CN109858107A - 一种变流装置散热器堵塞程度评估方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变流装置散热器堵塞程度评估方法及装置，该方法包括：首先建立变流装置功率器件功率损耗模型，通过软件编程的方法，实现功率器件功率损耗的实时计算；其次通过变流装置散热器温升、散热器热阻与变流装置功率器件功率损耗三者的关系，利用实时计算所得的功率器件功率损耗，计算得到散热器此时的热阻比值；接着根据散热器热阻比值的大小与散热器堵塞程度之间的对应关系，得到此时的变流装置散热器堵塞程度。本发明通过监测变流装置散热器的热阻比值大小，来监测散热器的堵塞程度，是一种在线的智能监测方法，仅利用变流装置现有传感器，通过软件编程实现在线监测散热器堵塞程度。

Description

一种变流装置散热器堵塞程度评估方法及装置

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆领域，尤其涉及一种变流装置散热器散热性能评估方法及装置。

背景技术

变流装置是轨道交通车辆的核心装置，是轨道交通车辆牵引供电系统的重要组成部分，散热器作为变流装置散热的重要部件，对其堵塞程度进行评估是保证变流装置安全可靠运行的重要工作。

长期以来，对于散热器堵塞程度始终没有一种智能的监测方法，目前为了确保变流装置正常可靠工作，一般采用定期清理维护的方式，但定期监测具有盲目性，使得散热器清理维护存在欠维护、过维护的问题。为了解决这一问题，本专利提出了一种智能的散热器堵塞程度监测方法，仅利用列车现有的传感器，在不添加传感器、不改变变流装置结构的前提下，通过本专利提供的方法，可以实现散热器堵塞程度的智能监测。

发明内容

本发明提供一种基于功率器件功率损耗模型的变流装置散热器堵塞程度评估方法，实现了散热器堵塞程度的智能监测与评估。

本发明提供一种基于功率器件功率损耗模型的变流装置散热器堵塞程度评估方法，包括以下步骤：

步骤1、获取所述散热器的温度、散热器入风口的温度；散热器的温度为第一温度、散热器入风口的温度为第二温度；

通过电流传感器获取所述变流装置的交流侧电流参数；

建立变流装置功率器件功率损耗模型，根据功率器件功率损耗模型和交流侧电流参数计算功率器件的功率损耗；

根据所述第一温度、第二温度和所述变流装置功率器件的功率损耗，确定第一热阻；

第一温度、第二温度的获取通过列车现有的温度传感器获得，第一温度与第二温度的差值作为散热器的温升；

步骤2、将第一热阻与散热器未退化前的预设热阻的比值作为与散热器散热性能退化度所对应的参量，计算第一热阻与预设热阻的热阻比值，在数据库查找热阻比值与散热器散热性能退化度之间的对应关系；

步骤3、根据散热器热阻比值的大小与散热器堵塞程度之间的对应关系，得到此时的变流装置散热器堵塞程度。

在上述方案的基础上，所述散热器上设置有温度传感器，第一温度、第二温度的获取通过温度传感器获得。

在上述方案的基础上，第一温度与第二温度的差值作为散热器的温升，即第三差值；将第三差值与计算所得功率器件的功率损耗的比值确定为第一热阻R，计算公式如下：

其中，A为第一温度，B为第二温度，C为第三差值，D为变流装置功率器件的功率损耗。

在上述方案的基础上，所述的功率器件功率损耗，通过变流装置功率损耗模型计算所得，首先，根据变流装置功率器件型号，从变流装置功率器件产品数据手册提取功率器件的工作参数，然后，建立功率损耗模型；最后，根据交流侧电流参数，通过建立的功率损耗模型，计算功率器件的功率损耗。

