CN209514431U - 一种用于高压变频器的水冷控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高压变频器的水冷控制系统；该系统包括置于控制柜内的PLC控制器，以及与其连接的置于内循环回路上的循环水泵、电加热器、电动三通阀，压力变送器，温度铂热电阻和流量变送器，和置于控制柜背面的温湿度变送器，和置于外循环回路上的风冷却器，还包括与PLC控制器通讯连接的人机交换界面和高压变频器。本实用新型结构简单，设计科学合理，能精确控制高压变频器水冷系统的温度与压力，且运行可靠，能保证高压变频器的良好运行。

Description

一种用于高压变频器的水冷控制系统

技术领域

本实用新型属于高压变频技术领域，具体涉及一种用于高压变频器的水冷控制系统。

背景技术

由于高压变频器有大量发热元件，在运行过程中有很大的热量需要散失，为保证高压变频器具有良好的运行环境，给高压变频器配备一套冷却系统尤为重要。综合冷却系统的投资和运营成本、设备维护量、无故障运行时间，空－水冷却系统是一种利用高效、环保、节能的冷却系统，其应用技术在国内处于领先地位，在电力、钢铁等行业的高压变频应用中得到广泛的推广应用。水冷系统将高压变频器的热量带走，经过高压变频器的循环水直接通过空冷装置进行热交换，由冷却水直接将高压变频器散失的热量带走，经过降温的冷却水流回高压变频器，从而，保证了高压变频器良好的运行环境；同时，由于高压变频器密闭，变频器利用水冷进行设备冷却，具有无粉尘，维护量小的特点，减少了环境对高压变频器运行稳定性的不利影响。

但是水冷系统需要恒定温度和流速的冷却介质源源不断流经高压变频器，进入高压变频器带走热量，温升水回至循环泵的进口，升压后流入风冷却器进行热交换。PLC根据供水温度的高低来控制进入风冷却器的冷却水流量，从而达到系统精确控制温度的要求。但在实际运行中，由于无法控制好水冷系统的温度，导致系统稳定性不好，影响高压变频器的正常运行。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供一种用于高压变频器的水冷控制系统，能精确控制水冷系统的供水温度，使高压变频器运行可靠，保证水冷系统能够提供源源不断的恒定温度和流量的冷却水。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于高压变频器的水冷控制系统，所述控制系统包括置于内循环回路的用于对冷却介质进行温度补偿的电加热器、用于给水冷系统提供动力源的循环水泵、电动三通阀、压力变送器、温度铂热电阻、流量变送器，以及置于外循环回路的风冷却器，所述风冷却器与所述电动三通阀连接，还包括置于控制柜内的PLC控制器和置于控制柜背面的温湿度变送器；

所述PLC控制器与电加热器、循环水泵、电动三通阀、压力变送器、温度铂热电阻、流量变送器、风冷却器和温湿度变送器连接，所述PLC控制器还分别与人机交换界面和高压变频器通讯连接；

所述PLC控制器包括：用于采集信号的开关量输入通道，用于输出信号的开关量输出通道，通讯接口，用于存储记录，采集、处理信号以及接受人机交互界面的参数设置与储存的数据采集储存单元，用于控制水冷系统温度的温度自动调节单元，并配有用于采集信号的模拟量输入模块。

本实用新型的高压变频器的水冷控制系统结构简单，设计科学合理，能精确控制水冷系统的供水温度，使高压变频器运行可靠，保证高压变频器的良好运行。通过PLC采集水冷系统各传感器的的运行参数，通过通讯与高压变频器进行数据交换，通过人机交互显示，设置系统的运行参数，控制水冷系统的循环水泵、电加热器、电动三通阀与风冷却器，保证水冷系统输出稳定的温度与压力，同时与高压变频器进行信号连锁控制，保证水冷系统与高压变频器稳定，可靠的运行。且本实用新型针维修、维护非常方便，工作性能优良，使用寿命长，能在复杂环境中长期稳定地运行。

