CN112114538B - 一种新型防爆变频器水冷散热装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型防爆变频器水冷散热装置及控制方法，该装置包括：防爆变频器箱体、背板、功率器件、水箱、电动球阀、控制器、隔爆接线腔、液位传感器、温度传感器和温湿度传感器。控制器通过采集位于水箱内部温度传感器数据来控制电动球阀开启和关闭，从而维持水箱水温稳定，保证变频器散热要求并防止产生冷凝问题，同时控制器通过采集液位传感器和温湿度传感器数据进行液位保护和冷凝保护。该水冷散热装置有效减小了设备体积、降低了成本，提高了变频器工作的可靠性。

Description

一种新型防爆变频器水冷散热装置及控制方法
技术领域
本发明涉及防爆变频器领域，具体的说是一种新型防爆变频器水冷散热装置及控制方法。
背景技术
随着煤矿井下变频器功率越来越大，传统风冷散热方式已不能满足使用，采用水冷散热方式越来越普遍。目前井下防爆变频器采用的水冷散热方式主要有两种：
一种是采用外部供水冷却方式，该方式由水冷板、电动球阀、温度传感器、控制器组成。该方式通过电动球阀-水冷板组成外供水系统，具有结构简单、体积小巧、成本低廉等优点。缺点是存在由于外部供水温度过低导致的冷凝问题，易造成变频器器件损坏。
另一种方式采用内水循环冷却方式，该方式由水冷板、水箱、水泵、风水换热器、传感器、控制器组成。该方式通过水箱-水泵-水冷板组成内水循环系统，并通过风水换热器将热量散出。该方式能够保持水温稳定并有效避免凝露问题，缺点是采用的水泵、水风换热器、水冷板等器件不但成本高昂、体积庞大，而且结构复杂、可靠性差。
发明内容
针对上述两种水冷方式存在的问题，本发明公开了一种新型防爆变频器水冷散热装置及控制方法。
本发明采用的技术方案是：一种新型防爆变频器水冷散热装置：该装置由防爆变频器箱体、背板、功率器件、水箱、电动球阀、控制器、隔爆接线腔、液位传感器、温度传感器和温湿度传感器组成。所述隔爆接线腔内部包含J1、J2、J3穿墙端子。隔爆接线腔、穿墙端子J1、J2和J3与防爆变频器箱体连接。背板安装在防爆变频器箱体上，具体的说是安装在防爆变频器箱体的背面。功率器件与背板连接防爆变频器箱体的一面相连，背板的另一面与水箱相连，背板和水箱之间的连接面紧密贴合，并且用导热硅脂填充缝隙。水箱上部装有进水口和出水口。出水口高度低于进水口，且高于功率器件顶部高度。电动球阀的进水口和井下供水管路相连。电动球阀的出水口和水箱进水口通过管路连接。液位传感器位于水箱内部且高度高于功率器件顶部高度。温度传感器位于水箱内部。温度传感器与连接背板一侧的水箱内壁面相连。温度传感器高度与功率器件中心高度相同。温湿度传感器位于防爆变频器箱体内部。控制器位于防爆变频器箱体内部。控制器包含E1、E2、E3和E4端口，其中E4端口与温湿度传感器的W1端口相连。控制器的E1端口与穿墙端子J1相连; 控制器的E2端口与穿墙端子J2相连; 控制器的E3端口与穿墙端子J3相连；电动球阀具有D1端口，且与穿墙端子J1相连；液位传感器通过Y1端口与穿墙端子J2相连；温度传感器通过T1端口与穿墙端子J3相连。
基于上述新型防爆变频器水冷散热装置，提出了一种防爆变频器水冷散热控制方法，该控制方法包含以下步骤：
步骤一：控制器采集温度传感器、温湿度传感器的数据和液位传感器开关量的状态。
步骤二：控制器检测液位传感器的开关量状态，如果为断开状态，则继续执行步骤三。如果为吸合状态，则控制器控制电动球阀开启，进行供水。延时一段时间后，如果液位传感器的开关量状态变为断开状态，则控制器控制电动球阀关闭，停止供水，继续执行步骤三。如果液位传感器的开关量状态仍为吸合状态，则控制器发出故障和报警信号，停止并禁止变频器运行。
步骤三：控制器根据温湿度传感器数据计算凝露温度，并将计算的凝露温度和水箱水温进行比较。如果凝露温度大于等于水箱水温，则控制电动球阀关闭，并发出故障和报警信号，停止并禁止变频器运行，以此来进行冷凝保护。如果凝露温度小于水箱水温，继续执行步骤四。