在上述方案的基础上，所述功率器件的功率损耗模型根据调制方式的不同有不同的确定模型，不同的调制模式有相应的计算模型。

在上述方案的基础上，本发明提供一种基于功率器件功率损耗模型的变流装置散热器堵塞程度评估装置，包括：获取模块、第一确定模块、第二确定模块和第三确定模块；

所述获取模块包括温度传感器和电流传感器，用于获取所述第一温度、第二温度和交流侧第一电流；

所述第一确定模块用于，根据获取的交流侧第一电流，根据功率损耗模型，计算变流装置功率器件的功率损耗；

所述第二确定模块用于，根据所述第一温度、第二温度和所述的变流装置功率器件的功率损耗，确定第一热阻；将第一热阻与预设热阻之比作为热阻比值；

所述第三确定模块用于，根据所述第一热阻、第一样本数据确定所述散热器堵塞程度，所述第一样本数据是热阻比值与堵塞程度的对应数据样本。

在上述方案的基础上，所述第二确定模块具体用于：

获取所述第一温度和所述第二温度的第三差值；

将所述第三差值和所述变流装置的功率损耗的比值确定为所述第一热阻。

在上述方案的基础上，所述第一确定模块包括相应的存储功能与计算功能，用于存储功率损耗计算模型的相应计算程序，所述第一确定模块与获取模块连接，通过获取模块采样所得的交流侧第一电流，通过功率损耗模型算法的执行获得相应的功率器件的功率损耗；

所述的第二确定模块用于计算变流装置散热器的第一热阻值，所述第二确定模块与获取模块连接，通过获取模块采样的散热器温度和散热器入风口的温度采样值，计算二者的第三差值作为散热器的温升，所述第二确定模块与第一确定模块连接，然后与第一确定模块计算所得的功率器件功率损耗的比值确定为散热器的第一热阻。

所述第三确定模块与第二确定模块连接，所述的第三确定模块用于，通过第二确定模块计算所得的散热器第一热阻值，在第三确定模块存储的热值与堵塞程度对应关系，可查询得到此时的散热器堵塞程度。

本申请提供的散热器堵塞程度评估方法，当需要确定散热器的堵塞程度时，根据散热器的第一温度、第二温度和变流装置功率器件的功率损耗，确定第一热阻，在样本数据库中根据第一热阻所对应的散热器堵塞程度，确定散热器堵塞程度。样本数据库中的样本数据可以真实的反映热阻与散热器堵塞程度之间的对应关系。因此，可以通过第一热阻的计算和实验数据库的支撑，得到散热器堵塞程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的散热器的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的散热器堵塞程度确定方法示意图Ⅰ。

图3为本发明实施例提供的变流装置堵塞前后热阻比值与堵塞程度对应关系示意图。

图4为本发明实施例提供的变流装置的功率器件开关状态示意图。

图5为本发明实施例提供的变流装置的散热器散热性能退化程度评估装置示意图。

图6为本发明实施例提供的散热器堵塞程度确定方法示意图Ⅱ。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图1～6，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的散热器的结构示意图，请参见图1，包括散热基板1、散热翅片2、风冷通道3和风机4。

变流装置产生的热量由散热基板1扩散到散热翅片2上，风机4产生强对流空气，使得散热翅片2上的热量通过风冷通道3扩散到空气中。

在实际中，变流装置中散热器的散热翅片2上容易黏附大量灰尘，导致散热器堵塞，影响变流装置进行热量扩散的效果，散热器散热性能退化的两种影响方式：一是大量灰尘粘附在散热器散热翅片上，灰尘的导热系数比散热翅片的导热系数低3个数量级，因此增加散热器的热阻比值，降低散热性能；二是入风口的局部堵塞会使得通风口有效通风面积变小，使得通过散热器风道的冷却剂的流量减小,降低散热性能。为了准确地确定散热器的散热性能退化程度，本申请提供了一种变流装置散热器散热性能退化程度预测方法，具体见图2所示。