优选的，所述控制柜还包括中间继电器，人机交互界面，接触器以及断路器。

采用上述优选方案，用于控制和保护控制系统的电路。

优选的，所述循环水泵至少两台；所述风冷却器至少两套。

采用上述优选方案，所述循环水泵用于给水冷系统提供动力源，采用至少2台的循环水泵，一台作为备用泵；所述风冷却器至少两套，采用分组控制，确保温度调节平稳，不会骤升骤降。

优选的，所述压力变送器至少2支，一支所述压力变送器安装在循环泵入口，另一支所述压力变松器安装在水冷系统的进水口。

采用上述优选方案，一支安装在循环泵的入口，用于检测循环泵入口的压力，另一支安装于水冷系统的进水口，用于采集并反馈水冷系统的供水压力。

优选的，所述温度铂热电阻至少2支，一支安装在水冷系统的出水口，另一支安装在水冷系统的进水口。

采用上述优选方案，一支安装在水冷系统的回水口，用于检测回水温度，另一支安装于水冷系统的进水口，用于采集并反馈水冷系统的供水温度。

优选的，所述流量变送器至少1支，安装在所述水冷系统内循环回路上的任一处。

采用上述优选方案，用于采集并反馈水冷系统的流量。

优选的，所述用于采集信号的开关量输入通道采集的信号包括循环水泵、风冷却器、电加热器的故障与运行信号，高压变频器给的起停水冷系统信号，高压变频器的运行反馈信号和电动三通阀的到位信号；所述用于输出信号的开关量输出通道输出的信号包括循环水泵、风冷却器、电加热器的驱动信号，水冷的状态信号，电动三通阀控制信号；所述用于存储记录，采集、处理信号以及接受人机交互界面的参数设置与储存的数据采集储存单元，其中存储记录包括存储水冷系统的运行记录与报警记录，采集、处理的信号包括压力变送器、温度铂热电阻、流量变送器与温湿度变送器的信号；所述用于采集信号的输入模拟量模块采集的信号包括采集系统的压力、温度、流量、环境温湿度信号。

优选的，所述水冷状态信号包括水冷运行信号，水冷预警信号，水冷故障信号，请求停水冷信号，允许变频器投运信号，控制系统状态信号。

优选的，所述通讯接口包含用于与人机交互界面触摸屏连接，支持TCP/IP通讯的以太网接口以及用于与高压变频器通讯，支持Modbus-RTU通讯协议的RS485接口。

优选的，所述内循环回路上还设置有膨胀稳压系统和机械过滤器。

采用上述优选方案，用于稳定水冷系统的压力，用于过滤循环水杂质。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理示意图；

图2为本实用新型的循环系统的结构示意图。

图中：1-温度铂热电阻，2-流量变送器，3-压力变送器，4-电加热器，5-循环水泵，6-电动三通阀，7-机械过滤器，8-风冷却器，9-加热罐，10-膨胀罐，11-压力表。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1所示，图2所示，本实用新型的水冷控制系统的所述控制系统包括置于内循环回路的用于对冷却介质进行温度补偿的电加热器4、用于给水冷系统提供动力源的循环水泵5、电动三通阀6、压力变送器3、温度铂热电阻1、流量变送器2，以及置于外循环回路的风冷却器8，所述风冷却器8与所述电动三通阀6连接，还包括置于控制柜内的PLC控制器和置于控制柜背面的温湿度变送器。

如图1所示，所述PLC控制器与电加热器4、循环水泵5、电动三通阀6、压力变送器3、温度铂热电阻1、流量变送器2、风冷却器8和温湿度变送器连接，所述PLC控制器还分别与人机交换界面和高压变频器通讯连接。所述人机交互界面用于高压变频器的水冷控制系统的参数设置，数据显现及提供操作界面。

所述PLC控制器包括：用于采集信号的开关量输入通道，用于输出信号的开关量输出通道，通讯接口，用于存储记录，采集、处理信号以及接受人机交互界面的参数设置与储存的数据采集储存单元，用于控制水冷系统温度的温度自动调节单元，并配有用于采集信号的模拟量输入模块。

