CN115942721A - 一种变频器室用的无尘新风装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变频器室用的无尘新风装置及其控制方法。无尘新风装置包括送风机构、降温除尘机构、排风机构、多个检测元件和控制器。送风机构与变频器室连通，用于向变频器室内输送空气。降温除尘机构安装在送风机构内。排风机构与变频器室连通，用于向变频器室外排出空气。多个检测元件用于采集变频器室的特征数据。本发明根据采集的特征数据，通过控制器计算适配的进风及出风速率，并控制送风机构及出风机构安装相应的速率运行，以使变频器室内的气压及温度达到设定的理想值并保持恒定。本发明充分考虑了变频器在运行过程中产出的热量，无需实时对进风速率或出风速率进行调节，能够减少调节步骤，提高调节效率，降低能耗。

Description

一种变频器室用的无尘新风装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种无尘新风装置，特别是涉及一种变频器室用的无尘新风装置、一种变频器室用的无尘新风装置的控制方法。

背景技术

在变频器运行的过程中，要求周围环境温度为10～40℃，环境空气为不含高浓度粉尘及易燃、易爆气体或粉尘，附近没有强电磁辐射源。由于变频器内部存在着功率损耗，在其工作过程中会散发热量。因此，有必要对变频器室进行温度控制，使变频器周围环境温度控制在允许的范围内。否则，环境温度过高会造成变频器因过热保护而跳闸，影响正常使用，甚至缩短变频器的使用寿命。

现有对于变频器室的温度控制往往采取安装换气装置或通风口，甚至采用空调降温，以使变频器在适宜的环境温度下运行。现有技术虽然可以对变频器的温度进行控制，但由于调节过程往往根据某一温度范围(如15～35℃)进行调节，当室内温度趋近于临界值(如35℃)时，调节过程往往呈现为多次慢速调节，同时调节所需的能耗较高。若突然提高温度调节的速率，则会造成室内气压变化过大，不适宜工作人员长时间停留。同时，变频器室附近往往具有一定的粉尘，若变频器的运行环境中粉尘含量过高，将直接造成变频器通风装置等维护频次增加，甚至定期停运变频器进行吹灰，从而影响生产。

发明内容

基于此，有必要针对现有的变频室内温度和气压的调节速率慢且能耗高的问题，提供一种变频器室用的无尘新风装置及其控制方法。

本发明通过以下技术方案实现：一种变频器室用的无尘新风装置包括：至少一个送风机构、与送风机构一一对应的降温除尘机构、流量计一、至少一个排风机构、流量计二、多个温度传感器、至少一个压力传感器和控制器。

送风机构与变频器室连通，用于将变频器室外的空气输送到变频器室内。流量计一安装在送风机构内，用于实时测量通过送风机构的进风流量Q_I。降温除尘机构安装在送风机构内，用于对通过送风机构的空气进行降温除尘。排风机构与变频器室连通，用于将变频器室内的空气输送到变频器室外。流量计二安装在排风机构内，用于实时测量通过排风机构的出风流量Q_O。多个温度传感器分别安装在变频器室内、送风机构内以及排风机构内，用于测量变频器室内空气的平均温度T_A、进风温度T_I和出风温度T_O。压力传感器安装在变频器室内，用于测量变频器室内空气的平均气压P_A。

控制器包括存储模块、风速识别模块、理想数据生成模块、热速识别模块和调节模块。存储模块用于收发并存储进风流量Q_I、出风流量Q_O、平均温度T_A、进风温度T_I、出风温度T_O和平均气压P_A。风速识别模块用于分别根据进风流量和出风流量与测量时间的比值计算相应的进风速率和出风速率。理想数据生成模块用于根据一个预设的温度范围和气压范围生成理想温度T_H和理想气压P_H。

调节模块用于：一、计算变频器室在一个调节周期t内，平均温度和平均气压分别达到理想温度T_H和理想气压P_H时的进风速率v_I1和出风速率v_O1。其中，进风速率v_I1和出风速率v_O1通过以下公式计算：

v_I1＝[T_HV-22.4T_O1(n_H-n₀)]/[S₁t(T_I1-T_O1)]。

v_O1＝[T_HV-22.4T_I1(n_H-n₀)]/[S₂t(T_I1-T_O1)]。

式中，V为变频器室内的空气总体积，n_H为达到理想温度T_H和理想气压P_H时变频器室内的空气的物质的量，n₀为当前变频器室内的空气的物质的量，且n_H-n₀＝RT_H/P_HV-RT_A/P_AV，T_I1为在一个时间周期内的平均进风温度，T_O1为在一个时间周期内的平均出风温度，S₁为进风截面面积，S₂为出风截面面积。

