防止冷凝除湿装置内制冷单元结霜的控制方法及控制装置与流程

本发明涉及电力箱体微环境综合治理技术领域，具体涉及一种防止冷凝除湿装置内制冷单元结霜的控制方法及控制装置。

背景技术：

电力系统开关柜、环网柜、汇控柜、操作机构箱、端子箱等电力箱体，容易受季节、雨雪、高温高湿等天气影响，出现受潮、湿度过大、凝露等现象，造成设备绝缘下降和电气闪络，严重时还会引发安全事故，为降低箱内空气相对湿度，电力箱体中一般都要安装冷凝除湿装置，目前较为主流的除湿方式是采用半导体冷凝除湿方式，将潮湿空气冷凝成水排出柜外。

在实际运行过程中，因半导体冷端温度能降至0℃以下，可能存在结霜情况。随着冷凝除湿的持续进行，霜冻逐渐凝结形成冰块，冰块越结越大给除湿装置的正常工作造成极大影响，给电力箱体的安全运行也带来隐患。如何避免形成霜冻、结成冰块，一直没有有效的解决方案。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种防止冷凝除湿装置内制冷单元结霜的控制方法及控制装置。

一种防止冷凝除湿装置内制冷单元结霜的控制方法，包括依次循环执行的如下步骤：

(1)控制单元实时检测环境湿度：

由控制单元实时检测环境湿度大小，如果环境湿度多次确认后，超过上限值进入下一步骤；

(2)启动散热单元的风扇：

控制单元发出信号，启动散热单元的风扇，通过风扇的反馈检测回路，控制单元判断风扇转速；

若转速过低，认为风扇损坏或有物体阻碍，将不利于对半导体制冷单元散热，产生风扇故障告警、禁止启动制冷单元；

若达到正常转速，认为风扇已正常启动进入下一步骤；

(3)启动半导体制冷单元：

控制单元发出信号，启动半导体制冷单元，通过其反馈检测回路，控制单元判断控制电路输出电压；

若输出电压检测信号为0，认为半导体制冷单元控制电路不通，产生半导体制冷单元故障告警、停止制冷单元；

若反馈检测回路输出正确电压后，认为半导体制冷单元已启动，进入下一步骤；

(4)防止制冷单元结霜：

启动半导体制冷单元后，控制单元实时检测环境湿度大小、半导体制冷单元冷端温度；

若半导体制冷单元冷端温度下降至-2℃以下，再继续运行，冷端将会出现结霜的可能，此时暂停半导体制冷单元，风扇继续运行，利用周围温度相对较高的空气流动，使半导体制冷单元的冷端温度回升，杜绝冷端结霜；

冷端温度恢复到正常值后，则可以根据环境湿度大小再次启动半导体制冷单元；

若环境湿度降至下限值以下，则停止半导体制冷单元，风扇延时停止，将半导体制冷单元热端的热量快速散去。

一种防止冷凝除湿装置内制冷单元结霜的控制装置，包括半导体制冷单元、温湿度检测单元、散热单元和控制单元，半导体制冷单元、温湿度检测单元、散热单元和控制单元均设有相互配合的控制程序；

所述半导体制冷单元，利用半导体制冷技术，在一定空间范围内制冷；

所述温湿度检测单元，分别用于检测半导体电制冷单元冷端温度和环境湿度，并发送至控制单元；

所述散热单元用于固定半导体制冷单元，并对其热端散热；

所述控制单元用于检测温湿度值，根据温度大小控制半导体制冷单元和散热单元的运行。

进一步地，所述半导体制冷单元包括半导体制冷片、控制电路、反馈检测电路和光耦，光耦输出端连接至控制单元，由控制单元发出信号，控制并检测半导体制冷单元的运行。

进一步地，其特征在于，所述温湿度检测单元包括湿度传感器、ntc热敏电阻、电压调理电路、滤波电路和ad转换器，用于检测箱体内的环境湿度、半导体制冷单元冷端的温度，输出至控制单元。

进一步地，所述ad转换器集成在控制单元中，控制单元为单片机芯片。

进一步地，所述散热单元包括风扇、散热片、控制电路、反馈检测电路和光耦，用于对半导体制冷单元的热端散热，保证其制冷效率，反馈电路经光耦输出端连接至控制单元，用于检测风扇的运行状态。

