一种智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法
一种智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要设及到轨道交通设备领域，特指一种可适用于动车等轨道交通车辆的 智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法。
【背景技术】
[0002] 牵引变流器作为列车电气牵引系统的核屯、部件，在列车运行过程中实现牵引变压 器和牵引电机之间能量转换和传递。由于变流器包含大量的功率器件，在能量转换和传递 过程中，功率器件会产生大量的热量，该些热量都需要通过冷却系统进行散热，因此一套高 效冷却系统是变流器正常工作的前提保证。
[0003] 目前，动车变流器冷却系统采用水循环或者风循环进行冷却，只有运行和停止两 种工作状态，散热功率恒定，不能根据实际散热状况进行动态调节。而且，动车变流器冷却 系统工作时只能处于固定模式，无法根据变流器的实际工作环境和运行状态进行冷却效果 的调节，散热功率不可变。夏季时，环境温度高，散热条件差，需要冷却系统带走更多热量； 冬季时，气候寒冷，雨雪天气多，自然散热效果好，需要冷却系统耗散的热量少。列车运行的 地域不同，散热条件也不同，一般而言，在我国南方地区运行，要求冷却系统耗散的功率高， 北方要求耗散的功率低。冷却系统是按照最大散热效果设计的，还有一定的裕量，实际工作 时就满负荷运转，该样既浪费了大量的能量，又降低了冷却系统的使用寿命，同时也带来了 一定噪声污染。
[0004] 有从业者提出一种改进方案；"一种CR册80化牵引变流器冷却系统"，它是采用水 冷系统吸收变流器内功率器件发出的热量，再通过热交换器强迫风冷，实现变流器同外部 空气换热。但是，它采用的是开环控制，不能调节冷却效果。
[0005] 目前动车变流器冷却系统只能W额定的冷却功率工作，不能根据实际工作情况调 节冷却效果。具有不经济、冷却效率低的特点。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题就在于；针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种原理简单、冷却效果、节能效果好的智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用W下技术方案： 一种智能变流器冷却系统，包括控制组件、传感器组件、第一冷却回路、第二冷却回路 和中部控制阀组，所述第一冷却回路包括流经第一逆变器和第一整流器并通过管路形成回 路的第一变量累、第一冷却管、第一冷却介质箱、第一电磁阀、第一热交换器，所述第二冷却 回路包括流经第二逆变器和第二整流器并通过管路形成回路的第二变量累、第二冷却管、 第二冷却介质箱、第二电磁阀、第二热交换器，所述第一冷却回路和第二冷却回路均流经中 部控制阀组；所述传感器组件用来实时监测流经逆变器、整流器处的水温、水压和流量，并 将监测信号输入至控制组件；所述控制组件通过传感器组件的监测信号控制中部控制阀 组，W完成第一冷却回路和/或第二冷却回路工作状态的切换。
[000引作为本发明系统的进一步改进；所述第一热交换器和第二热交换器处设置有冷却 风扇，所述控制组件用来发出风扇控制信号W控制冷却风扇的转速和风量。
[0009] 作为本发明系统的进一步改进：所述中部控制阀组为第=电磁阀，所述第=电磁 阀为S通阀，所述第一电磁阀和第二电磁阀均为双通阀。
[0010] 本发明进一步提供一种基于上述智能变流器冷却系统的智能冷却控制方法，其步 骤： S1 ;输入状态监测信号； S2;将状态监测信号与期望的冷却系统运行状态进行比较判断，根据实际运行状态不 同，决定不同的输出控制手段，进入不同的工作模式； S3 ;输出不同的控制信号，并且反馈系统的工作状态。
[0011] 作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S1包括： 5101 ;控制组件读取传感器组件传输过来的温度、压力和流量信息； 5102 ;分别计算第一整流器、第二整流器、第一逆变器、第二逆变器的出水口温度与环 境温度的差值，得到相应功率模块的温升值； 5103 ;取其中的较大值分别为1路温升^ 7；和2路温升^ 。
