CN101672295B - 一种变频器机柜风扇组节能控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变频器机柜风扇组节能控制装置和方法，是一种电气装置和该电器装置的控制方法。本发明包括：安装在变频器机柜上的多个风扇组，每个风扇组至少包含两个风扇，与风扇组连接的风扇电控器，风扇电控器与安装在变频器机柜中的温度传感器、安装在风扇组各个风扇排风通道上的风压开关、安装在变频器机柜面板上的风扇故障指示灯连接。本发明由于使用了备用风扇，风扇的数量有较大富裕量，可以延长风扇的运行寿命。由于使用了风压开关，可以检测风扇是否工作，有效的解决风扇故障而产生的变频器过热而出现的故障。由于使用了单片机，使风扇组的运行智能化，可以根据变频器机柜内的温度开启或关闭风扇的个数，实现节能环保。

Description

一种变频器机柜风扇组节能控制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种变频器机柜风扇组节能控制装置和方法，是一种电气装置和该电器装置的控制方法，是一种使用数字电子计算机技术对传统电器进行控制的装置和方法，是一种对传统电器进行智能化控制实现节能的装置和方法。

背景技术

变频调速已经成为普遍的调速方式，为节能的目的各种电机系统都使用变频调速。目前应用于变频机柜的散热，都是通过散热风扇实现散热功能。散热风扇的运转情况将直接影响变频机柜的散热效果，最终影响变频调速器的正常工作。所以良好的散热设计和风扇运转控制，将会提高整个变频器的性能。

实际使用中，变频器的工作载荷不是固定的，而是不断变化，由于载荷的变化变频器在轻载和重载下散发的热量是不一样的，传统的散热风扇不能根据变频器散出的热量调节自身的散热量，无论什么情况下都以同一速度转动，不间断的工作。这种不间断的工作产生两个问题：首先浪费了能源，其次由于不间断的工作使风扇的寿命受到影响。风扇是连续的高速机械运转部件，大部分产品的连续运行寿命在2年左右。高温、多尘环境下寿命还会大幅度缩短。风扇损坏往往导致整个变频器无法正常工作。据统计变频器的各类故障散热风扇占了一半左右，还有不少故障与风扇散热效果有关。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提出一种变频器机柜风扇组节能控制装置和方法。所述的装置和方法建立风扇组，设置一定数量的备用风扇，在实际运行时，根据变频器机柜内部温度情况，控制开启风扇的个数。既节能，又能减少风扇磨损。另外设置了故障风扇检测装置，通过风压开关把故障风扇检测出来，自动用无故障风扇替代。

本发明的目的是这样实现的：一种变频器机柜风扇组节能控制装置，包括：安装在变频器机柜上方或下方的主风道上的多个风扇组，风扇组中每个风扇的排风道中设置有重力自动风门，所述的风扇组与风扇电控器电连接，其特征在于，所述的风扇组中风扇的个数为每个风扇都有一个备用风扇，所述的风扇电控器与安装在变频器机柜中的温度传感器、安装在风扇组各个风扇排风通道上的风压开关、安装在变频器机柜面板上的风扇故障指示灯连接。

一种使用上述装置实现对风扇组控制的方法，其过程步骤如下：

程序启动的步骤：用于随变频器的启动而启动，并进行自检的过程；

检测柜内温度的步骤：用于通过温度传感器对变频器机柜内的温度进行检测的过程；

检测风扇故障的步骤：用于通过风压开关检测各风扇组中是否有出现故障而不工作的风扇；

判断风扇是否有故障的步骤：如果出现有故障风扇则关闭该故障风扇的电源并点亮该故障风扇的报警指示灯并回到检测柜内温度的步骤，如果没有发现存在故障风扇则进入下一步骤；

判断柜内温度是否偏高的步骤：用于将检测到的变频器机柜内的温度与正常温度范围进行比较，如果变频器机柜内的温度在正常温度范围内则回到检测柜内温度的步骤，如果变频器机柜内的温度低于正常温度范围则减少风扇运行数量并回到检测柜内温度的步骤，如果变频器机柜内的温度高于正常温度范围进入下一步骤；

判断所有风扇是否全部运行的步骤：用于检测所有风扇的开关是否打开和通过气流开关检测风扇开关已经打开的风扇是否工作，以及是否有故障风扇停止工作，如果所有无故障的风扇已经工作则报警、进入保护状态并回到检测柜内温度的步骤；如果不是所有无故障风扇都打开则进入下一步；

