专利名称：一种防爆变频器用水冷控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种水冷式变频器，尤其是一种防爆变频器用水冷控制系统及控制方 法，特别适用于矿山及易燃易爆工矿环境下使用。
背景技术：
随着传动技术的不断发展和大功率器件散热技术的解决，使得矿用变频器在煤矿井 下得到了广泛应用，这是因为矿用变频器是集自动控制、微电子、通信及防爆技术、散 热技术为一体的高新技术产品。
现有大功率矿用变频器，采用普通的、内壁光滑的圆形紫铜管作为主要散热构件， 以水作为散热的载体；在安装方式上采用热管与地面成7.5°斜装结构。这种传统组成 结构和安装型式的使用效果是散热速度慢，不均匀。这是因为热管壁光滑，热空气上 升到冷凝处变成水珠，由于热管与地面形成的角度太小，重力作用小，故沿壁流下的水 珠速度较慢，不宜散热；而且由于热管壁光滑，冷凝的水珠多数是直接滴到蒸发端，不 经过管壁下流，致使热量不能充分沿壁散发掉，散热效果不均匀。
此种散热结构，在煤矿井下带式输送机用变频器需要连续运行的场合中使用，由于 热积聚厉害，频繁出现IGBT热饱和导致变频器停机不工作，影响了生产。
为解决上述问题，本申请人曾于2007年12月18日向国家知识产权局提出了专利 号为ZL200720144377.X的"一种矿用变频器的散热结构"，企图通过对热管内壁结构 形态上的改进，进一步提高热管的散热面积，从而使以热管技术为特征的变频器散热效 果得到更为理想的效果。
此外，中国专利2120072003658.5提出了一种水冷式防暴变频器，该专利提出的技 术方案是将设置在防爆箱体内的变频器密封后装置于一个储水箱体内，通过引出防爆 箱体外、并连接储水箱内的进、出水管，形成一个内部自循环水冷系统，企图通过用低 温水体对变频器进行直接的降温。
上述两种已公开的变频器降温控制装置，虽然在使用中都能起到一定的降温作用， 但也存在一定的缺陷。其中，本申请人提出的专利号为21_200720144377乂的"一种矿 用变频器的散热结构"，虽然比用传统热管技术的散热效果有了极大的提高，但制作成
3本比较高，而且对于需要快速降温的矿用变频器来说，似乎散热的速率还嫌低了一些。
对于专利号为ZI20072003658.5的"一种水冷式防暴变频器"，如果直接用外界的 低温水体直接用于变频器的降温，由于井下水体中含有许多矿物质，特别是硫、盐含量 高，腐蚀作用大，故也不是一种十分理想的解决方案。
.因此，如何进一步提高矿用变频器的使用性能和稳定性就成为保证矿山安全运行的 一个重要因素，也成为矿山设备研发部门的一个技术课题。
发明内容
本发明的目的旨在提出一种全新的防爆变频器水冷控制系统和控制方法，既能保 证防爆变频器长时间连续工作，消除致冷水体因泄漏而影响变频器的安全运行。
这种防爆变频器用水冷控制系统，包括水冷装置、变频器和PLC控制器，其特征 在于所述的水冷装置由散热器、循环泵、水阀、不锈钢水箱、注水杯、转速表、水位 仪、备用排水阀、轴流风机、排水口，其中的水箱紧贴固定在变频器总成的外壳体上， 在水箱的上部设有一与箱体内腔相连通的注水杯，在水箱的下部设有一带水阀的四通 管，其中的一管口连接散热器，另外两管口经输水管和循环泵及水阀组成一循环水路， 同时，在散热器上另设有一出水口，该处水口经输水管及配置在该段输水管上的转速表 和切水阀与注水杯相连接；所述的变频器总成PLC控制器分别与循环泵、轴流风机、 水位仪电连接，由此组成一受变频器总成PLC控制器统一操控的循环水冷式智能自降 温输送系统。
所述的水箱中设有分别与变频器总成PLC控制器电连接的水位传感器和温度传感器。
所述的散热器设有配套的散热用轴流风机，该轴流风机设在散热器后部的变频器总 成的外壳体上。
该防爆变频器的水冷方法是利用与变频器一侧外壳相连接的水箱内的可循环致冷 纯净水，在变频器总成PLC控制器的操控下，利用循环泵的驱动作用使已进行完热交 换的箱中水体经输送水管进入散热器，并由与散热器匹配的轴流风机进行吹风散热，经 散热处理的管内水体又在循环泵的驱动下进入水箱继续与防爆变频器内部进行热交换； 再次交换过程中变频器总成PLC控制器利用与其连接街、并设置在水位仪中的水位传
感器和温度传感器进行水位和温度的适时监控，实现外加注水和温度调控。