本实用新型的PLC控制器中用于采集信号的开关量输入通道用于采集循环水泵5、风冷却器8、电加热器4的故障与运行信号，高压变频器的起停水冷系统信号，高压变频器的运行反馈信号，电动三通阀6的到位信号；用于输出信号的开关量输出通道用于输出循环水泵5、风冷却器8、电加热器4的驱动信号，水冷的状态信号，电动三通阀6控制信号。所述水冷的状态信号包括水冷运行信号，水冷预警信号，水冷故障信号，请求停水冷信号，允许高压变频器投运信号，控制系统状态信号。所述数据采集存储单元用于存储水冷系统的运行记录与报警记录，采集和处理压力变送器3、温度铂热电阻1、流量变送器2与温湿度变送器的信号，并接受人机交互界面上参数的设置与储存。所述温度自动调节单元用于控制水冷系统的温度，使供水温度保持恒定，满足高压变频器运行要求。所述模拟量输入模块用于采集系统的压力、温度、流量、环境温湿度信号。

本实用新型的电动三通阀6采用开关型，可根据供水温度的高低控制电动三通阀6的开度，电动三通阀6采用脉冲方式控制，从全开到全关需要30S，从全关到全开也需要30S。控制原理为：当供水温度大于等于设定高值，如设置温度高值28℃，电动三通阀6脉冲式开启，当供水温度低于等于设定低值，如设置温度低值23℃，电动三通阀6脉冲式关闭，当温度在两设定值之间，即23～28℃，电动三通阀6保持原位，从而来控制流经风冷却器8水的比例。电动三通阀6的开启与关闭由供水管路上的温度铂热电阻1反馈的温度控制。

本实用新型电加热器4启动逻辑为：供水温度低于电加热器4启动值时自动启动，如电加热器启动值设置为15℃，当水温度低于15℃，电加热器启动，停止逻辑为：设置电加热器停止值，如18℃，当供水温度高于电加热器停止值（18℃）时自动停止，此外，电加热器停止逻辑还包括两循环水泵5都未运行时停止、电加热器4故障时停止、供水温度铂热电阻1故障时停止、供水温度超温时停止、供水流量低时停止。

本实用新型的控制柜还包括用于控制和保护电路的中间继电器，接触器和断路器以及人机交互界面。

本实用新型所述循环水泵5至少两台，安装在内循环回路上，用于给水冷系统提供动力，两台循环水泵5采用冗余设计，任何时候只有一台工作，另一台备用，且互为备用。两台循环水泵5的切换方式包括故障切换，人工切换和定时切换；所述故障切换包括断路器跳开故障、热继电器故障、压力低故障、流量低故障；所述人工切换为在触摸屏上点击泵切换按钮切换主备泵；定时切换为在触摸屏上设定切换时间到时自动切换，切换时间一般设置为168h。

本实用新型的风冷却器8至少包含两套，风冷却器8采用分组控制，确保温度调节平稳，不会骤升骤降，风冷却器8的启动和停止由内循环回路上的温度铂热电阻1反馈的温度控制。

本实用新型的压力变送器3至少2支，一支安装在循环水泵5的入口，用于检测循环水泵入口的压力，另一支安装于水冷系统的进水口，用于采集并反馈水冷系统的供水压力。所述压力变送器3故障的检测有断线检测和变送器故障检测。

本实用新型的温度铂热电阻1至少2支，一支安装在水冷系统的出水口，用于检测回水温度，另一支安装于水冷系统的进水口，用于采集并反馈水冷系统的供水温度。所述温度铂热电阻1故障的检测有断线检测和变送器故障检测。

本实用新型的流量变送器2至少1支，安装在所述水冷系统内循环回路上的任一处，可以安装在出水口和进水口，用于采集并反馈水冷系统的水流量。

本实用新型的通讯接口包含以太网接口与RS485接口，以太网用于与人机交互界面触摸屏连接，支持TCP/IP通讯，RS485接口用于与高压变频器通讯，支持Modbus-RTU通讯协议。

