CN104199499A - 一种智能控制自动一体化节电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能控制自动一体化节电系统，包括单片机、键盘、显示模块、电源模块、模数转换芯片、接触器控制电路模块、自耦补偿电压电路、电压采样电路和电流采样电路，通过自耦变压的结构和升降切换补偿方式组成的自耦补偿电压电路，根据不同的电压输出要求，通过不同的接线抽头和自耦补偿电压电路中接触器开关组合以控制电路的工作方式，可输出不同的补偿电压，从而达到调压和稳压的功能，具有体积节省、谐波小，正弦输出的优点；通过双极性电压采样和双极性电流采样，以单片机为核心的智能控制和处理，达到节电系统自动工作、控制方便、运行稳定、性价比高和节电效率高的效果。

Description

一种智能控制自动一体化节电系统

技术领域

本发明涉及电能节约控制技术领域，尤指一种智能控制自动一体化节电系统。

背景技术

过去100多年里，发达国家先后完成了工业化，消耗了地球上大量的自然资源，特别是能源资源。当前，一些发展中国家正在步入工业化阶段，能源消费增加是经济社会发展的客观必然。作为当今世界上最大的发展中国家的中国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐，中国是目前世界上第二位能源生产国和消费国。能源供应持续增长，为经济社会发展提供了重要的支撑。能源消费的快速增长，其中，电力在各项能耗领域中所占比例大，合理用电，节约用电，以及将一些废弃能源转化为电能已经成为节能工作中的重中之重，当前，很多建筑、办公设施及工矿企业的大型机电设备因为落后技术及工艺生产的原因，存在着严重的耗能现象，用电效率低下、浪费严重 ，综合国家众多的工矿企业及建筑、办公设施，这将是一笔巨大的能源财富。

发明内容

本发明一种智能控制自动化节电系统，其特征在于，采用自耦变压的结构和升降压切换补偿方式及主回路控制电路的工作方式，通过单片机为核心的智能控制，以实现节电系统自动工作、控制方便、运行稳定、性价比高、一体化和节电效率高之目的。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：一种智能控制自动一体化节电系统包括单片机、键盘、显示模块、电源模块、模数转换芯片、接触器控制电路模块、自耦补偿电压电路、电压采样电路和电流采样电路，电源模块与显示模块、单片机、键盘、模数转换芯片和接触器控制电路模块连接并对其提供电能，电压采样电路和电流采样电路分别与自耦补偿电压电路进行电气连接后，再分别通过模数转换芯片与单片机进行电气连接，接触器控制电路模块设置多组接触器控制电路，单片机通过接触器控制电路分别与各接触器进行控制和电连接，键盘由单片机直接驱动，显示模块采用串行方式控制液晶显示。

进一步的，所述的接触器控制电路模块包括中间继电器SM、三极管Q1、电阻R1和R2、二极管D1、发光二极管D2和接触器线圈km；更进一步的，所述的接触器包括过渡电阻控制接触器、封零接触器、调压接触器和转换接触器；

所述的自耦补偿电压电路包括多抽头调压器TA、TB和TC、过渡电阻控制接触器KMR1、KMR2和KMR3、封零接触器KM41、KM42和KM43、调压接触器KM11、KM12、KM13、KM21、KM22、KM23、KM31、KM32、KM33、KM01、KM02和KM03、转换接触器KT11、KT12、KT13、KT21、KT22和KT23、电阻R01、R02和R03；

所述的电压采样电路包括输出电压端子接线盒JP3、电压互感器TVA、TVB和TVC、电阻RA1、RA2、RB1、RB2、RC1和RC2、电容CA1、CB1和CC1；

所述的电流采样电路包括输出电流端子接线盒TS3、电阻R1A、R2A、R3A、R1B、R2B、R3B、R1C、R2C和R3C、电容C1A、C1B和C1C。

本发明的工作原理是：当转换接触器KT11和KT21同在位置1时，LA相输入电源电压与自耦补偿电压反相，LA相输出电压较输入的电源电压降低，当转换接触器KT11和KT21同在位置2时，输入电源电压与自耦补偿电压同相，LA相输出电压较输入的电源电压升高；当转换接触器KT12和KT22同在位置1时，输入电源电压与自耦补偿电压反相，LB相输出电压较输入的电源电压降低，当转换接触器KT12和KT22同在位置2时，输入电源电压与自耦补偿电压同相，LB相输出电压较输入的电源电压升高；当转换接触器KT13和KT23同在位置1时，输入电源电压与自耦补偿电压反相，LC相输出电压较输入的电源电压降低，当转换接触器KT13和KT23同在位置2时，输入电源电压与自耦补偿电压同相，LC相输出电压较输入的电源电压升高。