所述调控方法中使用的水为纯净水，在该纯净水中按100:0.8的重量比加入适量氯 化钠，以增加水位传感器的阻值。根据以上技术方案提出的这种防爆变频器用水冷控制系统，由于将水冷散热机构直 接设置在变频器总成的壳体上，使低温、快速、高流量的水体随时随地能将变频运行中 产生的热能通过低温水的热交换作用，能最大地提高热交换的效果。
图1为本发明系统的结构示意图2为变频器总成PLC控制器与水位仪的控制原理示意图； 图3为本发明的水冷装置的结构示意图； 图4为图3的左视结构示意图。
图中1-变频器总成 2-散热器 3-循环泵 4-水阀 5-水箱 6-备用水 阀7-注水杯8-转速表9-水位仪10-轴流风机11-排水口 12-底座
具体实施例方式
如图1、 3、 4所示的一种防爆变频器用水冷控制系统，包括水冷装置和变频器总成 1，其特征在于所述的水冷装置由散热器2、循环泵3、水阀4、不锈钢水箱5、注水 杯7、转速表8、水位仪9、备用排水阀6、轴流风机IO、排水口 11，其中的水箱5紧 贴固定在变频器总成1的外壳体上，在水箱的上部设有一与箱体内腔相连通的注水杯7， 在水箱的下部设有一带水阀4的四通管，其中的一管口连接散热器2，另外两管口经输 水管和循环泵3及水阀组成一循环水路，同时，在散热器2上另设有一出水口，该出水 口经输水管及配置在该段输水管上的转速表8和切水阀与注水杯7相连接；由此组成一 受变频器总成1中的变频器总成PLC控制器统一操控的循环水冷式智能自降温输送系 统。
所述的变频器总成PLC控制器分别与循环泵3、轴流风机IO、设有水位传感器和 温度传感器的水位仪9电连接，由此组成一受变频器总成PLC控制器统一操控的循环 水冷式智能自降温输送系统。
所述的水箱中设有分别与变频器总成PLC控制器电连接的水位传感器和温度传感器。
所述的散热器2设有配套的散热用轴流风机10，该散热轴流风机10设在散热器2 后部的变频器总成的外壳体上。
该防爆变频器的水冷方法是利用与变频器一侧外壳相连接的水箱内的可循环致冷 纯净水，在变频器总成PLC控制器的操控下，利用循环泵3的驱动作用使己进行完热 交换的箱中水体经输送水管进入散热器2，并由与散热器2匹配的轴流风机10进行吹 风散热，而后经散热处理的管内水体又在循环泵3的驱动下进入水箱继续与防爆变频器
5内部进行热交换；在此交换过程中变频器总成PLC控制器利用与其连接街、并设置在
水位仪9中的水位传感器和温度传感器进行水位和温度的适时监控，实现外加注水和温
度调控。
所述调控方法中使用的水为纯净水，在该纯净水中按100:0.8的重量比加入适量氯 化钠，以增加水位传感器的测量时的阻值。
产品出厂时，将上述一定量的按比例配制的纯净水从注水杯中注入，通过管道进入 水箱及散热器，而后拧紧螺丝。当冷却系统正常工作时，利用循环泵的作用使水箱和散 热器之间的水进行快速流动交换，作用是将水箱中吸收了热量的水循环进散热器，通过 轴流风机加快散热降低水体的温度，散热后的水体再次循环入水箱，由此将设置在变频 器总成箱体内、变频器工作过程中产生的大量热能，通过金属壳体的传导作用迅速完成 热交换，达到快速降低变频器温度的作用。通常情况下系统形成内循环，为了解决循环 水长期其使用过程中会在水箱和散热器以及输水管道中可能出现的结垢问题，因此，在 本发明的技术方案中采用纯净水作为水冷的交换介质，由于纯净水中所含的矿物质介质 基本处理干净，因此能比较好地防止该水冷装置在长期使用中因内腔结垢所导致的多种 问题如导热效果的降低、管路的堵塞等等。
其次，考虑到使用纯净水以后，由于纯净水的导电率极低，可能会影响到水位仪中 水位传感器的敏感度，因此在本发明所采用的纯净水中又按照100: 0.8的重量比加入 一定量的氯化钠，使该纯净水实际上成为含有一定量氯化钠的水溶液，其目的是适当提 高纯净水的导电性能，保证传感器能够正常工作。由于在纯净水中加入的氯化钠以后，
在该纯净水中的氯化钠和水之间存在以下化学平衡
NaCI+H2〇^==i Na〇H+HCI
随着水温的变化上述纯净水中的氢氧化钠和氯化氢始终处于一个动态平衡状态，因 此能帮助水位仪中的传感器正确获得相应的显示数值。
与现有的已公开的变频器散热装置想比较，其优点是
1、 有强力高效热交换，快速冷却功能
对于电力电子器件和变频器IGBT模块散热来说，"水冷"与热管冷却相比"水冷"
