CN106100489B - 一种节能控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种节能控制方法，包括如下步骤：设定负载切换值A，对系统供电母线供电，对变频器进行软启动，变频器输出电流驱动工作电机，节能控制器检测实时负载状态，负载检测系统检测控制器输出的负载信号值B，比较负载切换值A与负载信号值B，负载检测系统根据比较结果向变频器控制电路发出控制信号，所述变频器控制电路通过第一算法模型或第二算法模型来计算电机负载变化时最佳的电机励磁。根据本发明实施例的节能控制方法，针对变频器的算法采用了两种不同负载情况下的算法模型，降低了现有技术中对变频器的选配要求，在降低节能成本的同时提高了节能效率，能够很好地支持工业设备的运作特性，具有良好的适应性。
Description
技术领域
本发明涉及一种节能控制方法。
背景技术
随着社会的不断进步与科学技术的不断发展，人们越来越关心我们赖以生存的地球，世界上大多数国家也充分认识到了环境对我们人类发展的重要性。各国都在采取积极有效的措施改善环境，减少污染。这其中最为重要也是最为紧迫的问题就是能源问题，要从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，节能是关键的也是目前最直接有效的重要措施，通过努力，人们在节能技术的研究和产品开发上都取得了巨大的成果。
节能是指加强用能管理，采用技术上可行，经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。其中，技术上可行是指在现有技术基础上可以实现；经济上合理就是要有一个合适的投入产出比；环境可以接受是指节能还要减少对环境的污染，其指标要达到环保要求；社会可以接受是指不影响正常的生产与生活水平的提高；有效就是要降低能源的损失与浪费。
在工业节能上，主要有变频节能、补偿节能和软启节能等几种方式。
变频节能具有一定的优势，变频器可以软启动马达，通过调频调压调电流的手段，在空轻载时能在维持转速的同时减小电流，起到节能的作用，总体用在启动频繁的马达上，节能效果比较明显。变频器主要包括控制电路、运算电路、检测电路、控制信号的输入输出电路和驱动电路。一种主要的控制方式是开环控制，通过U/f控制亦即电压与频率成正比的控制方式，在改变电机电源频率的同时改变电机电源的电压，使电机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电机的频率和功率因素不下降。
变频器节能主要表现在风机、水泵等应用上，并逐渐扩展到大多数的工业设备甚至家用电器。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。一般风机水泵类负载消耗能量和转速的立方成正比，具体可以通过VarSuv节能计算器得出。一般经验数值节能比例可以达到30‐50％左右。
在工业应用上，无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。从理论上讲，变频器可以用在所有带有电动机的机械设备中，电动机在启动时，电流会比额定高5‐6倍的，不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量.系统在设计时在电机选型上会留有一定的余量，电机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必要的。变频器可实现电机软启动、补偿功率因素、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能。
然而，目前现有的节能技术和设备，还是存在进一步改进的空间，其系统或设备的复杂性、节能效率、节能成本以及对工业设备的运作特性支持和良好适应性，均存在不同程度的不足，需要进一步改进和提升。
发明内容
