- 頭條北京交通大學科研人員提出電力電子裝置散熱器狀態的智能預測方法2022-04-12 作者：付和平、陳杰 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語北京交通大學電氣工程學院、北京市軌道交通電氣工程技術研究中心的研究人員付和平、陳杰 等，在2021年第20期《電工技術學報》上撰文，提出一種散熱性能智能在線檢測模型，為散熱器在線狀態預測提供新的可行方案。
溫度是導致電力電子變流裝置功率器件故障與失效的主要原因，電力電子器件失效應力源及檢修作業量分布如圖1所示。圖1a為導致功率器件失效的主要應力源及所占的比例，可以看出，電力電子器件失效的主要應力源為溫度應力。因此，溫度對功率變流裝置的可靠性至關重要，溫度越高，其可靠性和耐久性就會越差。
散熱器作為變流器散熱的重要部件，其作用是將功率器件的熱量及時交換到外界，使功率器件運行在正常的溫度范圍內，保證功率器件的可靠運行和使用壽命。但在長期運行中，外界環境中的污垢隨氣流進入到散熱器風道，使得散熱器散熱性能下降，最終導致功率器件運行在高溫下，發生故障并失效。
圖1器件失效應力源及檢修作業量分布
軌道交通領域對列車散熱器狀態的檢測手段大多采用人工定期巡檢維護的方法，此方法需要在列車停車時進行，且存在定期巡檢的盲目性和人眼評估的不準確性，經常造成散熱器的“過維護”和“欠維護”問題，且浪費大量的人力成本和維護成本。
圖1b為某雙饋變流器檢修作業量分布，可以看出，散熱系統日常維護在檢修工作量中占據較高比重。因此，預測散熱器的性能是保證變流器可靠性和延長電子器件壽命的重要工作之一，將極大地減少檢修維護工作量，大幅節約運維成本。
北京交通大學電氣工程學院等單位的研究人員在以上研究的基礎上，針對現階段存在的不足，對散熱器性能的退化機理進行理論分析，并基于變流器現有傳感器，提出一種散熱性能智能在線檢測模型，可實時檢測散熱器狀態，為運維決策提供數據支持，實現散熱器的狀態檢修，節省大量的運維成本。
圖2 散熱器狀態在線預測模型流程
他們指出，散熱器在復雜的環境中長時間運行，會導致其散熱性能的下降，其主要原因是污垢使得風道內的壓降呈指數增加，散熱風扇P-Q曲線決定了風扇所能提供的風量，因此使得風道內的風量呈指數下降，同時污垢相當于隔熱層，兩部分原因使得散熱器的熱阻增加。
圖3 實驗平臺實物
實驗研究表明，散熱器的穩態熱阻、熱容、熱時間常數與堵塞程度都呈指數關系，因此為散熱器的在線狀態預測提供可行方案，工程應用中可以降低大量的運維成本，代替離線式人工檢測，提高檢測效率。
本文編自2021年第20期《電工技術學報》，論文標題為“電力電子變流裝置散熱器狀態智能預測方法”，作者為付和平、陳杰 等。