步骤四：如果步骤二、步骤三均未发出故障信号。则控制器将采集的温度传感器的数据与人为设定的开启温度值进行比较，如果温度传感器数据大于开启温度值则控制电动球阀开启。反之，控制电动球阀关闭，以此来保持水箱水温的稳定。如果步骤二或步骤三中有故障信号发出，则控制器（6）不对电动球阀（5）进行控制。
步骤五：重复上述步骤一至四。
本发明的有益效果是：
1、本发明将变频器内部功率器件所产生热量经过背板-水箱侧壁传递给水箱内的水并随着水的流出将热量带走，省去了水冷板、水泵、水风换热器等昂贵且易损器件，有效减小了设备体积、降低了成本，提高了可靠性。
2、本发明通过水箱储水和电动球阀配合，能够保持水温稳定并避免由于水温度过低导致的冷凝问题。
3、本发明同时具有水箱液位保护和冷凝保护功能，进一步提高了变频器的可靠性和稳定性。
附图说明
图1为新型防爆变频器水冷散热装置组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，一种新型防爆变频器水冷散热装置，该装置包括：防爆变频器箱体1、背板2、功率器件3、水箱4、电动球阀5、控制器6、隔爆接线腔7、液位传感器8、温度传感器9和温湿度传感器10。所述隔爆接线腔7内部包含穿墙端子J1、穿墙端子J2和穿墙端子J3。隔爆接线腔7、穿墙端子J1、穿墙端子J2和穿墙端子J3与防爆变频器箱体1连接。
防爆变频器箱体1和背板2相连，防爆变频器箱体1和背板2相连的一面有开孔11。开孔11范围不超过防爆变频器箱体1和背板2相连区域。
功率器件3与背板2相连，位于防爆变频器箱体1内部且在开孔11区域内。
水箱4与背板2相连，二者之间的相连面紧密贴合并用导热硅脂填充缝隙。水箱4上部装有进水口12和出水口13，出水口13高度低于进水口12并且高于功率器件3顶部。
电动球阀5的进水口Di和井下供水管路相连，出水口Do和水箱4的进水口12通过管路连接，电动球阀5具有端口D1且与穿墙端子J1相连。
液位传感器8位于水箱4内部，其高度高于功率器件3的顶部高度。液位传感器8带有端口Y1且与穿墙端子J2相连。
温度传感器9位于水箱4内部并与连接背板2的一侧相连，温度传感器9的高度与功率器件3的中心高度相同，温度传感器9带有端口T1，且与穿墙端子J3相连。
温湿度传感器10位于防爆变频器箱体1的内部，具有端口W1。
控制器6位于防爆变频器箱体1的内部，控制器6带有E1、E2、E3和E4四个端口，其中E4端口与温湿度传感器10的端口W1相连，E1端口与穿墙端子J1相连，E2端口与穿墙端子J2相连，E3端口与穿墙端子J3相连。
基于上述新型防爆变频器水冷散热装置，提出了一种防爆变频器水冷散热控制方法，该控制方法包含以下步骤：
步骤一：控制器6采集温度传感器9、温湿度传感器10的数据和液位传感器8开关量的状态；
步骤二：控制器6进行水箱4液位保护：控制器6检测液位传感器8的开关量状态，如果为断开状态，表明水箱4水位正常，继续执行步骤三。如果为吸合状态，表明水箱4水位低于水位下限，则控制器6控制电动球阀5开启，进行供水。延时一段时间后，如果液位传感器8的开关量状态变为断开状态，表明水箱4水位已超过水位下限，水位恢复正常，控制器6控制电动球阀5关闭，停止供水，继续执行步骤三。如果液位传感器8的开关量状态仍为吸合状态，表明供水出现问题，则控制器6发出故障和报警信号，停止并禁止变频器运行。
步骤三：控制器6进行冷凝保护：控制器6根据温湿度传感器10的数据计算凝露温度，并将计算的凝露温度和温度传感器9的数据进行比较。如果凝露温度大于等于温度传感器9的数据，表明水箱温度低于凝露温度，将会有凝露产生，控制器6则控制电动球阀5关闭，并发出故障和报警信号，停止并禁止变频器运行。如果凝露温度小于温度传感器9的数据，表明不会有凝露产生，继续执行步骤四。
步骤四：如果步骤二、步骤三均未发出故障信号。则控制器6通过控制电动球阀5的开启和关闭来保持水箱4水温的稳定：控制器6将温度传感器9的数据和开启温度值相比较，如果温度传感器9的数据大于开启温度值，则控制电动球阀5开启；反之，则控制电动球阀5关闭。开启温度值根据具体情况人为设定。如果步骤二或步骤三中有故障信号发出，则控制器（6）不对电动球阀（5）进行控制。