二、根据变频器室内的所有变频器的热量产出速率v_Q计算满足恒温条件时的进风速率v_I2和出风速率v_O2。其中，调节后的进风速率v_I2和出风速率v_O2分别表达为：

v_I2＝v_QVP_O2T_I2/[S₁(P_I2T_O2 ²-P_O2T_I2 ²)]；

v_O2＝v_QVP_I2T_O2/[S₂(P_I2T_O2 ²-P_O2T_I2 ²)]；

式中，T_I2为在恒温条件下的平均进风温度，T_O2为在恒温条件下的平均出风温度，P_I2为在恒温条件下的平均进风气压，P_O2为在恒温条件下的平均出风气压。

三、分别控制风机一和风机二按照相应的进风速率和出风速率运行。

热速识别模块用于根据进风速率、进风温度、出风速率、出风温度、平均温度的变化量和平均气压的变化量计算热量产出速率。其中，热量产出速率v_Q表达为：

v_Q＝[V(T_H-T_A)+v_O1t₁T_O1-v_I1t₁T_I1]/Vt₁。

式中，t₁为调节时长。

上述无尘新风装置通过对变频器室内的气压及温度进行实时测量，进而根据进风及出风的温度，计算适配的进风及出风速率，以使变频器室内的气压及温度始终保持在预设的范围内，进而使变频器工作在适宜温度及低粉尘环境下，延长变频器的使用寿命。此外，上述无尘新风装置还充分考虑了变频器在运行过程中产出的热量，在经过两次调节后，保持变频器室内的温度与气压恒定，无需实时对进风速率或出风速率进行调节，能够减少调节步骤，提高调节效率，降低能耗。在进风的过程中，首先设置风机一的输出功率，同时匹配调节出风口的出风方向及出风面积，从而以控制器输出的进风速率向变频器室内进风。空气进风时先经过滤棉滤除空气中的粉尘，随后通过冷却管吸收空气中的热量，实现对空气的除尘降温，提高调节速率。与之类似的是，在出风过程中，同样可以通过调节风机二的输出功率及电子阀门的开口面积，从而以控制器输出的出风速率向变频器室外出风。

在其中一个实施例中，送风机构包括送风管道和风机一，送风管道穿过变频器室的内壁，用于连通变频器室内外两侧的空气。风机一安装在送风管道内，用于生成定向气流，以使变频器室外的空气输送到变频器室内。

在其中一个实施例中，出风口为百叶风口，出风口安装在送风管道与变频器室的内壁的连接处，用于调节进风方向及进风速率。通过将百叶风口调整至朝向变频器室内温度较高的区域，有利于变频器室内的快速降温。

在其中一个实施例中，降温除尘机构包括过滤棉和冷却管，过滤棉安装在送风管道远离变频器室的一端内，用于过滤空气中的粉尘。冷却管安装在送风管道内，且冷却管位于过滤棉和风机一之间，用于吸收空气中的热量。冷却管内填充有冷却液。采用降温除尘机构对空气进行降温除尘，从而在对变频器室进行换新风的同时，降低变频器室内的粉尘含量，为变频器提供较佳的运行环境。

在其中一个实施例中，过滤棉为合成纤维过滤棉、无纺布过滤棉、玻璃纤维过滤棉和活性炭过滤棉中的任意一种或多种组合。

在其中一个实施例中，排风机构包括排风管道、风机二和风罩。风罩安装在变频器室的内壁上。排风管道的一端与风罩连通，排风管道的另一端穿过变频器室。风机二安装在排风管道内。

在其中一个实施例中，排风机构还包括电子阀门，电子阀门安装在排风管道上，用于控制排风管道的通断状态。

本发明还提供一种变频器室用的无尘新风装置的控制方法，该控制方法用于上述的无尘新风装置上。该控制方法包括如下过程：

S1：采集变频器室的特征数据。

S2：设置理想温度T_H和理想气压P_H。基于特征数据调节进风速率和出风速率，以使平均温度和平均气压分别达到理想温度T_H和理想气压P_H。其中，调节后的进风速率v_I1和出风速率v_O1分别表达为：

v_I1＝[T_HV-22.4T_O1(n_H-n₀)]/[S₁t(T_I1-T_O1)]

v_O1＝[T_HV-22.4T_I1(n_H-n₀)]/[S₂t(T_I1-T_O1)]

式中，V为变频器室内的空气总体积，n_H为达到理想温度T_H和理想气压P_H时变频器室内的空气的物质的量，n₀为当前变频器室内的空气的物质的量，且n_H-n₀＝RT_H/P_HV-RT_A/P_AV，T_I1为在一个时间周期内的平均进风温度，T_O1为在一个时间周期内的平均出风温度，S₁为进风截面面积，S₂为出风截面面积。

S3：计算变频器室内所有变频器运行时的热量产出速率v_Q。继续调节进风速率和出风速率，以使平均温度和平均气压保持恒定。其中，热量产出速率v_Q表达为：

v_Q＝[V(T_H-T_A)+v_O1t₁T_O1-v_I1t₁T_I1]/Vt₁。

式中，t₁为调节时长。

调节后的进风速率v_I2和出风速率v_O2分别表达为：

v_I2＝v_QVP_O2T_I2/[S₁(P_I2T_O2 ²-P_O2T_I2 ²)]，

v_O2＝v_QVP_I2T_O2/[S₂(P_I2T_O2 ²-P_O2T_I2 ²)]。

式中，T_I2为在恒温恒压状态下的平均进风温度，T_O2为在恒温恒压状态下的的平均出风温度，P_I2为在恒温恒压状态下的平均进风气压，P_O2为在恒温恒压状态下的的平均出风气压。