系统启动时，针对LA相，接触器KM11、KM21、KM31和KM01、封零接触器KM41、过渡电阻控制接触器KMR1均处于断开状态，先进行全压启动，达到设定时间后，进入调压节电状态，输出的双极性电压采样和输出的双极性电流采样通过模数转换芯片处理后，输入到单片机并由单片机进行数据处理，再根据设置值逐步进行调压稳压，依次由接触器KM11、KM21、KM31和KM01对LA相输出电压进行调压，控制转换接触器KT11和KT21同在位置1时进行降压补偿调节，控制转换接触器KT11和KT21同在位置2时进行升压补偿调节，接触器KM11、KM21、KM31和KM01之间的换挡或转换接触KT11和KT21同在位置1或同在位置2的转换，均需要先将封零接触器KM41闭合，再将过渡电阻控制接触器KMR1闭合，待接触器换挡或转换接触KT11和KT21同在位置转换完成后，将封零接触器KM41断开，再将过渡电阻控制接触器KMR1断开；针对LB相，接触器KM12、KM22、KM32、KM02、封零接触器KM42、过渡电阻控制接触器KMR2均处于断开状态，先进行全压启动，达到设定时间后，进入调压节电状态，输出的双极性电压采样和输出的双极性电流采样通过模数转换芯片处理后，输入到单片机并由单片机进行数据处理，再根据设置值逐步进行调压稳压，依次由接触器KM12、KM22、KM32和KM02对LB相输出电压进行调压，控制转换接触器KT12和KT22同在位置1时进行降压补偿调节，控制转换接触器KT12和KT22同在位置2时进行升压补偿调节，接触器KM12、KM22、KM32和KM02之间的换挡或转换接触KT12和KT22同在位置1或同在位置2之间的转换，均需要先将封零接触器KM42闭合，再将过渡电阻控制接触器KMR2闭合，待接触器换挡或转换接触KT12和KT22同在位置转换完成后，将封零接触器KM42断开，再将过渡电阻控制接触器KMR2断开； 针对LC相，接触器KM13、KM23、KM33、KM03、封零接触器KM43、过渡电阻控制接触器KMR3均处于断开状态，先进行全压启动，达到设定时间后，进入调压节电状态，输出的双极性电压采样和输出的双极性电流采样通过模数转换芯片处理后，输入到单片机并由单片机进行数据处理，再根据设置值逐步进行调压稳压，依次由接触器KM13、KM23、KM33和KM03对LC相输出电压进行调压，控制转换接触器KT13和KT23同在位置1时进行降压补偿调节，控制转换接触器KT13和KT23同在位置2时进行升压补偿调节，接触器KM13、KM23、KM33和KM03之间的换挡或转换接触KT13和KT23同在位置1或同在位置2的转换，均需要先将封零接触器KM43闭合，再将过渡电阻控制接触器KMR3闭合，待接触器换挡或转换接触KT13和KT23同在位置转换完成后，将封零接触器KM43断开，再将过渡电阻控制接触器KMR3断开。

     单片机对接触器的控制是这样实现的：单片机输出管脚PEO为高电平时，三极管导通，信号放大，中间继电器线圈sm随着通电，使中间继电器的动合触点SM闭合，以使接触器的线圈km通电，接触器的动合触点KM闭合，从而通过控制中间继电器来控制自耦补偿电压电路的接触器通断。

本发明的特点和优点是：通过自耦变压的结构和升降压切换补偿方式组成的自耦补偿电压电路，根据不同的电压输出要求，通过不同的接线抽头和自耦补偿电压电路中接触器开关组合以控制电路的工作方式，可输出不同的补偿电压，从而达到调压和稳压的功能，与磁饱和调压方式相比，具有体积节省的优点，与可控硅斩波调压方式相比，具有谐波小，正弦输出的优点；通过双极性电压采样和双极性电流采样，以单片机为核心的智能控制和处理，达到节电系统自动工作、控制方便、运行稳定、性价比高和节电效率高的效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步描述。