步骤五：重复上述步骤一至四。

Claims (2)

1.一种新型防爆变频器水冷散热装置，其特征在于：该装置包括防爆变频器箱体（1）、背板（2）、功率器件（3）、水箱（4）、电动球阀（5）、控制器（6）、隔爆接线腔（7）、液位传感器（8）、温度传感器（9）和温湿度传感器（10）；所述隔爆接线腔（7）内部包含穿墙端子J1、穿墙端子J2和穿墙端子J3，隔爆接线腔（7）、穿墙端子J1、穿墙端子J2和穿墙端子J3与防爆变频器箱体（1）连接；防爆变频器箱体（1）和背板（2）相连，防爆变频器箱体（1）和背板（2）相连的一面有开孔（11），开孔（11）范围不超过防爆变频器箱体（1）和背板（2）相连区域；功率器件（3）与背板（2）相连，位于防爆变频器箱体（1）内部且在开孔（11）区域内；水箱（4）与背板（2）相连，二者之间的相连面紧密贴合并用导热硅脂填充缝隙；水箱（4）上部装有进水口（12）和出水口（13），出水口（13）高度低于进水口（12）并且高于功率器件（3）顶部；电动球阀（5）的进水口Di和井下供水管路相连，出水口Do和水箱（4）的进水口（12）通过管路连接，电动球阀（5）具有端口D1且与穿墙端子J1相连；液位传感器（8）位于水箱（4）内部，其高度高于功率器件（3）的顶部高度；液位传感器（8）带有端口Y1且与穿墙端子J2相连；温度传感器（9）位于水箱（4）内部并与连接背板（2）的一侧相连，温度传感器（9）的高度与功率器件（3）的中心高度相同，温度传感器（9）带有端口T1，且与穿墙端子J3相连；温湿度传感器（10）位于防爆变频器箱体（1）的内部，具有端口W1；控制器（6）位于防爆变频器箱体（1）的内部，控制器（6）带有E1、E2、E3和E4四个端口，其中E4端口与温湿度传感器（10）的端口W1相连，E1端口与穿墙端子J1相连，E2端口与穿墙端子J2相连，E3端口与穿墙端子J3相连。
2.一种基于权利要求1所述新型防爆变频器水冷散热装置的控制方法，其特征在于：该控制方法包含以下步骤：
步骤一：控制器（6）采集温度传感器（9）、温湿度传感器（10）的数据和液位传感器（8）开关量的状态；
步骤二：控制器（6）进行水箱（4）液位保护：控制器（6）检测液位传感器（8）的开关量状态，如果为断开状态，表明水箱（4）水位正常，继续执行步骤三；如果为吸合状态，表明水箱（4）水位低于水位下限，则控制器（6）控制电动球阀（5）开启，进行供水；延时一段时间后，如果液位传感器（8）的开关量状态变为断开状态，表明水箱（4）水位已超过水位下限，水位恢复正常，控制器（6）控制电动球阀（5）关闭，停止供水，继续执行步骤三；如果液位传感器（8）的开关量状态仍为吸合状态，表明供水出现问题，则控制器（6）发出故障和报警信号，停止并禁止变频器运行；
步骤三：控制器（6）进行冷凝保护：控制器（6）根据温湿度传感器（10）的数据计算凝露温度，并将计算的凝露温度和温度传感器（9）的数据进行比较；如果凝露温度大于等于温度传感器（9）的数据，表明水箱温度低于凝露温度，将会有凝露产生，控制器（6）则控制电动球阀（5）关闭，并发出故障和报警信号，停止并禁止变频器运行；如果凝露温度小于温度传感器（9）的数据，表明不会有凝露产生，继续执行步骤四；
步骤四：如果步骤二、步骤三均未发出故障信号，则控制器（6）通过控制电动球阀（5）的开启和关闭来保持水箱（4）水温的稳定：控制器（6）将温度传感器（9）的数据和开启温度值相比较，如果温度传感器（9）的数据大于开启温度值，则控制电动球阀（5）开启；反之，则控制电动球阀（5）关闭；开启温度值根据具体情况人为设定，如果步骤二或步骤三中有故障信号发出，则控制器（6）不对电动球阀（5）进行控制；
步骤五：重复上述步骤一至四。
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