[0012] 作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S2中，将两路温升值分别与预设的最大 温升^ 史行比较： 如果超过了安全的温升，则进入工作模式1;采取保护措施，封锁模块脉冲，变流器停 止运行，并报出模块超温故障； 如果水累的出水口温度显著高于环境温度，则认为风机或者热交换器异常，则进入工 作模式2;采取保护措施，报风机异常； 若温升正常，通过比较第一变量累、第二变量累设定的输出流量与检测到的流量，如果 某路累输出的流量远远小于设定的流量值，则认为该路累异常；如果没有水累正常工作，进 入模式3 ;采取保护措施，报冷却水累故障； 判定第二变量累是否异常，如异常，则进入模式4;利用第一变量累同时向两条冷却回 路输出冷却介质，最后从两条回路返回的冷却介质经散热器内强制散热，回流到第一变量 累，进行下一回合的循环冷却； 如果第一变量累异常则进入工作模式5;由正常的第二变量累向冷却系统提供动力， 驱动冷却介质循环； 如果两个变量累工作都正常，则进入工作模式6 ;根据温升等级进行流量调节。
[0013] 与现有技术相比，本发明的优点在于： 1、本发明的智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法，通过检测变流器工作环境和运 行状态，实时调水冷介质和风机的流量，实现调节冷却效果的目的；同时采用两台变量累， 两路冷却回路之间可W互相切换，提高了系统的可靠性。本发明的智能冷却系统具有多种 工况，来适应不同的工作环境和实际运行状态，即降低了能耗，提高了系统的冷却效率，延 长了系统工作的寿命和可靠性，也降低了智能冷却系统对外噪声污染。
[0014] 2、本发明的智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法，能够根据不同工况智能调 节运行状态，在散热条件好的时候，W较低换热功率运行；在散热条件差的时候W最大换热 率运行。采用冗余设计方案，大大提高了冷却系统的可靠性；相对于传统的冷却方案，本发 明的智能冷却系统两组冷却回路可w独立控制，也可w两组冷却回路之间互相切换。
[0015] 3、本发明的智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法，采用闭环控制方法，可W 自动调节输出冷却介质流量，实现冷却效果的精确控制。本发明具有节能、冷却效率高、经 济环保等优点；采用冗余设计方法，提高了系统的可靠性及使用寿命。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的冷却系统在具体应用实例中的结构原理示意图。
[0017]图2是本发明的冷却系统在具体应用实例中控制组件的传感信号输入与控制信 号输出的原理示意图。
[001引图3是本发明的冷却系统在具体应用实例中控制组件的控制原理示意图。
[0019] 图4是本发明的冷却控制方法在具体应用实例中的逻辑示意图。
【具体实施方式】
[0020] W下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0021] 本发明的智能变流器冷却系统，包括控制组件、传感器组件、第一冷却回路、第二 冷却回路和中部控制阀组，所述第一冷却回路包括流经第一逆变器和第一整流器并通过管 路形成回路的第一变量累、第一冷却管、第一冷却介质箱(膨胀箱)、第一电磁阀、第一热交 换器，所述第二冷却回路包括流经第二逆变器和第二整流器并通过管路形成回路的第二变 量累、第二冷却管、第二冷却介质箱(膨胀箱)、第二电磁阀、第二热交换器，所述第一冷却回 路和第二冷却回路均流经中部控制阀组。所述传感器组件用来实时监测流经逆变器、整流 器处的水温、水压和流量，并将监测信号输入至控制组件。所述控制组件通过传感器组件的 监测信号控制中部控制阀组，W完成第一冷却回路和/或第二冷却回路工作状态的切换。 即，本发明能够检测环境温度和变流器实际工作状态，自动调节输出冷却介质的流量，冷却 条件差、温升高时，输出冷却介质流量大；冷却条件好、温升低时，输出冷却介质流量小。采 用双变量累连接两个二位=通电磁阀的冗余设计方案，在其中一个累故障时，转换相应的 电磁阀的工位，可W用正常的累向两个冷却回路提供冷却介质，保证系统正常运行。控制组 件可W根据两重模块实际工作温升不同，对两个变量累的输出流量进行独立调节，输出不 同的流量，从而实现两个冷却回路工作在相同温升水平。
[0022] 在具体应用时，第一热交换器和第二热交换器处设置有冷却风扇，控制组件用来 发出风扇控制信号W控制冷却风扇的转速和风量。
[0023] 在具体应用时，中部控制阀组为第S电磁阀，第一电磁阀和第二电磁阀均为双通 阀，第S电磁阀为S通阀。
[0024] 如图2所示，为具体应用时，控制组件的传感信号输入与控制信号输出的原理示 意图。如图3所示，为具体应用时，控制组件的控制原理示意图。传感器组件将检测到的温 度、压力和流量信息输入控制组件；控制组件通过逻辑运算，与控制目的进行比较判断，输 出控制信号，W控制上述各电磁阀进行换位、风扇的转速和变量累的流量，最终实现冷却系 统可靠、稳定、安全运行的目的。