图2为本发明的散热器堵塞程度确定方法示意图，请参见图2，包括：

本发明实施例的执行可通过软件实现，也可以通过软件和硬件的结合实现，将散热器堵塞程度确定方法通过软件编程，通过软硬件结合的方法，实现散热器堵塞程度的智能监测。

当需要确定散热器堵塞程度时，可以执行图2所示的实施例所示的技术方案，或者，按照某预设的执行周期，周期性的执行图2所示的实施例所示的技术方案。

散热器上设置有温度传感器，可以通过温度传感器获取散热器的第一温度、第二温度。

根据第一温度、第二温度和变流装置的功率损耗，确定第一热阻。

将第一温度与第二温度的第三差值与计算所得功率器件的功率损耗比值确定为第一热阻。

例如：假设第一温度为A，第二温度为B，第三差值为C，变流装置的功率损耗为D，第一热阻为R。则A、B、C、D和R之间存在如下对应关系：

将第一热阻值与散热器未退化前的预设热阻值的比值做为与散热器散热性能退化度所对应的参量。

例如：假设第一热阻为R_fouling，未退化前的预设热阻为R_initial，热阻比值为k，则R_fouling、R_initial、k之间存在如下对应关系：

图3为本发明实施例提供的变流装置堵塞前后热阻比值与堵塞程度对应关系示意图，请参见图3，热阻比值与散热器堵塞程度之间的对应关系，通过试验获得。

散热器热阻比值与散热器堵塞程度之间对应关系见下表：

堵塞程度	0	20％	40％	60％	80％
						热阻比值	1	1.24	1.65	2.48	5

热阻比值为堵塞前后散热器热阻值之比，堵塞程度为堵塞前后散热器通风口横截面积之比；

本申请提供的电力电子变流装置的散热器堵塞程度评估方法，当需要确定散热器堵塞程度时，根据第一温度、第二温度和变流装置功率器件功率损耗，确定第一热阻，然后计算第一热阻与预设热阻的热阻比值，在数据库查找热阻比值与散热器散热性能退化度之间的对应关系，就可得到此时的散热器散热性能退化程度。

在上述确定散热器散热性能退化程度的过程中，无需依靠人工观察来确定散热器的散热性能退化度，仅利用列车现有的传感器，通过软硬件结合，程序编写，就可实现智能监测，这不仅节省了人工监测的成本，更提高了监测的效率与准确度。由于本申请中所示的散热器的散热性能退化度确定方法，不再依赖人工观察，因此，本申请所示的散热器的散热性能退化度确定方法可以适用于任何结构的散热器，使得本申请所示的散热器的散热性能退化度确定方法具有通用性。

图5为本发明实施例提供的变流装置的散热器散热性能退化程度评估装置示意图。请参见图5，该装置可以包括获取模块、第一确定模块、第二确定模块和第三确定模块，其中，

所述获取模块用于，获取所述散热器的第一温度、第二温度；

所述第一确定模块包括相应的存储功能与计算功能，用于存储功率损耗计算模型的相应计算程序，所述第一确定模块与获取模块连接，通过获取模块采样所得的交流侧第一电流，通过功率损耗模型算法的执行可获得相应的功率器件总功率损耗。

所述的第二确定模块用于计算变流装置散热器的热阻比值，所述第二确定模块与获取模块连接，通过获取模块采样的散热器温度和散热器入风口的温度采样值，计算二者的第三差值作为散热器的温升，所述第二确定模块与第一确定模块连接，然后与第一确定模块计算所得的功率器件功率损耗的比值确定为散热器的第一热阻。

所述第三确定模块与第二确定模块连接，用于通过第二确定模块计算所得的散热器第一热阻值，在第三确定模块存储的热值与堵塞程度对应关系，可查询得到此时的散热器堵塞程度。

本发明提供的变流装置的散热器散热性能退化程度评估装置可以执行上述方法实施例所示的技术方案，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例方案的范围。

Claims (7)

