power of the power modules, requires the use of conditioning equipment or leads to an unjustified increase in the dimensions of the container to prevent overheating of the power modules.

Эксплуатация силовых модулей при температуре окружающей контейнер среды, близкой к плюс 40°С (предельная рабочая температура для большинства силовых модулей), приводит к значительному снижению теплообмена через гофрированную стенку и, как следствие, вызывает перегрев силовых модулей или требует ограничения их выходной мощности. Таким образом, функционирование преобразовательной установки контейнерного типа при температурах воздуха, близких к плюс 40°С, не допустимо и требует установки кондиционирующего оборудования.Operation of the power modules at an ambient temperature of the container close to plus 40 ° С (the limiting operating temperature for most power modules) leads to a significant reduction in heat transfer through the corrugated wall and, as a result, causes the power modules to overheat or require limiting their output power. Thus, the operation of a container-type conversion unit at air temperatures close to plus 40 ° C is not permissible and requires the installation of air conditioning equipment.

Подготовка к пуску силовых модулей после длительного простоя в условиях низких температур осложнена длительным прогревом большого объема воздуха внутри контейнера, а также приводит к существенному расходу электрической энергии.Preparation for starting up power modules after a long period of inactivity at low temperatures is complicated by the prolonged heating of a large amount of air inside the container, and also leads to a significant consumption of electrical energy.

Флуктуация температуры приводит к интенсивному старению элементов силовых модулей. Неравномерный прогрев элементов при подготовке к пуску может приводить к образованию конденсата на не утепленных стенках контейнера и на металлических токопроводящих поверхностях электрооборудования, что снижает надежность силовых модулей и может приводить к коррозии контейнера.Temperature fluctuation leads to intensive aging of power module elements. Uneven heating of elements in preparation for start-up can lead to the formation of condensate on uninsulated walls of the container and on metal conductive surfaces of electrical equipment, which reduces the reliability of power modules and can lead to corrosion of the container.

Забивание пылью радиаторов и силовых модулей приводит к ухудшению теплообмена и перегреву силовых модулей, что требует дополнительных трудозатрат на разборку и чистку электрооборудования.Clogging with dust of radiators and power modules leads to a deterioration in heat transfer and overheating of power modules, which requires additional labor costs for disassembling and cleaning the electrical equipment.

Отсутствие регулирования скорости вращения вентиляторов в зависимости от интенсивности тепловыделения силовых модулей при функционировании в условиях пониженных температур может приводить к переохлаждению силовых модулей. Включение вентиляторов по факту нагрева радиатора приводит к повышенному износу вентиляторов как результату частых пусковых процессов, а также может приводить к перегреву силовых модулей при резком увеличении их выходной мощности вследствие ограниченной теплопроводности радиаторов, приводящей к появлению задержки между нагревом силовых элементов и срабатыванием датчика температуры радиатора.The lack of regulation of the fan rotation speed depending on the intensity of heat generation of the power modules during operation at low temperatures can lead to overcooling of the power modules. Turning on the fans after heating the radiator leads to increased fan wear as a result of frequent starting processes, and can also lead to overheating of the power modules with a sharp increase in their output power due to the limited heat conductivity of the radiators, which leads to a delay between heating of the power elements and the triggering of the radiator temperature sensor.

