CN101860316A

CN101860316A - 自适应负载随动控制技术系统

Info

Publication number: CN101860316A
Application number: CN201010182926A
Authority: CN
Inventors: 俞宁
Original assignee: HUA MENG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HUA MENG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: CN101860316B

Abstract

一种自适应负载随动控制技术系统，有动力主回路和控制部分，其控制部分为：由DSP模块连接的外部控制接口；DSP模块连接输出控制模块及显示和控制单元模块；该技术系统的应用可开发研制出适用于各类三相异步电动机不同负载的节电控制设备，串接在电源和三相异步电机之间，在拖动负载的电机恒速运行过程中，能按照实时负载变化情况，进行自适应随动节能控制，电机运行有功消耗的电压、电流按所需同步随动、降低电机运行有功消耗，无功功率降低至极限，提高电机功率因数，挖掘出设备的节能空间极限；综合节电率可达到15％～70％；能有效降低铁、铜损，减少电机发热量，并具有软启软停的功能，延长该类设备电机使用寿命。

Description

自适应负载随动控制技术系统

技术领域

本发明属于使用三相异步电动机的各类负载节能控制专用技术，特别是涉及一种自适应负载随动控制技术系统。

背景技术

由于三相异步电动机各类负载工况的工频运转的启动转矩大，正常运行时的功耗降低，用户只能选择比正常额定功率大的电机才能解决启动转矩大的问题，这就导致正常运转后电机负荷较小，经常在实际运行中处于轻载、空载状态，几乎100％存在“大马拉小车”的现象，造成电力系统的功率因数非常低，电机无功损耗严重，存在大量电能浪费现象。

目前的节能手段主要靠变频器节能，而变频器只有在改变负载运行的速度的前提下才起作用，而很多负载是不允许变速的，对此变频器就显得无能为力了。而本自适应负载随动控制技术在完全覆盖了传统变频器的调速和软启动、软停车等一系列功能的基础上，创新增加了全时在线负载自适应功率因数调节功能，实现电机与电网之间智能化的能量管理。弥补了变频器对恒速负载无法节能的空白，因此本自适应负载随动控制技术存有巨大的节电空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种自适应负载随动控制技术系统，它是三相异步电动机负载节电控制设备。在保证末端系统应用要求下，使电机输出功率最大限度的接近实际负荷所需要的功率，避免大马拉小车的现象，做到所供即所需，柔性匹配，使其节能效果达到极限，即挖掘最大节能的极限，达到系统优化智能化节能和实现大幅度节能减排的目标。

本发明的技术的方案是：

一种自适应负载随动控制技术系统，其特征在于：有动力主回路和控制部分：

其控制部分为：由DSP模块连接的外部控制接口；DSP模块连接输出控制模块及显示和控制单元模块；

其动力主回路为：由三相电源连接整流模块，整流模块连接滤波模块，滤波模块连接输出模块，输出模块连接电机，能量反馈单元加载在动力主回路的直流部分与交流电源之间；控制部分的输出控制模块连接动力主回路的整流模块，控制部分的输出控制模块连接动力主回路的输出模块；动力主回路的输出模块和电机之间的电力连接线有电流传感器，电流传感器反馈给控制部分的DSP模块。

外部控制接口连接速度调节模块、输入/反馈控制信号和输出/响应/驱动/通讯控制信号。

外部控制接口连接各远程控制模块或现场控制模块。

其控制部分使用的DSP模块、输出控制模块、显示和控制单元模块、整流模块、滤波模块、输出模块及能量反馈单元等功能单元为：

DSP模块：CPU PCB 001～005

输出控制模块：SD PCB 001～005，

显示和控制模块：OPE PCB 001～005，

整流模块：100～1200A/450V，

滤波模块：电解电容3300uF～10000uF/1200V，

输出模块：IGBT 100A～1400A/1200V，

能量反馈单元：25A～40A/380V

本发明的技术的效果是：

本自适应负载随动控制技术系统合集成应用了智能群控、数据采集、微处理技术、SVPWM变频控制、超高速新型DSP数字处理、大功率高耐压新一代IGBT高速驱动控制、有线与无线遥控通信、电机与负载参数检测技术的智能节电技术。该综合技术的应用可开发研制出适用于各类三相异步电动机不同负载的节电控制设备，串接在电源和三相异步电机之间，在拖动负载的电机恒速运行过程中，能按照实时负载变化的情况，进行自适应随动节能控制，电机运行有功消耗的电压、电流按所需同步随动、降低电机运行有功消耗，无功功率降低至极限，提高电机功率因数达0.9以上，挖掘出设备的节能空间极限；综合节电率视不同的工况可达到15％～70％；该装置能有效降低铁、铜损，减少电机发热量，并具有软启软停的功能，延长该类设备电机使用寿命。

本技术主要用于三相异步电动机负载类工况的自适应随动控制，达到最大限度的节能减排的效果。

以此技术设计开发的控制设备，综合应用了DSP数据处理/智能群控技术、变频技术(整流/滤波/SVPWM运算/高速IGBT驱动控制等技术)、TTA时域检测控制技术、电机运行参数自采集/处理技术、有线与无线遥控通信技术、最优数学建模等前沿技术，适用于各类三相异步电动机负载(如：变频变速负载，恒频变速负载，轮空负载、瞬时加载等)。

