CN102522946B - 控制风机电机的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制风机电机的方法、装置和系统，用以解决现有技术中的风机电机耗能大、运行不稳定的问题。该方法包括：获取风机电机的实时输入电压和实时输入电流；根据实时输入电压和实时输入电流得出风机电机的功率因数；根据功率因数查询预先保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值；按照控制电压目标值来控制风机电机的输入电压。采用本发明的技术方案，有助于使风机电机始终运行在最佳的运行状态下，从而达到节省电能和延长设备使用寿命的目的。

Description

控制风机电机的方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及一种控制电机的方法、装置和系统，尤其涉及一种控制风机电机的方法、装置和系统。

背景技术

风机根据应用场合的要求，需要经常进行开、停操作，并且在运行过程中风机的运行负荷、吹风量大小也需要根据实际需要实时进行调整。

目前，驱动风机的电机控制主要使用传统的异步电动机的控制方法和装置，而普通异步电动机的输出功率恒定，而且一般运行时间长，开机、关机动作次数不频繁，常见的异步电动机控制装置内部设有定时器和接触器，可以按照设定电机的起动、停止时间操作接触器接通断开触点。有些控制装置还具有保护装置，通过对运行中电机的电压电流进行监测，当超出其额定电压、电流值时，发出断开接触器触点的操作从而避免电机损坏。

在实现本发明的过程中，发明人发现风机电机的控制方法和装置并非根据风机电机的工作特点而设计，无法根据风机负载的大小而自动调整电机运行状态，从而造成电能的浪费，风机电机的工作状态也不能保持稳定。

对于相关技术中存在的问题，现有技术中尚未有技术方案进行解决。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种控制风机电机的方法、装置和系统，以解决现有技术中的风机电机耗能大、运行不稳定的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种控制风机电机的方法。

本发明提供的控制风机电机的方法包括：获取风机电机的实时输入电压和实时输入电流；根据实时输入电压和实时输入电流得出风机电机的功率因数；根据功率因数查询预先保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值；按照控制电压目标值来控制风机电机的输入电压。

进一步地，功率因数与控制电压关系表中包括多种类型的风机电机类型的功率因数与控制电压之间的对应关系；在根据功率因数查询预先保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值的步骤中还包括：保存需要控制的风机电机类型，根据功率因数从功率因数与控制电压关系表中获取对应于需要控制的风机电机类型的功率因数的与控制电压对应关系目标值。

进一步地，该方法还包括：根据风机电机的实时输入电压和实时输入电流判断风机电机的工作状态；根据风机电机的工作状态输出报警信号或切断电源指令。

根据本发明的另一个方面，提供了一种控制风机电机的装置。

本发明提供的控制风机电机的装置包括：获取模块，用于获取风机电机的实时输入电压和实时输入电流；功率因数计算模块，用于根据实时输入电压和实时输入电流得出风机电机的功率因数；查询模块，用于根据功率因数查询预先保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值；电压控制模块，用于按照控制电压目标值来控制风机电机的输入电压。

进一步地，该装置还包括保存模块，用于保存功率因数与控制电压关系表，该功率因数与控制电压关系表包括多种类型的风机电机的功率因数与控制电压之间的对应关系；查询模块还用于：保存需要控制的风机电机类型；根据功率因数从功率因数与控制电压关系表中获取对应于需要控制的风机电机类型的控制电压目标值。

进一步地，该装置还包括：工作状态判断模块，用于根据风机电机的实时输入电压和实时输入电流判断风机电机的工作状态；保护信号输出模块，用于根据风机电机的工作状态输出报警信号或切断电源指令。

根据本发明的另一个方面，提供了一种控制风机电机的系统。

本发明提供的控制风机电机的系统包括电源输入端口、控制器、电源输出端口、和交流调压电路，其中，交流调压电路串接在电源输入端口和电源输出端口之间，并与控制器连接，用于在控制器的控制下将来自电源输入端口的电能通过电源输出端口传输至风机电机；控制器与交流调压电路连接，用于实时计算风机电机的功率因数，根据功率因数查询预先保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值，按照控制电压目标值向交流调压电路发送控制信号。