是最佳设计方案，它采用低温高流速的清净水源，在精确恒定的温控下，能最大地提高 热交换的效果。经多次反复比较试验，在同等条件下，水冷冷却速度比热管冷却要快很多。
2、 保证设备的冷却系统免受水垢损坏
如果选用矿井的水源作为冷却工质时，其井下水含有各种大量灰尘、矿物质、有机 物、S02等污染物，这些污染物会被溶入水中，逐渐沉淀并依附在水冷系统的传热壁上， 最终导致热交换系统受损。
采用我公司设计的"水冷"系统结构，使用蒸馏水，不会产生污染物质，这将保证 冷却系统及机械元件不受损害，不但避免昂贵的停机维修费，且延长设备的使用寿命。
3、 采用低噪音轴流风机及大风量轴流风扇设计，散热效果好。结构紧凑，流线型 设计，空间利用最小化；
4、 精密可靠的水温，水位测定，其温度误差土2。C，水位误差土2咖。
5、 密闭不锈钢水箱，水管、内外按头、水位表、阀门等坚固耐用，且能防止灰尘 进入。适合煤矿井下恶劣环境，可24小时连续工作。
经实际试验、使用，表明该防爆变频器用水冷控制系统水冷散热器加载试验温度检 测如下水冷散热器力卩载试验温度记录时间变频器内部散热办温度变频器外部散热办温度环境温度
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
上述试l险加载时加载电压130KW，变频器电流42A,历时试验1小时10分钟。权利要求
1、一种防爆变频器用水冷控制系统，包括水冷装置和变频器总成PLC控制器，其特征在于所述的水冷装置由散热器、循环泵、水阀、不锈钢水箱、注水杯、转速表、水位仪、备用排水阀、轴流风机、排水口，其中的水箱紧贴固定在变频器总成的外壳体上，在水箱的上部设有一与箱体内腔相连通的注水杯，在水箱的下部设有一带水阀的四通管，其中的一管口连接散热器，另外两管口经输水管和循环泵及水阀组成一循环水路，同时，在散热器上另设有一出水口，该处水口经输水管及配置在该段输水管上的转速表和切水阀与注水杯相连接；所述的变频器总成PLC控制器分别与循环泵、轴流风机、水位仪电连接，由此组成一受变频器总成中的变频器总成PLC控制器统一操控的循环水冷式智能自降温输送系统。
2、 如权利要求1所述的一种防爆变频器用水冷控制系统，其特征在于所述的水箱中设有分别与变频器总成PLC控制器电连接的水位传感器和温度传感器。
3、 如权利要求1所述的一种防爆变频器用水冷控制系统，其特征在于所述的散 热器设有配套的散热用轴流风机，该轴流风机设在散热器后部的变频器总成的外壳体 上。
4、 一种防爆变频器用水冷控制系统，其防爆变频器的水冷方法是利用与变频器一侧外壳相连接的水箱内的可循环致冷纯净水，在变频器总成PLC控制器的操控下，利用循环泵的驱动作用使已进行完热交换的箱中水体经输送水管进入散热器，并由与散 热器匹配的轴流风机进行吹风散热，经散热处理的管内水体又在循环泵的驱动下进入水箱继续与防爆变频器内部进行热交换；在此交换过程中变频器总成PLC控制器利用与 其连接街、并设置在水位仪中的水位传感器和温度传感器进行水位和温度的适时监控， 实现外加注水和温度调控。
5、 如权利要求4所述的一种防爆变频器用水冷控制系统，其特征在于所述调控方法中使用的水为纯净水，在该纯净水中按100:0.8的重量比加入适量氯化钠。
全文摘要
一种防爆变频器用水冷控制系统，包括水冷装置和变频器总成PLC控制器，其特征在于所述的水冷装置由散热器、循环泵、水阀、不锈钢水箱、注水杯、转速表、水位仪、备用排水阀、轴流风机、排水口，其中的水箱紧贴固定在变频器总成的外壳体上，在水箱的上部设有一与箱体内腔相连通的注水杯，在水箱的下部设有一带水阀的四通管，其中的一管口连接散热器，另外两管口经输水管和循环泵及水阀组成一循环水路，同时，在散热器上另设有一出水口，该处水口经输水管及配置在该段输水管上的转速表和切水阀与注水杯相连接；所述的变频器总成PLC控制器分别与循环泵、轴流风机、水位仪电连接，由此组成一受变频器总成中的变频器总成PLC控制器统一操控的循环水冷式智能自降温输送系统。
文档编号H02M1/00GK101582629SQ200910057498
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月29日 优先权日2009年6月29日
发明者周正冲, 荣思源, 马洪水 申请人:上海地澳自动化科技有限公司