Изобретение направленно на исключение кондиционирующего оборудования для термостабилизации электронного оборудования, снятие ограничений на мощность силовых модулей с целью исключения перегрева устройства, исключение образования конденсата на стенках контейнера и полупроводниковых элементах силовых модулей, снижение расхода электрической энергии на обогрев электронного оборудования, а значит, на расширение области применения устройства, увеличение срока службы силовых модулей, снижение себестоимости, повышение энергоэффективности, повышение технологичности, уменьшение габаритных размеров устройства и снижение коррозии контейнера.The invention is aimed at eliminating the conditioning equipment for thermal stabilization of electronic equipment, removing restrictions on the power of power modules to prevent overheating of the device, eliminating the formation of condensate on the container walls and semiconductor elements of power modules, reducing the consumption of electric energy for heating electronic equipment, and therefore, expanding the field the use of the device, increasing the life of power modules, reducing costs, increasing energy efficiency STI, improving processability, reducing overall device size and reduction of corrosion of the container.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве управления, управляющем, по меньшей мере, одним вытяжным вентилятором, предлагается применить вытяжной вентилятор с регулированием скорости, ввести в устройство датчик температуры радиатора силового модуля, датчики электрического тока силовых модулей, датчик температуры воздуха внутри герметичной оболочки, блок охлаждения/обогрева воздуха внутри герметичной оболочки (с термоэлектрическим элементом Пельтье в случае эксплуатации устройства при значительном тепловыделении силовых модулей).The essence of the invention lies in the fact that in the control device controlling at least one exhaust fan, it is proposed to use an exhaust fan with speed control, to introduce into the device a temperature sensor of the radiator of the power module, electric current sensors of the power modules, an air temperature sensor inside the sealed enclosure , air cooling / heating unit inside a sealed enclosure (with a Peltier thermoelectric element in the case of operation of the device with significant heat output modules).

Дополнительно устройство управления термостабилизацией силового электронного оборудования для тяжелых условий эксплуатации может содержать датчик влажности воздуха внутри герметичной оболочки в случае эксплуатации устройства в условиях повышенной влажности, плоские нагревательные элементы радиатора в случае эксплуатации устройства в условиях низких температур.Additionally, the control device for thermal stabilization of power electronic equipment for severe operating conditions may contain a humidity sensor inside the sealed enclosure in the case of operation of the device in high humidity conditions, flat radiator heating elements in case of operation of the device at low temperatures.

Система управления выполнена на основе микроконтроллерного устройства с установленным программным обеспечением, включающего блоки ввода/вывода аналоговых и цифровых сигналов для подключения датчиков и исполнительных устройств.The control system is based on a microcontroller device with installed software, including input / output blocks of analog and digital signals for connecting sensors and actuators.

Система принудительного воздушного охлаждения преобразуется в соответствии с [1] (см. фиг. 12-37). Канал охлаждения (см. фиг. 1) выполняется в задней стенке контейнера и направлен снизу вверх. По крайней мере, один вытяжной вентилятор устанавливается в канал. Канал не имеет связи с атмосферой контейнера и предназначен для забора воздуха из окружающей среды. Радиаторы силовых модулей монтируются в канале. Место стыковки радиаторов и силовых модулей с задней стенкой контейнера герметизируется. Электронная часть силового модуля герметизируется при помощи дополнительной герметичной оболочки.The forced air cooling system is converted in accordance with [1] (see Figs. 12-37). The cooling channel (see Fig. 1) runs in the rear wall of the container and is directed upward. At least one exhaust fan is installed in the duct. The channel has no connection with the atmosphere of the container and is intended for air intake from the environment. Power module radiators are mounted in the channel. The junction of the radiators and power modules with the rear wall of the container is sealed. The electronic part of the power module is sealed with an additional sealed enclosure.

Заявляемое устройство управления термостабилизацией силового электронного оборудования для тяжелых условий эксплуатации, в отличие от известных, обладает следующими преимуществами.The inventive control device for thermal stabilization of power electronic equipment for severe operating conditions, in contrast to the known, has the following advantages.

За счет полного отвода тепла за пределы контейнера путем выноса контура охлаждения полупроводниковых элементов силового модуля во внешнюю среду, а также отвода во внешнюю среду тепловыделения электронной части силового модуля исключается использование кондиционирующего оборудования во всем диапазоне рабочих температур вплоть до плюс 40°С.Due to the complete removal of heat outside the container by transferring the cooling circuit of the semiconductor elements of the power module to the external environment, as well as the removal of heat from the electronic part of the power module to the external environment, the use of conditioning equipment in the entire range of operating temperatures up to plus 40 ° C is excluded.

За счет полного отвода тепла за пределы контейнера снимается ограничение мощности силовых модулей, вызванное значительным их тепловыделением внутри герметичной оболочки.Due to the complete removal of heat outside the container, the power limit of the power modules caused by their significant heat release inside the sealed enclosure is removed.

