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  • 頭條北京交通大學(xué)科研人員提出電力電子裝置散熱器狀態(tài)的智能預(yù)測(cè)方法
    2022-04-12 作者:付和平、陳杰 等  |  來(lái)源:《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語(yǔ)北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院、北京市軌道交通電氣工程技術(shù)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(shù)學(xué)報(bào)》上撰文,提出一種散熱性能智能在線檢測(cè)模型,為散熱器在線狀態(tài)預(yù)測(cè)提供新的可行方案。

    溫度是導(dǎo)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(yīng)力源及檢修作業(yè)量分布如圖1所示。圖1a為導(dǎo)致功率器件失效的主要應(yīng)力源及所占的比例,可以看出,電力電子器件失效的主要應(yīng)力源為溫度應(yīng)力。因此,溫度對(duì)功率變流裝置的可靠性至關(guān)重要,溫度越高,其可靠性和耐久性就會(huì)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(shí)交換到外界,使功率器件運(yùn)行在正常的溫度范圍內(nèi),保證功率器件的可靠運(yùn)行和使用壽命。但在長(zhǎng)期運(yùn)行中,外界環(huán)境中的污垢隨氣流進(jìn)入到散熱器風(fēng)道,使得散熱器散熱性能下降,最終導(dǎo)致功率器件運(yùn)行在高溫下,發(fā)生故障并失效。

    北京交通大學(xué)科研人員提出電力電子裝置散熱器狀態(tài)的智能預(yù)測(cè)方法

    圖1器件失效應(yīng)力源及檢修作業(yè)量分布

    軌道交通領(lǐng)域?qū)α熊?chē)散熱器狀態(tài)的檢測(cè)手段大多采用人工定期巡檢維護(hù)的方法,此方法需要在列車(chē)停車(chē)時(shí)進(jìn)行,且存在定期巡檢的盲目性和人眼評(píng)估的不準(zhǔn)確性,經(jīng)常造成散熱器的“過(guò)維護(hù)”和“欠維護(hù)”問(wèn)題,且浪費(fèi)大量的人力成本和維護(hù)成本。

    圖1b為某雙饋?zhàn)兞髌鳈z修作業(yè)量分布,可以看出,散熱系統(tǒng)日常維護(hù)在檢修工作量中占據(jù)較高比重。因此,預(yù)測(cè)散熱器的性能是保證變流器可靠性和延長(zhǎng)電子器件壽命的重要工作之一,將極大地減少檢修維護(hù)工作量,大幅節(jié)約運(yùn)維成本。

    北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院等單位的研究人員在以上研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)現(xiàn)階段存在的不足,對(duì)散熱器性能的退化機(jī)理進(jìn)行理論分析,并基于變流器現(xiàn)有傳感器,提出一種散熱性能智能在線檢測(cè)模型,可實(shí)時(shí)檢測(cè)散熱器狀態(tài),為運(yùn)維決策提供數(shù)據(jù)支持,實(shí)現(xiàn)散熱器的狀態(tài)檢修,節(jié)省大量的運(yùn)維成本。

    北京交通大學(xué)科研人員提出電力電子裝置散熱器狀態(tài)的智能預(yù)測(cè)方法

    圖2 散熱器狀態(tài)在線預(yù)測(cè)模型流程

    他們指出,散熱器在復(fù)雜的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,會(huì)導(dǎo)致其散熱性能的下降,其主要原因是污垢使得風(fēng)道內(nèi)的壓降呈指數(shù)增加,散熱風(fēng)扇P-Q曲線決定了風(fēng)扇所能提供的風(fēng)量,因此使得風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)量呈指數(shù)下降,同時(shí)污垢相當(dāng)于隔熱層,兩部分原因使得散熱器的熱阻增加。

    北京交通大學(xué)科研人員提出電力電子裝置散熱器狀態(tài)的智能預(yù)測(cè)方法

    圖3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物

    實(shí)驗(yàn)研究表明,散熱器的穩(wěn)態(tài)熱阻、熱容、熱時(shí)間常數(shù)與堵塞程度都呈指數(shù)關(guān)系,因此為散熱器的在線狀態(tài)預(yù)測(cè)提供可行方案,工程應(yīng)用中可以降低大量的運(yùn)維成本,代替離線式人工檢測(cè),提高檢測(cè)效率。

    本文編自2021年第20期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》,論文標(biāo)題為“電力電子變流裝置散熱器狀態(tài)智能預(yù)測(cè)方法”,作者為付和平、陳杰 等。

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