一种逆变器均温散热控制方法及装置与流程

1.本发明属于电力电子技术领域，具体而言，涉及一种逆变器均温散热控制方法及装置。


背景技术：

2.逆变器的设计趋向小型化、模块化，整机散热处理尤为重要，直接影响系统的稳定性及可靠性。良好的散热应能及时有效地将热量释放，而且能最大程度的减少散热引起的能耗。
3.目前逆变器最常用的散热方式有如下几种：1)自然冷却，即逆变器工作时通过自然散热将热量释放，该方案限制了逆变器的功率；2)风冷散热，即逆变器工作时通过风扇释放热量，该方案需要均衡考虑散热效果及风扇损耗，因此通常该散热风扇是智能控制的；3)液冷散热，液冷散热通常散热效果最好，但是设计及制造成本较高。
4.采用风冷散热的变流器，通常是将散热风扇安装在功率模块外侧的进风口处，如图1所示，当变流器工作时，通过控制器实时检测功率模块的温度来驱动散热风扇输出特定的转速实现风冷散热。为了尽可能的减少风扇功耗，散热风扇的转速是智能控制的，如图2所示，其控制方式为：启动运行，实时检测功率模块温度tm，判断tm是否大于预设值，如果大于，风扇启动，如果tm小于预设值，风扇停止。功率模块是变流器的最主要发热源，因此功率模块温度tm直接决定了散热风扇的工作状态。
5.功率模块由半导体器件封装构成，常见的半导体结温最大能到150℃，在很多工况下，功率模块散热器表面能达到100℃以上，热量沿各个方向在变流器内传导辐射。如图1所示，典型的pcs散热风扇风向是延固定方向的，考虑风阻不宜过大，风道设计不能过于复杂，因此热量仍可以在非风道处积累，对电子器件、整机的稳定可靠运行构成危害。