За счет применения блока охлаждения/обогрева достигается термостабилизация, что исключает влияние флуктуации температуры на срок службы элементов силовых модулей.Through the use of the cooling / heating unit, thermal stabilization is achieved, which eliminates the influence of temperature fluctuations on the life of the power module elements.

За счет применения плоских нагревательных элементов выполняется прогрев радиатора, что исключает образование конденсата на радиаторе и на элементах силовой части силового модуля при работе в условиях низких температур.Due to the use of flat heating elements, the radiator is heated, which eliminates the formation of condensate on the radiator and on the elements of the power unit of the power module when operating at low temperatures.

За счет применения датчиков тока силовых модулей выполняется упреждающее управление вытяжным вентилятором, что исключает перегрев/переохлаждение силовых модулей в случае резкого увеличения/уменьшения выходной мощности силовых модулей.Through the use of current sensors of the power modules, the exhaust fan is proactively controlled, which eliminates overheating / overcooling of the power modules in the event of a sharp increase / decrease in the output power of the power modules.

На фиг. 2 приведена функциональная схема устройства управления термостабилизацией силового электронного оборудования.In FIG. 2 is a functional diagram of a thermal stabilization control device for power electronic equipment.

Устройство управления термостабилизацией силового электронного оборудования содержит систему управления 14, построенную на базе программируемого микроконтроллера. К системе управления подключен вытяжной вентилятор 4 со встроенным частотным регулированием скорости; датчик 11, предназначенный для измерения температуры радиатора силового модуля; датчик 12, предназначенный для измерения температуры воздуха внутри герметичной оболочки; датчик 15, предназначенный для измерения силы тока силового модуля; датчик 13, предназначенный для измерения влажности воздуха при работе устройства в условиях повышенной влажности; плоские нагревательные элементы 10, предназначенные для нагрева радиатора при запуске устройства в условиях низких температур окружающей среды; блок охлаждения/обогрева, обеспечивающий охлаждение воздуха внутри герметичной оболочки и состоящий из вентилятора 9 обдува внутреннего радиатора 8 с подключаемым обогревателем продуваемого воздуха, внешнего радиатора 7 теплообмена с окружающей средой, имеющего непосредственную тепловую связь с внутренним радиатором 8, и термоэлектрического элемента (не показан), применяемого при значительном тепловыделении силовых модулей и устанавливаемого между радиаторами 8 и 7.The control device for thermal stabilization of power electronic equipment contains a control system 14, built on the basis of a programmable microcontroller. An exhaust fan 4 with integrated frequency speed control is connected to the control system; a sensor 11 for measuring the temperature of the radiator of the power module; a sensor 12 for measuring air temperature inside a sealed enclosure; a sensor 15 for measuring the current strength of the power module; a sensor 13, designed to measure air humidity during operation of the device in conditions of high humidity; flat heating elements 10 designed to heat the radiator when the device is started in low ambient temperatures; a cooling / heating unit for cooling the air inside the sealed enclosure and consisting of a fan 9 for blowing the internal radiator 8 with a plug-in heater for purged air, an external heat exchange radiator 7 with the environment, having direct thermal connection with the internal radiator 8, and a thermoelectric element (not shown) used for significant heat dissipation of power modules and installed between radiators 8 and 7.

Устройство работает следующим образом. Устройство включается после подачи напряжения питания рубильником (не показан). Происходит инициализация электронных частей устройства. Система управления переходит в режим самодиагностики. Проверяется исправность системы управления, датчиков параметров окружающей среды, нагревателей и вентиляторов. Система управления анализирует диагностическую информацию, поступившую от элементов по завершении запуска и переключается в рабочий режим. Система управления 14 начинает циклический опрос датчиков, в системе управления запускаются контуры регулирования основных технологических параметров.The device operates as follows. The device turns on after applying a power switch (not shown). The electronic parts of the device are initialized. The control system goes into self-diagnosis mode. The serviceability of the control system, environmental sensors, heaters and fans is checked. The control system analyzes the diagnostic information received from the elements upon completion of the start-up and switches to the operating mode. The control system 14 begins a cyclic interrogation of sensors, in the control system, the control loops of the main technological parameters are launched.