鉴于以上情形，为了解决上述技术存在的问题，本发明提出一种节能控制方法，包括如下步骤：设定负载切换值A，对系统供电母线供电，对变频器进行软启动，变频器输出电流驱动工作电机，节能控制器检测实时负载状态，负载检测系统检测控制器输出的负载信号值B，比较负载切换值A与负载信号值B，负载检测系统根据比较结果向变频器控制电路发出控制信号，所述变频器控制电路通过第一算法模型或第二算法模型来计算电机负载变化时最佳的电机励磁；若负载切换值A大于负载信号值B，变频器控制电路中用第二算法模型来计算电机负载变化时最佳的电机励磁，并对负载加以补偿，输出所需频率和电压的逆变电源；若负载信号值B大于负载切换值A，变频器控制电路中用第一算法模型来计算电机负载变化时最佳的电机励磁，并对负载加以补偿，输出所需频率和电压的逆变电源。
可选地，所述负载检测系统设置在节能控制器内，并作为节能控制器的组成模块通过节能控制器的连接端和负载切换系统连接。
优选地，所述变频器控制电路包括运算电路和检测电路，所述运算电路设置两个V/f算法模型，第一算法模型包括变量V1和f1，第二算法模型包括变量V2和f2。
特别地，所述变量V1的值大于变量V2的值，所述工作电机额定功率大于所述变频器额定功率。
优选地，所述变量V1的值为380V，所述变量V2的值为200V。
优选地，所述变量f1和f2的值为50HZ。
在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的节能控制方法，针对变频器的算法采用了两种不同负载情况下的算法模型，工作电机的额定功率大于变频器的额定功率，降低了现有技术中对变频器的选配要求，可以采用较小的变频器来支持较大的电机，尤其适用于间隙性工作的设备，在轻载(空载)时可以以节能模式运行，在重载(工作)时可以使工作电机全功率运行，满足设备的动力需求。在降低节能成本的同时提高了节能效率，能够很好地支持工业设备的运作特性，具有良好的适应性。
附图说明
图1示出了本发明实施例一节能控制电路的示意图
图2示出了本发明实施例一节能控制电路的控制方法步骤
图3示出了本发明实施例二节能控制方法的连接示意图
图4示出了本发明实施例二节能控制方法的控制方法步骤
图5示出了本发明实施例二节能控制方法的算法模型示意图
图6示出了本发明实施例三同步馈电节能电路的示意图
图7示出了本发明实施例三同步馈电节能电路的控制方法步骤
图8示出了本发明实施例四接触器节能电路的示意图
图9示出了本发明实施例四接触器节能电路的控制方法步骤
图10示出了本发明实施例五可控硅节能电路的示意图
图11示出了本发明实施例五可控硅节能电路的控制方法步骤
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的各个优选的实施方式进行描述。提供以下参照附图的描述，以帮助对由权利要求及其等价物所限定的本发明的示例实施方式的理解。其包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的。因此，本领域技术人员将认识到，可对这里描述的实施方式进行各种改变和修改，而不脱离本发明的范围和精神。而且，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。
如图1所示，作为本发明的实施例一，一种节能控制电路，具有轻载运行回路1和重载运行回路2，所述轻载运行回路1包括变频器VVVF和节能控制器11，所述重载运行回路2与所述轻载运行回路1并行连接，并共同串接于系统供电母线L1/L2/L3与工作电机M之间，所述节能控制器11与变频器VVVF连接，在所述轻载运行回路1和重载运行回路2与电路母线L1/L2/L3之间设置负载切换系统3，所述节能控制器11与负载切换系统3连接。在系统供电母线L1/L2/L3与负载切换系统3之间设有空气开关QS和总开关KM，在变频器VVVF和工作电机M之间设有控制开关KM1。
在根据本发明实施例一的节能控制电路中，还包括负载检测系统4，所述负载检测系统4分别与节能控制器11和负载切换系统3连接。
尤其重要的是，所述工作电机M的额定功率大于所述变频器VVVF的额定功率，降低了对变频器的选配要求，可以采用较小的变频器来支持较大的电机，满足设备运行需求的同时，节省了设备成本。
如图2所示，根据本发明实施例一的节能控制电路，步骤S1在节能控制器11中预先设定负载切换值A，步骤S2再对系统供电母线L1/L2/L3供电，接通轻载运行回路1，接着在步骤S3对变频器VVVF进行软启动，步骤S4中变频器VVVF输出电流驱动工作电机M。在设备运行过程中，根据设备不同工作模式的要求和实时负载情况，负载切换系统3根据节能控制器11的指令在轻载运行回路1和重载运行回路2之间切换，分别由轻载运行回路1或重载运行回路2驱动工作电机M。
