CN104679067B - 一种冷却风机变频控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却风机变频控制方法及装置，应用于一主电机，解决了现有技术中针对主电机的冷却效果不佳，且耗费过多电能的技术问题。主电机包括电机定子和冷却风机，冷却风机变频控制装置包括控制器；控制器用于：获得电机定子的温度反馈值，以及获得主电机的转速反馈值；在温度反馈值超过第一预设温度值时，控制冷却风机的运转频率切换至与温度反馈值对应的第一频率；在温度反馈值小于第二预设温度值时，控制冷却风机的运转频率切换至与转速反馈值对应的第二频率，其中，第一频率大于第二频率。

Description

一种冷却风机变频控制方法及装置

技术领域

本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种冷却风机变频控制方法及装置。

背景技术

目前，粗轧平辊轧机主电机采用三相交流同步电机驱动，每台主电机顶部安装有6台30kW冷却风机为主电机定子绕组提供散热风量。日常运行过程中冷却风机采用380V/50Hz供电，除检修之外其余时间均处于全速运转状态，年运行时间超过8000小时，4台冷却风机月均耗电量超过7万kWh，消耗电能的同时也加大了电机维护的费用。

由此可以看出，现有技术方案针对主电机的冷却效果不佳，且耗费过多电能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷却风机变频控制方法及装置，解决现有技术中针对主电机的冷却效果不佳，且耗费过多电能的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种冷却风机变频控制装置，应用于一主电机，所述主电机包括电机定子和冷却风机，所述冷却风机变频控制装置包括控制器；所述控制器用于：获得所述电机定子的温度反馈值，以及获得所述主电机的转速反馈值；在所述温度反馈值超过第一预设温度值时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述温度反馈值对应的第一频率；在所述温度反馈值小于第二预设温度值时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述转速反馈值对应的第二频率，其中，所述第一频率大于所述第二频率。

优选的，所述冷却风机变频控制装置还包括均匀分布于所述电机定子上的至少一个测温元件；

所述控制器，具体用于通过所述至少一个测温元件采集到所述电机定子的温度反馈值。

优选的，所述控制器，具体用于：在所述温度反馈值小于所述第二预设温度值时，根据所述转速反馈值确定所述主电机的转速改变至零速区间，或低速爬行区间，或高速轧钢区间；在所述主电机的转速改变至所述零速区间时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述零速区间对应的第一子频率；在所述主电机的转速改变至所述低速爬行区间时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述低速爬行区间对应的第二子频率；在所述主电机的转速改变至所述高速轧钢区间时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述高速轧钢区间对应的第三子频率；其中，所述第三子频率大于所述第二子频率，所述第二子频率大于所述第一子频率。

优选的，在所述主电机还包括变频器时，所述冷却风机在两个运转频率之间的切换时长由所述变频器内设置的加减速斜坡值控制。

第二方面，本发明实施例提供了一种冷却风机变频控制方法，应用于一主电机，所述主电机包括电机定子和冷却风机，所述方法包括：获得所述电机定子的温度反馈值，以及获得所述主电机的转速反馈值；在所述温度反馈值超过第一预设温度值时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述温度反馈值对应的第一频率；在所述温度反馈值小于第二预设温度值时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述转速反馈值对应的第二频率，其中，所述第一频率大于所述第二频率。

优选的，所述主电机还包括均匀分布于所述电机定子上的至少一个测温元件时，所述获得所述电机定子的温度反馈值，具体为：

通过所述至少一个测温元件采集到所述电机定子的温度反馈值。

优选的，在所述温度反馈值小于第二预设温度值时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述转速反馈值对应的第二频率，具体为：

在所述温度反馈值小于所述第二预设温度值时，根据所述转速反馈值确定所述主电机的转速改变至零速区间，或低速爬行区间，或高速轧钢区间；在所述主电机的转速改变至所述零速区间时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述零速区间对应的第一子频率；在所述主电机的转速改变至所述低速爬行区间时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述低速爬行区间对应的第二子频率；在所述主电机的转速改变至所述高速轧钢区间时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述高速轧钢区间对应的第三子频率；其中，所述第三子频率大于所述第二子频率，所述第二子频率大于所述第一子频率。

