專利名稱：一種防爆變頻器用水冷控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水冷式變頻器，尤其是一種防爆變頻器用水冷控制系統(tǒng)及控制方 法，特別適用于礦山及易燃易爆工礦環(huán)境下使用。
背景技術(shù)：
隨著傳動技術(shù)的不斷發(fā)展和大功率器件散熱技術(shù)的解決，使得礦用變頻器在煤礦井 下得到了廣泛應(yīng)用，這是因為礦用變頻器是集自動控制、微電子、通信及防爆技術(shù)、散 熱技術(shù)為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。
現(xiàn)有大功率礦用變頻器，采用普通的、內(nèi)壁光滑的圓形紫銅管作為主要散熱構(gòu)件， 以水作為散熱的載體；在安裝方式上采用熱管與地面成7.5°斜裝結(jié)構(gòu)。這種傳統(tǒng)組成 結(jié)構(gòu)和安裝型式的使用效果是散熱速度慢，不均勻。這是因為熱管壁光滑，熱空氣上 升到冷凝處變成水珠，由于熱管與地面形成的角度太小，重力作用小，故沿壁流下的水 珠速度較慢，不宜散熱；而且由于熱管壁光滑，冷凝的水珠多數(shù)是直接滴到蒸發(fā)端，不 經(jīng)過管壁下流，致使熱量不能充分沿壁散發(fā)掉，散熱效果不均勻。
此種散熱結(jié)構(gòu)，在煤礦井下帶式輸送機用變頻器需要連續(xù)運行的場合中使用，由于 熱積聚厲害，頻繁出現(xiàn)IGBT熱飽和導(dǎo)致變頻器停機不工作，影響了生產(chǎn)。
為解決上述問題，本申請人曾于2007年12月18日向國家知識產(chǎn)權(quán)局提出了專利 號為ZL200720144377.X的"一種礦用變頻器的散熱結(jié)構(gòu)"，企圖通過對熱管內(nèi)壁結(jié)構(gòu) 形態(tài)上的改進，進一步提高熱管的散熱面積，從而使以熱管技術(shù)為特征的變頻器散熱效 果得到更為理想的效果。
此外，中國專利2120072003658.5提出了一種水冷式防暴變頻器，該專利提出的技 術(shù)方案是將設(shè)置在防爆箱體內(nèi)的變頻器密封后裝置于一個儲水箱體內(nèi)，通過引出防爆 箱體外、并連接儲水箱內(nèi)的進、出水管，形成一個內(nèi)部自循環(huán)水冷系統(tǒng)，企圖通過用低 溫水體對變頻器進行直接的降溫。
上述兩種已公開的變頻器降溫控制裝置，雖然在使用中都能起到一定的降溫作用， 但也存在一定的缺陷。其中，本申請人提出的專利號為21_200720144377乂的"一種礦 用變頻器的散熱結(jié)構(gòu)"，雖然比用傳統(tǒng)熱管技術(shù)的散熱效果有了極大的提高，但制作成
3本比較高，而且對于需要快速降溫的礦用變頻器來說，似乎散熱的速率還嫌低了一些。
對于專利號為ZI20072003658.5的"一種水冷式防暴變頻器"，如果直接用外界的 低溫水體直接用于變頻器的降溫，由于井下水體中含有許多礦物質(zhì)，特別是硫、鹽含量 高，腐蝕作用大，故也不是一種十分理想的解決方案。
.因此，如何進一步提高礦用變頻器的使用性能和穩(wěn)定性就成為保證礦山安全運行的 一個重要因素，也成為礦山設(shè)備研發(fā)部門的一個技術(shù)課題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提出一種全新的防爆變頻器水冷控制系統(tǒng)和控制方法，既能保 證防爆變頻器長時間連續(xù)工作，消除致冷水體因泄漏而影響變頻器的安全運行。
這種防爆變頻器用水冷控制系統(tǒng)，包括水冷裝置、變頻器和PLC控制器，其特征 在于所述的水冷裝置由散熱器、循環(huán)泵、水閥、不銹鋼水箱、注水杯、轉(zhuǎn)速表、水位 儀、備用排水閥、軸流風(fēng)機、排水口，其中的水箱緊貼固定在變頻器總成的外殼體上， 在水箱的上部設(shè)有一與箱體內(nèi)腔相連通的注水杯，在水箱的下部設(shè)有一帶水閥的四通 管，其中的一管口連接散熱器，另外兩管口經(jīng)輸水管和循環(huán)泵及水閥組成一循環(huán)水路， 同時，在散熱器上另設(shè)有一出水口，該處水口經(jīng)輸水管及配置在該段輸水管上的轉(zhuǎn)速表 和切水閥與注水杯相連接；所述的變頻器總成PLC控制器分別與循環(huán)泵、軸流風(fēng)機、 水位儀電連接，由此組成一受變頻器總成PLC控制器統(tǒng)一操控的循環(huán)水冷式智能自降 溫輸送系統(tǒng)。
