变流器水冷系统的温度、气压复合环境试验装置及方法与流程

本发明涉及变流器水冷系统的试验测试领域，特别是涉及一种变流器水冷系统的温度、气压复合环境试验装置及方法。

背景技术：

近年来，电子电力技术的迅速发展，特别是大功率电力电子设备近年来发展十分迅速。随着功率的提升，设备的散热容量也越来越大，已经达到了自冷方式的散热底线，而且，这些装置本身的技术和结构等特点对冷却系统都有新的要求，因此越来越多的水冷散热方式被应用到电力变流装置的冷却系统中。考虑到电压等级及安全绝缘的要求，变流器冷却液为乙二醇和水的混合物。

水冷系统的温度试验和气压试验是保障变流装置水冷却系统正常运行的必要条件和步骤，因此，水冷变流装置在设计实验过程中进行温度和气压试验显得尤其重要。但是现有试验装置和方法无法模拟变流器水冷系统的温度、气压复合环境。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种能够模拟变流器水冷系统的温度、气压复合环境的试验装置。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种变流器水冷系统的温度、气压复合环境试验装置，该装置包括：环境温度调节设备，其进风口与变流器的出风口连接，用于模拟外部环境的温度变化，使变流器的出风串入到该环境温度调节设备的内循环风中；气压调节设备，其与所述变流器水冷系统的定压设备连接，用于形成负压或加压以模拟外部环境气压。

根据本发明的一个实施例，该装置还包括：气压平衡设备，其连接在所述变流器水冷系统的定压设备和气压调节设备之间，用于稳定所述气压调节设备产生的模拟的外部环境气压。

根据本发明的一个实施例，在所述变流器水冷系统的定压设备为具备泄压阀的膨胀水箱时，所述气压平衡设备与所述膨胀水箱的泄压阀连接。

根据本发明的一个实施例，该装置还包括：控制装置，其与变流器的控制单元连接，用于接收并记录来自所述控制单元的变流器水冷系统的压力和温度数据。

根据本发明的一个实施例，该装置还包括：布置在变流器水冷系统的设定位置的压力传感器和温度传感器，它们将在不同外部气压、环境温度下采集到的压力/温度数据传输给所述控制单元。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置，其对获取的变流器水冷系统的压力和温度数据进行分析，得到所述变流器水冷系统的水泵的进水口和出水口的压力和环境温度、大气压力的关系。

根据本发明的另一方面，还提供了一种采用如上所述的装置的变流器水冷系统的温度、气压复合环境试验方法，该方法包括：将安装好压力传感器和温度传感器的且可正常工作的变流器水冷系统与所述温度、气压复合环境试验装置搭建完成；分别模拟多个外部环境气压，并按照在每个外部环境气压下的温度变化曲线控制环境温度调节设备模拟外部环境的温度变化；分别记录针对每个气压下的整个试验过程中变流器水冷系统的温度和压力数据，并分析得到变流器水冷系统的水泵的进水口和出水口的压力和环境温度、大气压力的关系。

根据本发明的一个实施例，将压力传感器和温度传感器安装在变流器水冷系统的设定位置，以采集变流器入口压力(pin)、变流器出口压力(pout1、pout2)、水泵入口压力(ppump)、系统外部气压(pamb)、外部环境温度(tamb)和系统内冷却液温度(tout1、tout2、tin)。

根据本发明的一个实施例，每个气压下的温度变化曲线包括先高温后低温的正向温度循环曲线和先低温后高温的反向温度循环曲线。

根据本发明的一个实施例，按照温度变化曲线控制环境温度调节设备的升温速率和保温时长。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明的变流器水冷系统的温度、气压复合环境试验装置通过环境温度调节设备模拟温度变化，以及采用变流器水冷系统的定压设备连接气压调节设备的方法模拟不同的大气压，从而有效模拟了变流器水冷系统在不同大气压力和环境温度下的实际工况，为变流器水冷系统正常运行提供了必要的保障，能有效验证变流器水冷系统在不同海拔地区(不同气压)和不同温度条件下的可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明的技术方案而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例的变流器水冷系统的结构示意图。