附图1为本发明的单片机控制与处理原理方框图；

附图2为本发明的自耦调压电路图；

附图3为本发明的接触器控制电路图；

附图4为本发明的电压采样电路图；

附图5为本发明的电流采样电路图。

具体实施方式

由附图所示，本发明一种智能控制自动一体化节电系统包括单片机、键盘、显示模块、电源模块、模数转换芯片、接触器控制电路模块、自耦补偿电压电路、电压采样电路和电流采样电路，电源模块与显示模块、单片机ATmega128、键盘、模数转换芯片MAX197和接触器控制电路模块连接并对其提供电能，电压采样电路和电流采样电路分别与自耦补偿电压电路进行电气连接后，再分别通过模数转换芯片MAX197与单片机ATmega128进行电气连接，接触器控制电路模块设置多组接触器控制电路，单片机ATmega128通过接触器控制电路分别与各接触器进行控制和电连接，键盘由单片机ATmega128直接驱动，显示模块采用串行方式控制液晶显示。

由附图2所示，自耦补偿电压电路包括多抽头调压器TA、TB和TC、过渡电阻控制接触器KMR1、KMR2和KMR3、封零接触器KM41、KM42和KM43、调压接触器KM11、KM12、KM13、KM21、KM22、KM23、KM31、KM32、KM33、KM01、KM02和KM03、转换接触器KT11、KT12、KT13、KT21、KT22和KT23、电阻R01、R02和R03；相线LA、LB和LC分别接多抽头调压器TA、TB和TC初级线圈的一端，多抽头调压器TA、TB和TC初级线圈的另一端分别接相线输出电压端UA OUT、UB OUT和UC OUT，多抽头调压器TA次级线圈的两端分别与转换接触器KT11的位置1和KT21的位置1相连接，转换接触器KT11的位置1与转换接触器KT21的位置2相连接，转换接触器KT11的位置2与转换接触器KT21的位置1相连接，转换接触器KT11的位置1和位置2之间设置封零接触器KM41，转换接触器KT11的动合触点与输出电压端UA OUT端相连，转换接触器KT21的动合触点与中线（零线）N之间设置调压接触器KM01，过渡电阻控制接触器KMR1串联电阻R01后再与调压接触器KM01并联，多抽头调压器TA次级线圈的中间抽头与中线（零线）N之间还设置有调压接触器KM11、KM21和KM31；多抽头调压器TB次级线圈的两端分别与转换接触器KT12的位置1和KT22的位置1相连接，转换接触器KT12的位置1与转换接触器KT22的位置2相连接，转换接触器KT12的位置2与转换接触器KT22的位置1相连接，转换接触器KT12的位置1和位置2之间设置封零接触器KM42，转换接触器KT12的动合触点与输出电压端UA OUT端相连，转换接触器KT22的动合触点与中线（零线）N之间设置调压接触器KM02，过渡电阻控制接触器KMR2串联电阻R02后再与调压接触器KM02并联，多抽头调压器TA次级线圈的中间抽头与中线（零线）N之间还设置有调压接触器KM12、KM22和KM32；多抽头调压器TC次级线圈的两端分别与转换接触器KT13的位置1和KT23的位置1相连接，转换接触器KT13的位置1与转换接触器KT23的位置2相连接，转换接触器KT13的位置2与转换接触器KT23的位置1相连接，转换接触器KT13的位置1和位置2之间设置封零接触器KM43，转换接触器KT13的动合触点与输出电压端UA OUT端相连，转换接触器KT23的动合触点与中线（零线）N之间设置调压接触器KM03，过渡电阻控制接触器KMR3串联电阻R03后再与调压接触器KM03并联，多抽头调压器TA次级线圈的中间抽头与中线（零线）N之间还设置有调压接触器KM13、KM23和KM33；负载连接于UA OUT输出电压端与中线（零线）N之间、输出电压端UB OUT端与中线（零线）N之间和输出电压端UC OUT端与中线（零线）N之间。

由附图3所示，接触器控制电路模块包括中间继电器SM、三极管Q1、电阻R1和R2、二极管D1、发光二极管D2和接触器线圈km；接触器包括过渡电阻控制接触器、封零接触器、调压接触器和转换接触器；电源模块的一路电源正极分别连接中间继电器SM的线圈sm、电阻R2和二极管D1的负极端，中间继电器的线圈sm另一端、二极管D1的正极端和发光二极管D2的正极端分别与三极管Q1的集电极相连接，电阻R2的另一端与发光二极管D2的负极端相连接，单片机ATmega128的控制管脚PEO与电阻R1相连接，电阻R1的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接电源地，中间继电器的动合触点SM与接触器线圈km串联后，接于交流电源中的L端和中线（零线）N端，接触器线圈的动合触点KM两端A点和B点接于自耦补偿电压电路中。