技术实现要素：

6.为了解决目前逆变器散热不均的问题，本技术提供了一种逆变器均温散热控制方法及装置，该方法包括：
7.s1，第一温度采集模块采集逆变器功率模块的温度tm，，第二温度采集模块采集逆变器整机风道一侧的温度td1，第三温度采集模块采集逆变器整机风道另一侧的温度td2；
8.s3，根据温度tm、td1和td2，控制第一风扇、第二风扇和第三风扇的动作及转速，所述第一风扇位于逆变器整机进风口，所述第二风扇位于逆变器整机风道一侧，所述第三风扇位于逆变器整机风道另一侧。
9.其中，步骤s3包括：调用二次回归模型，根据温度td1与td2的差值、温度tm、td1、td2，确定温度阈值tmth、t1th、t2th；当温度tm大于温度阈值tmth时，控制第一风扇启动；当温度td1大于温度阈值t1th时，第二风扇启动；当温度td2大于温度阈值t2th时，第三风扇启动。
10.其中，步骤s3中，逆变器以额定功率运行，以y＝td1-td2为输出，以预设的温度阈
值tmth
预设
、t1th
预设
、t2th
预设
为输入，二次回归公式为：
[0011][0012]
其中，ti为自变量，在本模型中分别为各风扇动作阈值，βi为一次项回归系数、βii为二次项回归系数，e为系统误差，由测试值与标准值对比得到，βi、βii由最小二乘法拟合得到。
[0013]
其中，预设温度阈值tmth
预设
＝70℃，td1th
预设
＝65℃，td2th
预设
＝60℃。
[0014]
其中，步骤s3包括：调用二次回归模型进行迭代，当均温y取得最小值时，得到对应的温度阈值tmth、t1th、t2th。
[0015]
其中，所述第一风扇为主风扇，所述第二风扇和第三风扇均为扰流风扇。
[0016]
第二方面，本技术提供了一种逆变器均温散热控制装置，包括：
[0017]
第一温度采集模块，用于采集逆变器功率模块的温度tm；
[0018]
第二温度采集模块，用于采集逆变器整机风道一侧的温度td1；
[0019]
第三温度采集模块，用于采集逆变器整机风道另一侧的温度td2；
[0020]
处理模块，用于根据温度tm、td1和td2，控制第一风扇、第二风扇和第三风扇的动作及转速；所述第一风扇位于逆变器整机进风口，所述第二风扇位于逆变器整机风道一侧，所述第三风扇位于逆变器整机风道另一侧。
[0021]
其中，所述处理模块用于：调用二次回归模型，根据温度td1与td2的差值、温度tm、td1、td2，确定温度阈值tmth、t1th、t2th；当温度tm大于温度阈值tmth时，控制第一风扇启动；当温度td1大于温度阈值t1th时，控制第二风扇启动；当温度td2大于温度阈值t2th时，控制第三风扇启动。
[0022]
第三方面，本技术提供了一种逆变器，包括上述任一项所述逆变器均温散热控制装置。
[0023]
第四方面，本技术提供了一种电子设备，包括上述任一项所述逆变器均温散热控制装置。
[0024]
本技术逆变器均温散热控制方法及装置具有如下有益效果：
[0025]
本技术有效降低了风扇功耗，提升了整机效率，同时逆变器内温度分布更均匀，提高了逆变器的可靠性。
附图说明
[0026]
图1为现有技术中逆变器散热风扇结构示意图；
[0027]
图2为现有技术中逆变器散热风扇控制流程示意图；
[0028]
图3为本技术逆变器均温散热控制方法的流程示意图；
[0029]
图4为本技术逆变器均温散热控制方法的控制示意图；
[0030]
图5为本技术中调用二次回归求取整机均温散热风扇动作最优阈值的示意图；
[0031]
图6为本技术逆变器均温散热控制方法的另一种流程示意图；
[0032]
图7为本技术逆变器均温散热控制装置的结构示意图。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和实施例对本技术进行进一步的介绍。
[0034]
在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本技术也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征a、b、c，另一个实施例包含特征b、d，那么本技术也应视为包括含有特征a、b、c、d的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
[0035]
如图3-4所示，本技术逆变器均温散热控制方法包括：s1，第一温度采集模块采集逆变器功率模块的温度tm，第二温度采集模块采集逆变器整机风道一侧的温度td1，第三温度采集模块采集逆变器整机风道另一侧的温度td2；s3，根据温度tm、td1和td2，控制第一风扇、第二风扇和第三风扇的动作及转速，第一风扇位于逆变器整机进风口，第二风扇位于逆变器整机风道一侧，第三风扇位于逆变器整机风道另一侧。下面进行详细介绍。
[0036]
本技术针对逆变器工作时整机热分布特点，提出一种新的更智能的逆变器均温散热处理方案，如图4所示，该方案提出在逆变器箱体内部布置第一温度采集模块、第二温度采集模块、第三温度采集模块。第一温度采集模块用于采集功率模块温度tm，第二温度采集模块用于采集箱体一端处环温td1，第二温度采集模块用于采集箱体另一端处环温td2。同时在功率模块处布置散热风扇fan_m(第一风扇),在第一温度采集模块处布置扰流风扇fan1(第二风扇),在第二温度采集模块处布置扰流风扇fan2(第三风扇)。其中fan_m为主风扇、额定功率较大，fan1和fan2为两个辅助风扇，额定功率较小。
[0037]