图2为本申请实施例的变流器水冷系统的温度、气压复合环境试验装置的结构示意图。

图3为本申请实施例的环境温度曲线。

图4为本申请实施例的变流器水冷系统的温度、气压复合环境试验方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

下面先说明一个变流器水冷系统的例子。

图1为本申请实施例的变流器水冷系统的结构示意图。如图1所示，该变流器水冷系统包括变流模块和水冷系统，在该水冷系统中包括水泵、膨胀水箱(具备定压功能的定压设备的一个例子)和散热器。变流模块中的igbt元件的冷却采用强迫水冷内部热循环的方式，igbt元件的热量通过水冷板传递到水冷系统中的冷却液，水泵驱动冷却液在管道中流动，把热量传递到热交换器。水冷系统中集成的膨胀水箱，可用来平衡调节冷却液由于受热膨胀后增加的体积或由于温度降低后减少的体积，同时膨胀水箱上配有一个泄压阀，当水箱内外压差大于0.4(+0.2)bar时，泄压阀开启，水箱向外排气；水箱内、外气压差小于-0.1(±0.05)bar，泄压阀开启，从外部吸气。膨胀水箱对整个冷却系统起定压作用。

在本实施例中，水冷系统的压力参数包括：变流器入口压力(即水泵出口压力)(pin)；变流器出口压力(pout1、pout2)；水泵入口压力(ppump)。压力的影响因素包括：系统外部气压(pamb)；外部环境温度(tamb)；系统内冷却液温度(tout1、tout2、tin)。具体地各个参数的测点位置如图1所示。

上述的水冷系统的压力、温度参数可通过布置在制定点位的压力变送器(压力传感器)和温度传感器(例如，pt100数字温度传感器)测得，通过将压力温度数据上传至变流器的传动控制单元(简称“控制单元”)。可在上位机(控制装置40的一个例子)上查看和记录压力和温度数据，上位机通过网线连接变流器的传动控制单元，通过csr-driver软件(一种专用软件)对水冷系统压力、温度数据进行读取和记录。

图2为本申请实施例的变流器水冷系统的温度、气压复合环境试验装置的结构示意图。下面参考图2来说明该装置的结构组成。

如图2所示，该装置主要包括：环境温度调节设备10(也称环境箱)和气压调节设备20。环境温度调节设备10的进风口与变流器的出风口连接，用于模拟外部环境的温度变化，使变流器的出风串入到该环境温度调节设备10的内循环风中。气压调节设备20，其与变流器水冷系统的定压设备连接，用于形成负压或加压以模拟外部环境气压。在进行试验时，将变流器水冷系统放在该环境温度调节设备10中，将变流器出风口对准环境温度调节设备10的进风口，使变流器出风串入到环境温度调节设备10的内循环风中。

优选地，该装置还包括气压平衡设备30，其连接在变流器水冷系统的定压设备和气压调节设备20之间，用于稳定气压调节设备20产生的模拟的外部环境气压。针对图1所示的水冷系统，在变流器水冷系统的定压设备为具备泄压阀的膨胀水箱时，气压平衡设备30与膨胀水箱的泄压阀连接。具体地，可以使用软管连接膨胀水箱上的泄压阀与气压平衡罐(气压平衡设备30的一个例子)，气压平衡罐主要作用是稳定外部气压，避免外部气压大幅波动。气压平衡罐与气压调节设备20同样采用软管相连。

如图2所示，该装置还包括：控制装置40(例如上位机)，其与变流器的传动控制单元连接，用于接收并记录来自所述控制单元的变流器水冷系统的压力和温度数据。具体地，上位机可以利用csr-driver软件查看并记录变流器水冷系统压力和温度等参数。而且，控制装置40，其对获取的变流器水冷系统的压力和温度数据进行分析，得到变流器水冷系统的水泵的进水口和出水口的压力和环境温度、大气压力的关系。