由附图4所示，电压采样电路包括输出电压端子接线盒JP3、电压互感器TVA、TVB和TVC、电阻RA1、RA2、RB1、RB2、RC1和RC2、电容CA1、CB1和CC1，输出电压端子接线盒JP3的端子1、端子2和端子3分别接相线输出电压端UA OUT、UB OUT和UC OUT，输出电压端子接线盒JP3的端子1、端子2和端子3还分别与220V/9V的电压互感器TVA的管脚1、220V/9V的TVB的管脚1和220V/9V的TVC的管脚1相连接，220V/9V的电压互感器TVA的管脚2、220V/9V的TVB的管脚2和220V/9V的TVC的管脚2相连接均与中线（零线）N相连接，220V/9V的电压互感器TVA的管脚6、220V/9V的TVB的管脚6和220V/9V的TVC的管脚6分别与电阻RA1、RB1和RC1相连接，电阻RA1、RB1和RC1的另一端分别与模数转换芯片MAX197的UA AD输入端、UB AD输入端和UC AD输入端相连接，220V/9V的电压互感器TVA的管脚5与模数转换芯片MAX197的UA AD输入端之间设置电阻RA2和电容CA1，电阻RA2和电容CA1并联，220V/9V的电压互感器TVB的管脚5与模数转换芯片MAX197的UB AD输入端之间设置电阻RB2和电容CB1，电阻RB2和电容CB1并联，220V/9V的电压互感器TVC的管脚5与模数转换芯片MAX197的UC AD输入端之间设置电阻RC2和电容CC1，电阻RC2和电容CC1并联。

由附图5所示，电流采样电路包括输出电流端子接线盒TS3、电阻R1A、R2A、R3A、R1B、R2B、R3B、R1C、R2C和R3C、电容C1A、C1B和C1C，输出电流端子接线盒TS3的端子1、端子2和端子3分别接相线输出电流端VA OUT、VB OUT和VC OUT，输出电流端子接线盒TS3的端子6和端子1之间通过电阻R1A连接，输出电流端子接线盒TS3的端子1与模数转换芯片MAX197的VA AD输入端之间通过电阻R2A连接，输出电流端子接线盒TS3的端子6与模数转换芯片MAX197的VA AD输入端之间设置电阻R3A和电容C1A，电阻R3A和电容C1A并联；输出电流端子接线盒TS3的端子6和端子1之间通过电阻R1A连接，输出电流端子接线盒TS3的端子1与模数转换芯片MAX197的VA AD输入端之间通过电阻R2A连接，输出电流端子接线盒TS3的端子6与模数转换芯片MAX197的VA AD输入端之间设置电阻R3A和电容C1A，电阻R3A和电容C1A并联；输出电流端子接线盒TS3的端子5和端子2之间通过电阻R1B连接，输出电流端子接线盒TS3的端子2与模数转换芯片的VB AD输入端之间通过电阻R2B连接，输出电流端子接线盒TS3的端子5与模数转换芯片MAX197的VB AD输入端之间设置电阻R3B和电容C1B，电阻R3B和电容C1B并联；输出电流端子接线盒TS3的端子4和端子3之间通过电阻R1C连接，输出电流端子接线盒TS3的端子3与模数转换芯片MAX197的VC AD输入端之间通过电阻R2C连接，输出电流端子接线盒TS3的端子4与模数转换芯片MAX197的VC AD输入端之间设置电阻R3C和电容C1C，电阻R3C和电容C1C并联。