Система управления имеет в своем составе, по меньшей мере, контур регулирования температуры воздуха внутри герметичной оболочки, контур регулирования температуры радиатора силовых модулей, контур предаварийного регулирования температуры радиатора силовых модулей и контур упреждающего охлаждения радиатора силового модуля, при работе устройства в условиях повышенной влажности в устройство дополнительно вводится контур сторожевого регулирования параметров условия выпадения росы.The control system includes at least an air temperature control loop inside an airtight shell, a power module radiator temperature control circuit, a power module radiator temperature pre-emergency control circuit and a power module heat sink heat-sink circuit, when the device is operated in high humidity conditions In addition, a watchdog circuit for dew conditions is introduced.

Регулирование температуры радиатора 3 силового модуля осуществляется пропорционально-интегральным воздействием на уставку скорости вращения вытяжного вентилятора 4 или релейным воздействием на обогреватель продуваемого воздуха (или на плоский нагревательный элемент при эксплуатации в условиях низких температур) в зависимости от разности установленного значения и отфильтрованного показания датчика 11 температуры радиатора силового модуля.The temperature control of the radiator 3 of the power module is carried out by proportionally-integrated action on the setpoint of the exhaust fan 4 rotation speed or by relay action on the purge air heater (or on the flat heating element when operating at low temperatures) depending on the difference between the set value and the filtered temperature sensor 11 power module radiator.

Упреждающее охлаждение радиатора 3 силового модуля осуществляется воздействием на уставку скорости вращения вытяжного вентилятора 4 в случае резкого увеличения показания датчика 15 тока силовых модулей.Proactive cooling of the radiator 3 of the power module is effected by affecting the speed setting of the exhaust fan 4 in the case of a sharp increase in the reading of the current sensor 15 of the power modules.

Предаварийное регулирование температуры радиатора 3 силового модуля осуществляется пропорционально-интегральным воздействием на уставку токоограничения силового модуля в зависимости от разности предаварийной температуры радиатора и отфильтрованного показания датчика 11 температуры радиатора силового модуля.Pre-emergency control of the temperature of the radiator 3 of the power module is carried out by the proportional-integral effect on the current limit setting of the power module, depending on the difference between the pre-emergency temperature of the radiator and the filtered reading of the sensor 11 of the temperature of the power module radiator.

Регулирование температуры воздуха 6 внутри герметичной оболочки осуществляется передачей тепла от нагретого воздуха 6 через блок охлаждения/обогрева, образуемый элементами 7, 8, 9. При значительном тепловыделении внутри герметичной оболочки предусмотрена установка, по меньшей мере, одного термоэлектрического элемента. При этом регулирование температуры воздуха 6 осуществляется воздействием на уставку электрического тока термоэлектрического элемента, входящего в состав блока охлаждения/обогрева в зависимости от разности установленного значения и отфильтрованного показания датчика 12 температуры воздуха 6 внутри герметичной оболочки. Направление электрического тока через термоэлектрический элемент задает направление переноса тепла (внутрь оболочки 6/в вентиляционную шахту 2).Regulation of the temperature of the air 6 inside the sealed enclosure is carried out by transferring heat from the heated air 6 through the cooling / heating unit, formed by elements 7, 8, 9. With significant heat generation inside the sealed enclosure, at least one thermoelectric element is provided. In this case, the air temperature 6 is controlled by influencing the setpoint of the electric current of the thermoelectric element that is part of the cooling / heating unit, depending on the difference in the set value and the filtered reading of the air temperature sensor 12 inside the sealed enclosure. The direction of the electric current through the thermoelectric element sets the direction of heat transfer (inside the shell 6 / into the ventilation shaft 2).