所述的水箱中設(shè)有分別與變頻器總成PLC控制器電連接的水位傳感器和溫度傳感器。
所述的散熱器設(shè)有配套的散熱用軸流風(fēng)機，該軸流風(fēng)機設(shè)在散熱器后部的變頻器總 成的外殼體上。
該防爆變頻器的水冷方法是利用與變頻器一側(cè)外殼相連接的水箱內(nèi)的可循環(huán)致冷 純凈水，在變頻器總成PLC控制器的操控下，利用循環(huán)泵的驅(qū)動作用使已進行完熱交 換的箱中水體經(jīng)輸送水管進入散熱器，并由與散熱器匹配的軸流風(fēng)機進行吹風(fēng)散熱，經(jīng) 散熱處理的管內(nèi)水體又在循環(huán)泵的驅(qū)動下進入水箱繼續(xù)與防爆變頻器內(nèi)部進行熱交換； 再次交換過程中變頻器總成PLC控制器利用與其連接街、并設(shè)置在水位儀中的水位傳
感器和溫度傳感器進行水位和溫度的適時監(jiān)控，實現(xiàn)外加注水和溫度調(diào)控。
所述調(diào)控方法中使用的水為純凈水，在該純凈水中按100:0.8的重量比加入適量氯 化鈉，以增加水位傳感器的阻值。根據(jù)以上技術(shù)方案提出的這種防爆變頻器用水冷控制系統(tǒng)，由于將水冷散熱機構(gòu)直 接設(shè)置在變頻器總成的殼體上，使低溫、快速、高流量的水體隨時隨地能將變頻運行中 產(chǎn)生的熱能通過低溫水的熱交換作用，能最大地提高熱交換的效果。
圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2為變頻器總成PLC控制器與水位儀的控制原理示意圖； 圖3為本發(fā)明的水冷裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為圖3的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-變頻器總成 2-散熱器 3-循環(huán)泵 4-水閥 5-水箱 6-備用水 閥7-注水杯8-轉(zhuǎn)速表9-水位儀10-軸流風(fēng)機11-排水口 12-底座
具體實施例方式
如圖1、 3、 4所示的一種防爆變頻器用水冷控制系統(tǒng)，包括水冷裝置和變頻器總成 1，其特征在于所述的水冷裝置由散熱器2、循環(huán)泵3、水閥4、不銹鋼水箱5、注水 杯7、轉(zhuǎn)速表8、水位儀9、備用排水閥6、軸流風(fēng)機IO、排水口 11，其中的水箱5緊 貼固定在變頻器總成1的外殼體上，在水箱的上部設(shè)有一與箱體內(nèi)腔相連通的注水杯7， 在水箱的下部設(shè)有一帶水閥4的四通管，其中的一管口連接散熱器2，另外兩管口經(jīng)輸 水管和循環(huán)泵3及水閥組成一循環(huán)水路，同時，在散熱器2上另設(shè)有一出水口，該出水 口經(jīng)輸水管及配置在該段輸水管上的轉(zhuǎn)速表8和切水閥與注水杯7相連接；由此組成一 受變頻器總成1中的變頻器總成PLC控制器統(tǒng)一操控的循環(huán)水冷式智能自降溫輸送系 統(tǒng)。
所述的變頻器總成PLC控制器分別與循環(huán)泵3、軸流風(fēng)機IO、設(shè)有水位傳感器和 溫度傳感器的水位儀9電連接，由此組成一受變頻器總成PLC控制器統(tǒng)一操控的循環(huán) 水冷式智能自降溫輸送系統(tǒng)。
所述的水箱中設(shè)有分別與變頻器總成PLC控制器電連接的水位傳感器和溫度傳感器。
所述的散熱器2設(shè)有配套的散熱用軸流風(fēng)機10，該散熱軸流風(fēng)機10設(shè)在散熱器2 后部的變頻器總成的外殼體上。
該防爆變頻器的水冷方法是利用與變頻器一側(cè)外殼相連接的水箱內(nèi)的可循環(huán)致冷 純凈水，在變頻器總成PLC控制器的操控下，利用循環(huán)泵3的驅(qū)動作用使己進行完熱 交換的箱中水體經(jīng)輸送水管進入散熱器2，并由與散熱器2匹配的軸流風(fēng)機10進行吹 風(fēng)散熱，而后經(jīng)散熱處理的管內(nèi)水體又在循環(huán)泵3的驅(qū)動下進入水箱繼續(xù)與防爆變頻器
5內(nèi)部進行熱交換；在此交換過程中變頻器總成PLC控制器利用與其連接街、并設(shè)置在
