CN106054963A - 一种一体式变频风机用降温控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种一体式变频风机用降温控制装置及其控制方法，涉及一种变频风机温控系统。由于电机与变频驱动器均为功率型器件，其自身的损耗发热、较大的结构体积、冷却散热问题成为电机与变频驱动器一体化设计的难点。本发明包括上位机指令输入模块、电源模块、DSP模块、温度采样模块；电流采样模块以及三维表存储模块；上位机指令输入模块、电源模块、温度采样模块、电流采样模块、三维表存储模块均与DSP模块相连；DSP模块根据采样获得的实际温度、用户选择的模式对应比对三维表存储模块的数据确定降低系统内部温度的方案及PWM频率目标值或电机转速的目标值并据此调节。本技术方案在保证系统安全正常运转不停机的条件下，降低系统温升。

Description

一种一体式变频风机用降温控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种变频风机温控系统，尤其涉及一种一体式变频风机用降温控制装置及其控制方法。

背景技术

传统的变频系统采用风扇给变频部分散热，在防护等级要求较高的密封场合，无法有效达到降低系统温升确保系统安全的目标。

随着电机驱动技术的发展，用户越来越对电机与驱动的一体化设计提出了强烈的需要。由于电机与变频驱动器均为功率型器件，其自身的损耗发热、较大的结构体积、冷却散热等问题成为电机与变频驱动器一体化设计的技术难点。如何有效降低电机和控制系统一体化的温升成为该系统设计的难点。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种一体式变频风机用降温控制装置及其控制方法，以达到降低温升的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种一体式变频风机用降温控制装置，其特征在于：包括用于输入指令的上位机指令输入模块、用于供电的电源模块、用于控制逆变器模块工作的DSP模块、用于对电机和/或逆变器温度进行采样的温度采样模块；用于采集电机三相输入电流的电流采样模块以及用于存储PWM频率、输入电压、温度三者关系和电机转速、输入电压、温度三者关系的三维表存储模块；所述的上位机指令输入模块、电源模块、温度采样模块、电流采样模块、三维表存储模块均与DSP模块相连；所述的DSP模块根据采样获得的实际温度、用户选择的模式对应比对三维表存储模块的数据确定降低系统内部温度的方案及PWM频率目标值或电机转速的目标值并据此调节。本技术方案从系统发热源头出发，采取主动降低系统损耗来达到降低系统温升的目的。一方面从降低部分开关损耗的角度出发，达到降低系统功率损耗，从而有效降低变频装置内部温升的方法；一方面采用限功率运行方法，在保证系统能够安全正常运转不停机的条件下，从而达到满足降低系统温升的方法。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

所述的温度采样模块包括置于电机内用于采集电机温度的内部温度采样模块、用于对逆变器模块的IGBT进行温度采样的外部温度采样模块；所述的内部温度采样模块、外部温度采样模块均与DSP模块相连。内部温度采样模块、外部温度采样模块在不同位置对温度进行采样，采样点多，有效温控，避免局部温度过高，有利于提高工作的可靠性。

所述的外部温度采样模块包括热敏电阻。测温准确，且成本低。

所述的上位机指令输入模块通过modbus通讯方式与上位机联系。

所述的DSP模块集成用于对DSP芯片内部温度进行采样的片上温度采样模块。可与内部温度采样模块、外部温度采样模块同时使用，检测系统多个位置的温度，保证系统可靠性。除此之外，还可以替代环境温度检测传感器，不仅便于系统安装维护，而且成本低廉。

一种一体式变频风机用降温控制装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1）检测环境温度T0和电源电压Uin；

2）对逆变器模块的IGBT温度T1和/或者电机温度T2进行检测，结合检测到的环境温度T0，判断温升是否超过限定值，如果温升正常，则不进行低温处理；如果温升过高，超过限定值时，则进入下一步；

3）判断用户模式，

当用户模式为低噪音模式时:根据当前的实际转速，查询对应存储速度、电源电压Uin、温度值关系的三维表，获得限功率后运行的速度值，进行限功率运行，从而降低系统发热；

当用户模式为高效模式时:根据当前的PWM频率，查询对应存储PWM频率、电源电压Uin、温度值关系的三维表，进行自适应调节PWM运行；

4）进一步检测温度，判断是否接收到停机指令，当接收到停机指令时，控制系统进行停机；当没有接收到停机指令时，则返回到温度判断环节，继续根据温度进行处理。

当用户模式为低噪音模式时:在保持PWM频率不变的情况下，通过降低实际运转速度，从而快速地降低输出功率，以便快速达到降低系统温升的目的

当用户模式为高效模式时，在保持速度不变的情况下，通过PWM自适应调节，降低开关频率，从而降低IGBT开关损耗，以达到降低系统损耗、降低温升的目的。

当用户模式为高效模式时，DSP模块根据外部温度采样模块获得的实际温度，来判断温升是否超过限定值。当用户模式为高效模式时，往往IGBT的升温会高，对IGBT进行针对性的测温及判断，有利于提高处理速度。