增加风扇运行数量的步骤：用于按模糊算法增加风扇的数量并回到检测柜内温度的步骤。

本发明产生的有益效果是：由于使用了备用风扇，风扇的数量有较大富裕量，可以大幅度延长通风散热系统的运行寿命。由于使用了风压开关，可以检测每一个接通电源的风扇是否工作，可以有效的解决风扇故障而产生的变频器过热而出现的故障。由于使用了单片机，使风扇组的运行智能化，可以根据变频器机柜内的温度开启或关闭风扇的个数，实现节能环保。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一所述的变频器机柜风扇组节能控制装置示意图；

图2是本发明实施例三所述自动开闭的风门打开的状态示意图；

图3是本发明实施例三所述自动开闭的风门关闭的状态示意图；

图4是本发明实施例四所述的温度信号处理电路原理图；

图5是本发明实施例四所述的风扇开关控制电路原理图；

图6是本发明实施例九所述的变频器机柜风扇组节能控制方法的原理框图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是变频器机柜风扇组节能控制装置，如图1所示。本实施例包括：安装在变频器机柜上的多个风扇组，所述每个风扇组至少包含两个风扇，与风扇组连接的风扇电控器，风扇电控器与安装在变频器机柜中的温度传感器、安装在风扇组各个风扇排风通道上的风压开关、安装在变频器机柜面板上的风扇故障指示灯连接。

本实施例的关键在于在设置多个风扇，即每个风扇再配备一个备用风扇，形成风扇组，一个风扇出现故障，可以用另一个风扇代替，不会出现因一个风扇故障而是整个变频器机柜出现故障。同时在每个风扇的排风通道上设置风压传感器，检测在该风扇电源接通的情况下风扇是否工作。设立一个控制各风扇组工作的电控器，使风扇组的工作智能化，实现变频器发热量大时多开风扇，变频器发热量小时少开风扇，节能环保。设立风扇故障告警装置，一旦哪个风扇出现故障不工作了，可以十分方便的识别。

风扇组配置于变频器机柜的上方或下方的主风道上。一组若干个同规格风扇并行安装，每个风扇都有自己的风道。它们当中的任何一个或任何几个的组合都可形成散热气流。具体运行个数由变频器机柜产生的热量和环境散热条件决定。每个风扇的风道中设置有重力自动风门，其作用是防止气流倒灌，保证通风散热效果。

风扇组可以总数为4只风扇，2用2备；总数也可以是6只风扇，3用3备或1用2备等，还可以有其它方式的组合。原则是具有一倍左右数量的备用风扇，随时准备投入运行，保证设备能长期正常运行。

风扇电控器，由单片机和控制电路组成，功能有：根据温度传感器感测的变频机柜内部发热体的温度来控制风扇组中风扇通电运转的数量，达到节能的目的；通过风压开关检测出发生故障的风扇，将其自动关闭，并启动备用风扇，保证所需散热效果，保证设备正常运行。同时通过报警指示灯提醒工作人员及时更换发生故障的风扇。

重力自动风门，每一个风扇的独立风道中都设置有重力自动风门。正常运行中的风扇，由于气流的作用，其风道自动打开；处于备用状态或有故障的风扇，风道自动关闭。其目的是防止气流倒灌，保证通风散热效果。

温度传感器，安装于变频器机柜中主要发热体部位，与风扇电控器的单片机连接，将发热体的温度转变为电信号，为风扇电控器提供开启风扇运行数量、运行时间的依据。

风压开关，每一个风扇的独立风道中都设置有风压开关，其与风扇电控器的单片机连接。当风扇正常运行时，对应的风压开关接通，当风扇出现故障时，对应的风压开关断开。风扇电控器的单片机通过控制电路切断有故障的风扇供电电路。

故障指示灯，当某一风扇发生故障时，对应的故障指示灯亮起，提醒工作人员及时更换，从而保证设备安全运行。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于风扇组的细化。本实施例所述的风扇组中风扇的个数为每个风扇都有一个备用风扇。

风扇组可以总数为4只风扇，主要使用2只风扇，并为每只主要使用的风扇各配备一只备用风扇，即2只备用风扇。或总数也可以是6只风扇，主要使用3只风扇，用3只备用风扇与其配备。还可以有更多的风扇并带有相同数量的备用风扇。原则是具有一倍左右数量的备用风扇，随时准备投入运行，保证设备能长期正常运行。

实施例三：

本实施例是实施例二的改进，是实施例二关于风门的细化。本实施例所述的风扇组的各个风扇的排风通道的出口上安装有自动开闭的风门。

所述的自动开闭的风门，可以是一种安装在竖直通风道上的风门，当通道中没有空气通过时风门关闭，如图3所示。当空气由通道的底部向上流动时风门被吹开，如图2所示。也可以是一种安装在水平通风道上的风门。当水平通道中没有空气通过时风门是关闭的。当有空气从风门打开的另一侧流入的时候风门可以打开。

