CN105953989A - 用于功率模块水冷板测试的水冷试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及试验装置，特别是一种用于功率模块水冷板测试的水冷试验台。它由主管路、换热管路、低流量管路、高流量管路、预热管路、试验管路等液压元件组成闭式循环系统。与现有技术比较，其优点是：1.系统流量稳定，测量精度高；2.准确快速调节水冷板冷却液进口温度，不论是低流量还是高流量温度波动都小；3.有效去除系统和试验件中的残渣剩水；4.自动化程度高，实时监测冷却液的流量、加热单元温度、水冷板进口处冷却液温度和压力、风水换热器前后温度，检测数据显示在PC界面上，方便判断试验状态，操作简单明了；5.系统安装拆卸方便，可以用于多种不同型号的水冷板。

Description

用于功率模块水冷板测试的水冷试验台

技术领域

本发明涉及试验装置，特别是一种用于功率模块水冷板测试的水冷试验台。

背景技术

目前，水冷板是用于电力电子功率模块散热的元件，电力电子功率模块包括风电设备变流器功率模块、变频器功率模块、电力机车及动车变流器功率模块等。水冷板性能的好坏直接影响电力电子功率模块能否正常使用，现有水冷板测试试验台存在如下问题：（1）冷却液流量不能保持恒定，有较大的波动；（2）水冷板进口温度难以控制，特别是低流量时温度波动较大，调节周期较长，其测量精度有待进一步提高。（3）长时间运行下，自动调节能力弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于功率模块水冷板测试的水冷试验台。

本发明的目的是通过如下途径实现的：一种用于功率模块水冷板测试的水冷试验台，底座上方一侧安装有水箱，水箱上安装有电磁液位计、温度传感器，水箱上方安装有回水过滤器；水箱下方通过主管路依次连接过滤器、变频泵后接三通比例阀进水口的一端，该三通比例阀出水口的一端与换热管路连接，换热管路上顺序连接风水换热器及温度传感器一，低流量管路分别与换热管路的出水端及三通比例阀另一出水口连接；所述的低流量管路上顺序连接经电磁阀一、加热器一、温度传感器二、电磁流量计一、连接预热管路、试验管路；所述的高流量管路一端与主管路接通，经电磁阀二、加热器二、温度传感器三、电磁流量计二后连接预热管路、试验管路；所述的试验管路一路通过四通接头一端顺序连接电磁阀四、温度传感器三、压力传感器四、试验件、温度传感器五、压力传感器六、电磁阀五、回水过滤器连接到水箱。另外三端分别连接电磁流量计一、电磁流量计二、预热管路，预热管路另一端经电磁阀三、回水过滤器连接到水箱。

本发明用于功率模块水冷板测试的水冷试验台，与现有技术比较，其优点是：1.系统流量稳定，测量精度高；2.准确快速调节水冷板冷却液进口温度，不论是低流量还是高流量温度波动都小；3.有效去除系统和试验件中的残渣剩水；4.自动化程度高，实时监测冷却液的流量、加热单元温度、水冷板进口处冷却液温度和压力、风水换热器前后温度，检测数据显示在PC机界面上，方便判断试验状态，操作简单明了；5.系统安装拆卸方便，可以用于多种不同型号的水冷板。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明原理及连接关系示意图；

图2为本发明主视结构示意图；

图3为本发明立体结构示意图；

图中，水箱1、过滤器2、主管路3、泵4、三通比例阀5、换热管路6、风水换热器7、温度传感器一8、低流量管路9、电磁阀一10、加热器一11、温度传感器二12、高流量管路13、电磁阀二14、加热器二15、温度传感器三16、电磁流量二17、电磁流量计一18、预热管路19、试验管路21、电磁阀三20、电磁阀四22、温度传感器四23、压力传感器一24、试验件、温度传感器五25、压力传感器二26、电磁阀五27、回水过滤器28、电磁液位计29、温度传感器六30。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明用于功率模块水冷板测试的水冷试验台，底座上方一侧安装有水箱1，水箱1上安装有电磁液位计29、温度传感器30，水箱上方安装有回水过滤器28；

水箱1下方通过主管路3依次连接过滤器2、变频泵4后接三通比例阀5出水口的一端，该三通比例阀5出水口的另一端与换热管路6连接，换热管路6上顺序连接风水换热器7及温度传感器一8，低流量管路9分别与换热管路6的进水端及三通比例阀5进水口连接；