水位儀9中的水位傳感器和溫度傳感器進行水位和溫度的適時監(jiān)控，實現(xiàn)外加注水和溫
度調(diào)控。
所述調(diào)控方法中使用的水為純凈水，在該純凈水中按100:0.8的重量比加入適量氯 化鈉，以增加水位傳感器的測量時的阻值。
產(chǎn)品出廠時，將上述一定量的按比例配制的純凈水從注水杯中注入，通過管道進入 水箱及散熱器，而后擰緊螺絲。當冷卻系統(tǒng)正常工作時，利用循環(huán)泵的作用使水箱和散 熱器之間的水進行快速流動交換，作用是將水箱中吸收了熱量的水循環(huán)進散熱器，通過 軸流風(fēng)機加快散熱降低水體的溫度，散熱后的水體再次循環(huán)入水箱，由此將設(shè)置在變頻 器總成箱體內(nèi)、變頻器工作過程中產(chǎn)生的大量熱能，通過金屬殼體的傳導(dǎo)作用迅速完成 熱交換，達到快速降低變頻器溫度的作用。通常情況下系統(tǒng)形成內(nèi)循環(huán)，為了解決循環(huán) 水長期其使用過程中會在水箱和散熱器以及輸水管道中可能出現(xiàn)的結(jié)垢問題，因此，在 本發(fā)明的技術(shù)方案中采用純凈水作為水冷的交換介質(zhì)，由于純凈水中所含的礦物質(zhì)介質(zhì) 基本處理干凈，因此能比較好地防止該水冷裝置在長期使用中因內(nèi)腔結(jié)垢所導(dǎo)致的多種 問題如導(dǎo)熱效果的降低、管路的堵塞等等。
其次，考慮到使用純凈水以后，由于純凈水的導(dǎo)電率極低，可能會影響到水位儀中 水位傳感器的敏感度，因此在本發(fā)明所采用的純凈水中又按照100: 0.8的重量比加入 一定量的氯化鈉，使該純凈水實際上成為含有一定量氯化鈉的水溶液，其目的是適當提 高純凈水的導(dǎo)電性能，保證傳感器能夠正常工作。由于在純凈水中加入的氯化鈉以后，
在該純凈水中的氯化鈉和水之間存在以下化學(xué)平衡
NaCI+H2〇^==i Na〇H+HCI
隨著水溫的變化上述純凈水中的氫氧化鈉和氯化氫始終處于一個動態(tài)平衡狀態(tài)，因 此能幫助水位儀中的傳感器正確獲得相應(yīng)的顯示數(shù)值。
與現(xiàn)有的已公開的變頻器散熱裝置想比較，其優(yōu)點是
1、 有強力高效熱交換，快速冷卻功能
對于電力電子器件和變頻器IGBT模塊散熱來說，"水冷"與熱管冷卻相比"水冷"
是最佳設(shè)計方案，它采用低溫高流速的清凈水源，在精確恒定的溫控下，能最大地提高 熱交換的效果。經(jīng)多次反復(fù)比較試驗，在同等條件下，水冷冷卻速度比熱管冷卻要快很多。
2、 保證設(shè)備的冷卻系統(tǒng)免受水垢損壞
如果選用礦井的水源作為冷卻工質(zhì)時，其井下水含有各種大量灰塵、礦物質(zhì)、有機 物、S02等污染物，這些污染物會被溶入水中，逐漸沉淀并依附在水冷系統(tǒng)的傳熱壁上， 最終導(dǎo)致熱交換系統(tǒng)受損。
采用我公司設(shè)計的"水冷"系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使用蒸餾水，不會產(chǎn)生污染物質(zhì)，這將保證 冷卻系統(tǒng)及機械元件不受損害，不但避免昂貴的停機維修費，且延長設(shè)備的使用壽命。
3、 采用低噪音軸流風(fēng)機及大風(fēng)量軸流風(fēng)扇設(shè)計，散熱效果好。結(jié)構(gòu)緊湊，流線型 設(shè)計，空間利用最小化；
4、 精密可靠的水溫，水位測定，其溫度誤差土2。C，水位誤差土2咖。
5、 密閉不銹鋼水箱，水管、內(nèi)外按頭、水位表、閥門等堅固耐用，且能防止灰塵 進入。適合煤礦井下惡劣環(huán)境，可24小時連續(xù)工作。
經(jīng)實際試驗、使用，表明該防爆變頻器用水冷控制系統(tǒng)水冷散熱器加載試驗溫度檢 測如下水冷散熱器力卩載試驗溫度記錄時間變頻器內(nèi)部散熱辦溫度變頻器外部散熱辦溫度環(huán)境溫度
21: 3036.8 °C36.8 。C26.0。C
21: 3539.2°C30.8 。C26.2 。C
21: 4040,2°C33.7 。C27.6 。C
21: 4540.5°C34.3 。C27.CTC
21: 5041.0。C34.5°C27.3°C
21: 5541.5。C34.9。C25.8 °C
22: 0041.0°C35.0 °C27.2 。C
22: 0542.0。C35.9 。C26.2°C
