机车电气柜冷却装置及机车电气柜的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机车电气柜冷却技术，尤其涉及一种机车电气柜冷却装置及机车电气柜。
【背景技术】
[0002]大功率半导体元件是机车电力传动系统的重要组成，它们通常被安装在电气柜内。大功率半导体元件工作时，消耗的能量以热量形式释放，如果这部分热量不被及时排出电气柜，那么电气柜将无法正常工作，严重时还会造成内部元件烧毁。
[0003]目前，冷媒循环是机车电气柜的主要冷却方式，这种传统的冷却装置由水箱、水泵、风机、散热器、管道等组成，冷媒通常采用水和乙二醇组成的混合液，在水泵的作用下循环于管道内，冷媒在风机和散热器的作用下迅速从电气柜内部吸收热量，循环至电气柜外部时，二次冷却装置会对冷媒进行冷却。该种冷却装置结构复杂，且连接密封性要求高，风机、散热器和管道均需要安装在电气柜内部，这种设计不仅增加了电气柜的体积，而且风机工作时引起的震动直接影响了电气柜的稳定性，复杂的管路也会降低电气柜的可维护性。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种机车电气柜冷却装置及机车电气柜，用于克服现有技术中的缺陷，提高了冷却装置的稳定性和能源利用率，减小了电气柜体积，且提高了冷却装置的可维护性。
[0005]本发明提供一种机车电气柜冷却装置，该冷却装置包括中央控制单元和至少一个制冷单元，其中:
[0006]所述制冷单元包括安装在电气柜内部发热元件上的导热板、冷端与所述导热板连接的热电制冷元件、与所述热电制冷元件热端连接的散热器和靠近所述散热器设置的风机；
[0007]所述导热板上设置有第一温度传感器，所述散热器上设置有第二温度传感器；
[0008]所述中央控制单元包括微控制器和数量与所述制冷单元数量相同的测控模块；所述微控制器根据所述第一温度传感器检测到的导热板的温度计算所述发热元件需要的热电制冷元件的制冷功率，输出与所述热电制冷元件制冷功率所对应的第一控制信号，所述测控模块接收该第一控制信号并控制所述制冷单元中的热电制冷元件以第一制冷功率运行；所述微控制器根据第二温度传感器检测到的散热器的温度计算所述散热器需要的风机的转速，输出与所述风机转速所对应的第二控制信号，所述测控模块接收该第二控制信号并控制所述制冷单元中的所述风机以第一转速运转。
[0009]其中，所述导热板呈C形，所述热电制冷元件的冷端设置在所述导热板的槽口内。
[0010]进一步地，所述散热器为翅片散热器，所述翅片散热器与翅片背向的一侧与所述热电制冷元件的热端连接。
[0011]其中，所述测控模块包括:
[0012]第一信号转换电路，输入端与第一温度传感器连接，输出端与所述微控制器连接；用于接收第一温度传感器输出的信号并将该信号进行放大或转换后分别输出至所述微控制器；
[0013]第二信号转换电路，输入端与第二温度传感器连接，输出端与所述微控制器连接；用于接收第二温度传感器输出的信号并将该信号进行放大或转换后分别输出至所述微控制器；
[0014]可调恒流源电路，输入端连接所述微控制器，输出端连接所述热电制冷元件，根据接收到的来自于所述微控制器的第一控制信号输出恒定电流，给所述热电制冷单元供电使其以一定制冷功率运行；
[0015]电机驱动电路，输入端连接所述微控制器，输出端连接所述风机；根据接收到的来自于所述微控制器的第二控制信号驱动所述风机以一定转速运转。
[0016]进一步地，所述第一控制信号是0?5V的电压信号；所述第二控制信号是脉冲宽度调制信号。
[0017]本发明还提供一种机车电气柜，包括柜体和设置在所述柜体内的至少一个发热元件，所述柜体上设置有冷却装置，所述冷却装置为上述任意实施例所述的机车电气柜冷却装置，每个所述发热元件上均设置一个所述机车电气柜冷却装置中的制冷单元，所述制冷单元中的导热板安装在所述发热元件上，所述制冷单元中的热电制冷元件的冷端设置在所述柜体内部，所述热电制冷元件的热端、与所述热电制冷元件热端连接的散热器以及所述制冷单元中的风机均设置在所述柜体外部。
[0018]本发明提供的机车电气柜冷却装置及机车电气柜，第一温度传感器安装在导热板上，用于检测导热板的温度，微控制器根据第一温度传感器检测的导热板的温度并通过测控模块控制热电制冷元件的制冷功率；第二温度传感器安装在散热器上，用于检测散热器的温度，微控制器根据第二温度传感器检测的散热器的温度并用通过测控模块控制风机的转速，进而调整流过散热器的风量；由传感器和测控模块等执行器组成闭环控制系统，提高了冷却装置的稳定性和能源利用率；每一电气柜内部的发热元件均通过一个制冷单元进行冷却，采取的是点对点制冷方式，冷却效果较好；此外，制冷单元中仅仅导热板和热电制冷元件的冷端安装在电气柜内部，不包含运动部件，减小了电气柜的体积，提高了可维护性，且为电气柜提供了一个良好的运行环境，不影响电气柜内部器件的工况；热电制冷元件可快速将电气柜内的温度降低至环境温度以下，相对于现有技术中的冷却装置，冷却效率和速度均大大提高。
