一种变频器温湿度控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及变频器技术领域，特别涉及一种变频器温湿度控制系统及控制方法。

背景技术

变频器，是一种利用软件控制算法和硬件控制系统来控制电力半导体器件的通断，从而把工频电源变换成各种频率的交流电源，实现电动机变速运行的设备，是运动控制系统中的功率变换器。目前应用最多也最广的是交-直-交电压型变频器，即中间存在直流储能滤波环节，一般采用大容量电解电容器实现此功能。

变频器在运行中，环境温度若大于40℃，每高出1℃，变频器降额5％使用。此外，纹波电流长期流过电解电容器，电解电容器的电极氧化导致内阻增大而引起漏电流上升、温升增加以及发热量变大，从而进一步引起电解液减少而导致容量减小。容量减小一方面容易使电解电容器与变频器逆变回路的等效电感(包括负载电感)发生谐振，产生过电压导致变频器的逆变模块和整流模块被击穿；另一方面使得变频器的负载能力和功率因数下降，在负载较重时，引起直流母线电压的大幅下降，导致变频器报警甚至停机。

变频器在湿度较大的环境中长期放置，电路板上会凝结许多细小的水滴，如果水滴正好处于电路板上的电解电容器两个电极之间，势必造成电解电容器容值的变化或者绝缘下降而发生击穿现象。如果水滴处于直流母线回路或接线端子上，启动运行时就会发生相间短路或直流放电炸机事故。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种变频器温湿度控制系统及控制方法，实现变频器内环境温湿度、电容器温度的实时监测和变频器的保护控制。

根据本发明的第一方面实施例的变频器温湿度控制系统，包括：检测单元、控制单元，所述检测单元用于采集变频器内的环境温度、环境湿度以及电容器的表面温度，所述控制单元分别与所述检测单元和所述变频器电性连接，其用于处理所述环境温度、所述环境湿度和所述表面温度数据并根据处理结果向所述变频器发出停止运行或启动的控制信号。

根据本发明上述实施例的变频器温湿度控制系统，至少具有如下有益效果：控制器通过实时监测变频器内的环境温湿度和中间电路的电容器表面温度的变化，可以防止变频器因中间电路的电容器温度过高或变频器内湿度过大而发生炸机事故，同时这些监测数据可以为变频器的维护保养提供必要而有效的数据参考。

根据本发明的一些实施例，所述检测单元包括：K型热电偶温度传感器、热电偶输入模块、温湿度变送器，所述K型热电偶温度传感器设置在所述电容器上，所述热电偶输入模块分别与所述控制单元和所述K型热电偶温度传感器电性连接，所述温湿度变送器设置在所述变频器的内部并与所述控制单元电性连接。

根据本发明的一些实施例，所述K型热电偶温度传感器型号为RKC ST-50。

根据本发明的一些实施例，所述热电偶输入模块与所述温湿度变送器均通过MODBUS总线与所述控制单元电性连接。

根据本发明的一些实施例，所述热电偶输入模块型号为DAM-3037。

根据本发明的一些实施例，所述温湿度变送器型号为TH11S-B。

根据本发明的一些实施例，所述控制单元为PLC控制模块，所述PLC控制模块型号为S7-200 SMART。

根据本发明的一些实施例，所述变频器温湿度控制系统还包括人机交互单元，所述人机交互单元与所述控制单元电性连接，其用于显示所述环境温度、环境湿度、表面温度和电容器温升值，根据所述控制单元发送的报警信息执行相应的报警动作，以及向所述控制单元发送停止运行或启动的控制信号。

根据本发明的第二方面实施例的变频器温湿度控制系统的控制方法，包括以下步骤：

所述控制单元控制所述变频器启动；

所述控制单元读取所述检测单元采集的所述环境温度、环境湿度和表面温度数据；

所述控制单元根据所述环境湿度作出判断，当所述环境湿度数值大于湿度阈值时，立即控制所述变频器停止运行，待检修完成后，恢复所述变频器的运行；

所述控制单元根据所述环境温度和所述表面温度计算出所述电容器的表面温升值并作出判断，当所述表面温升值大于所述电容器的表面温升限定值时，立即控制所述变频器停止运行，待检修完成后，恢复所述变频器的运行。

根据本发明上述实施例的变频器温湿度控制系统的控制方法，至少具有如下有益效果：控制单元实时计算电容器的表面温升值和监测变频器内部的环境湿度，当发现表面温升值、湿度值均大于允许值时，可以及时控制变频器停止工作，有效避免炸机事故，延长变频器的使用寿命，从而给用户带来长久的经济效益。