新的逆变器均温散热控制策略输入为温度tm、t1、t2，，各风扇动作及转速由tm、t1、t2及预设温度阈值tmth、t1th、t2th共同决定。为了解决整机散热不均问题，以逆变器系统温度不均幅值最小为优化目标，通过控制3个风扇(风扇fan_m、fan1、fan2)动作及转速进行均温控制，包括：调用二次回归模型，根据第一温度采集模块、第二温度采集模块、第三温度采集模块采集的3个关键温度采样点的值及其之间的温度差值，，确定某工况下整机内温度不均幅值最小对应的每个风扇工作状态的最优解集。
[0038]
逆变器以额定功率运行，通过回归测试得到控制三个风扇开关、转速的预设的温度阈值的最优值，得到的3个温度阈值就是描述的最优解集。实际以最优均温为目标，因为当td1、td2温度差值最小时，温度td1，td2、tm本身也相对较小。“整机内温度不均幅值最小”含义为：逆变器以额定功率运行，td1与td2的差值为机内环境温度差值，通过设置最优风扇动作阈值控制风扇以实现该差值尽可能小。
[0039]
在一些实施例中，步骤s3包括：调用二次回归模型，根据温度td1与td2的差值、温度tm、td1、td2，确定温度阈值tmth、t1th、t2th；当温度tm大于温度阈值tmth时，控制第一风扇启动；当温度td1大于温度阈值t1th时，第二风扇启动；当温度td2大于温度阈值t2th时，第三风扇启动。二次回归模型为以系统温度不均幅值为响应值，以每个风扇的工作状态为自变量，进行多工况优化计算测试后得到。
[0040]
步骤s3中，逆变器以额定功率运行，以y＝td1-td2为输出，以预设温度阈值tmth
预设
、t1th
预设
、t2th
预设
为输入，二次回归公式为：
[0041][0042]
其中，ti为自变量，在本模型中分别为各风扇动作阈值，βi为一次项回归系数、βii为二次项回归系数，e为系统误差，由测试值与标准值对比得到，βi、βii由最小二乘法拟合得到。
[0043]
通过实际试验得到：同样在逆变器额定功率工作情况下，当温度td1-td2值较小时，tm、td1、td2都相对较小。如图5-6所示，调用二次回归模型进行迭代，当均温y取得最小值时，得到对应的最优温度阈值tmth、t1th、t2th，从而得到逆变器整机均温散热控制所需的3个温度阈值tmth、t1th、t2th。得到最优温度阈值后，以实际检测到的温度为自变量，以最优均温散热为目标进行风扇控制。为了方便控制系统数字实现，构建逆变器内三个风扇的工况状态机，如表1所示。
[0044]
表1基于均温散热最优阈值的风扇工作状态机
[0045][0046]
如图6所示，本技术中通过第一温度采集模块、第二温度采集模块和第三温度采集模块实时采集温度信息，根据预设温度阈值得到风扇对应动作，根据温度td1与td2的差值，判断是否存在温升的扰动，如果存在则进行散热控制，如果不存在则根据预设温度阈值控制风扇动作。本技术以逆变器整机温度差值最小为优化目标，实现方式为通过实时温度检测及温度预设阈值求出风扇动作最优解集(3个温度阈值)。而且，本技术能检测判断逆变器运行时是否存在影响散热的扰动，逆变器能快速响应新的工况，使系统稳定可靠运行。
[0047]
本技术提出的一种逆变器均温散热方法，通过多路温度检测和基于预设风扇动作阈值求出的风扇动作最优解集(3个温度阈值)，能够有效解决逆变器散热不均问题，有利于提高整机可靠性。同时提高了功率模块散热主风扇fan_m的散热效率，相同工况达到同等散热效果时，采用本技术的方案风扇fan_m运行功率更小，有利于提高整机效率。
[0048]
本技术中，风扇fan_m位于逆变器整机进风口，主要给功率模块散热，在功率模块处布置第一温度采集模块，风扇fan1位于风道一侧，在风扇fan1处布置第二温度采集模块，风扇fan2位于风道另一侧，在风扇fan2处布置第三温度采集模块。设置三个温度预设阈值tmth
预设
＝70℃，td1th
预设
＝65℃，td2th
预设
＝60℃。当逆变器以额定功率运行时，通常逆变器散热风扇需额定转速运行，风扇fan_m的功耗为100％额定功率。达到相同散热效果情况下，采用本技术均温散热控制方法时，风扇fan_m工作在70％转速，fan_m的功耗为49％额定功率，同时风扇fan1、fan2功率较小。总体上有效降低了风扇功耗，提升了整机效率，同时逆变器内温度分布更均匀，提高了逆变器的可靠性。
[0049]
如图7所示，本技术还提供了一种逆变器均温散热控制装置，包括：第一温度采集模块201，用于采集逆变器功率模块的温度tm；第二温度采集模块202，用于采集逆变器整机风道一侧的温度td1；第三温度采集模块203，用于采集逆变器整机风道另一侧的温度td2；处理模块204，用于根据温度tm、td1和td2，控制第一风扇205、第二风扇206和第三风扇207的动作及转速；第一风扇205位于逆变器整机进风口，第二风扇206位于逆变器整机风道一侧，第三风扇207位于逆变器整机风道另一侧。
[0050]
其中，处理模块204用于：调用二次回归模型，根据温度td1与td2的差值、温度tm、td1、td2，确定温度阈值tmth、t1th、t2th；当温度tm大于温度阈值tmth时，控制第一风扇启动；当温度td1大于温度阈值t1th时，控制第二风扇启动；当温度td2大于温度阈值t2th时，控制第三风扇启动。
[0051]
本技术中，逆变器均温散热控制装置实施例与逆变器均温散热控制方法实施例基本相似，相关之处请参考逆变器均温散热控制方法实施例的介绍。
[0052]
本技术还提供了一种逆变器，包括上述任一项逆变器均温散热控制装置。
[0053]
本技术还提供了一种电子设备，包括上述任一项逆变器均温散热控制装置。
[0054]
以上介绍仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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。