根据本发明实施例一的节能控制电路中，所述的负载切换系统3根据节能控制器11的指令在轻载运行回路1和重载运行回路2之间进行切换的方法包括：在步骤S5中节能控制器11检测实时负载状态，步骤S6负载检测系统4检测节能控制器11输出的负载信号值B，接着在步骤S7比较负载切换值A与负载信号值B，根据步骤S7的比较结构，若负载信号值B大于负载切换值A，则在步骤S8中启动负载切换系统3，此时系统执行步骤S9，断开轻载运行回路1，并接通重载运行回路2。
在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例一的节能控制电路，采用了两种不同负载情况下的运行回路，工作电机的额定功率大于变频器的额定功率，降低了现有技术中对变频器的选配要求，可以采用较小的变频器来支持较大的电机，尤其适用于间隙性工作的设备，在轻载(空载)时可以以节能模式运行，在重载(工作)时可以使工作电机全功率运行，满足设备的动力需求。在降低节能成本的同时提高了节能效率，能够很好地支持工业设备的运作特性，具有良好的适应性。
图3所示为本发明实施例二的一种节能控制方法的连接示意图，如图所示，系统供电母线L1/L2/L3经过空气开关QS和总开关KM与变频器VVVF连接，变频器VVVF经过切换开关KM1与工作电机M连接，同时设置节能控制器11和负载检测系统4，节能控制器11和负载检测系统4相互连接并分别与变频器VVVF连接。
如图4所示，作为本发明实施例二的一种节能控制方法，包括如下步骤：步骤S1，在节能控制器11中设定负载切换值A，用于在预先设定的功率负载情况下进行系统切换以实现节能；步骤S2对系统供电母线L1/L2/L3供电，步骤S3对变频器VVVF进行软启动，步骤S4变频器VVVF输出电流驱动工作电机M。在步骤S5中，节能控制器11检测实时负载状态，接着进行步骤S6，负载检测系统4检测节能控制器11输出的负载信号值B，步骤S7中节能控制器11比较负载切换值A与负载信号值B，负载检测系统4根据比较结果向变频器VVVF的控制电路发出控制信号，所述变频器VVVF的控制电路通过第一算法模型或第二算法模型来计算电机负载变化时最佳的电机励磁；若负载切换值A大于负载信号值B，在步骤S8’中，变频器VVVF的控制电路中用第二算法模型来计算电机负载变化时最佳的电机励磁，对负载加以补偿，并执行步骤S9’，输出所需较低电压和频率的逆变电源以驱动工作电机M；若负载信号值B大于负载切换值A，则执行步骤S8，变频器VVVF的控制电路中用第一算法模型来计算电机负载变化时最佳的电机励磁，并对负载加以补偿，然后执行步骤S9，输出所需较高电压和频率的逆变电源以驱动工作电机M。
所述变频器控制VVVF的电路包括运算电路和检测电路，如图5所示，所述运算电路设置有两个V/f算法模型，第一算法模型包括变量V1和f1，第二算法模型包括变量V2和f2。所述变量V1的值大于变量V2的值，所述工作电机M额定功率大于所述变频器VVVF的额定功率。
作为本发明实施例二的节能控制方法，所述变量V1的值为380V，所述变量V2的值为200V。
作为本发明实施例二的节能控制方法，所述变量f1和f2的值为50HZ。
在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例二的节能控制方法，针对变频器的算法采用了两种不同负载情况下的算法模型，工作电机的额定功率大于变频器的额定功率，降低了现有技术中对变频器的选配要求，可以采用较小的变频器来支持较大的电机，尤其适用于间隙性工作的设备，在轻载(空载)时可以以节能模式运行，在重载(工作)时可以使工作电机全功率运行，满足设备的动力需求。在降低节能成本的同时提高了节能效率，能够很好地支持工业设备的运作特性，具有良好的适应性。
如图6所示，作为本发明实施例三的一种同步馈电节能电路，所述电路包括变频器VVVF和工作电机M，系统供电母线L1/L2/L3经过空气开关QS和总开关KM与变频器VVVF连接，变频器VVVF经过切换开关KM1与工作电机M连接，同时设置节能控制器11和外部切换端子XT，所述节能控制器11分别与外部切换端子XT和变频器VVVF连接。所述外部切换端子XT的第一连接端设置在变频器VVVF和系统供电母线L1/L2/L3之间，所述外部切换端子XT的第二连接端设置在切换开关KM1和工作电机M之间。
