機(jī)車電氣柜冷卻裝置及機(jī)車電氣柜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)車電氣柜冷卻技術(shù)，尤其涉及一種機(jī)車電氣柜冷卻裝置及機(jī)車電氣柜。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率半導(dǎo)體元件是機(jī)車電力傳動系統(tǒng)的重要組成，它們通常被安裝在電氣柜內(nèi)。大功率半導(dǎo)體元件工作時，消耗的能量以熱量形式釋放，如果這部分熱量不被及時排出電氣柜，那么電氣柜將無法正常工作，嚴(yán)重時還會造成內(nèi)部元件燒毀。
[0003]目前，冷媒循環(huán)是機(jī)車電氣柜的主要冷卻方式，這種傳統(tǒng)的冷卻裝置由水箱、水泵、風(fēng)機(jī)、散熱器、管道等組成，冷媒通常采用水和乙二醇組成的混合液，在水泵的作用下循環(huán)于管道內(nèi)，冷媒在風(fēng)機(jī)和散熱器的作用下迅速從電氣柜內(nèi)部吸收熱量，循環(huán)至電氣柜外部時，二次冷卻裝置會對冷媒進(jìn)行冷卻。該種冷卻裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且連接密封性要求高，風(fēng)機(jī)、散熱器和管道均需要安裝在電氣柜內(nèi)部，這種設(shè)計不僅增加了電氣柜的體積，而且風(fēng)機(jī)工作時引起的震動直接影響了電氣柜的穩(wěn)定性，復(fù)雜的管路也會降低電氣柜的可維護(hù)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種機(jī)車電氣柜冷卻裝置及機(jī)車電氣柜，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提高了冷卻裝置的穩(wěn)定性和能源利用率，減小了電氣柜體積，且提高了冷卻裝置的可維護(hù)性。
[0005]本發(fā)明提供一種機(jī)車電氣柜冷卻裝置，該冷卻裝置包括中央控制單元和至少一個制冷單元，其中:
[0006]所述制冷單元包括安裝在電氣柜內(nèi)部發(fā)熱元件上的導(dǎo)熱板、冷端與所述導(dǎo)熱板連接的熱電制冷元件、與所述熱電制冷元件熱端連接的散熱器和靠近所述散熱器設(shè)置的風(fēng)機(jī)；
[0007]所述導(dǎo)熱板上設(shè)置有第一溫度傳感器，所述散熱器上設(shè)置有第二溫度傳感器；
[0008]所述中央控制單元包括微控制器和數(shù)量與所述制冷單元數(shù)量相同的測控模塊；所述微控制器根據(jù)所述第一溫度傳感器檢測到的導(dǎo)熱板的溫度計算所述發(fā)熱元件需要的熱電制冷元件的制冷功率，輸出與所述熱電制冷元件制冷功率所對應(yīng)的第一控制信號，所述測控模塊接收該第一控制信號并控制所述制冷單元中的熱電制冷元件以第一制冷功率運(yùn)行；所述微控制器根據(jù)第二溫度傳感器檢測到的散熱器的溫度計算所述散熱器需要的風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，輸出與所述風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的第二控制信號，所述測控模塊接收該第二控制信號并控制所述制冷單元中的所述風(fēng)機(jī)以第一轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0009]其中，所述導(dǎo)熱板呈C形，所述熱電制冷元件的冷端設(shè)置在所述導(dǎo)熱板的槽口內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步地，所述散熱器為翅片散熱器，所述翅片散熱器與翅片背向的一側(cè)與所述熱電制冷元件的熱端連接。
[0011]其中，所述測控模塊包括:
[0012]第一信號轉(zhuǎn)換電路，輸入端與第一溫度傳感器連接，輸出端與所述微控制器連接；用于接收第一溫度傳感器輸出的信號并將該信號進(jìn)行放大或轉(zhuǎn)換后分別輸出至所述微控制器；
[0013]第二信號轉(zhuǎn)換電路，輸入端與第二溫度傳感器連接，輸出端與所述微控制器連接；用于接收第二溫度傳感器輸出的信號并將該信號進(jìn)行放大或轉(zhuǎn)換后分別輸出至所述微控制器；
[0014]可調(diào)恒流源電路，輸入端連接所述微控制器，輸出端連接所述熱電制冷元件，根據(jù)接收到的來自于所述微控制器的第一控制信號輸出恒定電流，給所述熱電制冷單元供電使其以一定制冷功率運(yùn)行；
