CN105914749A - 智能限荷控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能限荷控制器，包括：处理器；控制负载继电器，与所述处理器连接；温度检测器，与所述处理器连接；相位检测器，与所述处理器连接；电流检测器，与所述处理器连接；电压检测器，与所述处理器连接；电源，与所述处理器连接。本发明可以很好解决市面上的恶性负载识别器功能简单和易于破解的不足，减少管理者的工作量，有效的防止用电安全事故发生。

Description

智能限荷控制器

技术领域

本发明属于安全用电的保护装置领域，具体地说，涉及一种智能限荷控制器。

背景技术

目前市面现有的负载识别器有两种类型，一种非常简单，基于电流检测，即超过某一电流值则断电，如该负载识别器工作在市电220V电压下，限电电流10A，那么简单认为：P＝UI＝220V×10A＝2200W＝2.2KW，公式：功率＝电压×电流，即如果某用电器的功率超过2.2千瓦，那么就会立刻断电。这种负载识别器只是简单的识别电流，没有判断负载类型，更没有根据功率因数的影响来计算功率，几乎没有控制可言，只是简单粗暴的控制输出功率而已。如果该负载识别器设置的限电电流过小，某些可以使用的大功率用电器如洗衣机、油烟机等则无法使用，如果设置的限电电流过大，则一些恶性电阻性负载使用还无法判断；另一种是根据电压和电流检测判断负载的功率和功率因数的负载识别器，这类负载识别器能够做到识别负载类型，通过检测判断增加的那部分负载功率和功率因数来判断负载类型，因为根据电路基本知识，电阻性负载通过交流电，功率因数为1，而纯电感和纯电容性负载通过交流电，功率因数为0，目前的用电器都不是纯粹的电感性负载还是电容性负载，都是混合型负载，如热吹风机，它内部有加热丝，所述电热丝为纯电阻性负载，还有电动机，所述电动机为电感性负载+电阻性负载，，所以它工作时，电阻性负载消耗的功率很大，可以忽略电动机消耗功率，那么它的功率因数会很高，不会等于1但是也会在0.9以上，所以这种负载识别器就是根据这个原理来检测负载类型来控制断电的。

但是以上的负载识别器有明显的不足，如易于破解，无法设置白名单，比如增加可控整流和可控调压则可以很大程度降低功率因数，骗过负载识别器；某些白名单中的电阻性负载如饮水机、电烙铁无法使用；没有可视化界面与人机交互界面等。

随着学校、企事业单位、家庭、酒店的用电器种类增多和普及，用电安全隐患和浪费成为目前管理者急需解决的问题，特别是大功率电阻性负载在使用过程中会将电能转换成热能释放出来，如劣质电热水壶、电热毯极容易引发火灾，带来巨大的安全隐患，而某些可以使用的电阻性负载如公共饮水机、实验室用的电烙铁等又是允许使用的。如何实现智能判断用电器负载类型、自动控制断电还是供电等问题就需要解决。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是现有限荷控制器无法判断负载类型的问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种智能限荷控制器，包括：

处理器；

控制负载继电器，与所述处理器连接；

温度检测器，与所述处理器连接；

相位检测器，与所述处理器连接；

电流检测器，与所述处理器连接；

电压检测器，与所述处理器连接；

电源，与所述处理器连接。

进一步的，所述相位检测电路包括乘法器，与所述乘法器连接的第一电阻，以及与所述第一电阻连接的第二电阻。

进一步的，还包括按键，与所述处理器连接。

进一步的，还包括液晶显示器，与所述处理器连接。

进一步的，还包括R232通信接口，与所述处理器连接。

进一步的，还包括时钟电路，与所述处理器连接。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

本发明提出了一种智能化解决方案，可以很好解决市面上的恶性负载识别器功能简单和易于破解的不足，减少管理者的工作量，有效的防止用电安全事故发生。

即本发明可以防止破解，采用较为先进的微控制器和高精度模拟数字转换器对电网的电流、电压、相位差的瞬时值进行监测，即使用户恶意降低功率因数，也会通过瞬时值侦测出来；增加学习功能，即允许白名单中的电阻性负载使用，通过学习记录该用电器的一些基本参数，能够允许这些用电器正常工作。增加可视化的液晶显示界面，通过按键或者计算机通信来控制和升级。

当然，实施本发明的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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所示为本发明实施例智能限荷控制器的模块图；

图2所示为本发明智能限荷控制器的相位检测电路的电路图；

图3所示为本发明智能限荷控制器的接线方式。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明提供的一种智能限荷控制器，如图1所示，包括：处理器1；控制负载继电器2，与所述处理器1连接；温度检测器3，与所述处理器1连接；相位检测电路4，与所述处理器1连接；电流检测器5，与所述处理器1连接；电压检测器6，与所述处理器1连接；电源7，与所述处理器1连接；按键8，与所述处理器1连接；液晶显示器9，与所述处理器1连接；R232通信接口10，与所述处理器1连接；时钟电路11，与所述处理器1连接。

本实施例中，所述处理器1主要采用目前较为先进、高效的32位微控制器，利用高速高精度A/D转换器采集电流和电压的瞬时值，通过专用相位检测芯片来测量相位差。将采集的数据通过微控制器内部运行的算法来分析用电器的负载类型。

为了防止破解，不仅要对电流和电压的瞬时值进行监测，还要对二者的相位进行分析，这是因为电阻性负载电流和电压的相位差是0，而纯电感性负载电流和电压的相位差是90°，纯电容性负载电压和电流的相位差是90°。