在其中一个实施例中，特征数据包括进风流量Q_I、出风流量Q_O、进风温度T_I、出风温度T_O、平均温度T_A和平均气压P_A。其中，根据进风流量、出风流量及相应的采集时长计算出进风速率v_I和出风速率v_O。则进风速率v_I和出风速率v_O分别表达为：

v_I＝ΔQ_I/Δt，

v_O＝ΔQ_O/Δt。

其中，Δt为流量计量周期，ΔQ_I为在一个流量计量周期内的进风流量，ΔQ_O为在一个流量计量周期内的出风流量。

在其中一个实施例中，根据进风及出风时的温度和气压对气体摩尔质量的干扰，将相应的进风速率和出风速率分别调节为：

式中，P_I1为在一个时间周期内的平均进风气压，P_O1为在一个时间周期内的平均出风气压。

相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的无尘新风装置通过对变频器室内的气压及温度进行实时测量，进而根据进风及出风的温度，计算适配的进风及出风速率，以使变频器室内的气压及温度始终保持在预设的范围内，进而使变频器工作在适宜温度及低粉尘环境下，延长变频器的使用寿命。此外，本发明的无尘新风装置还充分考虑了变频器在运行过程中产出的热量，在经过两次调节后，保持变频器室内的温度与气压恒定，无需实时对进风速率或出风速率进行调节，能够减少调节步骤，降低能耗。在进风的过程中，首先设置风机一的输出功率，同时匹配调节出风口的出风方向及出风面积，从而以控制器输出的进风速率向变频器室内进风。空气进风时先经过滤棉滤除空气中的粉尘，随后通过冷却管吸收空气中的热量，实现对空气的除尘降温，提高调节速率。与之类似的是，在出风过程中，同样可以通过调节风机二的输出功率及电子阀门的开口面积，从而以控制器输出的出风速率向变频器室外出风。

2.本发明通过安装出风口，可以调节进风方向及进风速率。在变频器长时间运行时，其周边温度明显高于周围区域的温度，将出风口方向调整至朝向相应的变频器，则可以对相应的变频器快速降温，延长变频器的使用寿命，减少维修维护变频器的成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的变频器室用的无尘新风装置的主视剖面结构示意图；

图2为图1中无尘新风装置的俯视剖面结构示意图；

图3为图1中无尘新风装置的控制器的连接结构示意图；

图4为图1中无尘新风装置的控制器的模块结构示意图；

图5为应用于图1的无尘新风装置的控制方法的步骤图。

主要元件符号说明

图中标号为：1、送风机构；11、送风管道；12、风机一；13、出风口；2、排风机构；21、排风管道；22、风机二；23、风罩；24、电子阀门；3、流量计一；4、流量计二；5、温度传感器；6、压力传感器；7、降温除尘机构；71、过滤棉；72、冷却管；10、变频器室；20、变频器。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1和图2，图1为本发明实施例1的变频器室用的无尘新风装置的主视剖面结构示意图；图2为图1中无尘新风装置的俯视剖面结构示意图。无尘新风装置用于向变频器室内输送新风(新空气)，并将变频器室内的原有空气排出，以降低变频器室的平均温度或保持变频器室内的平均温度处于一个预设的范围内，减少变频器室内的粉尘含量，优化变频器的运行环境，延长变频器的使用寿命。无尘新风装置包括：至少一个送风机构1、与送风机构一一对应的降温除尘机构7、流量计一3、至少一个排风机构2、流量计二4、多个温度传感器5、至少一个压力传感器6和控制器(图未示)。

送风机构1与变频器室10连通，用于将变频器室10外的空气输送到变频器室10内。送风机构1包括送风管道11、风机一12和出风口13。送风管道11穿过变频器室10的内壁，用于连通变频器室10内外两侧的空气。在本实施例中，送风管道11为“L”形管，其一侧水平设置并穿过变频器室10的侧壁，另一侧位于变频器室10外且开口向下。当然，在其他实施例中，送风管道11还可以为一字管或曲形管等其他形状的管体，只要能够连通变频器室10内外两侧即可。

风机一12安装在送风管道11内，风机一12可以生成定向的气流，以使变频器室10外的空气输送到变频器室10内。具体的，风机一12位于变频器室10外侧的送风管道11内。在本实施例中，风机一12为变频式轴流风机。风机一12包括电机和轴流风扇。电机可以安装在送风管道11内，也可以安装在送风管道11的外壁上。电机安装在送风管道11的外壁上时，电机运行时产生的热量可以直接排放到空气中，有利于进风空气的降温。电机的输出轴与轴流风扇固定连接。当轴流风扇完全处于送风管道11中开口向下的一侧时，轴流风扇的风向为竖直向上。当轴流风扇处于送风管道11的两侧连接处时，轴流风扇的风向刚好朝向变频器室10内。采用变频式轴流风机，可以自主调节风机的输出功率，调节进风风速，在减小电能消耗的同时，输出稳定风向的气流，使空气能够按照稳定的流速进入变频器室10内。当然，在其他实施例中，风机一12还可以是离心式风机、混流式风机或横流式风机等，只要能实现风力调节及定向输送空气即可。