根据本发明的第三方面实施例的变频器温湿度控制系统的控制方法，包括以下步骤：

所述控制单元控制所述变频器启动；

所述控制单元读取所述检测单元采集的所述环境温度、环境湿度和表面温度数据，以及读取所述变频器采集的直流母线电压、负载电压、负载转矩、负载电流、输出频率、输出功率、功率半导体元件温度和控制板温度数据，并将读取的所有数据发送至所述人机交互单元进行显示；

所述控制单元根据所述环境湿度作出判断，当所述环境湿度数值大于湿度阈值时，控制所述变频器停止运行并将第一报警信号发送至所述人机交互单元，待检修完成后，恢复所述变频器的运行并将第一解除报警信号发送至所述人机交互单元；

所述控制单元根据所述环境温度和所述表面温度计算出所述电容器的表面温升值并发送至所述人机交互单元进行显示，同时根据所述表面温升值作出判断，当所述表面温升值大于所述电容器的表面温升限定值时，控制所述变频器停止运行并将第二报警信号发送至所述人机交互单元，待检修完成后，恢复所述变频器的运行并将第二解除报警信号发送至所述人机交互单元。

根据本发明上述实施例的变频器温湿度控制系统的控制方法，至少具有如下有益效果：控制单元实时计算电容器的芯部温升值和监测变频器内部的环境湿度，当发现表面温升值、湿度值均大于允许值时，可以及时控制变频器停止工作并向人机交互单元发送报警信息，从而及时提醒用户处理故障，避免炸机事故；同时，用户可以通过人机交互单元查看变频器的运行参数的变化，对及时发现问题、将故障消灭在萌芽状态提供了数据支撑。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的变频器温湿度控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的K型热电偶温度传感器安装示意图；

图3为本发明实施例的第一种变频器温湿度控制系统的控制方法的流程示意图；

图4为本发明实施例的第二种变频器温湿度控制系统的控制方法的流程示意图。

附图说明：

检测单元100、K型热电偶温度传感器101、热电偶输入模块102、温湿度变送器103；

变频器200、电容器300、控制单元400、人机交互单元500。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参考图1，为本发明实施例的一种变频器温湿度控制系统，包括：检测单元100、控制单元400。检测单元100用于采集变频器200内的环境温度、环境湿度以及电容器300的表面温度。控制单元400分别与检测单元100和变频器200电性连接，控制单元400用于处理检测单元100采集的环境温度、环境湿度和表面温度数据，并根据处理结果向变频器200发出停止运行或启动的控制信号，变频器200解析该控制信号以停止运行或开启运行。

在本发明的一些实施例中，检测单元100包括：K型热电偶温度传感器101、热电偶输入模块102、温湿度变送器103。K型热电偶温度传感器101粘贴在电容器300的端部，热电偶输入模块102分别与控制单元400和K型热电偶温度传感器101电性连接，温湿度变送器103设置在变频器200的内部并与控制单元400电性连接。K型热电偶温度传感器101将被测电容器300的温度转换成热电动势信号，热电偶输入模块102将K型热电偶温度传感器101产生的热电动势信号转换成温度数据并发送给控制单元400。温湿度变送器103将变频器200内的环境温度和湿度转换成温度信号并发送给控制单元400。

在本发明的一些实施例中，K型热电偶温度传感器101的具体型号为RKC ST-50，该传感器为日本RKC公司推出的K型粘贴式温度传感器。普通的粘贴式热电阻或热电偶温度传感器由于探头尺寸偏大而无法直接采用。微型温度传感器的外形仅有3-4毫米见方，虽然很适合粘贴在电容器300的端部，但引线困难且输出信号还需要做进一步放大处理，故不适合直接采用。RKC ST-50的探头部分尺寸：宽度6.7mm、长度107mm、厚度0.34mm，其外面为玻璃防护基片，内包裹K型热电偶，K型热电偶直径为50μm或100μm，电容器300为电解电容器，而电解电容器的直径一般在22mm到64mm之间，因此可以直接采用RKC ST-50并将其粘贴在电容器300的端部(如图2所示)。

在本发明的一些实施例中，热电偶输入模块102与温湿度变送器103均通过MODBUS总线与控制单元400电性连接。MODBUS相对于其他的工业现场总线而言，开放使用、支持的产品种类多、技术体系成熟，同时支持较多类型的物理接口，比如RS485、RS422接口。

