CN102237683A - 电磁精确调控式节电装置的智能化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁精确调控式节电装置的智能化控制系统，所述电磁精确调控式节电装置在机箱上部安装有空气开关、电流传感器、和脉宽控制器；在机箱的中部安装有中央控制器CPU、电流放大器、电流比较放大器、电流数字放大器、计时器、温度控制器、功率放大器和低压电源、正弦波成型器；所述的三个并接的电流传感器通过三个并接的电流放大器后再通过电流比较放大器后与所述中央控制器CPU相接；三个并接的电流传感器通过三个并接的电流放大器再通过所述电流数字放大器与所述中央控制器CPU相接，组成节能控制回路的智能化控制系统。本发明利用磁力和脉宽连续精确调控电源输出功率的方式，使电源的供电功率和负载的实际消耗功率达到精确匹配的效果，实现对负载的随载供电；其还可自动清除供电系统中的谐波和浪涌，为动力设备的运行提供高质量的电源；还可对线路进行多重补偿，提高功率因数，降低线损，增大线路容量，提高系统用电效率，获得了既可节约电能又可同时消除供电网络谐波污染的双重重大有益效果。

Description

电磁精确调控式节电装置的智能化控制系统

技术领域

本发明属于电力系统中动力设备和电器设备运行的节能技术领域，具体提供一种电磁精确调控式节电装置的智能化控制系统，用于电动机、水泵、风机以及电气照明系统和电器设备方面的节电控制。 

背景技术

在目前我国现代化建设的发展过程中，电力的发展已经成为社会经济发展的决定性因素之一。在我国的GDF，增长过程中，单位GDP的能耗过高已经影响到我国经济的快速发展，因此发展电力和节约电能必将成为我国今后长期发展的基本方针。 

目前，从电网输送、区域供电到末端用户群都存在着较多的能源浪费现象。第一，发电站为避免长距离送电过程中的电路损耗，要以较高的电压传送，以确保末端用户达到额定电压，导致实际电压往往高于用户需求的额定电压。第二在区域供电的范围内，即末端的用户群中，由于开工状况不同，通常只有70-80％的用户承载着100％的电力供应，致使电力的配送容量进一步过剩。第三，对于某一具体单位的电动机来说，为了保证用电高峰时设备正常工作，往往要求变压器的输出电压高于电动机的额定电压，而且由于大部分单位的开工数量不足又导致其额定容量的进一步过剩。因此在这种供电网络的运行过程中，常常造成电动机的用电量和电源供电量之间的严重的能量不匹配状态。尤其是当电动机处于空载、轻载和中等程度的负载时，这种能量的不匹配状况将更为突出。 

为了解决上述用电设备的电能浪费问题，国外自十九世纪四十年代即开始了节能技术的研究，我国也于上世纪六十年代初期开展了相应的节能新技术研究。经历了六十年的发展，到目前为止，已经先后出现了多种类型的节能技术和节电设备，如电容补偿、星角转换调压、自藕变压器降压、可控硅调压、计 算机控制降压、电抗器调压、逆变调压、谐波和浪涌电流抑制和变频调速等一系列节电技术。但是到目前为止，这一系列节电技术对于电动机的许多运行状态节电要求很不适用，如当电动机工作在重载、满载和超载状态下时(其负载分别为80-90％、90-100％、10卜135％)，当电机运行的功率因数较高时(0.65-0.98)，当恒负载和恒转矩电机工作在重载、满载和超载状态下时等等。而且这种工作状态和运行状况的电动机的数量约占到社会拥有电动机总量的80％左右，因此节能技术必须寻求新的突破。 

电磁调控是近代节电技术发展中的一种用于调控负载(电动机)的电流和电压大小的新的方法，其调控的可靠性和精确度，决定了节电设备的节电率以及适用于节电领域的范围大小。其基本原理是，利用电感既有限制电流的作用，又不消耗电能的特性，将电感作为能量转换的关键部件，当电源接通时，电感将吸收的电能转换成磁场能量储存在磁场中。在一定的运行区段内，磁场能量随着电流的增加而上升，并达到最大，而在另外的运行区段内，磁场能量又逐步减小，并迅速下降到零，电感中原来储存的磁场能量又退给电源。本发明就是利用这一原理，通过科学的线路设计，以及各种运行参数的精确计算，在计算机的智能化控制中，实现了节电装置的有效节电率。 

发明内容

本发明的目的是针对上述现有节电技术的缺陷，提供一种电磁精确调控式节电装置的智能化控制系统，用于电动机、水泵、风机以及电气照明系统和电器设备方面，利用电磁的精确调控方法，连续调控电源的输出功率，实现对于各类负载的实际用电量的精确匹配。 