出风口13为百叶风口，出风口13安装在送风管道11与变频器室10的内壁的连接处，用于调节进风方向及进风速率。出风口13最好是电控式出风口，可以通过控制器调节其进风方向，并控制送风管道11的通断状态。当然，出风口也可以是手动调节的百叶风口，工作人员可以手动调节进风方向。百叶风口可以是单层百叶风口或双层百叶风口，采用双层百叶风口时，风向调节的范围更广，可以将风向调节至朝向温度较高的区域，如变频器20在长时间运行时产生热量，所处区域的温度明显高于其他区域的温度，从而更有利于变频器20的散热。在其他实施例中，出风口13也可以替换为阀门等，只要能用控制送风管道11的通断状态即可。

降温除尘机构7安装在送风机构1内，用于对通过送风机构1的空气进行降温除尘。降温除尘机构7包括过滤棉71和冷却管72。过滤棉71安装在送风管道11远离变频器室10的一端内，用于过滤空气中的粉尘。过滤棉71可以为合成纤维过滤棉、无纺布过滤棉、玻璃纤维过滤棉和活性炭过滤棉中的任意一种或多种组合。当启动风机一12时，外部空气穿过过滤棉71进入送风管道11内，空气中的粉尘或其他颗粒状杂质均附着在过滤棉71上，实现对空气的除尘。当然，在其他实施例中，过滤棉71还可以替换为过滤网或其他过滤器等，只要能滤除空气中的粉尘即可。

冷却管72安装在送风管道11内，且冷却管72位于过滤棉71和风机一12之间，用于吸收空气中的热量。冷却管72内填充有冷却液。经过滤棉除尘后的空气通过送风管道时，空气中的热量被冷却管内的冷却液吸收，达到对空气降温的目的。在其他实施例中，还可以采用其他降温装置，如压缩机等进行降温。区别在于，采用冷却管72时，对空气降温的成本更低。

排风机构2与变频器室10连通，用于将变频器室10内的空气输送到变频器室10外。排风机构2包括排风管道21、风机二22、风罩23和电子阀门24。风罩23安装在变频器室10的内壁上。风罩23可以通过安装支架与变频器室10的内壁可拆卸连接。排风管道21的一端与风罩23连通，排风管道21的另一端穿过变频器室10。排风管道21与风罩23共同构成排风风道，可以连通变频器室10内外两侧的空气。风机二22安装在排风管道21内，用于将变频器室10内的空气输送到变频器室10外。相较于直接采用管道通风或采用其他排风装置，风罩23的进风口更大，排风时的效率更高。电子阀门24安装在排风管道21上，用于控制排风管道21的通断状态。在实际安装时，可以将电子阀门24安装在排风管道21远离风罩23的一端内，以避免空气中的粉尘倒流进变频器室10内。在其他实施例中，电子阀门24也可以替换为单向阀，以使空气仅能从变频器室10内流向变频器室10外。

从图2中可以看出，变频器室10内安装有多个变频器20。相应的，变频器室10的墙体上同样安装多个送风机构1以及多个排风机构2。送风机构1与排风机构2分别设置在相对的两侧墙体上，这样能避免从送风机构1输送的新风直接通过排风机构2排出，减小新风损失的效率。同时，多个送风机构1与多个排风机构2同时运行，则变频器室10换风的速率更快，温度及气压调节的速率也更快，能满足变频器20的运行环境的要求。

流量计一3、流量计二4、温度传感器5和压力传感器6作为无尘新风装置的测量元件，分别用于测量变频器室10内的特征数据。

具体的，流量计一3安装在送风机构1内，用于实时测量通过送风机构1的进风流量Q_I。具体的，流量计一3安装在送风管道11上，处于风机一12与出风口13之间。

流量计二4安装在排风机构2内，用于实时测量通过排风机构2的出风流量Q_O。具体的，流量计二4安装在排风管道21上，处于风机二22与电子阀门24之间。流量计一3和流量计二4均可以采用差压式流量计、电磁流量计或超声波流量计等，只要能测量相应的空气流量即可。

多个温度传感器5分别安装在变频器室10内、所述送风机构1内以及所述排风机构2内，用于测量变频器室10内空气的平均温度T_A、进风温度T_I和出风温度T_O。具体的，可以分别在送风管道11及排风管道21内各安装一个温度传感器5，根据一个时间周期内的温度平均值作为相应的积分温度T_I及出风温度T_O。同样的，可以在变频器室10内的不同区域安装多个温度传感器5，从而根据每个区域的平均温度计算温度平均值作为变频器室10内的平均温度T_A。