优选的，所述主电机还包括变频器时，所述冷却风机在两个运转频率之间的切换时长由所述变频器内设置的加减速斜坡值控制。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明所提供的技术方案，通过将主电机的转速与电机定子的温度引入冷却风机的速度中，使用主电机转速环与温度环的双环技术，使得冷却风机能够跟随主电机的转速与电机定子的温度实时调节转速，从而冷却风机的转速更合适，实现了冷却风机在主电机温度过高时进行超高速运转来快速散热，在主电机温度不是过高时，以根据主电机的转速进行低，中，高速运转，从而能够兼顾到散热需求和降低风机电耗，解决了现有针对主电机的冷却效果不佳，且耗费过多电能的技术问题，实现了合理散热，避免了主电机定子绕组温升过高造成定子绕组过热烧毁，同时更省电能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的冷却风机变频控制装置的模块图；

图2为本发明实施例中的冷却风机变频控制方法的流程图；

图3为本发明实施例中的测温元件的空间分布图；

图4为本发明实施例中的冷却风机的变频关系图。

具体实施方式

为了解决现有技术中针对主电机的冷却效果不佳，且耗费过多电能的问题。本发明提供一种冷却风机变频控制方法及装置，总的思路如下：

本发明将主电机的转速与电机定子的温度引入冷却风机的速度控制中，使用主电机转速环与温度环的双环技术，使得冷却风机能够跟随主电机的转速与电机定子的温度实时调节转速，从而冷却风机的转速更合适，实现了在主电机温度过高时进行超高速运转来快速散热，在主电机温度不是过高时，以根据主电机的转速进行低，中，高速运转，从而能够兼顾到散热需求和降低风机电耗，解决了现有针对主电机的冷却效果不佳，且耗费过多电能的技术问题，实现了合理散热，避免了电机定子绕组温升过高造成定子绕组过热烧毁，同时更省电能。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1所示，冷却风机变频控制装置1包括控制器11，应用于对主电机2进行冷却的冷却风机变频控制，主电机2包括电机定子21和冷却风机22，主电机2包括的其他部件参考现有技术，本文不进行描述。

参考图2所示，控制器11用于执行方法步骤S101～S103：获得电机定子21的温度反馈值，以及获得主电机2的转速反馈值；在温度反馈值超过第一预设温度值时，控制冷却风机22的运转频率切换至与温度反馈值对应的第一频率；在温度反馈值小于第二预设温度值时，控制冷却风机22的运转频率切换至与转速反馈值对应的第二频率，其中，第一频率大于第二频率。

在具体实施过程中，控制器11可以为PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，当然也可以为其他形式的控制器，本文不限于使用PLC。

具体的，第一预设温度值为实际应用中确定的可能会引起主电机定子绕组温升过高造成定子绕组过热烧毁的温度阈值，用于界定冷却风机22以第一频率进行高速运行以便加快电机定子21散热，第二预设温度值为小于或等于第一预设温度值的一温度阈值，用于界定冷却风机22退出由温度控制冷却风机22运转，转而由主电机2的转速控制冷却风机22运转。

举例来说，第一预设温度值可以为50℃，第二预设温度值可以为40℃，当采集到的电机定子21的温度反馈值高于50℃时，迫使冷却风机22以第一频率运转，实现快速散热；当定子温度低于40℃时，迫使冷却风机22根据主电机2的转速进行运转。当然，在具体实施过程中，本领域技术人员可以根据实际情况设定第一预设温度值和第二预设温度值，并不限于上述举例。

通过前述技术方案实现了将主电机2的运行工况与电机定子21的温度引入控制器11的速度控制程序中，对冷却风机22的运转速度进行控制，使得冷却风机22能够跟随主电机2的转速与电机定子21温度结合调节冷却风机22的转速，获得更佳的冷却效果，以及兼顾到能耗节省。