Сторожевое регулирование параметров условия выпадения росы на радиаторе и полупроводниковых элементах силового модуля осуществляется воздействием на установленное значение температур радиатора силового модуля и воздуха внутри герметичной оболочки с целью не допустить возникновения условий выпадения росы. Условия выпадения росы определяются системой управления 14 на основании показаний датчиков 11, 12, 13 по запрограммированной в ней психрометрической таблице. Выбор регулятора, на уставку которого будет осуществляться воздействие, определяется близостью значения регулируемого параметра к предельной величине и направлением ее изменения под требуемым воздействием.Watchdog regulation of the parameters of the dew condition on the radiator and semiconductor elements of the power module is carried out by affecting the set temperature of the radiator of the power module and the air inside the sealed enclosure in order to prevent the occurrence of dew conditions. The conditions for dew loss are determined by the control system 14 based on the readings of the sensors 11, 12, 13 according to the psychrometric table programmed in it. The choice of the regulator, on the set point of which the influence will be carried out, is determined by the proximity of the value of the controlled parameter to the limit value and the direction of its change under the required effect.

Источники информацииInformation sources

1. SINAMICS S120 Booksize power units Manual [Электронный ресурс] // SIEMENS [Офиц. сайт].1. SINAMICS S120 Booksize power units Manual [Electronic resource] // SIEMENS [Ofits. website].

URL: https :// support . industry . siemens . com / cs / attachments /109479611/GH2_0415_eng_en-US.pdf?download=true (дата обращения 13.10.2015).URL: https : // support . industry . siemens . com / cs / attachments / 1 09479611 / GH2_0415_eng_en-US.pdf? download = true (accessed October 13, 2015).

Claims (4)

1. Устройство управления термостабилизацией силового электронного оборудования для тяжелых условий эксплуатации, содержащее систему управления, соединенную с вытяжным вентилятором, отличающееся тем, что применяется вытяжной вентилятор с регулированием скорости; по меньшей мере, в устройство введены следующие блоки: датчик температуры радиатора силового модуля, установленный на радиатор силового модуля и подключенный к системе управления; датчик электрического тока силовых модулей, установленный внутри силового модуля и подключенный к системе управления; датчик температуры воздуха, установленный внутри герметичной оболочки и подключенный к системе управления; блок охлаждения/обогрева, состоящий из внешнего радиатора теплообмена с окружающей средой, установленного в вентиляционной шахте, внутреннего радиатора с подключаемым нагревателем продуваемого воздуха, установленного внутри герметичной оболочки, и вентилятора обдува внутреннего радиатора, установленного внутри герметичной оболочки.1. A control device for thermal stabilization of power electronic equipment for severe operating conditions, comprising a control system connected to an exhaust fan, characterized in that an exhaust fan with speed control is used; at least, the following units are introduced into the device: a temperature sensor of the radiator of the power module mounted on the radiator of the power module and connected to the control system; an electric current sensor of the power modules installed inside the power module and connected to the control system; an air temperature sensor installed inside the sealed enclosure and connected to the control system; a cooling / heating unit, consisting of an external heat exchange radiator with the environment installed in the ventilation shaft, an internal radiator with a plug-in purge air heater installed inside the sealed enclosure, and a fan for blowing the internal radiator installed inside the sealed enclosure. 2. Устройство управления термостабилизацией силового электрооборудования для тяжелых условий эксплуатации по п.1, отличающееся тем, что для эксплуатации в условиях пониженных температур плоский нагревательный элемент устанавливается на радиатор силового модуля и подключается к системе управления.2. The control device for thermal stabilization of power electrical equipment for severe operating conditions according to claim 1, characterized in that for operation in low temperatures, a flat heating element is installed on the radiator of the power module and connected to the control system. 3. Устройство управления термостабилизацией силового электрооборудования для тяжелых условий эксплуатации по п.1, отличающееся тем, что для эксплуатации в условиях с повышенной влажностью датчик влажности воздуха устанавливается внутри герметичной оболочки и подключается к системе управления.3. The control device for thermal stabilization of power electrical equipment for severe operating conditions according to claim 1, characterized in that for operation in high humidity conditions, an air humidity sensor is installed inside the sealed enclosure and connected to the control system. 4. Устройство управления термостабилизацией силового электрооборудования для тяжелых условий эксплуатации по п.1, отличающееся тем, что при значительном тепловыделении силовых модулей в блок охлаждения/обогрева между внешним радиатором теплообмена с окружающей средой и внутренним радиатором введен, по меньшей мере, один термоэлектрический элемент.4. The control device for thermal stabilization of power electrical equipment for severe operating conditions according to claim 1, characterized in that at significant heat dissipation of the power modules in the cooling / heating unit between the external heat exchange radiator with the environment and the internal radiator, at least one thermoelectric element is introduced.
RU2015156109A 2015-12-25 2015-12-25 Device for controlling thermal stabilisation of power electronic equipment for severe operating conditions RU2611454C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156109A RU2611454C1 (en) 2015-12-25 2015-12-25 Device for controlling thermal stabilisation of power electronic equipment for severe operating conditions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156109A RU2611454C1 (en) 2015-12-25 2015-12-25 Device for controlling thermal stabilisation of power electronic equipment for severe operating conditions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2611454C1 true RU2611454C1 (en) 2017-02-22