实施例四：

本实施例是实施三的改进，是实施例四关于风扇电控器的细化。本实施例所述的风扇电控器包括：处理芯片、温度信号处理电路和风扇开关控制电路。

温度信号处理电路如图4所示，R1、R2、R3+W、R4组成一个检测电桥。R2（PT100）是温度传感器。根据变频器机柜的工作条件，以50℃作为标准温度。在这一标准温度下，通过调整W使检测电桥平衡。由于变频器机柜内部的温度在50℃上下不会偏差很大，电桥始终在接近平衡状态工作，所以电桥的线性、灵敏度均能得到充分保证。

U1、R5、R6、R7、R8组成一个直流电压放大器。放大倍数主要由R6与R5的比值（R8与R7的比值）确定。

R9、C1组成滤波电路。用于滤除各种干扰信号。

电桥输出的温度信号，通过直流电压放大器放大，通过滤波电路滤除各种干扰信号后送到单片机的A/D转换口。

U1是运算放大器，可使用LM358、LM324、LM 124等。

风扇开关控制电路可以有多种形式。如图5所示，是一种简单的继电器开关电路，可以有效的实现风扇的开关。也可以使用可控硅的开关电路。有多种方式实现风扇的开关。

实施例五：

本实施例是实施例四的改进，是实施例四关于处理芯片的细化。本实施例所述的处理芯片是单片机或可编程控制器中的一种。

本实施例所述的处理芯片可以是单片机或较单片机更为复杂的嵌入式系统。单片机可以使用：ATtiny24/44/84、ATatmega8/16/48/64/88/128/168等类型的芯片。本实施例还可以使用可编程控制器PLC，使用可编程控制器可以获得更加稳定和可靠的性能，但价格昂贵。

实施例六：

本实施例是实施例五的改进，本实施例是实施例六关于温度传感器的细化。本实施例所述的温度传感器是铂电阻、热敏电阻或半导体温度传感器中的一种。

本实施例的温度传感器可以是PT100温度传感器，又叫铂电阻，或称为热电阻。PT100温度传感器的温度系数为0.0039×／℃，0℃时电阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。当然也可使用半导体温度传感器或者热敏电阻。由于电路的特殊设计和实施例四所述的调整方法，电桥的线性、灵敏度均能得到充分保证。另外经过放大的温度信号的线性、极性还可通过软件进行修正。

实施例七：

本实施例是实施例六的改进，是实施例六关于风压开关的细化。本实施例所述的风压传感器是气流开关或红外光电式气流开关中的一种。

本实施例所述的风压传感器是检测有无气流即气流的通断状态的传感器。本实施例所采用的是HF67KB型气流开关，生产厂家有：上海安锐自动化仪表有限公司、北京瑞斯派克仪器仪表科技发展中心、上海华脉实业有限公司。HF67KB型气流开关属于机械式传感器，结构简单，安装调试方便。

本实施例还可以采用红外光电式气流开关。

实施例八：

本实施例是实施例七的改进，是实施例七关于指示灯的细化。本实施例所述的指示灯是发光二极管、白炽灯、氖泡中的一种。

实施例九：

本实施例是使用上述实施例所述装置而实现对风扇组控制的方法，原理框图如图6所示。本实施例所述的方法大致过程是：

程序开始运行后，风扇电控器不断检测变频器机柜内温度和风扇是否存在故障。如果发现风扇有故障，立即切断该风扇的电源，并点亮对应的风扇故障指示灯，提醒工作人员更换。如果发现变频器机柜内温度偏高，在风扇尚未全部开启的情况下，则增加风扇运行数量。如果风扇已经全部开启，则进行高温报警，并进入温度保护状态。

变频器机柜内部升温速度（升温幅度/升温时间）是开启风扇数量的依据。根据变频器机柜内温度的变化采用模糊和逻辑的方式进行处理。升温速度越快，开启风扇的数量也越多。如果变频器机柜内温度偏低，在尚有风扇运行的情况下，可以减少风扇运行数量。如果变频器机柜内温度在正常范围，风扇运行数量不做变化，系统继续监视。

模糊分析和逻辑分析的具体数学原理：为了最大限度节约能源，程序特别对温度升降的速度和趋势进行跟踪分析，进而精确、合理地判断出增加、减少风扇运行数量的时机。基本原则是，温度增加较快，则提前增加运行风扇的数量，及时抑制温度上升速度，能有效避免温度出现过冲而造成超温停机保护故障。同理，当温度下降较快时，则提前减少运行风扇的数量，及时节约电能。温度升降的快慢的判断，依靠保存在程序中的一组经验数据，这是实现模糊控制的基础。