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种电磁精确调控式节电装置的智能化控制系统，所述电磁精确调控式节电装置所述在机箱上部安装有空气开关、电流传感器、和脉宽控制器；在机箱的中部安装有中央控制器CPU、电流放大器、电流比较放大器、电流数字放大器、计时器、温度控制器、功率放大器和低压电源；在机箱的下部安装有正弦波成型器；其中，所述电流传感 器通过电流放大器和电流比较放大器与中央控制器CPU相连接，所述电流传感器和电流放大器相接后同时通过电流数字放大器和中央控制器CPU相连接；所述正弦波成型器和功率放大器通过脉宽控制器和中央控制器CPU相连接；所述温度控制器和计时器分别直接和中央控制器CPU相连接，并组成节能控制回路中的温度控制和时间控制系统；所述低压电源和中央控制器CPU连接；所述的三个并接的电流传感器通过三个并接的电流放大器后再通过电流比较放大器后与所述中央控制器CPU相接；三个并接的电流传感器通过三个并接的电流放大器再通过所述电流数字放大器与所述中央控制器CPU相接，组成节能控制回路的智能化控制系统。 

本发明智能化控制系统所涉及的节电装置，根据用电设备在不同工作状态下的负载变化情况，即用电设备的瞬时耗电量和电源的实际供电量，利用计算机的高度智能化控制系统，通过对三相电源的供电主回路中的脉宽控制器、正弦波成型器和功率放大器的输出功率的控制，使电源供电量和负载用电量达到精确匹配的效果。当电流经过正弦波成型器时，经过其内部的电感滤波及电磁转换中的能量交换，电磁转换由于不产生能量损失，而且这一过程中不产生新的浪涌干扰和谐波污染，所以当电流经过正弦波成型器时，其电流和电压的输出均为标准的正弦波形，不仅不会对电网造成新的谐波污染，而且还可对电网原有的谐波加以消除，对电源进行优化，实现高质量的电源输出。在当前节电难度较高的电动机应用中的某些方面，如电动机在重载、满载运行时，以及采用涡轮式、镙杆式和活塞式工作方式的风机、水泵、压缩机等的运行中，其节电控制的过程是：当负载减小时，K3开关接通，电流传感器的感应电流减小，这一信号经过电流放大器放大后经过电流数字放大器直接传送到中央控制器CPtJ，经过中央控制器CPIj的进一步分析处理后，传送出控制信息直达正弦波成型器，则正弦波成型器中的磁力控制部分的输出磁力相应减小，同时正弦波成型器中的输出功率相应减小，而且这种减小的数量可以达到较高的准确度及精度，使电源的输出功率和负载的实际消耗功率达到精确的匹配。反之，当负 载中的电流增大时，亦可使正弦波成型器中的输出功率增大，同样可使电动机在高负载状态时使电源输出功率和负载实际消耗功率达到精确匹配，从而达到较好的节电效果。 

当负载为某些特殊运行状态和特殊工作方式的电动机时，如离心式水泵、风机、压缩机、高负载状态下的恒转矩电机和高负载及高功率因数的电动机等，这在目前已有的节电技术条件下，是无法实现有效节电效果的。这类电动机的节电控制过程是：K3开关断开，率经过正弦波成型器时，利用其电磁转换和精确调控的功能，不仅可以使输出功率和负载实际用电量达到精确匹配，而且还可以基本消除或大部分消除在脉宽调制过程中产生的谐波污染和其他干扰，进一步减少了能源消耗，从而可以同样获得好的节电效果 

当负载为某些对温度有特定要求的局部空间和场所时，则温度控制器和计时器即可根据该场所的温度控制和时间要求，设定一套特定的温度控制和时间计量的软件程序。当设备运行时，温度控制和时间计量信息即可直接传送到中央控制器CPU。经过中央控制器处理后，即发送出控制信息到对温度控制有特定要求的场所，当该场所的温度高于(或低于)某一特定值时，则制冷系统(或加热系统)即开始对该场所进行制冷(或加热)，当其温度低于(或高于)某一特定值时，则制冷系统(或加热系统)即停止制冷(或加热)，随着温度的控制方式的改变，可使负载达到更好的节电效果。在这一过程中，计时器可以对制冷或加热的时间，累计制冷或加热时间，制冷或加热的停止时间，以及全年制冷或加的累计时间进行全面记录。 