压力传感器6安装在变频器室10内，用于测量变频器室10内空气的平均气压P_A。压力传感器6同样可以设置为多个，分别安装在变频器室10内的不同区域，计算每个区域采集的多个压力值的平均值作为平均气压P_A。

请结合图3和图4，图3为图1中无尘新风装置的控制器的连接结构示意图；图4为图1中无尘新风装置的控制器的模块结构示意图。控制器通过导线连接或无线连接的方式与每个温度传感器、压力传感器、流量计、风机等连通。控制器包括存储模块、风速识别模块、理想数据生成模块、热速识别模块和调节模块。存储模块用于收发并存储进风流量Q_I、出风流量Q_O、平均温度T_A、进风温度T_I、出风温度T_O和平均气压P_A。

风速识别模块用于分别根据进风流量和出风流量与测量时间的比值计算相应的进风速率和出风速率。根据一个时间周期内的进风流量ΔQ_I，可以计算出相应的进风速率v_I，即：v_I＝ΔQ_I/Δt。其中，Δt为流量计量周期。根据一个时间周期内的出风流量ΔQ_O，可以计算出相应的出风速率v_O，即：v_O＝ΔQ_O/Δt。

理想数据生成模块用于根据一个预设的温度范围和气压范围生成理想温度T_H和理想气压P_H。例如，本实施例中，温度范围设置为10-40℃，气压范围设置为0.8-1.2atm(标准大气压)，则相应的理想温度可以设置为20℃，理想气压可以设置为1.0atm。当然，在其他实施例中，理想温度和理想气压还可以更高或者更低，只要能满足变频器20的正常运行以及工作人员能够适应即可。

调节模块用于：一、计算在一个调节周期t内，平均温度和平均气压分别达到理想温度T_H和理想气压P_H时的进风速率v_I1和出风速率v_O1。

根据气压公式及当前采集的平均温度T_A和平均气压P_A可知：

P_AV＝n₀RT_A；

式中，V为变频器室内的气体总体积，n₀为当前变频器室内的空气的物质的量，R为理想气体常数。

则当变频器室10内的平均温度和平均气压分别达到理想温度和理想气压时，应满足条件：

P_HV＝n_HRT_H；

式中，n_H为处于理想温度及理想气压时的变频器室内的空气的物质的量。

假设在一个周期t内，通过调节进风速率及出风速率使得变频器室10内的平均温度和平均气压分别达到理想温度和理想气压，且此过程中，气体摩尔体积保持为22.4L/mol，则有：

(v_I1S₁-v_O1S₂)/22.4＝n_H-n₀

v_I1tT_I1-v_O1tT_O1＝T_HV-T_AV

式中，S₁为送风管道的截面面积，S₂为排风管道的截面面积，T_I1为在一个时间周期内的平均进风温度，T_O1为在一个时间周期内的平均出风温度。

整理后，可得：

v_I1＝[T_HV-22.4T_O1(n_H-n₀)]/[s₁t(T_I1-T_O1)]。

v_O1＝[T_HV-22.4T_I1(n_H-n₀)]/[s₂t(T_I1-T_O1)]。

由于在调节过程中，变频器室10内的多个变频器20产出热量，实际调节的时间可能更久，调节速率也需要随之变动。为了消除变频器20自身产出热量的影响，可以先计算出变频器20产出热量的速率，进而通过继续调节进风速率和出风速率实现变频器室10的恒温运行。

二、根据变频器室10内的所有变频器20的热量产出速率v_Q计算满足恒温条件时的进风速率v_I和出风速率v_O。即通过调节进风速率v_I和出风速率v_O以使变频器室10的温度保持恒温。则调节后的进风速率v_I2和出风速率v_O2满足以下条件：

v_I2S₁T_I2+v_QV＝v_O2S₂T_O2。

v_I2S₁P_I2/T_I2＝v_O2S₂P_O2/T_O2。

式中，T_I2为在恒温条件下的平均进风温度，T_O2为在恒温条件下的平均出风温度，P_I2为在恒温条件下的平均进风气压，P_O2为在恒温条件下的平均出风气压。

整理得：

v_I2＝v_QVP_O2T_I2/[S₁(P_I2T_O2 ²-P_O2T_I2 ²)]

v_O2＝v_QVP_I2T_O2/[S₂(P_I2T_O2 ²-P_O2T_I2 ²)]。

三、分别控制风机一12和风机二22按照计算的进风速率和出风速率运行。通过调节风机一12和风机二22的输出功率，进而调节进风速率和出风速率，以使变频器室10内的平均温度和平均气压始终处于预设的温度范围和气压范围内，保持变频器20正常运行。

热速识别模块用于根据进风速率、进风温度、出风速率、出风温度、平均温度的变化量和平均气压的变化量计算热量产出速率。根据变频器室10内的温度及气压的变化以及相应的调节时长t₁，可以计算出热量产出速率v_Q，即：

v_Q＝[V(T_H-T_A)+v_O1t₁T_O1-v_I1t₁T_I1]/Vt₁。

在实际操作中，由于进风或出风的温度及气压的变化，实际上进风或出风时的气体摩尔体积也有变动，为了减小测量误差，提高调节的精确度，还可以在送风管道11和排风管道21内分别设置压力传感器二，测量进风气压P_I1和出风气压P_O1。则在一个调节周期t内，根据气压计算公式可知：