Family

ID=58459046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015156109A RU2611454C1 (en) 2015-12-25 2015-12-25 Device for controlling thermal stabilisation of power electronic equipment for severe operating conditions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2611454C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690018C1 (en) * 2017-12-08 2019-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Method for prevention of electrochemical migration phenomenon and device for its implementation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5505377A (en) * 1994-05-18 1996-04-09 Micro Weiss Electronics, Inc. Automatic wall thermostat
RU2207746C2 (en) * 2001-05-15 2003-06-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения" Converting plant of container type
RU2257606C2 (en) * 2003-05-12 2005-07-27 Дагестанский государственный технический университет (ДГТУ) Device for draining heat from elements of radio-electronic equipment with repeated short-term heat exhausts
RU2352978C1 (en) * 2007-07-23 2009-04-20 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Device for thermal stabilisation of computer processor with application of vacuum diode

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5505377A (en) * 1994-05-18 1996-04-09 Micro Weiss Electronics, Inc. Automatic wall thermostat
RU2207746C2 (en) * 2001-05-15 2003-06-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения" Converting plant of container type
RU2257606C2 (en) * 2003-05-12 2005-07-27 Дагестанский государственный технический университет (ДГТУ) Device for draining heat from elements of radio-electronic equipment with repeated short-term heat exhausts
RU2352978C1 (en) * 2007-07-23 2009-04-20 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Device for thermal stabilisation of computer processor with application of vacuum diode

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690018C1 (en) * 2017-12-08 2019-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Method for prevention of electrochemical migration phenomenon and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20140216069A1 (en) Cooling assembly and dehumidification method
US20070297893A1 (en) Fan speed change control
EP2460928A1 (en) Method of operating a heat pump dryer and heat pump dryer
CN107883622B (en) Self-adaptive power control condensation dehumidification method
CN202678775U (en) Distribution box
EP2460927B1 (en) Method of operating a heat pump dryer and heat pump dryer
RU2611454C1 (en) Device for controlling thermal stabilisation of power electronic equipment for severe operating conditions
CN103293830A (en) Monitoring camera
CN104131990A (en) Control method for automatically adjusting rotation speeds of fans according to environment temperature
US6285150B1 (en) Method for controlling the operating voltage of a fan in electrical equipment
CN103558880B (en) Cooling system used for high-frequency high-voltage power supply
CN108579349A (en) Dry air generator and charging pile, charging pile circuit board dehumanization method
JP2012507877A (en) Electronic device housing
CN205429988U (en) Intelligence heat dissipation motor system
TWI660263B (en) Temperature control device and method thereof
CN203858523U (en) Precision instrument with temperature control device
CN113891614A (en) Heating control method and device of electric control box and air conditioner
CN104582418A (en) Heat dissipation system for high-frequency high voltage power supply
JPWO2020003365A1 (en) Heat exchange ventilator
CN208170609U (en) A kind of water cooler
CN104577809B (en) Radiator for switchboard copper bar
CN204068648U (en) Anti-condensation frequency converter
KR100424345B1 (en) A constant temperature and dehumidity controlling device of a controller
CN108931143B (en) Temperature control mechanism and temperature control method for temperature equalizing block of dry well furnace
JP6021733B2 (en) Dehumidifier

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191226