[0025] 在正常工作状态下，冷却介质（冷媒）经第一变量累加压，通过第一电磁阀，对第一 整流器和第一逆变器(第一重变流器）进行冷却。在吸收热量之后，进入第一热交换器，通 过冷却风扇进行强制风冷 ，温度降低。再流经第=电磁阀的中位，回流到第一变量累的入水 口，进入下一个冷却循环。同理，在另一回路中，冷却介质（冷媒）通过第二变量累对第二逆 变器和第二整流器(第二重变流器）进行冷却。
[0026] 当控制组件检测到第二变量累的流量异常时，会驱动第二电磁阀换位，同时第= 电磁阀换位，工作在左工位，此时第一变量累会同时向两个回路提供冷却液，对两重变流器 进行冷却，冷却介质由两路热交换器，通过第=电磁阀的左工位汇聚，最后都回流到第一变 量累，由第一变量累提供动力，进行下一轮循环。在第一变量累出现异常时，第一电磁阀进 行换位，第=电磁阀工作在右工位，第二变量累也能同时对两个回路提供冷却液，保证冷却 系统可靠运行。
[0027] 在具体应用实例中，各路监测信号的定义如下表1所示，而在不同工作模式下电 磁阀的状态如表2所示。
[002引表1各路监测信号定义
其中，"1"表示双通电磁阀动作，"0 "表示双通阀不动作；"10 "表示S通电磁阀工作在 左位，"01"表示=通阀工作在右位，"00 "表示=通阀工作在中位。
[0029] 如图4所示，为在具体应用实例中控制组件中的控制逻辑示意图。对于控制组件 而言，其控制步骤大体可W分为=步，即；输入、逻辑运算和输出。具体步骤为： 51 ;输入状态监测信号； 52 ;将该些与期望的冷却系统运行状态进行比较判断，根据实际运行状态不同，决定不 同的输出控制手段，进入不同的工作模式； 53 ;输出不同的控制信号，并且反馈系统的工作状态。
[0030] 也就是说，在本发明的智能冷却系统工作开始后，控制组件会先读取传感器组件 传输过来的温度、压力和流量信息；然后分别计算第一整流器、第二整流器、第一逆变器、第 二逆变器的出水口温度与环境温度的差值，得到相应功率模块的温升值；取其中的较大值 分别为1路温升^7；和2路温升^足;将两路温升值分别与预设的最大温升进行比 较，如果超过了安全的温升，则进入工作模式1 ;采取保护措施，封锁模块脉冲，变流器停止 运行，并报出模块超温故障。
[003U如果水累的出水口温度显著高于环境温度，则认为风机或者热交换器异常，则进 入工作模式2 ;采取保护措施，报风机异常。
[0032] 若温升正常，通过比较第一变量累、第二变量累设定的输出流量与检测到的流量， 如果某路累输出的流量远远小于设定的流量值，则认为该路累异常。如果没有水累正常工 作，进入模式3 ;采取保护措施，报冷却水累故障。
[0033] 若有水累能够正常工作，则依据当前的模块温升情况，确定冷却输出状态。将允许 的温升范围划分为若干个区间。
[0034] 在具体应用实例中，W10个区间为例，但不局限于10个区间，只要能够满足实际 控制需要即可。在本实例中，区间节点分别为^ i=0, 1，2…，10,相应的，把变 量累的输出流量也划分为10级。据不同的温升情况，输出不同的冷却介质流量，对冷却系 统输出冷却功率起到调节作用。
[0035] 如果温升处于某个区间^ r,_,(I0〉=i〉i)，则调节变量累输出流量至与 之适应的流量等级0,.两路冷却系统可W分别进行独立调节。
[0036] 冷却风机的风量调节控制方法和水累的控制原理类似。冷却风扇的输出流量通过 变频控制调整风机转速获取，同样将其输出流量分为若干档，需要冷却功率大的时候，工作 在较高档位，输出的风量大；需要的冷却功率小的时候，工作在较低档位，输出风量小。模块 温升等级计算方法Ni=[10等级i/ATmJ，馬=[10等级2/ATmJ，N=max(Nl，N2)，[a]表示对 a取整数。
[0037] 进一步，判定第二变量累是否异常，如异常，则进入模式4;利用第一变量累同时 向两条冷却回路输出冷却介质，最后从两条回路返回的冷却介质经散热器内强制散热，回 流到第一变量累，进行下一回合的循环冷却；风机的冷却风量需要调节至％i+qw2,通过风机 变频调速调节转速来实现风量的控制。
[003引类似的，如果第一变量累异常则进入工作模式5 ;由正常的第二变量累向冷却系 统提供动力，驱动冷却介质循环。在单累工作模式下，正常累输出冷却介质的流量为两个累 都工作时两个回路流量的总和，变流器可W继续运行，在检修过程中，检修人员应该及时排 除故障。如果两个变量累工作都正常，则进入工作模式6;根据温升等级进行流量调节。该 样就能实现变流器依据实际的工作环境和运行状态，自动调节输出冷却功率，控制冷却效 果。第一变量累输出流量化。第二变量累输出流量Qw2,风机输出风量为％i+q?。因为在两 路变量累都正常工作时，两个冷却回路都可W根据实际的温升情况进行独立的输出流量调 节，客观上能够实现两个冷却回路工作在相同温升水平。