进一步地，控制器包括测量电路、模数转换器、存储器、和微处理器，其中，测量电路，用于实时测量电源输出端口的输出电压和输出电流；模数转换器，连接测量电路和微处理器，用于将输出电压和输出电流转换为数字信号然后传送至微处理器；存储器，连接微处理器，用于保存功率因数与控制电压关系表；微处理器，用于根据数字信号计算得出风机电机的功率因数，以及根据功率因数查询存储器中保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值，并且按照控制电压目标值向交流调压电路发送控制信号。

进一步地，控制器还包括设置接口，设置接口连接微处理器，用于接收并保存需要控制的风机电机类型；微处理器还包括用于根据功率因数从功率因数与控制电压关系表中获取对应于需要控制的风机电机类型的控制电压目标值的部件。

进一步地，该系统还包括第一接触器，第一接触器的触点的第一端连接电源，第二端连接电源输入端口，控制端连接微处理器；微处理器包括用于根据数字信号判断风机电机的工作状态，并根据风机电机的工作状态向第一接触器的控制端发送控制信号的部件。

根据本发明的技术方案，实时监测风机电机的运行电压和运行电流以达到监测风机电机的负荷变化情况，根据该负荷变化情况实时调整风机电机的运行电压，使风机电机始终运行在最佳的运行状态下，从而达到节省电能和延长设备使用寿命的目的，避免出现频繁起动造成的电机过热，轻载运行时电能利用效率低的情况，另外，本发明的技术方案还提供了对风机电机的过压、欠压、过载、过流、缺相等故障的综合保护功能，能在保证风机电机稳定、节能运行的同时，对意外故障进行监控。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的控制风机电机的方法的示意图；

图2是根据本发明实施例的风机电机工作电压与工作电流的示意图；

图3是根据本发明实施例的控制风机电机的装置的示意图；

图4是根据本发明实施例的控制风机电机的系统的示意图；

图5是根据本发明实施例的控制风机电机的系统中控制器的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明实施例的控制风机电机的方法的示意图，如图1所示，该方法主要包括如下步骤：

步骤S11：获取风机电机的实时输入电压和实时输入电流；

步骤S13：根据实时输入电压和实时输入电流得出风机电机的功率因数；

步骤S15：根据功率因数查询预先保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值；

步骤S17：按照控制电压目标值来控制风机电机的输入电压。

风机电机属于一种感性负载，在实现本发明的过程中，发明人研究发现风机电机的功率因数角随感性负载大小变化。图2是根据本发明实施例的风机电机工作电压与工作电流的示意图，在图中，22为风机电机工作电压，24为风机电机满载运行时的工作电流，26为风机电机空载运行时的工作电流。如图2所示，风机电机空载时其功率因数角θ₂约为80°，功率因数约为0.17；而满载时其功率因数角θ₁为30°左右，功率因数为0.87左右，因此根据功率因数可以确定风机电机的负荷大小。进一步可以根据试验确定不同功率因数相应的工作电压的最佳数值，并将功率因数和工作电压最佳数值的对应关系做成表格形式，也就是制作功率因数与控制电压关系表。在风机电机处于运行状态时，通过电流和电压得出功率因数，并查询功率因数与控制电压关系表得到负荷对应的最佳工作电压，按照此最佳工作电压来控制风机电机的输入电压，从而使风机电机始终处于最佳的工作状态。

功率因数与控制电压关系表中可以包括多种类型风机电机的功率因数与控制电压之间的对应关系，步骤S15可以包括保存需要控制的风机电机类型，根据功率因数从功率因数与控制电压关系表中获取对应于需要控制的风机电机类型的控制电压目标值。