如图7所示，本同步馈电节能电路运行时，首先执行步骤S1在节能控制器11中设定负载切换值A，随后步骤S2对系统供电母线L1/L2/L3供电，接通电路，步骤S3对变频器VVVF进行软启动，并执行步骤S4，变频器VVVF输出电流驱动工作电机M；在运行过程中，执行步骤S5，节能控制器11检测实时负载状态，以及步骤S6，设置在节能控制器11中的负载检测系统检测节能控制器11输出的负载信号值B；在步骤S7中，节能控制器11比较负载切换值A与负载信号值B；若步骤S8’发现负载切换值A大于负载信号值B，则执行步骤S9’，保持变频器VVVF驱动；若步骤S8发现负载信号值B大于负载切换值A，则启动外部切换端子XT，执行步骤S9，通过同步馈电直接由三相电源给工作电机M供电。
进一步地，所述外部切换端子XT启动时，切换所述变频器的电流为零。
更进一步地，所述通过同步馈电直接由三相电源给工作电机M供电时的电流相位与变频器VVVF驱动时的电流相位相同。
根据本发明提出的同步馈电节能电路，所述工作电机M额定功率大于所述变频器VVVF额定功率。
在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例三的同步馈电节能电路，通过设置外部切换端子XT，工作电机所需的电流可以由变频器提供，也可以通过同步馈电直接由三相电源提供，工作电机的额定功率大于变频器的额定功率，降低了现有技术中对变频器的选配要求，可以采用较小的变频器来支持较大的电机，尤其适用于间隙性工作的设备，在轻载(空载)时可以以节能模式运行，在重载(工作)时可以使工作电机全功率运行，满足设备的动力需求。在降低节能成本的同时提高了节能效率，能够很好地支持工业设备的运作特性，具有良好的适应性。
图8所示为根据本发明内容的实施例四的一种接触器节能电路，所述电路包括变频器VVVF和工作电机M,系统供电母线L1/L2/L3经过空气开关QS和总开关KM与变频器VVVF连接，变频器VVVF与工作电机M连接。还包括设置在变频器VVVF和工作电机M之间的接触器KM1，以及与变频器VVVF并联的接触器KM2，所述KM2的第一连接端设置在变频器VVVF和系统供电母线L1/L2/L3之间，所述KM2的第二连接端设置在接触器KM1和工作电机M之间；还包括节能控制器11，所述节能控制器11分别与变频器VVVF、接触器KM1和KM2连接。
如图9所示，根据本发明实施例四的接触器节能电路，运行时首先执行步骤S1在节能控制器11中设定负载切换值A，然后步骤S2对系统供电母线L1/L2/L3供电，接通电路，步骤S3对变频器VVVF进行软启动，接着在步骤S4中变频器VVVF输出电流驱动工作电机M；同时，在步骤S5中节能控制器11检测实时负载状态，并执行步骤S6，设置在节能控制器11中的负载检测系统检测节能控制器11输出的负载信号值B；在步骤S7中，节能控制器11比较负载切换值A与负载信号值B；若负载切换值A大于负载信号值B，执行步骤S8’，保持接触器KM1闭合，步骤S9’中通过变频器VVVF驱动工作电机M；若负载信号值B大于负载切换值A，执行步骤S8，接触器KM1断开，接触器KM2闭合，步骤S9中三相电源与工作电机M直接连接并驱动工作电机M。
根据本发明的接触器节能电路，所述工作电机M额定功率大于所述变频器VVVF的额定功率。
在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例四的接触器节能电路，通过设置在变频器和工作电机之间的接触器KM1，以及与变频器并联的接触器KM2，工作电机所需的电流可以由变频器提供，也可以通过与变频器并联的接触器KM2提供，工作电机的额定功率大于变频器的额定功率，降低了现有技术中对变频器的选配要求，可以采用较小的变频器来支持较大的电机，尤其适用于间隙性工作的设备，在轻载(空载)时可以以节能模式运行，在重载(工作)时可以使工作电机全功率运行，满足设备的动力需求。在降低节能成本的同时提高了节能效率，能够很好地支持工业设备的运作特性，具有良好的适应性。