当设备运行中发生过流、过压或三相不平衡等情况时，则电流传感器瞬时即将这一信息通过电流放大器放大后，经电流比较放大器进一步处理后传送到中央控制器。经过中央控制器再次处理后寄送出控制信息到达K2，则k2断开，设备将立即停止工作，控制速度达到10毫秒，同时故障指示灯亮，可使电动机及时得到更好的保护。正弦波成型器的电感采用了特殊的绕组方式和具有优良平衡性能并增加电磁转换精确控制功能的交合连接方法，又应用了磁力线切割 装置，使得磁力的大小可根据中央控制器CPU的控制而进行调控，从而使负载功率增大时，磁力增大，负载功率减小时，磁力减小，可保证正弦波成型器的输出功率和负载的实际消耗功率达到精确匹配。同时又利用电磁转换和电感储能原理，采用特殊的补偿线路和辅助器件，通过对这一系统中的各种运行参数的精确计算，实现了节电装置上下端的双向补偿功能，不仅对供电线路的功率因数进行无功补偿，也可对负载端的用电设备的功率因数同时进行补偿，提高了功率因数，降低线耗，增大线路容量，提高系统用电效率，实现了电磁转换和计算机智能化控制的精密组合，获得了既可节约电能又可同时消除供电网络谐波污染的双重重大效果。 

本发明智能化控制系统所涉及的节电装置，其本身运行所需的电源则是小型变压器提供的+5V、+8V、+15V的直流电源，可同时对中央控制器CPU、电流放大器、电流比较放大器、电流数字放大器、计时器、温度控制器和相应的工作指示灯及故障指示灯提供低压电源。空载运行时其自身功耗为1w，接地电阻不大于4Q。 

本发明智能化控制系统所涉及的节电装置的有益效果是：通过电子线路板的计算机高度智能化控制，实现了脉宽控制器、正弦波成型器、功率放大器的连续输出电压和电流的控制，使得加在用电设备上的电流和电压能实时跟随用电设备的实际负荷的变化而得到连续调节，当用电设备的实际负荷很小时，加在其上的电流和电压亦可降到很小。反之，当负荷增大时，电源的供电电压和电流亦可随之增大，同时通过电子线路板的智能化控制系统，使用电设备的实际消耗功率和电源的供电功率达到精确匹配的效果。在这一智能化的控制过程中，通过各种工作参数的精确计算和辅助元器件缜密合理配置，实现了对节电装置上端和下端的双向补偿功能，提高了线路和用电设备的功率因数，实现电磁精确调控、脉宽控制和计算机智能化控制的合理的科学结合。该节电设备的主回路不含任何电子器件，因此可靠性很高，对电网不产生任何谐波污染，还可以基本消除电网供电系统中原有的谐波污染，实现了较好的节电效果和电网 供电的高质量电源的合理结合，同目前已有的其他节电技术相比，具有独特的技术特点和优势，该节电装置还可以适用于所有的用电系统。 

附图说明

图1是智能化控制系统所涉及节电装置的基本线路和控制原理图。 

图中：1空气开关K1、2电流传感器工AVI、IBVI和工CVI、3电流放大器工AV2、工.BV2和工CV2、4电流比较放大器IETD、5电流数字放大器ILTD、6脉宽控制器工GTC、7正弦波成型器LP、8功率放大器LQ、9负载(电动机)、10低压电源、11中央控制器CPI.J、12温度控制器TP、13计时器HT。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。 

如图1所示，一种电磁精确调控式节电装置的智能化控制系统，所涉及的节电装置包括机箱和其内部多元组合系列控制元器件，由三部分组成。 

第一部分，主要为信息采集，信息处理和信息控制部分，包括电流传感器2IAVI、工BVI和ICvl、电流放大器3工AV2、工BV2和工CV2、电流比较放大器4IETD、电流数字放大器5工LTD和中央控制器11CPI.J；其次为电源电路部分，控制电源电路部分包括+5V、+8V、+15V的低压电源10，直接供给中央控制器11CPI.J、电流数字放大器5工LTD和电流比较放大器4工ETD及电流放大器3工AV2、工BV2和工CV2和相应的指示灯的直流电源。 