优选的，本发明所提供的冷却风机变频控制装置还包括均匀分布于电机定子21上的至少一个测温元件12，每一个测温元件12均与控制器11连接。例如，可以参考图3所示，设置多个测温元件空间均匀分布于三相电机定子21上，U、V、W三向的每相电机定子上均有2个位置进行测温，其中，U相测温元件121、V相测温元件122、W相测温元件123、U相测温元件124、V相测温元件125、W相测温元件126位置如图3所见。当然，为对电机定子21的温度测量更加准确，也可以设置更多测温元件，本文不限制为图3所示的设置个数。

进一步，在冷却风机变频控制装置还包括上述至少一个测温元件12时，每一个测温元件12采集的温度反馈值进入到控制器11中，从而控制器11具体用于通过至少一个测温元件12采集到电机定子21的温度反馈值。

在控制器11获得电机定子21的温度反馈值之后，在温度反馈值小于第二预设温度值时，具体包括如下技术方案：

根据转速反馈值确定主电机2的转速改变至零速区间，或低速爬行区间，或高速轧钢区间；在主电机2的转速改变至零速区间时，控制冷却风机22的运转频率切换至与零速区间对应的第一子频率；在主电机2的转速改变至低速爬行区间时，控制冷却风机22的运转频率切换至与低速爬行区间对应的第二子频率；在主电机2的转速改变至高速轧钢区间时，控制冷却风机22的运转频率切换至与高速轧钢区间对应的第三子频率进行运转；其中，第三子频率大于第二子频率，第二子频率大于第一子频率。

例如，以主电机2为平辊轧机电机为例，在平辊轧机电机的运行速度分为零速区间、低速爬行区间、高速轧钢区间共三个运行速度区间，分别对应平辊机在不同工作时段的运行速度，具体的，平辊轧机电机的运行速度划分参考图4中的电机运行速度：零速区间A1为平辊轧机电机处于停止运转时；低速爬行区间A2为平辊轧机处于空闲状态(空闲状态即为平辊轧机处于正常运转，但是没有板坯进入轧制区域)时的平辊轧机电机的转速区间，高速轧钢区间A3为平辊轧机在轧制板坯过程的平辊轧机电机的转速区间，低速爬行区间A2时平辊轧机电机的转速小于高速轧钢区间A3时平辊轧机电机的转速。具体的，低速爬行区间A2和高速轧钢区间A3内的平辊轧机电机的转速根据平辊轧机或电机的型号不同而有所不同，本领域技术人员可以检测到A1、A2、A3三个运行速度区间的转速值，为了说明书的简洁，本文不进行描述。

进一步，控制器11获得主电机2的转速反馈值后，由于通过板坯物料跟踪信号可以确定板坯什么时候要到达平辊轧机入口，什么时候离开平辊轧机出口，因此，为了更准确的确定高速轧钢区间的起始和结束时刻，根据获得的主电机2的转速反馈值计算得到板坯物料跟踪信号，根据板坯物料跟踪信号的跳变时刻来确定冷却风机22的变频时刻。可以参考图4所示的板坯物料跟踪信号所示，假如基于获得转速反馈值表征从处于主电机2低速爬行区间改变至处于高速轧钢区间，则计算出板坯物料跟踪信号从“0→1”，假如基于获得的转速反馈值表征从处于高速轧钢区间改变至处于低速爬行区间，则计算出板坯物料跟踪信号从“1→0”。

比如图4所示，在T1时刻，板坯物料跟踪信号从“0→1”，则冷却风机22从第二子频率F2升高到第三子频率F3进行运转，在T2时刻，板坯物料跟踪信号从“1→0”，则冷却风机22从第三子频率F3下降到第二子频率F2进行运转；而基于获得主电机2的转速反馈值为零时，冷却风机22从第二子频率F2下降到第一子频率F1进行运转。