[0039] W上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例， 凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护 范围。
【主权项】
1. 一种智能变流器冷却系统，其特征在于，包括控制组件、传感器组件、第一冷却回路、 第二冷却回路和中部控制阀组，所述第一冷却回路包括流经第一逆变器和第一整流器并通 过管路形成回路的第一变量泵、第一冷却管、第一冷却介质箱、第一电磁阀、第一热交换器， 所述第二冷却回路包括流经第二逆变器和第二整流器并通过管路形成回路的第二变量泵、 第二冷却管、第二冷却介质箱、第二电磁阀、第二热交换器，所述第一冷却回路和第二冷却 回路均流经中部控制阀组；所述传感器组件用来实时监测流经逆变器、整流器处的水温、水 压和流量，并将监测信号输入至控制组件；所述控制组件通过传感器组件的监测信号控制 中部控制阀组，以完成第一冷却回路和/或第二冷却回路工作状态的切换。2. 根据权利要求1所述的智能变流器冷却系统，其特征在于，所述第一热交换器和第 二热交换器处设置有冷却风扇，所述控制组件用来发出风扇控制信号以控制冷却风扇的转 速和风量。3. 根据权利要求1或2所述的智能变流器冷却系统，其特征在于，所述中部控制阀组为 第三电磁阀，所述第三电磁阀为三通阀，所述第一电磁阀和第二电磁阀均为双通阀。4. 根据权利要求1~3中任意一项智能变流器冷却系统的智能冷却控制方法，其特征 在于，步骤： 51 :输入状态监测信号； 52 :将状态监测信号与期望的冷却系统运行状态进行比较判断，根据实际运行状态不 同，决定不同的输出控制手段，进入不同的工作模式； 53 :输出不同的控制信号，并且反馈系统的工作状态。5. 根据权利要求4所述的智能冷却控制方法，其特征在于，所述步骤Sl包括： 5101 :控制组件读取传感器组件传输过来的温度、压力和流量信息； 5102 :分别计算第一整流器、第二整流器、第一逆变器、第二逆变器的出水口温度与环 境温度的差值，得到相应功率模块的温升值； 5103 :取其中的较大值分别为1路温升』7；和2路温升』&。6. 根据权利要求5所述的智能冷却控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，将两路温升 值分别与预设的最大温升」进行比较： 如果超过了安全的温升，则进入工作模式1 :采取保护措施，封锁模块脉冲，变流器停 止运行，并报出模块超温故障； 如果水泵的出水口温度显著高于环境温度，则认为风机或者热交换器异常，则进入工 作模式2 :采取保护措施，报风机异常； 若温升正常，通过比较第一变量泵、第二变量泵设定的输出流量与检测到的流量，如果 某路泵输出的流量远远小于设定的流量值，则认为该路泵异常；如果没有水泵正常工作，进 入模式3 :采取保护措施，报冷却水泵故障； 判定第二变量泵是否异常，如异常，则进入模式4:利用第一变量泵同时向两条冷却回 路输出冷却介质，最后从两条回路返回的冷却介质经散热器内强制散热，回流到第一变量 泵，进行下一回合的循环冷却； 如果第一变量泵异常则进入工作模式5:由正常的第二变量泵向冷却系统提供动力， 驱动冷却介质循环； 如果两个变量泵工作都正常，则进入工作模式6 :根据温升等级进行流量调节。
【专利摘要】一种智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法，该系统中的第一冷却回路包括流经第一逆变器和第一整流器并通过管路形成回路的第一变量泵、第一冷却管、第一冷却介质箱、第一电磁阀、第一热交换器，第二冷却回路包括流经第二逆变器和第二整流器并通过管路形成回路的第二变量泵、第二冷却管、第二冷却介质箱、第二电磁阀、第二热交换器，第一冷却回路和第二冷却回路均流经中部控制阀组；控制组件通过传感器组件的监测信号控制中部控制阀组，以完成第一冷却回路和/或第二冷却回路工作状态的切换。该方法基于上述系统来执行。本发明具有原理简单、冷却效果、节能效果好等优点。
【IPC分类】H02M7/00, H05K7/20
【公开号】CN104901557
【申请号】CN201510231532
【发明人】刘大, 周汉, 李华, 程俊, 刘永江, 祁善军, 李星, 饶沛南