第二部分，即为计算机控制的动力电路的供电部分，包括脉宽控制器6IGTC、正弦波成型器7LP和功率放大器8LQ和空气开关IK工。 

第三部分，即为中央控制器控制的温度控制系统和时间计量部分，包括中央控制器11CPI_J，温度控制器12TP和计时器13HT。 

如图1所示，在机箱上部安装有空气开关1，电流传感器2工AVI、工BVI和工CVI，及脉宽控制器6IGTC；在机箱的中部安装有电流放大器3工AV2、工BV2和工CV2及电流比较放大器4工ETD，电流数字放大器5ILTD，中央 控制器11CP[J，温度控制器12TP，计时器13HT，功率放大器8LQ，低压电源10+5V、+8V、+15V电源；在机箱的下部安装有正弦波成型器7LP。其中，所述电流传感器2IAVI、IBVI和工CVI分别和电流放大器3工AV2、IBV2和ICV2相连接，所述电流放大器3IAV2、工BV2和工CV2和电流比较放大器工ETD相连接，并通过电流比较放大器4工ETD和中央控制器11CPI.J相连接；所述电流传感器2工AVI、IBVI和工CVI分别和电流放大器3工AV2、工BV2和工(iV2相连接后，工AV2、工BV2和工CV2又和电流数字放大器5I LTD相连接后，再和中央控制器1I CPU相连接；所述脉宽控制器6工GTC分别和中央控制器11CPLJ和正弦波成型器7LP相连接；所述正弦波成型器7LP又分别和脉宽控制器6工GTC及功率放大器8LQ相连接，同时正弦波成型器7LP又单独和中央控制器11CP[j相连接；所述温度控制器12TP和计时器13HT又分别和中央控制器11CP[J相连接；所述低压电源10+5V、+8V、+15V又分别和中央控制器1I CP[J、电流传感器2IAVI、IBVI和工CVI及电流放大器3工AV2、IBV2和ICV2以及电流比较放大器4工ETD和电流数字放大器5工LTD、温度控制器12TP和计时器13HT相连接。 

所述中央控制器11CP[J由电源电路、与其相耦合的信号放大电路和与放大管基极相连的电压和电流控制电路构成，所述的中央控制器11CPIJ通过脉宽控制器6工GTC和正弦波成型器7LP相连接，正弦波成型器7LP又通过功率放大器8LQ和输出负载9M(电动机)相连接，正弦波成型器7LP的磁力控制及调节部分又单独和中央控制器1I CP[J相连接。三个并接的电流传感器2工AVI、工BVI和工CVI与三个并接的电流放大器3IAV2、工BV2和工CV2分别连接后，三个并接的电流放大器3工AV2、工BV2和ICV2又分别和电流比较放大器4工ETD相连接，并通过电流比较放大器4IETD与中央控制器11CPLJ相接。三个并接的电流传感器2IAVI、工BVI和工CVI与三个并接的电流放大器3工AV2、工BV2和ICV2分别连接后，三个并接的电流放大器3工AV2、工BV2和工CV2又分别和电流数字放大器5ILTD相连接后再和中央控 制器11CP[J相连接，组成节能控制回路的智能化控制系统。 

正弦波成型器7LP和脉宽控制器6工GTC及功率放大器8LQ相连接，而脉宽控制器6IGTC及正弦波成型器7LP又分别和中央控制器11CPtJ相连接；正弦波成型器7LP通过功率放大器8LQ和负载M(电动机)相连接，组成三相电源供电线路的动力控制部分的节能控制回路。 

在原有线路结构不变，只更换电子元器件的额定值和连接导线的规格的情况下，其工作电压可以在220V、380V、660V、1140V、3000V、6000V、9000V、10000V、13800V及15000V的电力系统中进行节电控制。 

Claims (2)

1.一种电磁精确调控式节电装置的智能化控制系统，所述电磁精确调控式节电装置在机箱上部安装有空气开关、电流传感器、和脉宽控制器；在机箱的中部安装有中央控制器CPU、电流放大器、电流比较放大器、电流数字放大器、计时器、温度控制器、功率放大器和低压电源；在机箱的下部安装有正弦波成型器；其中，所述电流传感器通过电流放大器和电流比较放大器与中央控制器CPU相连接，所述电流传感器和电流放大器相接后同时通过电流数字放大器和中央控制器CPU相连接；所述正弦波成型器和功率放大器通过脉宽控制器和中央控制器CPU相连接；所述温度控制器和计时器分别直接和中央控制器CPU相连接，并组成节能控制回路中的温度控制和时间控制系统；所述低压电源和中央控制器CPU连接；其特征在于：所述的三个并接的电流传感器通过三个并接的电流放大器后再通过电流比较放大器后与所述中央控制器CPU相接；三个并接的电流传感器通过三个并接的电流放大器再通过所述电流数字放大器与所述中央控制器CPU相接，组成节能控制回路的智能化控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种电磁精确调控式节电装置的智能化控制系统，其特征在于：所述中央控制器cPU由电源电路、与其相耦合的信号放大电路和与放大管基极相连的电压和电流控制电路构成，所述的中央控制器CPU通过脉宽控制器和正弦波成型器连接功率放大器组成三项电源供电线路的动力控制部分的节能控制回路。