技术特征：
1.一种逆变器均温散热控制方法，其特征在于，包括：s1，第一温度采集模块采集逆变器功率模块的温度tm，，第二温度采集模块采集逆变器整机风道一侧的温度td1，第三温度采集模块采集逆变器整机风道另一侧的温度td2；s3，根据温度tm、td1和td2，控制第一风扇、第二风扇和第三风扇的动作及转速，所述第一风扇位于逆变器整机进风口，所述第二风扇位于逆变器整机风道一侧，所述第三风扇位于逆变器整机风道另一侧。2.根据权利要求1所述逆变器均温散热控制方法，其特征在于，步骤s3包括：调用二次回归模型，根据温度td1与td2的差值、温度tm、td1、td2，确定温度阈值tmth、t1th、t2th；当温度tm大于温度阈值tmth时，控制第一风扇启动；当温度td1大于温度阈值t1th时，第二风扇启动；当温度td2大于温度阈值t2th时，第三风扇启动。3.根据权利要求2所述逆变器均温散热控制方法，其特征在于，步骤s3中，逆变器以额定功率运行，以y＝td1-td2为输出，以预设的温度阈值tmth
预设
、t1th
预设
、t2th
预设
为输入，二次回归公式为：其中，ti为自变量，在本模型中分别为各风扇动作阈值，βi为一次项回归系数、βii为二次项回归系数，e为系统误差，由测试值与标准值对比得到，βi、βii由最小二乘法拟合得到。4.根据权利要求3所述逆变器均温散热控制方法，其特征在于，预设温度阈值tmth
预设
＝70℃，td1th
预设
＝65℃，td2th
预设
＝60℃。5.根据权利要求3或4所述逆变器均温散热控制方法，其特征在于，步骤s3包括：调用二次回归模型进行迭代，当均温y取得最小值时，得到对应的温度阈值tmth、t1th、t2th。6.根据权利要求5所述逆变器均温散热控制方法，其特征在于，所述第一风扇为主风扇，所述第二风扇和第三风扇均为扰流风扇。7.一种逆变器均温散热控制装置，其特征在于，包括：第一温度采集模块，用于采集逆变器功率模块的温度tm；第二温度采集模块，用于采集逆变器整机风道一侧的温度td1；第三温度采集模块，用于采集逆变器整机风道另一侧的温度td2；处理模块，用于根据温度tm、td1和td2，控制第一风扇、第二风扇和第三风扇的动作及转速；所述第一风扇位于逆变器整机进风口，所述第二风扇位于逆变器整机风道一侧，所述第三风扇位于逆变器整机风道另一侧。8.根据权利要求7所述逆变器均温散热控制装置，其特征在于，所述处理模块用于：调用二次回归模型，根据温度td1与td2的差值、温度tm、td1、td2，确定温度阈值tmth、t1th、t2th；当温度tm大于温度阈值tmth时，控制第一风扇启动；当温度td1大于温度阈值t1th时，控制第二风扇启动；当温度td2大于温度阈值t2th时，控制第三风扇启动。9.一种逆变器，其特征在于，包括权利要求7-8任一项所述逆变器均温散热控制装置。10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求7-8任一项所述逆变器均温散热控制装置。

技术总结
本发明提供了一种逆变器均温散热控制方法及装置，该方法包括：步骤S1，第一温度采集模块采集逆变器功率模块的温度Tm，第二温度采集模块采集逆变器整机风道一侧的温度Td1，第三温度采集模块采集逆变器整机风道另一侧的温度Td2；步骤S3，根据温度Tm、Td1和Td2，控制第一风扇、第二风扇和第三风扇的动作及转速，第一风扇位于逆变器整机进风口，第二风扇位于逆变器整机风道一侧，第三风扇位于逆变器整机风道另一侧。本发明有效降低了风扇功耗，提升了整机效率，同时逆变器内温度分布更均匀，提高了逆变器的可靠性。逆变器的可靠性。逆变器的可靠性。


技术研发人员：余鸿 姜德轩 聂志安 孔德鹏 高广祯
受保护的技术使用者：安徽尚特杰电力技术有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/8/24