进一步地，所述控制单元实时监测环境湿度变化，结合半导体制冷单元冷端的温度情况，自动控制半导体制冷单元、散热单元的运行，防止结霜的发生，达到除湿的最佳效果。

进一步地，所述半导体制冷单元包括半导体制冷片、控制电路、反馈检测电路和光耦，半导体制冷片连接有x1端子，光耦输出端连接至控制单元，由控制单元发出信号，经光耦、驱动三极管控制半导体制冷单元的运行。

采用如上技术方案取得的有益技术效果为：

本发明提出了一种防止冷凝除湿装置内制冷单元结霜的控制方法，使除湿效率相对提高，避免除湿装置因结冰损坏，确保电力箱体内部各设备工作的可靠性。

散热单元是冷凝除湿过程中，保证除湿效果、保护半导体制冷单元的关键器件，同时也在防结霜过程中，起到引导气流、除霜化冰的作用，其控制逻辑是本发明专利的重点。

控制单元通过实时检测各单元状况，针对不同的运行情况作出相应的控制信号，及时检测各单元是否发生故障，并且发出相应的告警信号，保证设备运行可靠性，有效降低电力箱体内的湿度。

附图说明

图1是防止冷凝除湿装置内制冷单元结霜的控制装置原理框图。

图2是防止冷凝除湿装置内制冷单元结霜的控制方法实施程序流程图。

图3是比较电压输出原理图。

图4是传感器连接原理图。

图5是冷凝片温度检测原理图。

图6是环境湿度检测原理图。

图7是半导体制冷单元控制及检测原理图。

图8是散热单元控制及检测原理图。

具体实施方式

结合附图1至8对本发明的具体实施方式做进一步说明：

一种防止冷凝除湿装置内制冷单元结霜的控制方法，包括依次循环执行的如下步骤：

(1)控制单元实时检测环境湿度：

由控制单元实时检测环境湿度大小，如果环境湿度多次确认后，超过上限值(如设定为75％rh)进入下一步骤；

(2)启动散热单元的风扇：

控制单元发出信号，启动散热单元的风扇，通过风扇的反馈检测回路，控制单元判断风扇转速；

风扇在额定电压下，额定转速为3000r/min，若转速过低(低于正常转速的60％)，认为风扇损坏或有物体阻碍，将不利于对半导体制冷单元散热，产生风扇故障告警、禁止启动制冷单元；若达到正常转速(大于正常转速的80％)，认为风扇已正常启动进入下一步骤；

(3)启动半导体制冷单元：

控制单元发出信号，启动半导体制冷单元，通过其反馈检测回路，控制单元判断控制电路输出电压；

若输出电压检测信号为0，认为半导体制冷单元控制电路不通，产生半导体制冷单元故障告警、停止制冷单元；

反馈检测回路正常输出电压为0v或3.3v，若反馈检测回路输出电压范围在0～0.3v之间，则认为半导体制冷单元未启动，产生风扇故障告警、禁止启动制冷单元；若输出电压范围在2.8～3.5v之间，则认为半导体制冷单元已启动，进入下一步骤；

(4)防止制冷单元结霜：

启动半导体制冷单元后，控制单元实时检测环境湿度大小、半导体制冷单元冷端温度；

若半导体制冷单元冷端温度下降至-2℃以下，再继续运行，冷端将会出现结霜的可能，此时暂停半导体制冷单元，风扇继续运行，利用周围温度相对较高的空气流动，使半导体制冷单元的冷端温度回升，杜绝冷端结霜；

冷端温度恢复到正常值后，则可以根据环境湿度大小再次启动半导体制冷单元；

若环境湿度降至下限值以下，则停止半导体制冷单元，风扇延时停止，将半导体制冷单元热端的热量快速散去。

如图2所示，为本发明所述防止冷凝除湿装置内制冷单元结霜控制方法的程序流程图。由控制单元实时检测箱体内环境湿度大小，若湿度较小，未达到上限值，则停止半导体制冷单元和散热单元；当湿度超过上限值后，首先启动散热单元的风扇，由风扇反馈电路输出信号至控制单元检测转速，若转速为达到正常值，则停止半导体制冷单元，并产生风扇故障告警；若转速达到正常值，则启动半导体制冷单元，由反馈电路输出信号至控制单元，检测控制电路是否正常，若控制电路输出信号不对，则停止半导体制冷单元、散热单元，同时产生半导体制冷单元故障告警；控制电路输出信号正确后，由温湿度检测单元检测半导体制冷单元冷端的温度，若冷端温度过低，有结霜可能，则停止半导体制冷单元，待冷端温度回升到正常值，可根据环境湿度大小再次启动，反复循环执行。