22: 1042.6°C35.5 °C26.3 °C
22: 1542.2 °C36.0°C26.6°C
22: 2042. rc26. rc
22: 2542.7 °C36.2 。C26.3 °C
22: 3041.7。C36.3 。C26.2X:
22: 3541.rc36.7 °C26.6°C
22: 4041.6°C36.6 。C26.8 °C
上述試l險加載時加載電壓130KW，變頻器電流42A,歷時試驗1小時10分鐘。權(quán)利要求
1、一種防爆變頻器用水冷控制系統(tǒng)，包括水冷裝置和變頻器總成PLC控制器，其特征在于所述的水冷裝置由散熱器、循環(huán)泵、水閥、不銹鋼水箱、注水杯、轉(zhuǎn)速表、水位儀、備用排水閥、軸流風(fēng)機、排水口，其中的水箱緊貼固定在變頻器總成的外殼體上，在水箱的上部設(shè)有一與箱體內(nèi)腔相連通的注水杯，在水箱的下部設(shè)有一帶水閥的四通管，其中的一管口連接散熱器，另外兩管口經(jīng)輸水管和循環(huán)泵及水閥組成一循環(huán)水路，同時，在散熱器上另設(shè)有一出水口，該處水口經(jīng)輸水管及配置在該段輸水管上的轉(zhuǎn)速表和切水閥與注水杯相連接；所述的變頻器總成PLC控制器分別與循環(huán)泵、軸流風(fēng)機、水位儀電連接，由此組成一受變頻器總成中的變頻器總成PLC控制器統(tǒng)一操控的循環(huán)水冷式智能自降溫輸送系統(tǒng)。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種防爆變頻器用水冷控制系統(tǒng)，其特征在于所述的水箱中設(shè)有分別與變頻器總成PLC控制器電連接的水位傳感器和溫度傳感器。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種防爆變頻器用水冷控制系統(tǒng)，其特征在于所述的散 熱器設(shè)有配套的散熱用軸流風(fēng)機，該軸流風(fēng)機設(shè)在散熱器后部的變頻器總成的外殼體 上。
4、 一種防爆變頻器用水冷控制系統(tǒng)，其防爆變頻器的水冷方法是利用與變頻器一側(cè)外殼相連接的水箱內(nèi)的可循環(huán)致冷純凈水，在變頻器總成PLC控制器的操控下，利用循環(huán)泵的驅(qū)動作用使已進行完熱交換的箱中水體經(jīng)輸送水管進入散熱器，并由與散 熱器匹配的軸流風(fēng)機進行吹風(fēng)散熱，經(jīng)散熱處理的管內(nèi)水體又在循環(huán)泵的驅(qū)動下進入水箱繼續(xù)與防爆變頻器內(nèi)部進行熱交換；在此交換過程中變頻器總成PLC控制器利用與 其連接街、并設(shè)置在水位儀中的水位傳感器和溫度傳感器進行水位和溫度的適時監(jiān)控， 實現(xiàn)外加注水和溫度調(diào)控。
5、 如權(quán)利要求4所述的一種防爆變頻器用水冷控制系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)控方法中使用的水為純凈水，在該純凈水中按100:0.8的重量比加入適量氯化鈉。
全文摘要
一種防爆變頻器用水冷控制系統(tǒng)，包括水冷裝置和變頻器總成PLC控制器，其特征在于所述的水冷裝置由散熱器、循環(huán)泵、水閥、不銹鋼水箱、注水杯、轉(zhuǎn)速表、水位儀、備用排水閥、軸流風(fēng)機、排水口，其中的水箱緊貼固定在變頻器總成的外殼體上，在水箱的上部設(shè)有一與箱體內(nèi)腔相連通的注水杯，在水箱的下部設(shè)有一帶水閥的四通管，其中的一管口連接散熱器，另外兩管口經(jīng)輸水管和循環(huán)泵及水閥組成一循環(huán)水路，同時，在散熱器上另設(shè)有一出水口，該處水口經(jīng)輸水管及配置在該段輸水管上的轉(zhuǎn)速表和切水閥與注水杯相連接；所述的變頻器總成PLC控制器分別與循環(huán)泵、軸流風(fēng)機、水位儀電連接，由此組成一受變頻器總成中的變頻器總成PLC控制器統(tǒng)一操控的循環(huán)水冷式智能自降溫輸送系統(tǒng)。
文檔編號H02M1/00GK101582629SQ200910057498
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者周正沖, 榮思源, 馬洪水 申請人:上海地澳自動化科技有限公司