【申请人】株洲南车时代电气股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月8日
【技术领域】
[0001] 本发明主要设及到轨道交通设备领域，特指一种可适用于动车等轨道交通车辆的 智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法。
【背景技术】
[0002] 牵引变流器作为列车电气牵引系统的核屯、部件，在列车运行过程中实现牵引变压 器和牵引电机之间能量转换和传递。由于变流器包含大量的功率器件，在能量转换和传递 过程中，功率器件会产生大量的热量，该些热量都需要通过冷却系统进行散热，因此一套高 效冷却系统是变流器正常工作的前提保证。
[0003] 目前，动车变流器冷却系统采用水循环或者风循环进行冷却，只有运行和停止两 种工作状态，散热功率恒定，不能根据实际散热状况进行动态调节。而且，动车变流器冷却 系统工作时只能处于固定模式，无法根据变流器的实际工作环境和运行状态进行冷却效果 的调节，散热功率不可变。夏季时，环境温度高，散热条件差，需要冷却系统带走更多热量； 冬季时，气候寒冷，雨雪天气多，自然散热效果好，需要冷却系统耗散的热量少。列车运行的 地域不同，散热条件也不同，一般而言，在我国南方地区运行，要求冷却系统耗散的功率高， 北方要求耗散的功率低。冷却系统是按照最大散热效果设计的，还有一定的裕量，实际工作 时就满负荷运转，该样既浪费了大量的能量，又降低了冷却系统的使用寿命，同时也带来了 一定噪声污染。
[0004] 有从业者提出一种改进方案；"一种CR册80化牵引变流器冷却系统"，它是采用水 冷系统吸收变流器内功率器件发出的热量，再通过热交换器强迫风冷，实现变流器同外部 空气换热。但是，它采用的是开环控制，不能调节冷却效果。
[0005] 目前动车变流器冷却系统只能W额定的冷却功率工作，不能根据实际工作情况调 节冷却效果。具有不经济、冷却效率低的特点。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题就在于；针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种原理简单、冷却效果、节能效果好的智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用W下技术方案： 一种智能变流器冷却系统，包括控制组件、传感器组件、第一冷却回路、第二冷却回路 和中部控制阀组，所述第一冷却回路包括流经第一逆变器和第一整流器并通过管路形成回 路的第一变量累、第一冷却管、第一冷却介质箱、第一电磁阀、第一热交换器，所述第二冷却 回路包括流经第二逆变器和第二整流器并通过管路形成回路的第二变量累、第二冷却管、 第二冷却介质箱、第二电磁阀、第二热交换器，所述第一冷却回路和第二冷却回路均流经中 部控制阀组；所述传感器组件用来实时监测流经逆变器、整流器处的水温、水压和流量，并 将监测信号输入至控制组件；所述控制组件通过传感器组件的监测信号控制中部控制阀 组，W完成第一冷却回路和/或第二冷却回路工作状态的切换。
[000引作为本发明系统的进一步改进；所述第一热交换器和第二热交换器处设置有冷却 风扇，所述控制组件用来发出风扇控制信号W控制冷却风扇的转速和风量。
[0009] 作为本发明系统的进一步改进：所述中部控制阀组为第=电磁阀，所述第=电磁 阀为S通阀，所述第一电磁阀和第二电磁阀均为双通阀。
[0010] 本发明进一步提供一种基于上述智能变流器冷却系统的智能冷却控制方法，其步 骤： S1 ;输入状态监测信号； S2;将状态监测信号与期望的冷却系统运行状态进行比较判断，根据实际运行状态不 同，决定不同的输出控制手段，进入不同的工作模式； S3 ;输出不同的控制信号，并且反馈系统的工作状态。
[0011] 作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S1包括： 5101 ;控制组件读取传感器组件传输过来的温度、压力和流量信息； 5102 ;分别计算第一整流器、第二整流器、第一逆变器、第二逆变器的出水口温度与环 境温度的差值，得到相应功率模块的温升值； 5103 ;取其中的较大值分别为1路温升^ 7；和2路温升^ 。