本实用新型还包括用于稳定水冷系统的压力的膨胀稳压系统设置在内循环回路上，膨胀罐10内充有稳定压力的压缩空气，当系统压力损失时，压缩空气自动扩张，把冷却介质压入循环管路中，以保持管路压力恒定和冷却介质的充满。膨胀稳压系统由膨胀罐10、手动排气阀、自动排气阀组成。

本实用新型还包括用于过滤循环水杂质的机械过滤器7，防止循环冷却水在快速流动中可能冲刷脱落的刚性颗粒进入阀体。该机械过滤器7的精度为200μm，采用折叠式不锈钢滤芯。

本实用新型通过PLC控制器采集水冷系统各传感器的运行参数，通过通讯与高压变频器进行数据交换，通过人机交互界面显示，设置系统运行参数，通过PLC控制器控制水冷系统的循环水泵5，电加热器4，电动三通阀6，风冷却器8，从而保证水冷系统输出稳定的温度和压力，同时与高压变频器进行信号连锁控制，保证水冷系统与高压变频器稳定，可靠运行。

本实用新型的高压变频器的水冷控制系统循环系统如图2所示，包括内循环回路和外循环回路，所述内循环回路从水冷系统的出水口开始顺序连接有温度铂热电阻1，流量变送器2，压力变送器3，电加热器4，循环水泵5，电动三通阀6，机械过滤器7，温度铂热电阻1，压力变送器3，随后连接进水口；外循环回路与内循环回路的并联，所述外循环回路包括如上所述的内循环回路器件，同时在电动三通6和机械过滤器7之间连接风冷却器8。

本实用新型的电加热器4设置在内循环回路上的加热罐9上，所述循环水泵5与电动三通阀6之间设置有压力表11，如图2所示。所述循环水泵5采用冗余设计设置在内循环回路上，所述风冷却器8至少两套设置在外循环回路上，采用分组控制。所述加热罐9还连接有膨胀稳压系统，所述膨胀稳压系统包括膨胀罐10，手动排气阀和自动排气阀，膨胀罐内10充有稳定压力的压缩空气，当系统压力损失时，压缩空气自动扩张，把冷却介质压入循环管路中，以保持管路压力恒定和冷却介质的充满。

本实用新型的高压变频器的水冷控制系统的使用方法包括以下步骤：

步骤一：设置电动机热磁断路器的电流整定值，循环水泵电机功率为2.2KW，电流设置为5.1A，风冷却器电机功率为2.7KW，电流设置为6.1A，电加热器功率为4.5KW，电流设置为6.8A。

步骤二：系统上电，预先设定好系统运行参数：供水压力超低（2.5bar）、供水压力低（2.8bar）、供水压力高（4.4bar）、供水压力超高（4.8bar）、循环水泵入口压力超低（0.4bar）、循环水泵入口压力超低（0.6bar）、供水温度低（10℃）、供水温度高（48℃）、供水温度超高（53℃）、回水温度高（56℃）、回水温度超高（63℃）、冷却水流量超低（87L/min）、冷却水流量低（100L/min）、电加热器启动温度（15℃）、电加热器停止温度（18℃）、电动三通阀开启温度（28℃）、电动三通阀关闭温度（23℃）、第一组风冷却器启动温度（30℃）、第一组风冷却器停止温度（28℃）、第二组风冷却器启动温度（32℃）、第二组风冷却器停止温度（30℃）、循环水泵切换时间（168h）、风冷却器切换时间（72h）。该步骤设置一般在人机交互界面触摸屏上进行参数设置。

步骤三：在触摸屏的画面选择水冷系统的操作模式为现场手动操作，点动循环水泵、风冷却器电机的转向是否满足设计要求，若转向相反，则更改电机接线方式。

步骤四：打开水冷系统上的排气阀，对系统进行加水，加水压力一般在1.5bar左右，加完水后关闭水冷系统上最高为的排气阀，脱气罐、风冷却器上的排气阀仍然打开。

步骤五：手动启动循环水泵，运行系统并排气，当在运行的过程中，由于气体的排出，系统的压力会下降，若水冷系统供水压力低于3.0bar，则停机从新对水冷系统安装步骤四进行补水，直到系统压力、流量正常后执行步骤六，否则执行步骤五。