[0015]電機(jī)驅(qū)動電路，輸入端連接所述微控制器，輸出端連接所述風(fēng)機(jī)；根據(jù)接收到的來自于所述微控制器的第二控制信號驅(qū)動所述風(fēng)機(jī)以一定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0016]進(jìn)一步地，所述第一控制信號是0?5V的電壓信號；所述第二控制信號是脈沖寬度調(diào)制信號。
[0017]本發(fā)明還提供一種機(jī)車電氣柜，包括柜體和設(shè)置在所述柜體內(nèi)的至少一個發(fā)熱元件，所述柜體上設(shè)置有冷卻裝置，所述冷卻裝置為上述任意實(shí)施例所述的機(jī)車電氣柜冷卻裝置，每個所述發(fā)熱元件上均設(shè)置一個所述機(jī)車電氣柜冷卻裝置中的制冷單元，所述制冷單元中的導(dǎo)熱板安裝在所述發(fā)熱元件上，所述制冷單元中的熱電制冷元件的冷端設(shè)置在所述柜體內(nèi)部，所述熱電制冷元件的熱端、與所述熱電制冷元件熱端連接的散熱器以及所述制冷單元中的風(fēng)機(jī)均設(shè)置在所述柜體外部。
[0018]本發(fā)明提供的機(jī)車電氣柜冷卻裝置及機(jī)車電氣柜，第一溫度傳感器安裝在導(dǎo)熱板上，用于檢測導(dǎo)熱板的溫度，微控制器根據(jù)第一溫度傳感器檢測的導(dǎo)熱板的溫度并通過測控模塊控制熱電制冷元件的制冷功率；第二溫度傳感器安裝在散熱器上，用于檢測散熱器的溫度，微控制器根據(jù)第二溫度傳感器檢測的散熱器的溫度并用通過測控模塊控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整流過散熱器的風(fēng)量；由傳感器和測控模塊等執(zhí)行器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了冷卻裝置的穩(wěn)定性和能源利用率；每一電氣柜內(nèi)部的發(fā)熱元件均通過一個制冷單元進(jìn)行冷卻，采取的是點(diǎn)對點(diǎn)制冷方式，冷卻效果較好；此外，制冷單元中僅僅導(dǎo)熱板和熱電制冷元件的冷端安裝在電氣柜內(nèi)部，不包含運(yùn)動部件，減小了電氣柜的體積，提高了可維護(hù)性，且為電氣柜提供了一個良好的運(yùn)行環(huán)境，不影響電氣柜內(nèi)部器件的工況；熱電制冷元件可快速將電氣柜內(nèi)的溫度降低至環(huán)境溫度以下，相對于現(xiàn)有技術(shù)中的冷卻裝置，冷卻效率和速度均大大提高。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)車電氣柜冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為中央控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為中央控制單元的控制流程示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)車電氣柜的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1-3所示，本發(fā)明提供一種機(jī)車電氣柜冷卻裝置，該冷卻裝置包括中央控制單元1和至少一個制冷單元2，其中:制冷單元2包括安裝在電氣柜內(nèi)部發(fā)熱元件100上的導(dǎo)熱板21、22a冷端與導(dǎo)熱板21連接的熱電制冷元件22、與熱電制冷元件熱端22b連接的散熱器23和靠近散熱器設(shè)置的風(fēng)機(jī)24 ;在導(dǎo)熱板21上設(shè)置有第一溫度傳感器10，在散熱器23上設(shè)置有第二溫度傳感器20 ;中央控制單元1包括微控制器11和數(shù)量與制冷單元2相同的測控模塊12 ;每個測控模塊12控制一個制冷單元2 ;微控制器11根據(jù)第一溫度傳感器10檢測到的導(dǎo)熱板21的溫度計算發(fā)熱元件需要的熱電制冷元件22的制冷功率，輸出與熱電制冷元件22制冷功率所對應(yīng)的第一控制信號，測控模塊12接收該第一控制信號并控制制冷單元2中的熱電制冷元件22以第一制冷功率運(yùn)行；微控制器11根據(jù)第二溫度傳感器20檢測到的散熱器23的溫度計算散熱器23需要的風(fēng)量，并根據(jù)該風(fēng)量計計算風(fēng)機(jī)24的轉(zhuǎn)速，輸出與風(fēng)機(jī)24轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的第二控制信號，測控模塊12接收該第二控制信號并控制制冷單元2中的風(fēng)機(jī)24以第一轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0024]本發(fā)明提供的機(jī)車電氣柜冷卻裝置，第一傳感器10安裝在導(dǎo)熱板21上，用于檢測導(dǎo)熱板21的溫度，微控制器11根據(jù)第一溫度傳感器10檢測的導(dǎo)熱板21的溫度并通過測控模塊12控制熱電制冷元件的制冷功率；第二溫度傳感器20安裝在散熱器23上，用于檢測散熱器23的溫度，微控制器11根據(jù)第二傳感器20檢測的散熱器23的溫度，計算散熱器23所需的風(fēng)量，進(jìn)而通過該風(fēng)量計算出風(fēng)機(jī)24的轉(zhuǎn)速，通過測控模塊12控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整流過散熱器的風(fēng)量；由第一溫度傳感器10、第二溫度傳感器20和測控模塊12等執(zhí)行器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了冷卻裝置的穩(wěn)定性和能源利用率；每一電氣柜內(nèi)部的發(fā)熱元件均通過一個制冷單元進(jìn)行冷卻，采取的是點(diǎn)對點(diǎn)制冷方式，相對于現(xiàn)有技術(shù)中電氣柜內(nèi)部幾個發(fā)熱元件共同利用一個制冷單元的線對點(diǎn)的制冷方式，冷卻效果較好。
[0025]熱電制冷的原理如下:用兩種不同的金屬絲相互連接在一起，形成一個閉合電路，把兩個連接點(diǎn)分別放在溫度不同的兩處，就會在兩個連接點(diǎn)之間產(chǎn)生一個電勢差即接觸電動勢。同時閉合電路中就有電流通過。反過來，將兩種不同的金屬線相互連接形成的閉合線路已通直流電，會產(chǎn)生兩個不同溫度的連接點(diǎn)。只要通以直流電，就會是其中一個連接點(diǎn)變熱，另一個連接點(diǎn)變冷。這就是帕爾帖效應(yīng)，亦稱溫差電現(xiàn)象。生產(chǎn)冷端就是我們需要的制冷。
[0026]熱電制冷元件22可采用市場上的通用熱電制冷器件，其中本實(shí)施例中采用由N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體構(gòu)成的熱電制冷元件，用金屬將N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體連接成一個回路，金屬只起導(dǎo)電的作用。當(dāng)電流由N型半導(dǎo)體流向P型半導(dǎo)體，P端的熱量會被帶至N端，且熱量的傳遞速度隨電流的升高而增加。
[0027]—個中央控制單元1配備一個微控制器11和一個人機(jī)界面13，測控模塊12的數(shù)量與制冷單元2的數(shù)量相同。微控制器11是中央控制單元1的核心，測控模塊12和人機(jī)界面13會把采集到的信息發(fā)送至微控制器11，這些信息經(jīng)微控制器11計算和處理后形成控制指令(包括第一控制信號和第二控制信號)，測控模塊12再接收并執(zhí)行微控制器發(fā)出的控制命令，驅(qū)動熱電制冷元件22和風(fēng)機(jī)24運(yùn)行。人機(jī)界面提供了用戶與電氣柜制冷裝置的互交，用戶可以通過人機(jī)界面觀察制冷裝置的運(yùn)行狀態(tài)。微控制器11可以是單片機(jī)，測控模塊12可以是集成電路。
[0028]作為上述實(shí)施例的改進(jìn)，如圖1所示，導(dǎo)熱板21呈C形，熱電制冷元件的冷端22a設(shè)置在導(dǎo)熱板21的槽口內(nèi)。該種導(dǎo)熱板結(jié)構(gòu)，為熱電制冷元件22的安裝提供了一個槽口，熱電制冷元件的一部分可內(nèi)嵌在該槽口中，減小了占用空間，此外，該槽口結(jié)構(gòu)設(shè)置增加了熱電制冷元件冷端22a與導(dǎo)熱板21的接觸面積，提高了熱傳遞速率。
[0029]如圖1所7K，散熱器23為翅片散熱器，翅片散熱器與翅片23a背向的一側(cè)與熱電制冷元件的熱端22a連接。翅片散熱器通過空氣介質(zhì)散熱，易于安裝、且成本較低，熱量最后經(jīng)翅片23a散發(fā)到空氣中，最后通過風(fēng)機(jī)24加速空氣流動，將熱量散發(fā)到外界。
[0030]上述實(shí)施例中，測控模塊12包括:
[0031]第一信號轉(zhuǎn)換電路121,輸入