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例提供的机车电气柜冷却装置的结构示意图；
[0020]图2为中央控制单元的结构示意图；
[0021]图3为中央控制单元的控制流程示意图；
[0022]图4为本发明实施例提供的机车电气柜的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]如图1-3所示，本发明提供一种机车电气柜冷却装置，该冷却装置包括中央控制单元1和至少一个制冷单元2，其中:制冷单元2包括安装在电气柜内部发热元件100上的导热板21、22a冷端与导热板21连接的热电制冷元件22、与热电制冷元件热端22b连接的散热器23和靠近散热器设置的风机24 ;在导热板21上设置有第一温度传感器10，在散热器23上设置有第二温度传感器20 ;中央控制单元1包括微控制器11和数量与制冷单元2相同的测控模块12 ;每个测控模块12控制一个制冷单元2 ;微控制器11根据第一温度传感器10检测到的导热板21的温度计算发热元件需要的热电制冷元件22的制冷功率，输出与热电制冷元件22制冷功率所对应的第一控制信号，测控模块12接收该第一控制信号并控制制冷单元2中的热电制冷元件22以第一制冷功率运行；微控制器11根据第二温度传感器20检测到的散热器23的温度计算散热器23需要的风量，并根据该风量计计算风机24的转速，输出与风机24转速所对应的第二控制信号，测控模块12接收该第二控制信号并控制制冷单元2中的风机24以第一转速运转。
[0024]本发明提供的机车电气柜冷却装置，第一传感器10安装在导热板21上，用于检测导热板21的温度，微控制器11根据第一温度传感器10检测的导热板21的温度并通过测控模块12控制热电制冷元件的制冷功率；第二温度传感器20安装在散热器23上，用于检测散热器23的温度，微控制器11根据第二传感器20检测的散热器23的温度，计算散热器23所需的风量，进而通过该风量计算出风机24的转速，通过测控模块12控制风机的转速，进而调整流过散热器的风量；由第一温度传感器10、第二温度传感器20和测控模块12等执行器组成闭环控制系统，提高了冷却装置的稳定性和能源利用率；每一电气柜内部的发热元件均通过一个制冷单元进行冷却，采取的是点对点制冷方式，相对于现有技术中电气柜内部几个发热元件共同利用一个制冷单元的线对点的制冷方式，冷却效果较好。
[0025]热电制冷的原理如下:用两种不同的金属丝相互连接在一起，形成一个闭合电路，把两个连接点分别放在温度不同的两处，就会在两个连接点之间产生一个电势差即接触电动势。同时闭合电路中就有电流通过。反过来，将两种不同的金属线相互连接形成的闭合线路已通直流电，会产生两个不同温度的连接点。只要通以直流电，就会是其中一个连接点变热，另一个连接点变冷。这就是帕尔帖效应，亦称温差电现象。生产冷端就是我们需要的制冷。
[0026]热电制冷元件22可采用市场上的通用热电制冷器件，其中本实施例中采用由N型半导体和P型半导体构成的热电制冷元件，用金属将N型半导体和P型半导体连接成一个回路，金属只起导电的作用。当电流由N型半导体流向P型半导体，P端的热量会被带至N端，且热量的传递速度随电流的升高而增加。
[0027]—个中央控制单元1配备一个微控制器11和一个人机界面13，测控模块12的数量与制冷单元2的数量相同。微控制器11是中央控制单元1的核心，测控模块12和人机界面13会把采集到的信息发送至微控制器11，这些信息经微控制器11计算和处理后形成控制指令(包括第一控制信号和第二控制信号)，测控模块12再接收并执行微控制器发出的控制命令，驱动热电制冷元件22和风机24运行。人机界面提供了用户与电气柜制冷装置的互交，用户可以通过人机界面观察制冷装置的运行状态。微控制器11可以是单片机，测控模块12可以是集成电路。
[0028]作为上述实施例的改进，如图1所示，导热板21呈C形，热电制冷元件的冷端22a设置在导热板21的槽口内。该种导热板结构，为热电制冷元件22的安装提供了一个槽口，热电制冷元件的一部分可内嵌在该槽口中，减小了占用空间，此外，该槽口结构设置增加了热电制冷元件冷端22a与导热板21的接触面积，提高了热传递速率。
[0029]如图1所7K，散热器23为翅片散热器，翅片散热器与翅片23a背向的一侧与热电制冷元件的热端22a连接。翅片散热器通过空气介质散热，易于安装、且成本较低，热量最后经翅片23a散发到空气中，最后通过风机24加速空气流动，将热量散发到外界。
[0030]上述实施例中，测控模块12包括:
[0031]第一信号转换电路121,输入