P_I1ΔQ_I1＝n_I1RT_I1，

P_O1ΔQ_O1＝n_O1RT_O1，

其中，ΔQ_I1为在一个调节周期内的进风流量，ΔQ_O1为在一个调节周期内的出风流量，n_I1为在一个调节周期内的进风空气的物质的量，n_O1为在一个调节周期内的出风空气的物质的量。

则实际进风的空气的物质的量表达为：

n_I1＝P_I1ΔQ_I1/RT_I1。

实际出风的空气的物质的量表达为：

n_O1＝P_O1ΔQ_O1/RT_O1。

则在理想温度及理想气压下，变频器室10内的空气的物质的量为：

n_H＝n₀+n_I1-n_O1。

整理后可得：

P_HV/T_H＝P_AV/T_A+P_Iv_I1S₁t-P_Ov_O1S₂t。

当变频器20产出热量的速率为v_Q时，在一个调节周期t内，为使平均温度达到理想温度，则有：

VT_A+ΔQ_I1T_I1-ΔQ_O1T_O1+v_QVt＝VT_H。

则进风速率和出风速率可以表达为：

在一个时间周期t内，按照如上所述的进风速率和出风速率运行，以使变频器室10内的平均气压及平均温度分别达到理想气压及理想温度。随后将进风速率和出风速率分别调节为v_I2和v_O2，以使变频器室10内的气温及气压保持恒定。当然，由于调节过程存在误差，且变频器20产出的热量并非恒定的，因此，变频器室10内的平均气压和平均气温仍缓慢变动，直至邻近或超出预先设定的上限值或下限值(如温度上限30℃、温度下限20℃、气压上限1.1atm、气压下限0.9atm等)，继续重复以上调节过程，以保持变频器室10内气压及温度始终处于预先设定的范围内。与现有调节方式不同的是，即便本实施例的无尘新风装置同样无法保证在变频器室10内达到理想温度与理想气压后，仍保持变频器室10内的气压与温度恒定，但调节周期远大于现有的调节方式，所需能耗明显降低。另外，根据变频器20自身散热的规律或最高限制，还可以在变频器室10内达到理想温度与理想气压后，关闭相应的检测元件直至达到一个预设的时间阈值，进一步降低能耗。

本实施例的无尘新风装置通过对变频器室10内的气压及温度进行实时测量，进而根据进风及出风的温度，计算适配的进风及出风速率，以使变频器室10内的气压及温度始终保持在预设的范围内，进而使变频器20工作在适宜温度及低粉尘环境下，延长变频器20的使用寿命。在进风的过程中，首先设置风机一12的输出功率，同时匹配调节出风口13的出风方向及出风面积，从而以控制器输出的进风速率向变频器室10内进风。空气进风时先经过滤棉71滤除空气中的粉尘，随后通过冷却管72吸收空气中的热量，实现对空气的除尘降温，提高调节速率。与之类似的是，在出风过程中，同样可以通过调节风机二2的输出功率及电子阀门24的开口面积，从而以控制器输出的出风速率向变频器室10外出风。

请结合图5，其为应用于图1的无尘新风装置的控制方法的步骤图。本实施例还提供一种变频器室用的无尘新风装置的控制方法，应用于上述的变频器室用的无尘新风装置。该控制方法包括如下过程：

S1：采集变频器室的特征数据。特征数据包括进风流量Q_I、出风流量Q_O、进风温度T_I、出风温度T_O、平均温度T_A和平均气压P_A。其中，进风温度、出风温度、平均温度可以分别通过相应的温度传感器或其他温度感应元件获取，平均气压可以通过压力传感器等获取。

根据进风流量、出风流量及相应的采集时长可以计算出进风速率v_I和出风速率v_O。则进风速率v_I和出风速率v_O分别表达为：

v_I＝ΔQ_I/Δt。

v_O＝ΔQ_O/Δt。

其中，Δt为流量计量周期，ΔQ_I为在一个流量计量周期内的进风流量，ΔQ_O为在一个流量计量周期内的出风流量。

S2：设置理想温度T_H和理想气压P_H，基于特征数据调节进风速率和出风速率，以使平均温度和平均气压分别达到理想温度T_H和理想气压P_H。其中，调节后的进风速率v_I1和出风速率v_O1分别表达为：

v_I1＝[T_HV-22.4T_O1(n_H-n₀)]/[S₁t(T_I1-T_O1)]

v_O1＝[T_HV-22.4T_I1(n_H-n₀)]/[S₂t(T_I1-T_O1)]

式中，V为变频器室内的空气总体积，n_H为达到理想温度T_H和理想气压P_H时变频器室内的空气的物质的量，n₀为当前变频器室内的空气的物质的量，且n_H-n₀＝RT_H/P_HV-RT_A/P_AV，T_I1为在一个时间周期内的平均进风温度，T_O1为在一个时间周期内的平均出风温度，S₁为进风截面面积，S₂为出风截面面积。

