[發(fā)明專利]散熱系統(tǒng)診斷方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010130382.1
• 申請日: 2010-03-23
• 公開（公告）號: CN102202484A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 菲利普·鮑德森;法布里斯·賈多特
• 申請（專利權(quán)）人: 施耐德東芝換流器歐洲公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 王冉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種對用于電氣設(shè)備的散熱系統(tǒng)進(jìn)行診斷的方法，并尤其涉及使用簡單方法檢測散熱系統(tǒng)故障，以便為散熱系統(tǒng)的維護(hù)和更新做準(zhǔn)備。

背景技術(shù)

隨著功率電氣設(shè)備的散熱增加以及整體形狀因數(shù)的減小，熱管理變得越來越重要。

功率電氣設(shè)備的性能可靠性和壽命與設(shè)備各器件的溫度成反比。典型的，硅半導(dǎo)體器件的可靠性和工作溫度之間的關(guān)系表明溫度降低對應(yīng)于半導(dǎo)體器件的可靠性和壽命增加。因此，通過有效地控制器件的工作溫度可以實(shí)現(xiàn)各器件的壽命增長和可靠性增加。由此，通常要保證該功率電氣設(shè)備的各器件在設(shè)計(jì)的閾值溫度之下工作。

散熱器被經(jīng)常用來從發(fā)熱器件的熱的表面將熱量耗散到周圍環(huán)境中，例如，空氣。在本實(shí)施例中，以空氣為例，但是可以是其他介質(zhì)，如油。為了提高散熱器的散熱效率，通常的方法是增加散熱器與冷卻劑，即空氣相接觸的表面面積，或者使用風(fēng)扇來提高空氣流動速度。

但是隨著使用時間增加，散熱器會由于灰塵的沉積等出現(xiàn)堵塞，并且風(fēng)扇也會出現(xiàn)老化，從而使得散熱系統(tǒng)的總體效率下降，不能夠保證主要電氣部分得到充分冷卻。而眾所周知，溫度過高會導(dǎo)致電氣部分過快老化，減少電氣部分的壽命，并且有可能導(dǎo)致電氣部分出現(xiàn)故障。

為了避免電氣部分由于高溫而受到損壞，在通常的電氣設(shè)備中，例如在變頻器中，在功率模塊處設(shè)置有溫度傳感器，在溫度傳感器所測量的溫度超過一個預(yù)定值時，則停止變頻器的工作。

但是，由于目前沒有一種方法來對散熱系統(tǒng)進(jìn)行診斷，從而無法預(yù)測何時散熱系統(tǒng)出現(xiàn)問題，因此，由于過熱會導(dǎo)致無準(zhǔn)備的停機(jī)，從而造成不可彌補(bǔ)和不必要的的損耗。

例如如果在紡織行業(yè)應(yīng)用中，可能由于應(yīng)用環(huán)境中的纖維或者絲狀物堵塞散熱器或者風(fēng)扇，使得散熱效果下降，變頻器停機(jī)。如果能通過系統(tǒng)檢測提前知道風(fēng)扇或者散熱系統(tǒng)出現(xiàn)問題，提示客戶提前清理或者換風(fēng)扇，可以避免不可預(yù)測的停機(jī)?；蛘咄C(jī)之后也可以很快找到停機(jī)的原因，很快采取相關(guān)處理措施。(換新風(fēng)扇或者清理散熱器)

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問題，提出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于電氣設(shè)備的散熱系統(tǒng)的診斷方法，利用該方法，可以隨時對散熱系統(tǒng)進(jìn)行失效診斷，并可以根據(jù)診斷結(jié)構(gòu)預(yù)先安排散熱系統(tǒng)的維護(hù)時間和更換時間。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于電氣設(shè)備的散熱系統(tǒng)的失效的診斷方法，包括以下步驟：

在所述電氣設(shè)備處于穩(wěn)定狀態(tài)下向其引入一個階躍信號；

在引入該階躍信號后，測量所述電氣設(shè)備的發(fā)熱元件的溫度；

對所獲得的溫度值進(jìn)行信號處理；以及

將信號處理后的結(jié)果與預(yù)定閾值相比較，并且在所述結(jié)果大于所述閾值時，判斷所述散熱系統(tǒng)工作不正常。

所述穩(wěn)定狀態(tài)是指所述電氣設(shè)備工作在穩(wěn)定的負(fù)載和開關(guān)頻率下，維持穩(wěn)定的工作溫度。所述散熱系統(tǒng)工作不正常包括該散熱系統(tǒng)的風(fēng)扇老化，風(fēng)扇故障或者散熱器被堵塞。

由此，通過本發(fā)明的診斷方法，可以事先確定散熱系統(tǒng)的工作狀況，以便根據(jù)工作狀況實(shí)現(xiàn)安排散熱系統(tǒng)的維護(hù)和修理。

優(yōu)選的是，所述階躍信號為功率損耗階躍信號。所述功率損耗階躍信號是通過改變所述電氣設(shè)備的開關(guān)頻率或者改變負(fù)載來實(shí)現(xiàn)的。

對所獲得的溫度值進(jìn)行信號處理的步驟包括：

對所獲得的溫度值求時間導(dǎo)數(shù)；以及

將所得到的時間導(dǎo)數(shù)被一系數(shù)k₀除，該系數(shù)為時間t＝0時上述被測量的溫度的導(dǎo)數(shù)值，即：k0=d·Tc(0)dt=PAVCthca.]]>

所述閾值為：

其中：Rth_ca是在正常工作情況下散熱系統(tǒng)的熱阻值；

Cth為散熱系統(tǒng)的熱容；以及

t為測試時間。