所述的低流量管路9上顺序连接经电磁阀一10、加热器一11、温度传感器二12、电磁流量计一18、连接预热管路19、试验管路21；

所述的高流量管路13一端与主管路3接通，经电磁阀二14、加热器二15、温度传感器三16、电磁流量计二17后连接预热管路19、试验管路21；

所述的试验管路21一路通过四通接头一端顺序连接电磁阀四22、温度传感器三23、压力传感器四24、试验件、温度传感器五25、压力传感器六26、电磁阀五27、回水过滤器28连接到水箱1，另外三端分别连接电磁流量计17、电磁流量计18以及预热管路19，预热管路19另一端经电磁阀三20、回水过滤器28连接到水箱1。

试验台通过设置能形成流量测量回路；流量测量回路分为高流量回路和低流量回路。高流量回路由主管路3、高流量管路13、试验管路21组成；低流量回路由主管路3、低流量管路9、试验管路21组成；

试验台通过设置能形成加热回路，加热回路分为预加热回路和试验加热回路。预热回路由主管路3、高流量管路13或低流量管路9、预热管路19组成；试验加热回路由主管路3、高流量管路13或低流量管路9、试验管路21组成；

试验台使冷却介质流量恒定的方法包括以下步骤：

步骤一：输入试验目标流量值，PC机读入目标流量值后与程序设定的流量值比较，判定是启动低流量回路还是高流量回路；

步骤二：初调阶段：根据整机管路流阻特性及试验设定流量的大小；通过变频器逐步增大泵电机转速，使泵的出口流量保持在所需流量的±10%区间内；

步骤三：精调阶段：采用闭环控制，自动控制系统根据反馈的实际流量与试验设定流量的偏差，利用变频器调节泵电机转速，直到输出流量精度满足预定要求，保持该转速不变；

步骤四：根据电磁流量计反馈的实际流量大小，当流量出现偏差时，相应调节泵电机转速，维持流量稳定。

试验台准确快速调节水冷板进口冷却液的温度并使温度稳定的方法包括以下步骤：

步骤一：设定试验温度，根据PC机数据采集反馈的信息启动预加热回路进行预加热；

步骤二：当水冷板的进口温度达到预加热的温度时，关闭预加热回路，打开试验加热回路，并开启风水换热器；

步骤三：利用温度传感器采集试验件的进口及出口温度，反馈给PC机；

步骤四：通过PID调节器对加热单元进行控制，消除温度偏差。

以下是一个试验的过程：若试验件需要冷却介质的进口温度为45℃，流量为100L/min。首先输入流量100L/min，控制程序会与程序当中设的流量值30L/min比较（假设程序中设定30L/min为高低流量的区分值）100L/min＞30L/min，所以此试验属于高流量试验，控制系统将打开电磁阀二14，关闭电磁阀一10，让冷却介质全部走高流量管路。试验件所需的进口温度为45℃,假设控制程序编写的是预热温度要比试验温度低5℃，即预加热要达到40℃停止。当试验确定为高流量回路时，试验将启动预加热回路，预加热不断循环加热直到温度达到40℃此时电磁阀三20关闭，电磁阀四22、电磁阀五27打开，此时即转为试验回路了，当进口温度达到45℃时，由于试验件上面有功率器件产生热量，此时试验件的出口温度将高于45℃，所以在试验中将开启换热管路，通过三通比例阀5调节介质的流通比例，一部分水走换热管路6，一部分走主管路3，然后混合使温度降低，避免经过加热器时水温过高。

Claims (1)

1.一种用于功率模块水冷板测试的水冷试验台，其特征在于：底座上方一侧安装有水箱（1），水箱（1）上安装有电磁液位计（29）、温度传感器（30），水箱上方安装有回水过滤器（28）；

水箱（1）下方通过主管路（3）依次连接过滤器（2）、变频泵（4）后接三通比例阀（5）进水口的一端，该三通比例阀（5）出水口的另一端与换热管路（6）连接，换热管路（6）上顺序连接风水换热器（7）及温度传感器一（8），低流量管路（9）分别与换热管路（6）的出水端及三通比例阀（5）另一出水口连接；

所述的低流量管路（9）上顺序连接经电磁阀一（10）、加热器一（11）、温度传感器二（12）、电磁流量计一（18）、连接预热管路（19）、试验管路（21）；

所述的高流量管路（13）一端与主管路（3）接通，经电磁阀二（14）、加热器二（15）、温度传感器三（16）、电磁流量计二（17）后连接预热管路（19）、试验管路（21）；

所述的试验管路（21）一路通过四通接头一端顺序连接电磁阀四（22）、温度传感器三（23）、压力传感器四（24）、试验件、温度传感器五（25）、压力传感器六（26）、电磁阀五（27）、回水过滤器（28）连接到水箱（1），另外三端分别连接电磁流量计二（17）、电磁流量计一（18）以及预热管路（19），预热管路（19）另一端经电磁阀三（20）、回水过滤器（28）连接到水箱（1）。