系统启动时，针对LA相，接触器KM11、KM21、KM31和KM01、封零接触器KM41、过渡电阻控制接触器KMR1均处于断开状态，先进行全压启动，达到设定时间后，进入调压节电状态，输出的双极性电压采样和输出的双极性电流采样通过模数转换芯片MAX197处理后，输入到单片机ATmega128并由单片机ATmega128进行数据处理，再根据设置值逐步进行调压稳压，依次由接触器KM11、KM21、KM31和KM01对LA相输出电压进行调压，控制转换接触器KT11和KT21同在位置1时进行降压补偿调节，控制转换接触器KT11和KT21同在位置2时进行升压补偿调节，接触器KM11、KM21、KM31和KM01之间的换挡或转换接触KT11和KT21同在位置1或同在位置2的转换，均需要先将封零接触器KM41闭合，再将过渡电阻控制接触器KMR1闭合，待接触器换挡或转换接触KT11和KT21同在位置转换完成后，将封零接触器KM41断开，再将过渡电阻控制接触器KMR1断开；针对LB相，接触器KM12、KM22、KM32、KM02、封零接触器KM42、过渡电阻控制接触器KMR2均处于断开状态，先进行全压启动，达到设定时间后，进入调压节电状态，输出的双极性电压采样和输出的双极性电流采样通过模数转换芯片MAX197处理后，输入到单片机ATmega128并由单片机ATmega128进行数据处理，再根据设置值逐步进行调压稳压，依次由接触器KM12、KM22、KM32和KM02对LB相输出电压进行调压，控制转换接触器KT12和KT22同在位置1时进行降压补偿调节，控制转换接触器KT12和KT22同在位置2时进行升压补偿调节，接触器KM12、KM22、KM32和KM02之间的换挡或转换接触KT12和KT22同在位置1或同在位置2之间的转换，均需要先将封零接触器KM42闭合，再将过渡电阻控制接触器KMR2闭合，待接触器换挡或转换接触KT12和KT22同在位置转换完成后，将封零接触器KM42断开，再将过渡电阻控制接触器KMR2断开；针对LC相，接触器KM13、KM23、KM33、KM03、封零接触器KM43、过渡电阻控制接触器KMR3均处于断开状态，先进行全压启动，达到设定时间后，进入调压节电状态，输出的双极性电压采样和输出的双极性电流采样通过模数转换芯片MAX197处理后，输入到单片机ATmega128并由单片机ATmega128进行数据处理，再根据设置值逐步进行调压稳压，依次由接触器KM13、KM23、KM33和KM03对LC相输出电压进行调压，控制转换接触器KT13和KT23同在位置1时进行降压补偿调节，控制转换接触器KT13和KT23同在位置2时进行升压补偿调节，接触器KM13、KM23、KM33和KM03之间的换挡或转换接触KT13和KT23同在位置1或同在位置2的转换，均需要先将封零接触器KM43闭合，再将过渡电阻控制接触器KMR3闭合，待接触器换挡或转换接触KT13和KT23同在位置转换完成后，将封零接触器KM43断开，再将过渡电阻控制接触器KMR3断开。

单片机ATmega128对接触器的控制是这样实现的：单片机ATmega128输出管脚PEO为高电平时，三极管Q1导通，信号放大，中间继电器线圈sm随着通电，使中间继电器的动合触点SM闭合，以使接触器的线圈km通电，接触器的动合触点KM闭合，从而通过控制中间继电器来控制自耦补偿电压电路的接触器通断。 

以上所述，实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明技术的精神的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种智能控制自动一体化节电系统，其特征是：所述的一种智能控制自动一体化节电系统包括单片机、键盘、显示模块、电源模块、模数转换芯片、接触器控制电路模块、自耦补偿电压电路、电压采样电路和电流采样电路，电源模块与显示模块、单片机、键盘、模数转换芯片和接触器控制电路模块连接并对其提供电能，电压采样电路和电流采样电路分别与自耦补偿电压电路进行电气连接后，再分别通过模数转换芯片与单片机进行电气连接，接触器控制电路模块设置多组接触器控制电路，单片机通过接触器控制电路分别与各接触器进行控制和电连接，键盘由单片机直接驱动，显示模块采用串行方式控制液晶显示。

2.根据权利要求1所述的一种智能控制自动一体化节电系统，其特征是：所述的接触器控制电路模块包括中间继电器SM、三极管Q1、电阻R1和R2、二极管D1、发光二极管D2和接触器线圈km；更进一步的，所述的接触器包括过渡电阻控制接触器、封零接触器、调压接触器和转换接触器。

3.根据权利要求1所述的一种智能控制自动一体化节电系统，其特征是：所述的自耦补偿电压电路包括多抽头调压器TA、TB和TC、过渡电阻控制接触器KMR1、KMR2和KMR3、封零接触器KM41、KM42和KM43、调压接触器KM11、KM12、KM13、KM21、KM22、KM23、KM31、KM32、KM33、KM01、KM02和KM03、转换接触器KT11、KT12、KT13、KT21、KT22和KT23、电阻R01、R02和R03。

4.根据权利要求1所述的一种智能控制自动一体化节电系统，其特征是：所述的电压采样电路包括输出电压端子接线盒JP3、电压互感器TVA、TVB和TVC、电阻RA1、RA2、RB1、RB2、RC1和RC2、电容CA1、CB1和CC1。

5.根据权利要求1所述的一种智能控制自动一体化节电系统，其特征是：所述的电流采样电路包括输出电流端子接线盒TS3、电阻R1A、R2A、R3A、R1B、R2B、R3B、R1C、R2C和R3C、电容C1A、C1B和C1C。