[0012] 作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S2中，将两路温升值分别与预设的最大 温升^ 史行比较： 如果超过了安全的温升，则进入工作模式1;采取保护措施，封锁模块脉冲，变流器停 止运行，并报出模块超温故障； 如果水累的出水口温度显著高于环境温度，则认为风机或者热交换器异常，则进入工 作模式2;采取保护措施，报风机异常； 若温升正常，通过比较第一变量累、第二变量累设定的输出流量与检测到的流量，如果 某路累输出的流量远远小于设定的流量值，则认为该路累异常；如果没有水累正常工作，进 入模式3 ;采取保护措施，报冷却水累故障； 判定第二变量累是否异常，如异常，则进入模式4;利用第一变量累同时向两条冷却回 路输出冷却介质，最后从两条回路返回的冷却介质经散热器内强制散热，回流到第一变量 累，进行下一回合的循环冷却； 如果第一变量累异常则进入工作模式5;由正常的第二变量累向冷却系统提供动力， 驱动冷却介质循环； 如果两个变量累工作都正常，则进入工作模式6 ;根据温升等级进行流量调节。
[0013] 与现有技术相比，本发明的优点在于： 1、本发明的智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法，通过检测变流器工作环境和运 行状态，实时调水冷介质和风机的流量，实现调节冷却效果的目的；同时采用两台变量累， 两路冷却回路之间可W互相切换，提高了系统的可靠性。本发明的智能冷却系统具有多种 工况，来适应不同的工作环境和实际运行状态，即降低了能耗，提高了系统的冷却效率，延 长了系统工作的寿命和可靠性，也降低了智能冷却系统对外噪声污染。
[0014] 2、本发明的智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法，能够根据不同工况智能调 节运行状态，在散热条件好的时候，W较低换热功率运行；在散热条件差的时候W最大换热 率运行。采用冗余设计方案，大大提高了冷却系统的可靠性；相对于传统的冷却方案，本发 明的智能冷却系统两组冷却回路可w独立控制，也可w两组冷却回路之间互相切换。
[0015] 3、本发明的智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法，采用闭环控制方法，可W 自动调节输出冷却介质流量，实现冷却效果的精确控制。本发明具有节能、冷却效率高、经 济环保等优点；采用冗余设计方法，提高了系统的可靠性及使用寿命。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的冷却系统在具体应用实例中的结构原理示意图。
[0017]图2是本发明的冷却系统在具体应用实例中控制组件的传感信号输入与控制信 号输出的原理示意图。
[001引图3是本发明的冷却系统在具体应用实例中控制组件的控制原理示意图。
[0019] 图4是本发明的冷却控制方法在具体应用实例中的逻辑示意图。
【具体实施方式】
[0020] W下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0021] 本发明的智能变流器冷却系统，包括控制组件、传感器组件、第一冷却回路、第二 冷却回路和中部控制阀组，所述第一冷却回路包括流经第一逆变器和第一整流器并通过管 路形成回路的第一变量累、第一冷却管、第一冷却介质箱(膨胀箱)、第一电磁阀、第一热交 换器，所述第二冷却回路包括流经第二逆变器和第二整流器并通过管路形成回路的第二变 量累、第二冷却管、第二冷却介质箱(膨胀箱)、第二电磁阀、第二热交换器，所述第一冷却回 路和第二冷却回路均流经中部控制阀组。所述传感器组件用来实时监测流经逆变器、整流 器处的水温、水压和流量，并将监测信号输入至控制组件。所述控制组件通过传感器组件的 监测信号控制中部控制阀组，W完成第一冷却回路和/或第二冷却回路工作状态的切换。 即，本发明能够检测环境温度和变流器实际工作状态，自动调节输出冷却介质的流量，冷却 条件差、温升高时，输出冷却介质流量大；冷却条件好、温升低时，输出冷却介质流量小。采 用双变量累连接两个二位=通电磁阀的冗余设计方案，在其中一个累故障时，转换相应的 电磁阀的工位，可W用正常的累向两个冷却回路提供冷却介质，保证系统正常运行。控制组 件可W根据两重模块实际工作温升不同，对两个变量累的输出流量进行独立调节，输出不 同的流量，从而实现两个冷却回路工作在相同温升水平。
[0022] 在具体应用时，第一热交换器和第二热交换器处设置有冷却风扇，控制组件用来 发出风扇控制信号W控制冷却风扇的转速和风量。
[0023] 在具体应用时，中部控制阀组为第S电磁阀，第一电磁阀和第二电磁阀均为双通 阀，第S电磁阀为S通阀。
[0024] 如图2所示，为具体应用时，控制组件的传感信号输入与控制信号输出的原理示 意图。如图3所示，为具体应用时，控制组件的控制原理示意图。传感器组件将检测到的温 度、压力和流量信息输入控制组件；控制组件通过逻辑运算，与控制目的进行比较判断，输 出控制信号，W控制上述各电磁阀进行换位、风扇的转速和变量累的流量，最终实现冷却系 统可靠、稳定、安全运行的目的。