在具体实施过程中，转速反馈值表征的主电机2所在的运行速度区间不同，则第二频率可能为前述的第一子频率，或第二子频率，或第三子频率。而三个子频率的值需要根据实际情况来确定，下面举例来说明，但是不用于限制本发明。

比如第一种举例，我们现场使用第一子频率12Hz，第二子频率24Hz，第三子频率42Hz；又比如第二种举例，现场使用第一子频率18Hz，第二子频率30Hz，第三子频率48Hz。参考这里说设置的第一，第二，第三子频率，则第一频率高于42Hz或48Hz，则可以设置第一频率为50Hz，60Hz等等。

则以第一种举例并参考图4所示，冷却风机22可能从12Hz切换到24Hz，或从24Hz切换到42Hz，或从42Hz切换到50Hz，或从50Hz切换到42Hz，或从42Hz切换到24Hz，或从24Hz切换到12Hz。

通过上述技术手段，板坯物料跟踪信号的跳变时刻决定了何时进行冷却风机22在第二子频率和第三子频率之间进行切换，更加及时准确的对主电机2进行散热。

进一步，控制器11为了能够控制冷却风机22的频率切换，本发明所提供的冷却风机变频控制装置包括变频器13，连接于控制器11和变频器13之间，1台变频器13可以同时连接4台冷却风机，控制器11通过Profibus-DP通讯网线给变频器13发送控制指令，控制变频器13向冷却风机22输出第一频率或第二频率(第二频率具体可以为第一子频率，第二子频率，第三子频率)。

具体的，参考图4所示，当温度反馈值超过第一预设温度值时，变频器13立即输出50Hz的第一频率，当温度反馈值表征下降至小于第二预设温度值时，则输出第二频率。

进一步，冷却风机22在两个运转频率之间的切换时长由变频器13内设置的加减速斜坡值控制，加减速斜坡值为本领域技术人员根据实际情况进行设置，变频器13的内部控制系统的加减速斜坡值这一参数避免了冷却风机22的加减速太快损坏风机机械结构，以及避免了加减速太慢不能及时散热。

但是，具体参考图4所示，第一频率与第三子频率之间的切换时长小于A1、A2、A3这三个子频率之间的切换时长，保证了在主电机2温度过高时快速进入对主电机2进行高速散热，而在主电机温度正常时，较小的坡度值来保证减小机械冲击对风机轴承的影响，消除了冷却风机变频过程的机械冲击；工作更可靠。进而能够降低冷却风机的温升，延长冷却风机使用寿命，降低冷却风机运行过程的噪音。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种冷却风机变频控制方法，参考图2所示的方法流程图，该冷却风机变频控制方法应用于一主电机，主电机包括电机定子和冷却风机，冷却风机变频控制方法包括如下流程：

S101、获得电机定子的温度反馈值，以及获得所述主电机的转速反馈值；

S102、在温度反馈值超过第一预设温度值时，控制冷却风机的运转频率切换至与温度反馈值对应的第一频率；

S103、在温度反馈值小于第二预设温度值时，控制冷却风机的运转频率切换至与转速反馈值对应的第二频率，其中，第一频率大于第二频率。

优选的，主电机还包括均匀分布于电机定子上的至少一个测温元件时，获得电机定子的温度反馈值，具体为：通过至少一个测温元件采集到电机定子的温度反馈值。

优选的，在温度反馈值小于第二预设温度值时，控制冷却风机的运转频率切换至与转速反馈值对应的第二频率，具体为：在温度反馈值小于第二预设温度值时，根据转速反馈值确定主电机的转速改变至零速区间，或低速爬行区间，或高速轧钢区间；在主电机的转速改变至零速区间时，控制冷却风机的运转频率切换至与零速区间对应的第一子频率；在主电机的转速改变至低速爬行区间时，控制冷却风机的运转频率切换至与低速爬行区间对应的第二子频率；在主电机的转速改变至高速轧钢区间时，控制冷却风机的运转频率切换至与高速轧钢区间对应的第三子频率；其中，第三子频率大于第二子频率，第二子频率大于第一子频率。