在本实施例中，温度范围设置为10-40℃，气压范围设置为0.8-1.2atm(标准大气压)，则相应的理想温度可以设置为20℃，理想气压可以设置为1.0atm。当然，在其他实施例中，理想温度和理想气压还可以更高或者更低，只要能满足变频器的正常运行以及工作人员能够适应即可。

根据进风及出风时的温度和气压对气体摩尔质量的干扰，将相应的进风速率和出风速率分别调节为：

式中，P_I1为在一个时间周期内的平均进风气压，P_O1为在一个时间周期内的平均出风气压。

S3：计算变频器室内所有变频器运行时的热量产出速率v_Q。继续调节进风速率v_I和出风速率v_O，以使平均温度T_A和平均气压P_A保持恒定。其中，热量产出速率v_Q表达为：

v_Q＝[V(T_H-T_A)+v_O1t₁T_O1-v_I1t₁T_I1]/Vt₁。

式中，t₁为调节时长。

调节后的进风速率v_I2和出风速率v_O2分别表达为：

v_I2＝v_QVP_O2T_I2/[S₁(P_I2T_O2 ²-P_O2T_I2 ²)]，

v_O2＝v_QVP_I2T_O2/[S₂(P_I2T_O2 ²-P_O2T_I2 ²)]。

式中，T_I2为在恒温恒压状态下的平均进风温度，T_O2为在恒温恒压状态下的的平均出风温度，P_I2为在恒温恒压状态下的平均进风气压，P_O2为在恒温恒压状态下的的平均出风气压。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种变频器室用的无尘新风装置，其特征在于，其包括：

至少一个送风机构，所述送风机构与变频器室连通，用于将所述变频器室外的空气输送到所述变频器室内；

流量计一，其安装在所述送风机构内，用于实时测量通过所述送风机构的进风流量Q_I；

与所述送风机构一一对应的降温除尘机构，所述降温除尘机构安装在所述送风机构内，用于对通过所述送风机构的空气进行降温除尘；

至少一个排风机构，其与所述变频器室连通，用于将所述变频器室内的空气输送到所述变频器室外；

流量计二，其安装在所述排风机构内，用于实时测量通过所述排风机构的出风流量Q_O；

多个温度传感器，多个所述温度传感器分别安装在所述变频器室内、所述送风机构内以及所述排风机构内，用于测量所述变频器室内空气的平均温度T_A、进风温度T_I和出风温度T_O；

至少一个压力传感器，其安装在所述变频器室内，用于测量所述变频器室内空气的平均气压P_A；以及

控制器，其包括存储模块、风速识别模块、理想数据生成模块、热速识别模块和调节模块；所述存储模块用于收发并存储所述进风流量Q_I、所述出风流量Q_O、所述平均温度T_A、所述进风温度T_I、所述出风温度T_O和所述平均气压P_A；

所述风速识别模块用于分别根据所述进风流量和所述出风流量与测量时间的比值计算相应的进风速率和出风速率；

所述理想数据生成模块用于根据一个预设的温度范围和气压范围生成理想温度T_H和理想气压P_H；

所述调节模块用于：一、计算所述变频器室在一个调节周期t内，所述平均温度和所述平均气压分别达到所述理想温度T_H和所述理想气压P_H时的进风速率v_I1和出风速率v_O1；其中，所述进风速率v_I1和所述出风速率v_O1通过以下公式计算：

v_I1＝[T_HV-22.4T_O1(n_H-n₀)]/[S₁t(T_I1-T_O1)]；

v_O1＝[T_HV-22.4T_I1(n_H-n₀)]/[S₂t(T_I1-T_O1)]；

式中，V为变频器室内的空气总体积，n_H为达到理想温度T_H和理想气压P_H时变频器室内的空气的物质的量，n₀为当前变频器室内的空气的物质的量，且n_H-n₀＝RT_H/P_HV-RT_A/P_AV，T_I1为在一个时间周期内的平均进风温度，T_O1为在一个时间周期内的平均出风温度，S₁为进风截面面积，S₂为出风截面面积；

二、根据所述变频器室内的所有变频器的热量产出速率v_Q计算满足恒温条件时的进风速率v_I2和出风速率v_O2；其中，调节后的进风速率v_I2和出风速率v_O2分别表达为：

v_I2＝v_QVP_O2T_I2/[S₁(P_I2T_O2 ²-P_O2T_I2 ²)]；

v_O2＝v_QVP_I2T_O2/[S₂(P_I2T_O2 ²-P_O2T_I2 ²)]；

式中，T_I2为在恒温条件下的平均进风温度，T_O2为在恒温条件下的平均出风温度，P_I2为在恒温条件下的平均进风气压，P_O2为在恒温条件下的平均出风气压；

三、分别控制所述风机一和所述风机二按照相应的进风速率和出风速率运行；

所述热速识别模块用于根据所述进风速率、所述进风温度、所述出风速率、所述出风温度、所述平均温度的变化量和所述平均气压的变化量计算所述热量产出速率；其中，所述热量产出速率v_Q表达为：

v_Q＝[V(T_H-T_A)+v_O1t₁T_O1-v_I1t₁T_I1]/Vt₁；

式中，t₁为调节时长。

2.根据权利要求1所述的变频器室用的无尘新风装置，其特征在于，所述送风机构包括送风管道和风机一，所述送风管道穿过所述变频器室的内壁，用于连通所述变频器室内外两侧的空气；所述风机一安装在所述送风管道内。