[0025] 在正常工作状态下，冷却介质（冷媒）经第一变量累加压，通过第一电磁阀，对第一 整流器和第一逆变器(第一重变流器）进行冷却。在吸收热量之后，进入第一热交换器，通 过冷却风扇进行强制风冷 ，温度降低。再流经第=电磁阀的中位，回流到第一变量累的入水 口，进入下一个冷却循环。同理，在另一回路中，冷却介质（冷媒）通过第二变量累对第二逆 变器和第二整流器(第二重变流器）进行冷却。
[0026] 当控制组件检测到第二变量累的流量异常时，会驱动第二电磁阀换位，同时第= 电磁阀换位，工作在左工位，此时第一变量累会同时向两个回路提供冷却液，对两重变流器 进行冷却，冷却介质由两路热交换器，通过第=电磁阀的左工位汇聚，最后都回流到第一变 量累，由第一变量累提供动力，进行下一轮循环。在第一变量累出现异常时，第一电磁阀进 行换位，第=电磁阀工作在右工位，第二变量累也能同时对两个回路提供冷却液，保证冷却 系统可靠运行。
[0027] 在具体应用实例中，各路监测信号的定义如下表1所示，而在不同工作模式下电 磁阀的状态如表2所示。
[002引表1各路监测信号定义
其中，"1"表示双通电磁阀动作，"0 "表示双通阀不动作；"10 "表示S通电磁阀工作在 左位，"01"表示=通阀工作在右位，"00 "表示=通阀工作在中位。
[0029] 如图4所示，为在具体应用实例中控制组件中的控制逻辑示意图。对于控制组件 而言，其控制步骤大体可W分为=步，即；输入、逻辑运算和输出。具体步骤为： 51 ;输入状态监测信号； 52 ;将该些与期望的冷却系统运行状态进行比较判断，根据实际运行状态不同，决定不 同的输出控制手段，进入不同的工作模式； 53 ;输出不同的控制信号，并且反馈系统的工作状态。
[0030] 也就是说，在本发明的智能冷却系统工作开始后，控制组件会先读取传感器组件 传输过来的温度、压力和流量信息；然后分别计算第一整流器、第二整流器、第一逆变器、第 二逆变器的出水口温度与环境温度的差值，得到相应功率模块的温升值；取其中的较大值 分别为1路温升^7；和2路温升^足;将两路温升值分别与预设的最大温升进行比 较，如果超过了安全的温升，则进入工作模式1 ;采取保护措施，封锁模块脉冲，变流器停止 运行，并报出模块超温故障。
[003U如果水累的出水口温度显著高于环境温度，则认为风机或者热交换器异常，则进 入工作模式2 ;采取保护措施，报风机异常。
[0032] 若温升正常，通过比较第一变量累、第二变量累设定的输出流量与检测到的流量， 如果某路累输出的流量远远小于设定的流量值，则认为该路累异常。如果没有水累正常工 作，进入模式3 ;采取保护措施，报冷却水累故障。
[0033] 若有水累能够正常工作，则依据当前的模块温升情况，确定冷却输出状态。将允许 的温升范围划分为若干个区间。
[0034] 在具体应用实例中，W10个区间为例，但不局限于10个区间，只要能够满足实际 控制需要即可。在本实例中，区间节点分别为^ i=0, 1，2…，10,相应的，把变 量累的输出流量也划分为10级。据不同的温升情况，输出不同的冷却介质流量，对冷却系 统输出冷却功率起到调节作用。
[0035] 如果温升处于某个区间^ r,_,(I0〉=i〉i)，则调节变量累输出流量至与 之适应的流量等级0,.两路冷却系统可W分别进行独立调节。
[0036] 冷却风机的风量调节控制方法和水累的控制原理类似。冷却风扇的输出流量通过 变频控制调整风机转速获取，同样将其输出流量分为若干档，需要冷却功率大的时候，工作 在较高档位，输出的风量大；需要的冷却功率小的时候，工作在较低档位，输出风量小。模块 温升等级计算方法Ni=[10等级i/ATmJ，馬=[10等级2/ATmJ，N=max(Nl，N2)，[a]表示对 a取整数。
[0037] 进一步，判定第二变量累是否异常，如异常，则进入模式4;利用第一变量累同时 向两条冷却回路输出冷却介质，最后从两条回路返回的冷却介质经散热器内强制散热，回 流到第一变量累，进行下一回合的循环冷却；风机的冷却风量需要调节至％i+qw2,通过风机 变频调速调节转速来实现风量的控制。
[003引类似的，如果第一变量累异常则进入工作模式5 ;由正常的第二变量累向冷却系 统提供动力，驱动冷却介质循环。在单累工作模式下，正常累输出冷却介质的流量为两个累 都工作时两个回路流量的总和，变流器可W继续运行，在检修过程中，检修人员应该及时排 除故障。如果两个变量累工作都正常，则进入工作模式6;根据温升等级进行流量调节。该 样就能实现变流器依据实际的工作环境和运行状态，自动调节输出冷却功率，控制冷却效 果。第一变量累输出流量化。第二变量累输出流量Qw2,风机输出风量为％i+q?。因为在两 路变量累都正常工作时，两个冷却回路都可W根据实际的温升情况进行独立的输出流量调 节，客观上能够实现两个冷却回路工作在相同温升水平。