在本发明的一些实施例中，热电偶输入模块型号的具体型号为DAM-3037，其为北京阿尔泰科技发展有限公司推出的八路热电偶输入模块。使用时可以通过标准长度为1米、型号为W-ST50A-1000-Y3绝缘护套引线连接K型热电偶温度传感器101，通过自带的RS485接口，采用MODBUS协议与控制单元400进行通讯。DAM-3037安装在距离变频器200不超过1米的位置，并通过卡规固定，必要的时候可用CC1006型有机硅灌封胶进行辅助粘贴，该型胶具有工作温度范围宽(-50℃～200℃)、可修复、高柔韧性以及良好的防尘、防潮、防震、绝缘、导热性能等优点。需要说明的是，不同功率的变频器200，其中间电路的电容器300的构架不同，自然数量也不同，因此可以根据实际使用需求选择其他的多路热电偶输入模块。

在本发明的一些实施例中，温湿度变送器103的具体型号为TH11S-B，其为深圳市英斯特科技有限公司推出的一款高精度温湿度变送器，具有外形美观小巧、接线简单、便易安装等优势。此外TH11S-B使用进口高精度探头，保证了产品的优异测量性能。TH11S-B自带RS485接口，可以采用MODBUS协议与控制单元400进行通讯。温湿度变送器103安装在变频器200的内部，需要可靠固定并尽量远离直流母线排。

在本发明的一些实施例中，控制单元400为PLC控制模块，PLC控制模块型号为S7-200 SMART，其支持MODBUS协议。需要说明的是，在高可靠性、支持MODBUS协议、I/O点数都满足的情况下，也可以使用其他的微控制器。

在本发明的一些实施例中，变频器温湿度控制系统还包括人机交互单元500，人机交互单元500可以通过RJ45、光纤等物理接口与控制单元400连接，其可以显示环境温度、环境湿度、表面温度和电容器300的温升值，还可以根据控制单元400发送的报警信息执行相应的报警动作，使用者可以通过人机交互单元500上的启动/停止开关实现远程控制变频器200的启停。

本发明提出了第一种变频器温湿度控制系统的控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

控制单元400与变频器200建立通信，控制单元400控制变频器200启动并传递启动参数，启动参数包括变频器200的输出频率；

控制单元400与检测单元100建立通信，并读取检测单元100采集的环境温度、环境湿度和表面温度数据；

控制单元400根据环境湿度作出判断，当环境湿度数值大于湿度阈值时，立即控制变频器200停止运行，此时使用者可以通过预热将冷凝水滴吹跑，防止发生炸机，待检修完成后，恢复变频器200的运行；

控制单元400根据环境温度和表面温度计算出电容器300的表面温升值并作出判断，当所述表面温升值大于所述电容器300的表面温升限定值时，立即控制所述变频器200停止运行，待检修完成后，恢复变频器200的运行。

本发明提出了第二种变频器温湿度控制系统的控制方法，如图4所示，包括以下步骤：

控制单元400与变频器200建立通信，控制单元400控制变频器200启动并传递启动参数，启动参数包括变频器200的输出频率；

控制单元400与检测单元100建立通信，并读取检测单元100采集的环境温度、环境湿度和表面温度数据，以及读取变频器200采集的直流母线电压、负载电压、负载转矩、负载电流、输出频率、输出功率、功率半导体元件温度和控制板温度数据，并将读取的所有数据发送至人机交互单元500进行显示；

控制单元400根据环境湿度作出判断，当环境湿度数值大于湿度阈值时，立即控制变频器200停止运行，此时使用者可以通过预热将冷凝水滴吹跑，防止发生炸机，待检修完成后，恢复变频器200的运行；

控制单元400根据环境温度和表面温度计算出电容器300的表面温升值并发送至人机交互单元500进行显示，同时根据表面温升值作出判断，当表面温升值大于电容器300的表面温升限定值时，控制单元400控制变频器200停止运行并将第二报警信号发送至人机交互单元500，此时人机交互单元500执行相应的报警动作，以提醒使用者检查变频器200的散热环境或负载运行状态或者检查电容器300的容量，必要时更换电容器300；待检修完成后，恢复变频器200的运行并将第二解除报警信号发送至人机交互单元500，此时人机交互单元500解除相应的报警动作。

本发明实施例中的湿度均指的是相对湿度，变频器200工作要求的相对湿度为5～95％，存储和运输时要求的最大相对湿度也为95％，而长期工作的环境相对湿度应在40％～90％，最好保持在80％，不允许冷凝。在存在腐蚀性气体的情况下，最大允许相对湿度为60％。本发明实施例中优选的湿度阈值为80％。

本发明实施例中的电容器300都有其额定温度(指的是芯部温度)，实际工作时的温度不能超过该额定温度，否则电容器300可能会被击穿。由于不同的电容器300规格参数、生产厂家、制造工艺不同，表面温升限定值很难统一确定，所以都是通过实验测量得出电容器300的芯部温升与表面温升的比值关系，再根据电容器300的允许芯部温升值(即额定温度与环境温度的差值)和该比值关系得出表面温升限定值。

本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。