专利名称：大功率变流器的电力电子器件能量损耗的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种大功率变流器电力电子器件能量损耗的测量方法。电力电子器件 的能量损耗对于大功率变流器的影响包括输出功率、硬件设计以及冷却等多个方面。因此， 变流器电力电子器件的能量损耗测量是变流器设计开发所需要的重要依据。
背景技术：
大功率变流器具有广阔的应用背景，已经成为多个产业中的核心设备之一。变流 器的核心部件是大功率电力电子器件(绝缘栅双极性三极管IGBT和功率二极管Diode)，变 流器的主要功能由电力电子器件的开关实现。电力电子器件在导通和开关过程中会形成能量损耗，损耗的能量主要以热量的方 式散发出来。器件的能量损耗与变流器的热特性直接相关。电力电子器件的能量损耗情况 是确定变流器的整个安全保护系统的重要因素，在�？榈纳⑷裙怠⒗淙匆约罢銮惶宓木� 体设计上更需要充分考虑变流器器件的能量损耗。因此准确量化电力电子器件的能量损耗 是变流器设计的必要步骤。目前电力电子器件的能量损耗量化方法主要包括波形计算法以及实际测量法。波 形计算法是根据测量的电力电子器件的开关波形，结合器件生产商提供的相关技术参数， 估测出电力电子器件的能耗。但是由于器件参数具有不确定性，非实时状态下测量的开关 波形与在实际工作条件的器件开关波形，客观上存在差异。因此单纯的波形计算法得出的 器件能耗通常不能作为变流器的设计依据。实际测量法是实时实地直接的器件能耗测量方 式。这种方法不仅可以作为波形计算法的验证补充，还可以独立提供器件能耗的量化数据。 实际测量法已经成为变流器设计中的一个必需步骤。传统的变流器电力电子器件的测量方法如
图1所示，该方法主要在于测量流过被 测器件⑴所连接的散热沟⑵的流体的进口和出口的温度差，同时根据冷却流体的流量，利用流体温度差和流量的信息得出电力电子器件的能耗。器件能耗与流体温度差以及流量的关系为Ploss = (Tinlet-Toutlet) -Cp-JwPloss为器件能量损耗，Tinlet和T。utlrt分别为流体进口以及出口的温度，Cp为冷却流 体比热容，Jw为流体的流量。上述传统的电力电子器件能耗的测量方法基于一个假设，即器件的所有能耗最终 完全被冷却流体带出，因此测量冷却流体的温度差和流量可以得出器件的能量损耗值。然 而在实际情况中，器件的能耗不完全能被冷却流体所带出，其中一部分作为热量散发到了 周围的空气中，因此影响了该测量方法的准确性。本发明提供了一种改进的电力电子器件能量损耗测量方法，弥补了现有方法在这 一方面的不足，有效地提高变流器器件能耗测量的准确性。
发明内容
本发明的目的是给出了一种新型的变流器电力电子器件的能量损耗测量方法， 这种方法有效消除了由于能量损耗的部分热泄漏所造成的测量误差，有效提高了变流器电 力电子器件的能耗测量的准确性。为达到上述目的，本发明的构思是在原有的测量平台基础上增加一个腔体结构， 该结构可以有效地降低器件损耗的热泄露程度。本发明通过控制腔内的空气温度，使其尽 量接近腔体外部温度，以降低腔体热量散发到空气中的程度。从而，使器件绝大部分的热泄 露的能耗保留在腔体内部，当腔体达到热平衡时，残留在腔体内部的热量最终将被冷却流 体带出，提高了器件的能量损耗测量的准确性。根据上述的发明构思，本发明的技术方案如下 如图2所示，本发明在传统的器件测量方案的基础上增加了一个外围的腔体结 构，腔体结构由隔热材料组成，可以有效地隔绝腔体内外的热泄露，腔体的隔热材料特性及 其厚度决定了腔体的热传导特性，从而可以推出腔体的等效热电阻RTh—chambCT。整个测量方案的控制器将根据实测腔体外环境温度控制腔体内的制热/制冷器， 尽量降低腔体内外的温度差异。本测量方案中由于热泄露而产生的测量误差为
权利要求
变流器电力电子器件的能量损耗测量方法，其特征在于限制了被测器件传导辐射至空气中的热量，保证绝大多数的电力电子器件能耗最终由冷却流体带出，提高了通过现有能耗测量方法的准确性。
2.按照权利要求1变流器电力电子器件的能量损耗测量方法，其特征在于通过隔热材料构成的腔体限制了被测器件至空气中的热传导和热辐射，并且通过控制 腔体内外的温度差异，从而降低了热泄露所造成的被测器件能损测量误差。
全文摘要
一种新型的大功率变流器电力电子器件的能量损耗测量方法。为了防止器件产生的能耗以热量的方式泄漏到周围空气中，本发明在传统的测量方法基础上增加了具有隔热作用的腔体，通过控制腔内的空气温度，使其尽量接近腔体外部温度，以降低腔体热量散发到空气中的程度，由此器件绝大部分的热泄露的能耗被保留在腔体内部。当腔体达到热平衡时，残留在腔体内部的热量最终将被冷却流体带出，这种测量方法极大地降低了器件的热泄漏的程度，提高了器件的能量损耗测量的准确性。本发明提供的能量损耗测量方法有效地提高了器件能耗测量的准确度，给变流器的设计开发带来了准确度更高更可靠的设计依据，对于变流器设计的优化具有较大意义。
文档编号G01K17/08GK101968509SQ20101027537
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者乌云翔, 邵诗逸 申请人:乌云翔
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