1.一种基于功率器件功率损耗模型的变流装置散热器堵塞程度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获取所述散热器的温度、散热器入风口的温度；散热器的温度为第一温度、散热器入风口的温度为第二温度；

通过电流传感器获取所述变流装置的交流侧电流参数；

建立变流装置功率器件功率损耗模型，根据功率器件功率损耗模型和交流侧电流参数计算功率器件的功率损耗；

根据所述第一温度、第二温度和所述变流装置功率器件的功率损耗，确定第一热阻；

步骤2、将第一热阻与散热器未退化前的预设热阻的比值作为与散热器散热性能退化度所对应的参量，计算第一热阻与预设热阻的热阻比值，在数据库查找热阻比值与散热器散热性能退化度之间的对应关系；

步骤3、根据散热器热阻比值的大小与散热器堵塞程度之间的对应关系，得到此时的变流装置散热器堵塞程度。

2.如权利要求1所述的基于功率器件功率损耗模型的变流装置散热器堵塞程度评估方法，其特征在于，所述散热器上设置有温度传感器，第一温度、第二温度的获取通过温度传感器获得。

3.如权利要求1所述的基于功率器件功率损耗模型的变流装置散热器堵塞程度评估方法，其特征在于，第一温度与第二温度的差值作为散热器的温升，即第三差值；将第三差值与计算所得功率器件的功率损耗的比值确定为第一热阻R，计算公式如下：

其中，A为第一温度，B为第二温度，C为第三差值，D为变流装置功率器件的功率损耗。

4.如权利要求1所述的基于功率器件功率损耗模型的变流装置散热器堵塞程度评估方法，其特征在于，所述的功率器件功率损耗，通过变流装置功率损耗模型计算所得，首先，根据变流装置功率器件型号，从变流装置功率器件产品数据手册提取功率器件的工作参数，然后，建立功率损耗模型；最后，根据交流侧电流参数，通过建立的功率损耗模型，计算功率器件的功率损耗。

5.如权利要求1所述的基于功率器件功率损耗模型的变流装置散热器堵塞程度评估方法，其特征在于，所述功率器件的功率损耗模型根据调制方式的不同有不同的确定模型，应根据具体的调制模式确定相应的计算模型。

6.一种基于功率器件功率损耗模型的变流装置散热器堵塞程度评估装置，其特征在于，包括：获取模块、第一确定模块、第二确定模块和第三确定模块；

所述获取模块包括温度传感器和电流传感器，用于获取第一温度、第二温度和交流侧第一电流；

所述第一确定模块用于，根据获取的交流侧第一电流，根据功率损耗模型，计算变流装置功率器件的功率损耗；

所述第二确定模块用于，根据所述第一温度、第二温度和所述的变流装置功率器件的功率损耗，确定第一热阻；将第一热阻与预设热阻之比作为热阻比值；

所述第三确定模块用于，根据所述第一热阻、第一样本数据确定所述散热器堵塞程度，所述第一样本数据是热阻比值与堵塞程度的对应数据样本。

7.权利要求6所述的基于功率器件功率损耗模型的变流装置散热器堵塞程度评估装置，其特征在于，所述第一确定模块包括相应的存储功能与计算功能，用于存储功率损耗计算模型的相应计算程序，所述第一确定模块与获取模块连接，通过获取模块采样所得的交流侧第一电流，通过功率损耗模型算法的执行获得相应的功率器件的功率损耗；

所述第二确定模块与获取模块连接，通过获取模块采样的散热器温度和散热器入风口的温度采样值，计算二者的第三差值作为散热器的温升，所述第二确定模块与第一确定模块连接，然后与第一确定模块计算所得的功率器件功率损耗的比值确定为散热器的第一热阻；

所述第三确定模块与第二确定模块连接，所述的第三确定模块用于，通过第二确定模块计算所得的散热器第一热阻值，在第三确定模块存储的热值与堵塞程度对应关系，可查询得到此时的散热器堵塞程度。