[0039] W上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例， 凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护 范围。
【主权项】
1. 一种智能变流器冷却系统，其特征在于，包括控制组件、传感器组件、第一冷却回路、 第二冷却回路和中部控制阀组，所述第一冷却回路包括流经第一逆变器和第一整流器并通 过管路形成回路的第一变量泵、第一冷却管、第一冷却介质箱、第一电磁阀、第一热交换器， 所述第二冷却回路包括流经第二逆变器和第二整流器并通过管路形成回路的第二变量泵、 第二冷却管、第二冷却介质箱、第二电磁阀、第二热交换器，所述第一冷却回路和第二冷却 回路均流经中部控制阀组；所述传感器组件用来实时监测流经逆变器、整流器处的水温、水 压和流量，并将监测信号输入至控制组件；所述控制组件通过传感器组件的监测信号控制 中部控制阀组，以完成第一冷却回路和/或第二冷却回路工作状态的切换。2. 根据权利要求1所述的智能变流器冷却系统，其特征在于，所述第一热交换器和第 二热交换器处设置有冷却风扇，所述控制组件用来发出风扇控制信号以控制冷却风扇的转 速和风量。3. 根据权利要求1或2所述的智能变流器冷却系统，其特征在于，所述中部控制阀组为 第三电磁阀，所述第三电磁阀为三通阀，所述第一电磁阀和第二电磁阀均为双通阀。4. 根据权利要求1~3中任意一项智能变流器冷却系统的智能冷却控制方法，其特征 在于，步骤： 51 :输入状态监测信号； 52 :将状态监测信号与期望的冷却系统运行状态进行比较判断，根据实际运行状态不 同，决定不同的输出控制手段，进入不同的工作模式； 53 :输出不同的控制信号，并且反馈系统的工作状态。5. 根据权利要求4所述的智能冷却控制方法，其特征在于，所述步骤Sl包括： 5101 :控制组件读取传感器组件传输过来的温度、压力和流量信息； 5102 :分别计算第一整流器、第二整流器、第一逆变器、第二逆变器的出水口温度与环 境温度的差值，得到相应功率模块的温升值； 5103 :取其中的较大值分别为1路温升』7；和2路温升』&。6. 根据权利要求5所述的智能冷却控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，将两路温升 值分别与预设的最大温升」进行比较： 如果超过了安全的温升，则进入工作模式1 :采取保护措施，封锁模块脉冲，变流器停 止运行，并报出模块超温故障； 如果水泵的出水口温度显著高于环境温度，则认为风机或者热交换器异常，则进入工 作模式2 :采取保护措施，报风机异常； 若温升正常，通过比较第一变量泵、第二变量泵设定的输出流量与检测到的流量，如果 某路泵输出的流量远远小于设定的流量值，则认为该路泵异常；如果没有水泵正常工作，进 入模式3 :采取保护措施，报冷却水泵故障； 判定第二变量泵是否异常，如异常，则进入模式4:利用第一变量泵同时向两条冷却回 路输出冷却介质，最后从两条回路返回的冷却介质经散热器内强制散热，回流到第一变量 泵，进行下一回合的循环冷却； 如果第一变量泵异常则进入工作模式5:由正常的第二变量泵向冷却系统提供动力， 驱动冷却介质循环； 如果两个变量泵工作都正常，则进入工作模式6 :根据温升等级进行流量调节。
【专利摘要】一种智能变流器冷却系统及智能冷却控制方法，该系统中的第一冷却回路包括流经第一逆变器和第一整流器并通过管路形成回路的第一变量泵、第一冷却管、第一冷却介质箱、第一电磁阀、第一热交换器，第二冷却回路包括流经第二逆变器和第二整流器并通过管路形成回路的第二变量泵、第二冷却管、第二冷却介质箱、第二电磁阀、第二热交换器，第一冷却回路和第二冷却回路均流经中部控制阀组；控制组件通过传感器组件的监测信号控制中部控制阀组，以完成第一冷却回路和/或第二冷却回路工作状态的切换。该方法基于上述系统来执行。本发明具有原理简单、冷却效果、节能效果好等优点。
【IPC分类】H02M7/00, H05K7/20
【公开号】CN104901557
【申请号】CN201510231532
【发明人】刘大, 周汉, 李华, 程俊, 刘永江, 祁善军, 李星, 饶沛南
【申请人】株洲南车时代电气股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月8日
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