风机电机的型号、类型不同，其功率因数与工作电压的最佳数值的对应关系也不同，可以通过试验将不同类型风机电机的功率因数与工作电压的最佳数值的对应关系保存在一张功率因数与控制电压关系表，进行控制之前，确定风机电机的类型，从功率因数与控制电压关系表中获取该类型风机电机的功率因数与电压对应关系。

该控制风机电机的方法还可以包括，根据风机电机的实时输入电压和实时输入电流判断风机电机的工作状态；根据风机电机的工作状态输出报警信号或切断电源指令。例如，工作电压超过风机电机额定电压的30％时，可以认定风机电机处于过压状态；工作电压低于额定电压的30％时，可以认定风机电机处于欠压状态；负载电流超过设定电流时，可以认定风机电机处于过流状态，负载电流超过设定过载电流1分钟时，可以认定风机电机处于过载状态，出现一相或两相电压消失的情况，可以认为风机电机处于缺相状态。根据不同的异常状态，选择输出报警信号或者切断电源的指令。

图3是根据本发明实施例的控制风机电机的装置的示意图，如图3所示，该装置30主要包括：获取模块31，用于获取风机电机的实时输入电压和实时输入电流；功率因数计算模块32，用于根据实时输入电压和实时输入电流得出风机电机的功率因数；查询模块33，用于根据功率因数查询预先保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值；电压控制模块34，用于按照控制电压目标值来控制风机电机的输入电压。

该控制风机电机的装置30还包括保存模块(图中未示出)，用于保存功率因数与控制电压关系表，该功率因数与控制电压关系表包括多种类型的风机电机的功率因数与控制电压之间的对应关系；查询模块33还可以用于：保存需要控制的风机电机类型；根据功率因数从功率因数与控制电压关系表中获取对应于需要控制的风机电机类型的控制电压目标值。

该控制风机电机的装置30还可以包括：工作状态判断模块35，用于根据风机电机的实时输入电压和实时输入电流判断风机电机的工作状态；保护信号输出模块36，用于根据风机电机的工作状态输出报警信号或切断电源指令。

图4是根据本发明实施例的控制风机电机的系统的示意图，如图4所示，该系统40包括：电源输入端口43、控制器46、电源输出端口48、和交流调压电路45，其中，

交流调压电路45串接在电源输入端口43和电源输出端口48之间，并与控制器46连接，用于在控制器46的控制下将来自电源输入端口43的电能通过电源输出端口48传输至风机电机49；

控制器46与交流调压电路45连接，用于实时计算风机电机的功率因数，根据功率因数查询预先保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值，按照控制电压目标值向交流调压电路45发送控制信号。

图5是根据本实用新型实施例的控制风机电机的系统中控制器的示意图，如图5所示，控制器46包括测量电路461、模数转换器462、存储器464、和微处理器463，其中，

测量电路461，用于实时测量电源输出端口48的输出电压和输出电流；

模数转换器462，连接测量电路461和微处理器463，用于将输出电压和输出电流转换为数字信号然后传送至微处理器463；

存储器464，连接微处理器463，用于保存功率因数与控制电压关系表；

微处理器463，用于根据数字信号计算得出风机电机的功率因数，以及根据功率因数查询存储器464中保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值，并且按照控制电压目标值向交流调压电路发送控制信号。

控制器还可以包括设置接口465，设置接口465连接微处理器463，用于接收并保存需要控制的风机电机类型；微处理器463还包括根据功率因数从功率因数与控制电压关系表中获取对应于需要控制的风机电机类型的控制电压目标值的部件。

设置接口465还可以包括用于接收风机电机起动时间和起动电压的参数的部件；微处理器463还包含用于根据起动时间和起动电压向交流调压电路发送起动控制信号的部件，在风机电机49起动不进行软起动控制而直接施加额定电压起动时，起动电流可能达到额定电流的4～7倍，频繁进行起动时，过电流会导致电机过热，严重时会造成风机电机质量受损甚至烧坏电机。根据现场使用的情况，比如起动的频率等，可以通过设置接口保存起动时间和起动电压，并按照此起动时间和起动电压缓慢起动，避免起动电流造成的危害。