为了获取变流器水冷系统的压力和温度数据，该装置还包括：布置在变流器水冷系统的设定位置的压力传感器和温度传感器(未图示)，它们将在不同外部气压、环境温度下采集到的压力/温度数据传输给所述传动控制单元。

图4为本申请实施例的变流器水冷系统的温度、气压复合环境试验方法的流程示意图。下面参考图4来说明该方法的各个步骤。

步骤一，将安装好压力传感器和温度传感器的且可正常工作的变流器水冷系统与温度、气压复合环境试验装置搭建完成。

具体地，该步骤包括如下子步骤。

在步骤s412(试验前准备工作)中，将冷却液加注至变流器水冷系统，检查水冷系统中冷却液充注情况，确认充注量正常后，检查水冷系统中温度、压力传感器的安装，确保其能够正常工作。

在步骤s414(搭建气压试验装置)中，将气压调节设备20、气压平衡罐30和膨胀水箱的泄压阀连接起来，确认气管和连接处的密封性良好。

在步骤s416(环境试验台位搭建)中，将变流器运至环境箱10内，注意变流器的摆放位置，应将变流器出风口对准环境箱10进风口，将环境箱10进行密封，关上环境箱10的大门，气压软管从环境箱10的试验接线口接出来。

在步骤s418中，将上位机40和变流器传动控制单元相连，打开csr-driver软件并正确配置相应的网络连接参数。给传动控制单元通电，确认上位机和传动控制单元正常连接，读取变流器入口压力(水泵出口压力)(pin)、变流器出口压力(pout1、pout2)、水泵入口压力(ppump)、系统内冷却液温度(tout1、tout2、tin)等参数，并确认各参数数据的正确性。

接着，在步骤二(s420和s422)中，分别模拟多个外部环境气压，并按照在每个外部环境气压下的温度变化曲线控制环境温度调节设备10模拟外部环境的温度变化，分别记录针对每个气压下的整个试验过程中变流器水冷系统的温度和压力数据。

需要说明的是，大气压力可以选择多个，每个气压下的温度变化曲线包括先高温后低温的正向温度循环曲线和先低温后高温的反向温度循环曲线，按照温度变化曲线控制环境温度调节设备的升温速率和保温时长。在一个例子中，大气压力选取0.6bar、1bar、1.2bar三个不同的压力点。环境温度采用低温-40℃高温70℃的温度循环试验，温度变化曲线可如图3所示。升降温速率设定为1℃/min，-40℃和70℃分别保温40min，曲线①(实线)为正向循环曲线，即先高温后低温的温度循环，曲线②(虚线)为反向循环曲线，即先低温后高温的温度循环。在气压选择上主要考虑变流器使用地区的海拔条件，选择海拔最高点的气压作为气压最低点，选择海拔最低点的气压作为气压最高点；温度循环的最低温度和最高温度选择也参照变流器使用地区可能的最低温度和最高温度。本例中的低温-40℃高温70℃仅是一个例子，本发明对此不做限定。

例如，可以执行如下步骤：

e)设置气压为1.0bar，设置曲线①的环境箱试验程序并开启环境箱；

f)记录全过程中水冷系统的温度和压力数据；

g)设置环境温度曲线为反向温度循环曲线②，并记录水冷系统的温度和压力数据；

h)设置气压调节设备20的压力值为0.6bar和1.2bar，重复步骤e到步骤g；

最后，在步骤三(s424)中，分析数据得到变流器水冷系统水泵进水口和出水口的压力和环境温度、大气压力的关系。

根据本发明实施例的变流器水冷系统的温度、气压复合环境试验装置，通过环境温度调节设备模拟温度变化，以及采用变流器水冷系统的定压设备连接气压调节设备的方法模拟不同的大气压，从而有效模拟了变流器水冷系统在不同大气压力和环境温度下的实际工况，为变流器水冷系统正常运行提供了必要的保障，能有效验证变流器水冷系统在不同海拔地区(不同气压)和不同温度条件下的可靠性。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。