步骤六：在触摸屏上选择水冷系统操作模式为远程自动控制状态，变频器收到水冷系统操作状态为远程自动控制状态，且循环泵电机都无故障，发送启动水冷系统命令。

步骤七：水冷系统收到启动命令后，延时2S，目的是防止信号干扰，造成水冷系统误启动，启动一台循环泵水泵，延时一段时间（15S）检测系统的压力、流量。

步骤八：水冷系统启动后根据压力、流量运行情况，判断系统是否正常运行，若系统压力低（2.8bar）或系统流量低（100L/min），延时2S切换循环水泵。若因为压力或流量或循环水泵故障切换循环水泵，则系统报警：主泵故障，请检修。

步骤九：若系统压力、流量都正常，则运行至泵切换时间到后（168h），自动切换循环泵，循环执行，若因为压力或流量导致切换循环泵，则时间切换循环泵失效，直到人为确认故障泵正常后，点击确认按钮后再恢复定时切换泵功能。

步骤十：电加热器根据供水温度铂热电阻反馈的温度情况来控制起停，供水温度低于电加热器启动温度（15℃），电加热器启动，供水温度高于电加热器停止温度（18℃），电加热器停止运行，当系统报警供水温度接近露点时，电加热器也要启动，对水温进行补偿。防止水温太低，或系统管道凝露。

步骤十一：电动三通阀采用开关型，根据供水温度的高低控制三通阀的开度，三通阀采用脉冲方式控制，从全开到全关需要30S，从全关到全开也需要30S。控制原理为：当供水温度大于等于设定高值（28℃），电动三通阀脉冲式开启，当供水温度低于等于设定低值（23℃），电动三通阀脉冲式关闭，当温度在两设定值（23～28℃）之间电动三通阀保持原位，从而来控制流经风冷却器水的比例。

步骤十二：水冷系统根据温度参数设定值，自动调节两组风冷却器的起停，当供水温度高于第一组风冷却器启动温度（30℃）时，第一组风冷却器启动，当供水温度低于第一组风冷却器停止温度（28℃）时，第一组风冷却器停止，当供水温度高于第二组风冷却器启动温度（32℃）时，第二组风冷却器启动，当供水温度低于第二组风冷却器停止温度（30℃）时，第二组风冷却器停止；运行时间到（72h）自动切换第一组与第二组运行温度的控制值，根据温度设定值，先起的风冷却器先停。

步骤十三：水冷系统所有的运行参数如温度、压力、流量、温湿度、露点温度、电动三通阀的开度等都能在人机界面的流程图画面看到。水冷系统所有的报警信息都能在报警画面上看到并记录。水冷系统的所有运行记录，都能在记录文本上看到。

步骤十四：水冷系统所有的运行参数、报警状态、运行状态，参数都会通过PLC上的RS485通讯接口，采用Modbus-RTU通讯协议传输至高压变频器。

步骤十五：若循环水泵运行，水冷系统给高压变频器的运行信号闭合，表示水冷系统正在运行，若系统有预警，水冷系统给高压变频器的预警信号闭合，表示水冷系统有轻微故障，若系统有故障，水冷系统给高压变频器的故障信号断开，表示水冷系统有故障，不能满足正常的供水，需要高压变频器停机；若该信号水冷系统取反，保证水冷系统掉电后能发出该信号。

步骤十六：高压变频器启动后，高压变频器给水冷系统反馈变频器运行信号，水冷系统用来连锁水冷系统启动，与水冷系统启动信号并联，同时有效。同时，该信号连接水冷系统的操作状态的选择，水冷系统收到该信号后，只允许水冷系统的操作状态为远方自动，水冷系统上的切换状态按钮失效，防止水冷系统误操作。