设置接口465还可以包括用于接收并保存风机电机保护参数的部件；微处理器463还包含用于根据数字信号按照风机电机保护参数判断风机电机的工作状态的部件。例如工作电压超过过压值时，可以认定风机电机处于过压状态；工作电压低于欠压值时，可以认定风机电机处于欠压状态；负载电流超过过流值时，可以认定风机电机处于过流状态，负载电流超过设定过载值1分钟时，可以认定风机电机处于过载状态，具体的过压值、欠压值、过流值、过载值、过载时间等参数均可以通过设置接口保存，从而达到保护值灵活配置的效果。

该控制风机电机的系统40还包括第一接触器42，第一接触器42的触点的第一端连接电源41，第二端连接电源输入端口43，第一接触器42的控制端连接微处理器463；微处理器463还包括根据风机电机的工作状态向第一接触器42的控制端发送控制信号的部件。出现严重故障如过压、断相时，微处理器463可以发出断开电源的控制信号，第一接触器42的触点断开，使风机电机49断开电源，从而避免严重的后果，在正常运行的情况下，第一接触器42的触点是常闭的。

该控制风机电机的系统40还包括报警装置47，该报警装置47连接微处理器463，微处理器463还包括用于根据风机电机49的工作状态向报警装置47发出报警信号的部件。该报警装置可以包括声音报警装置、灯光报警装置、远程报警装置等，出现一般故障如欠压、过载时，微处理器463可以发出报警信号。

交流调压电路45可以包括：反向并联的第一晶闸管和第二晶闸管，第一晶闸管的控制端和第二晶闸管的控制端分别连接控制器46。

交流调压电路45也可以包括双向晶闸管，双向晶闸管的控制端连接控制器46。显然交流调压电路45还可以使用其它的电力电子变流电路，比如IGBT交直交变流电路等。

该控制风机电机的系统40还包括第二接触器44，第二接触器44的触点的第一端连接电源输入端口43，第二端连接电源输出端口48，第二接触器44的控制端连接控制器46；控制器46包括用于检测控制器46自身和交流调压电路45的工作状态的部件，和用于根据控制器和交流调压电路的工作状态向第二接触器44的控制端发出控制信号的部件。在控制器46和交流调压电路45自检出现异常或者风机电机不需要控制的情况下，控制器46可以发出闭合第二接触器44触点的控制信号，使电能直接通过第二接触器44向风机电机49供电，这样的设置可以在不影响风机电机49工作的情况，对交流调压电路45和控制器46进行检修或者更换。在正常运行的状态下，第二接触器44的触点是常开的。

根据本发明的技术方案，实时监测风机电机的运行电压和运行电流以达到监测风机电机的负荷变化情况，根据该负荷变化情况实时调整风机电机的运行电压，使风机电机始终运行在最佳的运行状态下，从而达到节省电能和延长设备使用寿命的目的，避免出现频繁起动造成的电机过热，轻载运行时电能利用效率低的情况，另外，本发明的技术方案还提供了对风机电机的过压、欠压、过载、过流、缺相等故障的综合保护功能，能在保证风机电机稳定、节能运行的同时，对意外故障进行监控。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种控制风机电机的方法，其特征在于，包括：

获取风机电机的实时输入电压和实时输入电流；

根据所述实时输入电压和实时输入电流得出风机电机的功率因数；

根据所述功率因数查询预先保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值，其中，所述功率因数与控制电压关系表包括多种类型风机电机的功率因数与控制电压之间的对应关系；根据所述功率因数查询预先保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值的步骤包括：保存需要控制的风机电机类型，根据所述功率因数从所述功率因数与控制电压关系表中获取对应于所述需要控制的风机电机类型的控制电压目标值；