根据此自适应负载随动控制技术开发的各种控制装置可使三相异步电动机负载匀速正常运行，并可随工况的变化及载荷的多少调节三相电机的输入电压、电流，调节反应能力达1％秒级，运行平稳，系统无波动感；实时做到载荷需求与输出功率的最佳柔性匹配，实现“所供即所需”的电能管理模式。

本技术克服了部分三相异步电动机负载正常恒速运行不节电的缺陷，达到了设备运行恒速节能、运行速度可调节的双重节能功能叠加，趋近此类设备的节能极限。该设备安装调试简便，自动运行控制，操作简单，能按照三相异步电动机的运行工况，实时、有效地进行自适应随动节能控制，降低电机运行有功消耗，提高电机功率因数，降低无功功率，综合节电率视不同工况可达到15％～70％，(完全空载节电率高达70％以上)减少电机发热量(降低铁损、铜损)，延长该类设备电机使用寿命。

附图说明

图1：自适应负载随动控制技术系统结构示框图

图2：自适应负载随动控制技术系统具体应用实例原理接线图

具体实施方式

如图1所示的一种自适应负载随动控制技术系统，有动力主回路和控制部分：

外部控制接口连接各远程控制模块或现场控制模块。

其中控制部分使用的DSP模块、输出控制模块、显示和控制单元模块、整流模块、滤波模块、输出模块及能量反馈单元等功能单元为：

DSP模块：CPU PCB 001～005

输出控制模块：SD PCB 001～005，

显示和控制模块：OPE PCB 001～005，

整流模块：100～1200A/450V，

滤波模块：电解电容3300uF～10000uF/1200V，

输出模块：IGBT 100A～1400A/1200V，

能量反馈单元：25A～40A/380V

自适应负载随动控制技术系统，它结合变频技术原理，以SVPWM(电压空间矢量)方法为基础的最佳节电运算模型的高性能DSP单元，将电机载荷感应单元采集到的电机实时工况参数进行高速处理，计算出当前载荷下的最佳节电电压、电流值及相位角，经过修正补偿运算后输出调制信号，驱动高性能的IGBT模块输出相应的PWM电压波形驱动电机，形成内部闭环反馈的控制单元，实时做到载荷需求与输出功率的最佳柔性匹配，在满足载荷输出要求的前提下，最大限度地节约电能。

图2是自适应负载随动控制技术系统，的一个具体的使用例子之一：三相异步电动机专用负载随动自适应节电装置的电路的结构及连接关系。

节能实现原理：

高性能的DSP单元内建有以SVPWM(空间矢量电压法)为基础的最佳节电模块，可将电机载荷感应单元采集到的电机实时工况参数进行超高速处理，计算出当前载荷下的最佳节电电压、电流值及相位角，经过修正补偿运算后输出调制信号，驱动高性能的IGBT模块输出相应的PWM电压波形驱动电机，形成内部闭环反馈的控制单元，实时做到各工况下的负载需求与输出功率的最佳柔性匹配，最大限度地挖掘电机节电潜力。对于电机在运行中会产生反发电现象的场合，必须选配适当的能量反馈单元，加载在直流部分与交流电源之间，该单元可将反发电产生的电能反馈到电网中去，进一步提高节能效果。

各模块的功能及应用：

DSP技术是将高速运算器件应用于电力设备运行控制的新技术，利用运算器件的高速运算性能(nS级)，大量处理所需数据，并快速给出运算结果，大大提高系统的数据处理能力和反应速度，甚至能做到瞬间随动响应。DSP单元输出精度较高，通过IGBT模块输出的PWM波形整合了电压型、电流型变频输出波形的全部优点，谐波小，全程实时节电，节电效果显著。

SVPWM技术是目前精确控制系统中广泛应用的电压空间矢量控制变频新技术，由DSP模块进行电压空间矢量运算来调制IGBT功率模块输出的PWM波形，准确控制输出的电压、电流波形和频率、功率，使所驱动的设备的运行精确度大大提高，且运算和响应速度更快。

变频技术在本系统中应用于主要的驱动电路的结构设计。本技术和设备结合常规变频技术的主要结构模块，在DSP的控制下，实现对电源的“交-直-交”的节能控制输出功能。所用的IGBT模块，即绝缘栅双极型功率管，兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点，开关速度快、驱动功率小而饱和压降低、载流密度大，能较好实现高速逆变输出功能。

电机载荷感应技术是应用先进的电机检测器件，采集电机载荷的变化和反馈信息，再输入到DSP模块使用。TTA时域变换电流检测技术配合载荷感应技术，为检测采样提供数字信号。

将该装置串接三相交流电源与三相异步电动机之间。

Claims

1.一种自适应负载随动控制技术系统，其特征在于：有动力主回路和控制部分：

2.根据权利要求1所述的自适应负载随动控制技术系统，其特征在于：外部控制接口连接速度调节模块、输入/反馈控制信号和输出/响应/驱动/通讯控制信号。

3.根据权利要求1所述的自适应负载随动控制技术系统，其特征在于：外部控制接口连接各远程控制模块或现场控制模块。

4.根据权利要求1所述的自适应负载随动控制技术系统，其特征在于：其控制部分使用的DSP模块、输出控制模块、显示和控制单元模块、整流模块、滤波模块、输出模块及能量反馈单元等功能单元为：

DSP模块：CPU PCB 001～005

输出控制模块：SD PCB 001～005，

显示和控制模块：OPE PCB 001～005，

整流模块：100～1200A/450V，

滤波模块：电解电容3300uF～10000uF/1200V，

输出模块：IGBT 100A～1400A/1200V，

能量反馈单元：25A～40A/380V。