图10所示为本发明的实施例五，一种可控硅节能电路，所述电路包括变频器VVVF和工作电机M，系统供电母线L经过空气开关QS和总开关KM与变频器VVVF连接，变频器VVVF与工作电机M连接。还包括设置在变频器VVVF和工作电机M之间的接触器KM1，以及与变频器VVVF并联的可控硅整流元件KS，所述可控硅整流元件KS的第一连接端设置在变频器VVVF和系统供电母线L之间，所述可控硅整流元件KS的第二连接端设置在接触器KM1和工作电机M之间；还包括节能控制器11，所述可控硅整流元件KS的控制端G与节能控制器11连接，所述节能控制器11还分别与接触器KM1和变频器VVVF连接。
如图11所示，根据本发明的可控硅节能电路，运行时首先执行步骤S1，在节能控制器11中设定负载切换值A，然后步骤S2对系统供电母线L供电，接通电路，步骤S3对变频器VVVF进行软启动，步骤S4变频器VVVF输出电流驱动工作电机M；同时在步骤S5中，节能控制器11检测实时负载状态，步骤S6时设置在节能控制器11中的负载检测系统检测节能控制器11输出的负载信号值B；接着执行步骤S7，节能控制器11比较负载切换值A与负载信号值B；若负载切换值A大于负载信号值B，执行步骤S8’，保持接触器KM1闭合，接着执行步骤S9’，变频器VVVF驱动工作电机M；若负载信号值B大于负载切换值A，执行步骤S8，接触器KM1断开，可控硅整流元件KS导通，接着执行步骤S9，三相电源与工作电机M直接连接并驱动工作电机M。
根据本发明的可控硅节能电路，优选地，所述的可控硅整流元件KS为双向可控硅整流元件。
根据本发明的可控硅节能电路，所述工作电机M额定功率大于所述变频器VVVF的额定功率。
在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例五的可控硅节能电路，通过设置与变频器并联的可控硅整流元件，工作电机所需的电流可以由变频器提供，也可以通过与变频器并联的可控硅整流元件提供，工作电机的额定功率大于变频器的额定功率，降低了现有技术中对变频器的选配要求，可以采用较小的变频器来支持较大的电机，尤其适用于间隙性工作的设备，在轻载(空载)时可以以节能模式运行，在重载(工作)时可以使工作电机全功率运行，满足设备的动力需求。在降低节能成本的同时提高了节能效率，能够很好地支持工业设备的运作特性，具有良好的适应性。
以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可实施。当然，以上所列的情况仅为示例，本发明并不仅限于此。本领域的技术人员应该理解，根据本发明技术方案的其他变形或简化，都可以适当地应用于本发明，并且应该包括在本发明的范围内。
Claims (5)
1.一种节能控制方法，包括如下步骤：设定负载切换值A，对系统供电母线供电，对变频器进行软启动，变频器输出电流驱动工作电机，节能控制器检测实时负载状态，负载检测系统检测控制器输出的负载信号值B，比较负载切换值A与负载信号值B，负载检测系统根据比较结果向变频器控制电路发出控制信号，所述变频器控制电路通过第一算法模型或第二算法模型来计算电机负载变化时最佳的电机励磁；若负载切换值A大于负载信号值B，变频器控制电路中用第二算法模型来计算电机负载变化时最佳的电机励磁，并对负载加以补偿，输出所需频率和电压的逆变电源；若负载信号值B大于负载切换值A，变频器控制电路中用第一算法模型来计算电机负载变化时最佳的电机励磁，并对负载加以补偿，输出所需频率和电压的逆变电源；所述变频器控制电路包括运算电路和检测电路，所述运算电路设置两个V/f算法模型，第一算法模型包括变量V1和f1，第二算法模型包括变量V2和f2；所述工作电机额定功率大于所述变频器额定功率，所述变量V1的值为380V，所述变量f1为50HZ。
2.根据权利要求1所述的一种节能控制方法，其特征在于，所述负载检测系统设置在节能控制器内，并作为节能控制器的组成模块通过节能控制器的连接端和负载切换系统连接。
3.根据权利要求1所述的一种节能控制方法，其特征在于，所述变量V1的值大于变量V2的值。
4.根据权利要求1所述的一种节能控制方法，其特征在于，所述变量V2的值为200V。
5.根据权利要求1所述的一种节能控制方法，其特征在于，所述f2的值为50HZ。
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