按照所述控制电压目标值来控制风机电机的输入电压；

其中，在检测出异常或者所述风机电机不需要控制的情况下，发出闭合第二接触器触点的控制信号，使电能直接通过所述第二接触器向所述风机电机供电，在正常运行的状态下，所述第二接触器的触点常开。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述风机电机的实时输入电压和实时输入电流判断风机电机的工作状态；

根据风机电机的工作状态输出报警信号或切断电源指令。

3.一种控制风机电机的装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取风机电机的实时输入电压和实时输入电流；

功率因数计算模块，用于根据所述实时输入电压和实时输入电流得出风机电机的功率因数；

查询模块，用于根据所述功率因数查询预先保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值；

电压控制模块，用于按照所述控制电压目标值来控制风机电机的输入电压；

电能控制模块，在检测出异常或者所述风机电机不需要控制的情况下，发出闭合第二接触器触点的控制信号，使电能直接通过所述第二接触器向所述风机电机供电，在正常运行的状态下，所述第二接触器的触点常开；

所述装置还包括保存模块，用于保存所述功率因数与控制电压关系表，所述功率因数与控制电压关系表包括多种类型的风机电机的功率因数与控制电压之间的对应关系；

所述查询模块还用于：保存需要控制的风机电机类型；根据所述功率因数从所述功率因数与控制电压关系表中获取对应于所述需要控制的风机电机类型的控制电压目标值。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：

工作状态判断模块，用于根据所述风机电机的实时输入电压和实时输入电流判断风机电机的工作状态；

保护信号输出模块，用于根据风机电机的工作状态输出报警信号或切断电源指令。

5.一种控制风机电机的系统，其特征在于，包括电源输入端口、控制器、电源输出端口、和交流调压电路，其中，

所述交流调压电路串接在所述电源输入端口和所述电源输出端口之间，并与所述控制器连接，用于在所述控制器的控制下将来自所述电源输入端口的电能通过所述电源输出端口传输至风机电机；

所述控制器与所述交流调压电路连接，用于实时计算风机电机的功率因数，根据所述功率因数查询预先保存的功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值，按照所述控制电压目标值向所述交流调压电路发送控制信号；

所述控制风机电机的系统还包括第二接触器，所述第二接触器的触点的第一端连接所述电源输入端口，第二端连接所述电源输出端口，所述第二接触器的控制端连接所述控制器，其中，在所述控制器和所述交流调压电路自检出现异常或者所述风机电机不需要控制的情况下，所述控制器发出闭合所述第二接触器触点的控制信号，使电能直接通过所述第二接触器向所述风机电机供电，在正常运行的状态下，所述第二接触器的触点常开；

所述控制器还包括设置接口，所述设置接口连接微处理器，用于接收并保存需要控制的风机电机类型；

所述微处理器还包括用于根据所述功率因数从所述功率因数与控制电压关系表中获取对应于所述需要控制的风机电机类型的控制电压目标值的部件。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述控制器包括测量电路、模数转换器、存储器、和微处理器，其中，

所述测量电路，用于实时测量所述电源输出端口的输出电压和输出电流；

所述模数转换器，连接所述测量电路和所述微处理器，用于将所述输出电压和输出电流转换为数字信号然后传送至所述微处理器；

所述存储器，连接所述微处理器，用于保存功率因数与控制电压关系表；

所述微处理器，用于根据所述数字信号计算得出风机电机的功率因数，以及根据所述功率因数查询存储器中保存的所述功率因数与控制电压关系表得出控制电压目标值，并且按照所述控制电压目标值向所述交流调压电路发送控制信号。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括第一接触器，

所述第一接触器的触点的第一端连接电源，第二端连接所述电源输入端口，控制端连接所述微处理器；

所述微处理器包括用于根据所述数字信号判断风机电机的工作状态，并根据所述风机电机的工作状态向所述第一接触器的控制端发送控制信号的部件。