步骤十七：高压变频器在需要停止后，延时给水冷系统发送停止水冷系统信号，水冷系统收到停止信号，水冷系统停止运行。

本实用新型所用设备和电子元器件均为现有已知设备及电子元器件，通过将上述现有设备及电子元器件经过科学巧妙的组合，有效地解决了现有技术中高压变频器的水冷系统受温度与流量波动影响设备运行的问题。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种用于高压变频器的水冷控制系统，其特征在于，所述控制系统包括置于内循环回路的用于对冷却介质进行温度补偿的电加热器、用于给水冷系统提供动力源的循环水泵、电动三通阀、压力变送器、温度铂热电阻、流量变送器，以及置于外循环回路的风冷却器，所述风冷却器与所述电动三通阀连接，还包括置于控制柜内的PLC控制器和置于控制柜背面的温湿度变送器；

所述PLC控制器与电加热器、循环水泵、电动三通阀、压力变送器、温度铂热电阻、流量变送器、风冷却器和温湿度变送器连接，所述PLC控制器还分别与人机交换界面和高压变频器通讯连接；

所述PLC控制器包括：用于采集信号的开关量输入通道，用于输出信号的开关量输出通道，通讯接口，用于存储记录，采集、处理信号以及接受人机交互界面的参数设置与储存的数据采集储存单元，用于控制水冷系统温度的温度自动调节单元，并配有用于采集信号的模拟量输入模块。

2.根据权利要求1所述的一种用于高压变频器的水冷控制系统，其特征在于，所述控制柜还包括中间继电器，人机交互界面，接触器以及断路器。

3.根据权利要求1所述的一种用于高压变频器的水冷控制系统，其特征在于，所述循环水泵至少两台；所述风冷却器至少两套。

4.根据权利要求1所述的一种用于高压变频器的水冷控制系统，其特征在于，所述压力变送器至少2支，一支所述压力变送器安装在循环泵入口，另一支所述压力变送器安装在水冷系统的进水口。

5.根据权利要求1所述的一种用于高压变频器的水冷控制系统，其特征在于，所述温度铂热电阻至少2支，一支安装在水冷系统的出水口，另一支安装在水冷系统的进水口。

6.根据权利要求1所述的一种用于高压变频器的水冷控制系统，其特征在于，所述流量变送器至少1支，安装在内循环回路上的任一处。

7.根据权利要求1所述的一种用于高压变频器的水冷控制系统，其特征在于，所述用于采集信号的开关量输入通道采集的信号包括循环水泵、风冷却器、电加热器的故障与运行信号，高压变频器给的起停水冷系统信号，高压变频器的运行反馈信号和电动三通阀的到位信号；所述用于输出信号的开关量输出通道输出的信号包括循环水泵、风冷却器、电加热器的驱动信号，水冷的状态信号，电动三通阀控制信号；所述用于存储记录，采集、处理信号以及接受人机交互界面的参数设置与储存的数据采集储存单元，其中存储记录包括存储水冷系统的运行记录与报警记录，采集、处理的信号包括压力变送器、温度铂热电阻、流量变送器与温湿度变送器的信号；所述用于采集信号的输入模拟量模块采集的信号包括采集系统的压力、温度、流量、环境温湿度信号。

8.根据权利要求7所述的一种用于高压变频器的水冷控制系统，其特征在于，所述水冷状态信号包括水冷运行信号，水冷预警信号，水冷故障信号，请求停水冷信号，允许高压变频器投运信号，控制系统状态信号。

9.根据权利要求1所述的一种用于高压变频器的水冷控制系统，其特征在于，所述通讯接口包含用于与人机交互界面触摸屏连接，支持TCP/IP通讯的以太网接口以及用于与高压变频器通讯，支持Modbus-RTU通讯协议的RS485接口。

10.根据权利要求1所述的一种用于高压变频器的水冷控制系统，其特征在于，所述内循环回路上还设置有膨胀稳压系统和机械过滤器。