本实施例所述的具体步骤如下：

程序启动的步骤：用于随变频器的启动而启动，并进行自检的过程。

检测柜内温度的步骤：用于通过温度传感器对变频器机柜内的温度进行检测的过程。

检测风扇故障的步骤：用于通过风压开关检测各风扇组中是否有出现故障而不工作的风扇。

判断风扇是否有故障的步骤：如果出现有故障风扇则关闭该故障风扇的电源并点亮该故障风扇的报警指示灯并回到检测柜内温度的步骤，如果没有发现存在故障风扇则进入下一步骤。

判断柜内温度是否偏高的步骤：用于将检测到的变频器机柜内的温度与正常温度范围进行比较，如果变频器机柜内的温度在正常温度范围内则回到检测柜内温度的步骤，如果变频器机柜内的温度低于正常温度范围则减少风扇运行数量并回到检测柜内温度的步骤，如果变频器机柜内的温度高于正常温度范围则进入下一步骤。

判断所有风扇是否全部运行的步骤：用于检测所有风扇的开关是否打开和通过气流开关检测风扇开关已经打开的风扇是否工作，以及是否有故障风扇停止工作，如果所有无故障的风扇已经工作则报警、进入保护状态并回到检测柜内温度的步骤；如果不是所有无故障风扇都打开则进入下一步。

增加风扇运行数量的步骤：用于按模糊算法逻辑算法增加风扇的数量并回到检测柜内温度的步骤。

当变频器机柜内的温度高于正常温度范围时，风扇电控器中的程序跟踪分析温度增加的速率，并与保存在程序中的一组经验数据比较。当变频器机柜内的温度上升较快时，则提前增加运行风扇的数量，及时抑制温度上升速度，能有效避免温度出现过冲而造成超温停机保护故障。当变频器机柜内的温度上升较慢时，则可适当推迟增加运行风扇的数量的时机，目的是节约电能和减少风扇磨损。在很多温度上升较慢情况下，由于推迟了增加运行风扇的数量，当后来的温度转为下降趋势是，就取消或避免了增加运行风扇的数量这一过程。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如电控器的形式、风扇的安排、传感器的形式等等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种变频器机柜风扇组节能控制装置，包括：安装在变频器机柜上方或下方的主风道上的多个风扇组，风扇组中每个风扇都具有自己的排风道，所述的每个风扇各自的排风道中设置有重力自动风门，所述的风扇组与风扇电控器电连接，其特征在于，所述的风扇组中风扇的个数为每个风扇都有一个备用风扇，所述的风扇电控器与安装在变频器机柜中的温度传感器、安装在风扇组各个风扇排风道上的风压开关、安装在变频器机柜面板上的风扇故障指示灯连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的风扇电控器包括：处理芯片、温度信号处理电路和风扇开关控制电路。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的处理芯片是单片机或可编程控制器中的一种。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的温度传感器是铂电阻、热敏电阻或半导体温度传感器中的一种。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的风压开关是红外光电式气流开关。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的风扇故障指示灯是发光二极管、白炽灯、氖泡中的一种。

7.一种使用权利要求1所述装置实现对风扇组控制的方法，其特征在于步骤如下：

程序启动的步骤：用于随变频器的启动而启动，并进行自检的过程；

检测柜内温度的步骤：用于通过温度传感器对变频器机柜内的温度进行检测的过程；

检测风扇故障的步骤：用于通过风压开关检测各风扇组中是否有出现故障而不工作的风扇；

判断风扇是否有故障的步骤：如果出现有故障风扇则关闭该故障风扇的电源并点亮该故障风扇的风扇故障指示灯并回到检测柜内温度的步骤，如果没有发现存在故障风扇则进入下一步骤；

判断柜内温度是否偏高的步骤：用于将检测到的变频器机柜内的温度与正常温度范围进行比较，如果变频器机柜内的温度在正常温度范围内则回到检测柜内温度的步骤，如果变频器机柜内的温度低于正常温度范围则减少风扇运行数量并回到检测柜内温度的步骤，如果变频器机柜内的温度高于正常温度范围则进入下一步骤；

判断所有风扇是否全部运行的步骤：用于检测所有风扇的开关是否打开和通过风压开关检测风扇开关已经打开的风扇是否工作，以及是否有故障风扇停止工作，如果所有无故障的风扇已经工作则报警、进入保护状态并回到检测柜内温度的步骤；如果不是所有无故障风扇都打开则进入下一步；

增加风扇运行数量的步骤：用于按模糊算法增加风扇的数量并回到检测柜内温度的步骤。

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