3.根据权利要求2所述的变频器室用的无尘新风装置，其特征在于，所述送风机构还包括出风口，所述出风口为百叶风口，所述出风口安装在所述送风管道与所述变频器室的内壁的连接处，用于调节进风方向及进风速率。

4.根据权利要求1所述的变频器室用的无尘新风装置，其特征在于，所述降温除尘机构包括过滤棉和冷却管，所述过滤棉安装在送风管道远离所述变频器室的一端内，用于过滤空气中的粉尘；所述冷却管安装在所述送风管道内，且所述冷却管位于所述过滤棉和风机一之间，用于吸收空气中的热量；所述冷却管内填充有冷却液。

5.根据权利要求4所述的变频器室用的无尘新风装置，其特征在于，所述过滤棉为合成纤维过滤棉、无纺布过滤棉、玻璃纤维过滤棉和活性炭过滤棉中的任意一种或多种组合。

6.根据权利要求1所述的变频器室用的无尘新风装置，其特征在于，所述排风机构包括排风管道、风机二和风罩；所述风罩安装在所述变频器室的内壁上；所述排风管道的一端与所述风罩连通，所述排风管道的另一端穿过所述变频器室；所述风机二安装在所述排风管道内。

7.根据权利要求6所述的变频器室用的无尘新风装置，其特征在于，所述排风机构还包括电子阀门；所述电子阀门安装在所述排风管道上，用于控制所述排风管道的通断状态。

8.一种变频器室用的无尘新风装置的控制方法，其应用于如权利要求1至7中任意一项所述的变频器室用的无尘新风装置，其特征在于，所述控制方法包括如下过程：

S1：采集变频器室的特征数据；

S2：设置理想温度T_H和理想气压P_H；基于所述特征数据调节进风速率和出风速率，以使所述平均温度和所述平均气压分别达到所述理想温度T_H和所述理想气压P_H；其中，调节后的进风速率v_I1和出风速率v_O1分别表达为：

v_I1＝[T_HV-22.4T_O1(n_H-n₀)]/[S₁t(T_I1-T_O1)]；

v_O1＝[T_HV-22.4T_I1(n_H-n₀)]/[S₂t(T_I1-T_O1)]；

式中，V为变频器室内的空气总体积，n_H为达到理想温度T_H和理想气压P_H时变频器室内的空气的物质的量，n₀为当前变频器室内的空气的物质的量，且n_H-n₀＝RT_H/P_HV-RT_A/P_AV，T_I1为在一个时间周期内的平均进风温度，T_O1为在一个时间周期内的平均出风温度，S₁为进风截面面积，S₂为出风截面面积；

S3：计算所述变频器室内所有变频器运行时的热量产出速率v_Q；继续调节进风速率和出风速率，以使所述平均温度和所述平均气压保持恒定；其中所述热量产出速率v_Q表达为：

v_Q＝[V(T_H-T_A)+v_O1t₁T_O1-v_I1t₁T_I1]/Vt₁；

式中，t₁为调节时长；

调节后的进风速率v_I2和出风速率v_O2分别表达为：

v_I2＝v_QVP_O2T_I2/[S₁(P_I2T_O2 ²-P_O2T_I2 ²)]；

v_O2＝v_QVP_I2T_O2/[S₂(P_I2T_O2 ²-P_O2T_I2 ²)]；

式中，T_I2为在恒温恒压状态下的平均进风温度，T_O2为在恒温恒压状态下的的平均出风温度，P_I2为在恒温恒压状态下的平均进风气压，P_O2为在恒温恒压状态下的的平均出风气压。

9.根据权利要求8所述的变频器室用的无尘新风装置的控制方法，其特征在于，在步骤S1中，所述特征数据包括进风流量Q_I、出风流量Q_O、进风温度T_I、出风温度T_O、平均温度T_A和平均气压P_A；其中，根据所述进风流量、所述出风流量及相应的采集时长计算出进风速率v_I和出风速率v_O；则进风速率v_I和出风速率v_O分别表达为：

v_I＝ΔQ_I/Δt；

v_O＝ΔQ_O/Δt；

其中，Δt为流量计量周期，ΔQ_I为在一个流量计量周期内的进风流量，ΔQ_O为在一个流量计量周期内的出风流量。

10.根据权利要求8所述的变频器室用的无尘新风装置的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，根据进风及出风时的温度和气压对气体摩尔质量的干扰，将相应的进风速率和出风速率分别调节为：

式中，P_I1为在一个时间周期内的平均进风气压，P_O1为在一个时间周期内的平均出风气压。

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