当用户模式为低噪音模式时，DSP模块根据内部温度采样模块获得的实际温度，来判断温升是否超过限定值。当用户模式为低噪音模式时，往往电机的温升会高，同样对电机内部进行针对性的测温及判断，有利于提高处理速度。

有益效果：

本技术方案从系统发热源头出发，采取主动降低系统损耗来达到降低系统温升的目的。一方面可从降低部分开关损耗的角度出发，达到降低系统功率损耗，从而有效降低变频装置内部温升的方法；另一方面可采用限功率运行方法，在保证系统能够安全正常运转不停机的条件下，从而达到满足降低系统温升的方法。

在基于低噪音和高效模式下，均可以达到低噪音以及高效率，同时避免温升过高，提高工作的可靠性，有效满足一体化变频系统的要求。

内部温度采样模块、外部温度采样模块在不同位置对温度进行采样，采样点多，有效温控，避免局部温度过高，有利于提高工作的可靠性。

片上温度采样模块可与内部温度采样模块、外部温度采样模块同时使用，检测系统多个位置的温度，进一步保证系统可靠性。除此之外，还可以替代环境温度检测传感器，不仅便于系统安装维护，而且成本低廉。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

图2是本发明的工作流程图。

图中：1-上位机指令输入模块；2-电源模块；3-DSP模块；4-逆变器模块；5-外部温度采样模块；6-电机；7-风机；8-内部温度采样模块；9-电流采样模块。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本技术方案适用于电机与变频器为一体的变频电机。变频风机设有变频器、电机，其中变频器设有DSP模块3、逆变器模块4，DSP模块3的输出与逆变器模块4的IGBT相连，逆变器模块4与电机6相连，电机6为系统执行机构，用于驱动风扇7转动；实现变频器对电机6的控制。

如图1所示，本发明包括用于输入指令的上位机指令输入模块1、用于供电的电源模块2、用于控制逆变器模块4工作的DSP模块3、用于对电机和/或逆变器温度进行采样的温度采样模块；用于采集电机6三相输入电流的电流采样模块9以及用于存储PWM频率、输入电压、温度三者关系和电机转速、输入电压、温度三者关系的三维表存储模块；该上位机指令输入模块1、电源模块2、温度采样模块、电流采样模块9、三维表存储模块均与DSP模块3相连；该DSP模块根据采样获得的实际温度、用户选择的模式对应比对三维表存储模块的数据确定降低系统内部温度的方案及PWM频率目标值或电机转速的目标值并据此调节。

为提高工作的可靠性，该温度采样模块包括置于电机内用于采集电机温度的内部温度采样模块8、用于对逆变器模块的IGBT进行温度采样的外部温度采样模块5；该内部温度采样模块8、外部温度采样模块5均与DSP模块3相连。内部温度采样模块8、外部温度采样模块5在不同位置对温度进行采样，采样点多，有效温控，避免局部温度过高，有利于提高工作的可靠性。

其中，外部温度采样模块5包括热敏电阻。通过热敏电阻对IGBT进行温度监测，体积小，准确性高，且成本低。

上电后，电源模块为系统提供工作电压，此时上位机以modbus通讯方式输出指令，DSP模块接收指令并控制逆变器模块使电机转动；输入上位机指令输入模块1的指令主要分为两大类，一类是在低噪音模式下的控制指令；另一类是在高效模式下的控制指令。在不同的控制模式下，可根据实际需要选择通过内部温度采样模块8和/或外部温度采样模块5进行温度监测，外部温度采样模块5对IGBT内部温度进行采样，内部温度采样模块8对电机温度进行采样。DSP根据采样到的温度值，判断是否需要降低系统温升。当需要降低温升时，可通过查询低噪音模式和高效率模式下的三维表获得降低系统内部温度的方法。高效率模式下的三维表存储PWM频率、输入电压、温度三者关系；低噪音模式下的三维表存储电机转速、输入电压、温度三者关系。