本实施例中，如图2所示，所述相位检测电路5包括乘法器U1，与所述乘法器U1连接的第一电阻R1，以及与所述第一电阻R1连接的第二电阻R2，所述第一电阻R1电阻值为2kΩ，所述第二电阻R2电阻值为20Ω；所述相位检测电路5利用芯片AD835四象限模拟放大器构成的乘法器U1来检测瞬时相位差，其中芯片AD835的7脚接电流信号输入，1脚接电压信号输入，通过第一电阻R1和第二电阻R2两个电阻调节增益后由5脚输出信号，这个信号需要通过低通滤波器后送入微控制器，即可根据电流和电压信号通过积化和差公式展开求出相位差，通过微控制器检测输出信号就可得出瞬时相位差：

由积化和差公式得：

而上式的直流分量为：

通过反三角函数求得相位差为：

微控制器通过对瞬时相位差的记录和分析，可以判断出用户是否恶意降低功率因数使用违规电器，这是市售的限荷控制器所不具备的功能。

本发明的另一个创新点是学习功能，在识别白名单中的电阻性负载过程中，不仅要对该负载的启动瞬间的瞬时值进行记录，还要对该负载的启动时间、周期进行记录分析，然后保存到控制器内，这样一来，该类型负载都会在误差范围内被识别然后允许继续工作。用户可以通过液晶显示屏对当前时刻的电流电压及功率等参数进行查看，也可以通过串行电缆连接到计算机中进行查看。

具体实施步骤如下：

步骤A：将单相交流电按图3接入本发明智能限荷控制器左上角电源输入接线端子中，接在电源总开关和漏电保护开关之后，然后将接线端子的“OUT-L”接入用户负载的火线中，将接线端子的“OUT-L”接入用户负载的零线中，接好地线后，智能限荷控制器即可工作。

步骤B:通过按键可以设置参数，设置最小识别功率，默认为30瓦，最大限制功率范围是1000瓦至3000瓦可调，默认1500瓦。设置断电恢复时间，默认30秒。所示参数均显示在液晶显示屏中。

步骤C：预设白名单中的负载，通过按键选择预设负载，然后启动用电器，智能限荷控制器则会记录启动瞬间的电流、电压、相位差等参数，并跟踪记录一段时间后统计出该类负载的工作特点，在预设的误差范围内都会允许该类负载正常运行。

步骤D：通过串行通信电路连接到智能限荷控制器的RS232串行9芯插口上，另一端连接到计算机的USB口或RS232串行接口中，通过专用的通信软件查看当前的用户用电参数，也可以通过这种方式对智能限荷控制器进行升级操作。

实际测试：本智能限荷控制器按图3接入吉林化工学院实训综合楼310室自动化实验室的总开关后，按步骤B设置最大功率为1500瓦。

测试一：用户首先接入型号为扬天T4980d的计算机1台，平均功率为300瓦，智能限荷控制器的液晶屏显示当前电流和电压瞬时值，因计算机运行不同程序造成的功率变化，瞬时功率在200-350瓦波动。然后接入加热功率300瓦的饮水机，并启动加热，智能限荷控制器立刻切断负载输出。按步骤C设置饮水机为白名单，启动加热后负载输出正常，瞬时功率显示为500-650瓦波动。当接入功率为150瓦的电热毯后，智能限荷控制器立刻切断负载输出，延时30秒后恢复供电后又立刻切断负载输出，直到撤除电热毯后负载输出正常。

测试二：将电热毯接在由双向可控硅构成的单相调压控制电路中，设置触发角为45°，通过公式得出，其中α为触发角即功率因数降低至0.8左右，接入智能限荷控制器负载中，智能限荷控制器立刻切断负载。

测试三：将功率为1800瓦的电水壶接入智能限荷控制器负载中，智能限荷控制器立刻切断负载。

通过以上三次测试，证明智能限荷控制器能够识别瞬时功率超过设定值的负载使用；能够判断出用户恶意降低功率因数使用纯电阻性负载；能够允许白名单的负载使用。

本发明提出了一种智能化解决方案，可以很好解决市面上的恶性负载识别器功能简单和易于破解的不足，减少管理者的工作量，有效的防止用电安全事故发生。

即本发明可以防止破解，采用较为先进的微控制器和高精度模拟数字转换器对电网的电流、电压、相位差的瞬时值进行监测，即使用户恶意降低功率因数，也会通过瞬时值侦测出来；增加学习功能，即允许白名单中的电阻性负载使用，电阻性负载包括饮水机、电烙铁、普通热水器、打印机等；通过学习记录该用电器的一些基本参数，能够允许这些用电器正常工作。增加可视化的液晶显示界面，通过按键或者计算机通信来控制和升级。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能限荷控制器，其特征在于，包括：

处理器；

控制负载继电器，与所述处理器连接；

温度检测器，与所述处理器连接；

相位检测电路，与所述处理器连接；

电流检测器，与所述处理器连接；

电压检测器，与所述处理器连接；

电源，与所述处理器连接。

2.如权利要求1所述的智能限荷控制器，其特征在于，所述相位检测电路包括乘法器，与所述乘法器连接的第一电阻，以及与所述第一电阻连接的第二电阻。

3.如权利要求2所述的智能限荷控制器，其特征在于，还包括按键，与所述处理器连接。

4.如权利要求3所述的智能限荷控制器，其特征在于，还包括液晶显示器，与所述处理器连接。

5.如权利要求4所述的智能限荷控制器，其特征在于，还包括R232通信接口，与所述处理器连接。

6.如权利要求5所述的智能限荷控制器，其特征在于，还包括时钟电路，与所述处理器连接。