如图1所示，一种防止冷凝除湿装置内制冷单元结霜的控制装置，包括半导体制冷单元、温湿度检测单元、散热单元和控制单元，半导体制冷单元、温湿度检测单元、散热单元和控制单元均设有相互配合的控制程序；所述半导体制冷单元，利用半导体制冷技术，在一定空间范围内制冷；所述温湿度检测单元，分别用于检测半导体电制冷单元冷端温度和环境湿度，并发送至控制单元；所述散热单元用于固定半导体制冷单元，并对其热端散热；所述控制单元用于检测温湿度值，根据温度大小控制半导体制冷单元和散热单元的运行。

半导体制冷单元包括半导体制冷片、控制电路、反馈检测电路和光耦，光耦输出端连接至控制单元，由控制单元发出信号，控制并检测半导体制冷单元的运行。

温湿度检测单元包括湿度传感器、ntc热敏电阻、电压调理电路、滤波电路和ad转换器，用于检测箱体内的环境湿度、半导体制冷单元冷端的温度，输出至控制单元；ad转换器集成在控制单元中，控制单元为单片机芯片。湿度传感器用于检测环境湿度，ntc热敏电阻用于检测半导体电制冷单元冷端温度，两个传感器之间相互独立，没有关联；电压调理电路、滤波电路和ad转换器分别与各自的传感器连接，将传感器输出的模拟信号输入至控制单元处理。

如图3-6所示，温湿度检测单元包括温湿度传感器、比较电压电路、电压跟随器、滤波电路、ad转换器等。图中p3为湿度传感器、p2为ntc热敏电阻，将检测到的温湿度转换成模拟量；v1为稳压芯片，在比较电压电路中输出稳定的电压，用于消除基准电源不稳定带来的检测误差，使温湿度检测更精准；u4和u5电压跟随器、滤波电路负责将传感器输出的模拟量输入至ad转换器，滤掉传感器输出的杂波信号。

输入电压源为5v时，通过v1稳压芯片在输入电压源波动一定范围内，可输出2.5v的稳定电压，当系统运行时难免会出现电压源被拉低的情况，如降至4.8v，若在同一环境中传感器模拟量为2v，ad转换因为电源基准跳动而存在偏差，原转换得出25℃，电源波动后转为得出29℃。加入比较电压电路后，此时由于稳压芯片输出2.5v稳定电压，经ad转换的值基本不变，传感器模拟量的ad值与2.5v电压的ad值比较，得出的值与电源电压无关，从而消除电源波动带来的影响。

散热单元包括风扇、散热片、控制电路、反馈检测电路和光耦，用于对半导体制冷单元的热端散热，保证其制冷效率，反馈电路经光耦输出端连接至控制单元，用于检测风扇的运行状态。

控制单元实时监测环境湿度变化，结合半导体制冷单元冷端的温度情况，自动控制半导体制冷单元、散热单元的运行，防止结霜的发生，达到除湿的最佳效果。

如图7-8所示，为半导体制冷单元、散热单元原理图。所述半导体制冷单元包括半导体制冷片、控制电路、反馈检测电路和光耦，半导体制冷片接x1端子，光耦输出端连接至控制单元，由控制单元发出信号，经光耦d1、驱动三极管q2、q1控制半导体制冷单元的运行。同时，经光耦d2反馈输出信号至控制单元，用于检测半导体制冷单元的运行状况。半导体制冷单元在通电的情况下可制冷，在一定空间范围内形成冷凝条件。所述散热单元包括风扇、散热片、控制电路、反馈检测电路和光耦，用于对半导体制冷单元的热端散热，保证其制冷效率。风扇接x2端子，由控制单元发出信号，经光耦d3、驱动三极管q4、q3控制散热风扇的运行。同时，经光耦d4反馈输出信号至控制单元，用于检测散热风扇的运行状况，起到保护半导体制冷单元的作用。

例如设置制冷单元启动值为75％rh，停止值为70％rh，当检测到环境湿度达到启动值，控制单元fun_ctr引脚由高电平转为低电平，d3光耦导通，q4三极管导通，mos管q3导通输出12v电压，风扇工作；由风扇检测回路判断风扇是否运行，控制单元检测到d4光耦导通输出高电平，则认为风扇已启动，此时zl_ctr引脚由高电平转为低电平，d1光耦导通，q2三极管导通，mos管q1导通输出12v电压，冷凝片工作；当环境湿度下降至70％rh以下，控制单元zl_ctr引脚电平反转，mos管q1输出截止，冷凝片停止工作；fun_ctr引脚电平反转，mos管q3输出截止，风扇停止工作。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。