本发明的控制方法，如图2，其包括以下步骤：

1.开始，系统初始化，环境温度检测T0,电源电压检测Uin；

2.然后根据用户参数，进行温度采样模块选择，可以采用IGBT温度检测T1或者电机温度T2，结合检测到的环境温度T0判断环境温升是否过高，如果温升正常，则不进行低温处理。如果温升过高，超过限定值时，则进入下一步；

3.然后判断用户模式，

当用户模式为低噪音模式时:

3.1则根据当前的实际转速，进行限功率运行，从而降低系统发热，具体操作可通过查询速度、电源电压Uin、温度值的三维表，获得限功率后运行的速度值，进行限功率运行；

当用户模式为高效模式时:

3.2则根据当前的PWM频率，进行自适应调节PWM运行，具体操作可通过查询PWM频率、电源电压Uin、温度值的三维表，进行自适应PWM调节；

4.然后，进一步检测温度。判断是否接收到停机指令，当接收到停机指令时，控制系统进行停机；当没有接收到停机指令时，则返回到温度判断环节，继续根据温度进行处理。

以上图1、2所示的一种一体式变频风机用降温控制装置及其控制方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种一体式变频风机用降温控制装置，其特征在于：包括用于输入指令的上位机指令输入模块（1）、用于供电的电源模块（2）、用于控制逆变器模块（4）工作的DSP模块（3）、用于对电机和/或逆变器温度进行采样的温度采样模块；用于采集电机（6）三相输入电流的电流采样模块（9）以及用于存储PWM频率、输入电压、温度三者关系和电机转速、输入电压、温度三者关系的三维表存储模块；所述的上位机指令输入模块（1）、电源模块（2）、温度采样模块、电流采样模块（9）、三维表存储模块均与DSP模块（3）相连；所述的DSP模块根据采样获得的实际温度、用户选择的模式对应比对三维表存储模块的数据确定降低系统内部温度的方案及PWM频率目标值或电机转速的目标值并据此调节。

2.根据权利要求1所述的一种一体式变频风机用降温控制装置，其特征在于：所述的温度采样模块包括置于电机内用于采集电机温度的内部温度采样模块（8）、用于对逆变器模块的IGBT进行温度采样的外部温度采样模块（5）；所述的内部温度采样模块（8）、外部温度采样模块（5）均与DSP模块（3）相连。

3.根据权利要求2所述的一种一体式变频风机用降温控制装置，其特征在于：所述的外部温度采样模块（5）包括热敏电阻。

4.根据权利要求3所述的一种一体式变频风机用降温控制装置，其特征在于：所述的上位机指令输入模块（1）通过modbus通讯方式与上位机联系。

5.根据权利要求3所述的一种一体式变频风机用降温控制装置，其特征在于：所述的DSP模块（3）集成用于对DSP芯片内部温度进行采样的片上温度采样模块。

6.采用权利要求1所述的一种一体式变频风机用降温控制装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

a)检测环境温度T0和电源电压Uin；

b)对逆变器模块的IGBT温度T1和/或者电机温度T2进行检测，结合检测到的环境温度T0，判断温升是否超过限定值，如果温升正常，则不进行低温处理；如果温升过高，超过限定值时，则进入下一步；

c)判断用户模式，

当用户模式为低噪音模式时:根据当前的实际转速，查询对应存储速度、电源电压Uin、温度值关系的三维表，获得限功率后运行的速度值，进行限功率运行，从而降低系统发热；

当用户模式为高效模式时:根据当前的PWM频率，查询对应存储PWM频率、电源电压Uin、温度值关系的三维表，进行自适应调节PWM运行；

d)进一步检测温度，判断是否接收到停机指令，当接收到停机指令时，控制系统进行停机；当没有接收到停机指令时，则返回到温度判断环节，继续根据温度进行处理。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：当用户模式为低噪音模式时:在保持PWM频率不变的情况下，通过降低实际运转速度，从而快速地降低输出功率，以便快速达到降低系统温升的目的。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：当用户模式为高效模式时，在保持速度不变的情况下，通过PWM自适应调节，降低开关频率，从而降低IGBT开关损耗，以达到降低系统损耗、降低温升的目的。

9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：当用户模式为高效模式时，DSP模块根据外部温度采样模块（5）获得的实际温度，来判断温升是否超过限定值。

10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：当用户模式为低噪音模式时，DSP模块根据内部温度采样模块（8）获得的实际温度，来判断温升是否超过限定值。