优选的，主电机还包括变频器时，冷却风机在两个运转频率之间的切换时长由变频器内设置的加减速斜坡值控制。

本发明所提供的技术方案，通过将主电机的转速与电机定子的温度引入冷却风机的速度中，使用主电机转速环与温度环的双环技术，使得冷却风机能够跟随主电机的转速与电机定子的温度实时调节转速，从而冷却风机的转速更合适，实现了冷却风机在主电机温度过高时进行超高速运转来快速散热，在主电机温度不是过高时，以根据主电机的转速进行低，中，高速运转，从而能够兼顾到散热需求和降低风机电耗，解决了现有针对主电机的冷却效果不佳，且耗费过多电能的技术问题，实现了合理散热，避免了主电机定子绕组温升过高造成定子绕组过热烧毁的问题，同时更省电能。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种冷却风机变频控制装置，应用于一主电机，所述主电机包括电机定子和冷却风机，其特征在于，所述冷却风机变频控制装置包括控制器；

所述控制器用于：获得所述电机定子的温度反馈值，以及获得所述主电机的转速反馈值；在所述温度反馈值超过第一预设温度值时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述温度反馈值对应的第一频率；在所述温度反馈值小于第二预设温度值时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述转速反馈值对应的第二频率，其中，所述第一频率大于所述第二频率。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却风机变频控制装置还包括均匀分布于所述电机定子上的至少一个测温元件；

所述控制器，具体用于通过所述至少一个测温元件采集到所述电机定子的温度反馈值。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器，具体用于：

在所述温度反馈值小于所述第二预设温度值时，根据所述转速反馈值确定所述主电机的转速改变至零速区间，或低速爬行区间，或高速轧钢区间；

在所述主电机的转速改变至所述零速区间时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述零速区间对应的第一子频率；

在所述主电机的转速改变至所述低速爬行区间时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述低速爬行区间对应的第二子频率；

在所述主电机的转速改变至所述高速轧钢区间时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述高速轧钢区间对应的第三子频率；

其中，所述第三子频率大于所述第二子频率，所述第二子频率大于所述第一子频率。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述主电机还包括变频器时，所述冷却风机在两个运转频率之间的切换时长由所述变频器内设置的加减速斜坡值控制。

5.一种冷却风机变频控制方法，应用于一主电机，所述主电机包括电机定子和冷却风机，其特征在于，所述方法包括：

获得所述电机定子的温度反馈值，以及获得所述主电机的转速反馈值；

在所述温度反馈值超过第一预设温度值时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述温度反馈值对应的第一频率；

在所述温度反馈值小于第二预设温度值时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述转速反馈值对应的第二频率，其中，所述第一频率大于所述第二频率。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述主电机还包括均匀分布于所述电机定子上的至少一个测温元件时，所述获得所述电机定子的温度反馈值，具体为：

通过所述至少一个测温元件采集到所述电机定子的温度反馈值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述温度反馈值小于第二预设温度值时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述转速反馈值对应的第二频率，具体为：

在所述温度反馈值小于所述第二预设温度值时，根据所述转速反馈值确定所述主电机的转速改变至零速区间，或低速爬行区间，或高速轧钢区间；

在所述主电机的转速改变至所述零速区间时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述零速区间对应的第一子频率；

在所述主电机的转速改变至所述低速爬行区间时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述低速爬行区间对应的第二子频率；

在所述主电机的转速改变至所述高速轧钢区间时，控制所述冷却风机的运转频率切换至与所述高速轧钢区间对应的第三子频率；

其中，所述第三子频率大于所述第二子频率，所述第二子频率大于所述第一子频率。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述主电机还包括变频器时，所述冷却风机在两个运转频率之间的切换时长由所述变频器内设置的加减速斜坡值控制。