CN107294064A - 一种提高电动机安全节能性能的管控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高电动机安全节能性能的管控系统，包括：主控模块、电动机参数采集模块、电动机负荷参数采集模块、负载率调整模块、安全保护模块、电源模块、存储模块、显示报警模块。本发明的提高电动机安全节能性能的管控系统通过实时监测电动机转子的位置以及负载情况合理控制输入电压和电流，能够大幅提高电动机的功率因数，节约能源；另一方面添加的安全保护模块能有效避免设备误开机对人员的安全威胁，显著提高了设备安全可靠性，整个系统管控准确灵敏效率高、控制智能灵活耗能少，具有较高的使用价值和较广泛的应用前景。

Description

一种提高电动机安全节能性能的管控系统

技术领域

本发明涉及电力设备控制技术领域，具体涉及一种提高电动机安全节能性能的管控系统。

背景技术

电机是国民生产的主要原动力，每年消耗的电能占全国总发电量的65％至70％。电机一般有同步电机和异步电机两种。同步电机的转子与定子均通电，因此具有相同的功率，使转子与定子同步转动。同步电机的功率因数一般较异步电机高，但这种电机的扭矩较小，在启动时不能带动较大的负载，而在启动时能够带动的负载在达到稳定转动后又会由于负载过小而导致功率因数交低。

而异步电机的定、转子之间没有电的直接联系，转子的能量是由定子磁场感应产生的，它是按照导体切割磁场产生感应电动势和载流导体在磁场中受到电磁力的作用这两条原理工作的，因此异步电机具有较大的启动扭矩，能够带动较大的负载。但异步电动机的转速不等于同步转速，两个转速不能同步，并且电机转速比同步转速小，同步转速和电机转速之差与同步转速的比值为电机的转差率，由于转子绕组的电阻和电抗基本不变，转子电流和转子电路的功率因数都是随转差率下降而下降，转差率逐渐变大，功率因数才逐步上升，当负载超过额定值很多时，转差率过大，电磁转矩下降直至堵转。在实际应用中，考虑起动等因素与机械设备配套使用时，通常选在电机额定负载50—80％，留有一定冗余量，而设备在实际工作中根本达不到设计功率，比如抽油机、球磨机等，电机长期轻载运行，导致电机的功率因数进一步降低。

另一方面，常因机器故障或机器检修而需要控制电动机器停止运行，通常情况下采用中控设备控制电动机器停机或者启动。但是，停机后，当维修人员在清理、检修电动机器的过程中，由于沟通错误或中控室人员的误操作等问题，极易导致在维修人员未离开维修设备的情况下，中控人员误开机，而使维修人员受到伤害。

因此需要提供一种电机的控制系统来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种提高电动机安全节能性能的管控系统，该管控系统通过实时监测电动机转子的位置以及负载情况合理控制输入电压和电流，能够大幅提高电动机的功率因数，节约能源；另一方面添加的安全保护模块能有效避免设备误开机对人员的安全威胁，显著提高了设备安全可靠性，整个系统管控准确灵敏效率高、控制智能灵活耗能少，具有较高的使用价值和较广泛的应用前景。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明提供了一种提高电动机安全节能性能的管控系统，包括：

主控模块、电动机参数采集模块、电动机负荷参数采集模块、负载率调整模块、安全保护模块、电源模块、存储模块、显示报警模块；

所述主控模块用于处理电动机参数采集模块、电动机负荷参数采集模块采集到的数据，经过分析处理后，对负载率调整模块、安全保护模块、存储模块、显示报警模块发出相应的指令信号；

所述电动机参数采集模块包括电流采集模块、电压采集模块、电动机转子位置采集模块和温度传感器；所述电动机参数采集模块用于采集电动机的电压、电流、电动机转子位置信息、温度参数数据送入主控模块进行数据处理或者送入存储模块进行存储；

所述电动机负荷参数采集模块包括电动机转速采集模块、电动机扭力采集模块；所述负荷数据采集模块用于采集电电动机的转速以及扭力数据，送入主控模块进行数据处理得到负载消耗功率，向负载率调整模块发出指令信号，得到最佳电动机输入电压和电流；

所述负载率调整模块包括变压器模块和电流变送器模块；所述负载率调整模块根据主控模块发出的指令信号，改变供给转子的电流以及电压，进而增大转子的负载率；

所述安全保护模块包括用电保护模块和制动模块；所述用电保护模块用于根据主控模块发出的指令或者负载数据发生异常超过阈值时，及时断开系统的电流输出或者输入；所述制动模块包括制动控制模块和制动器检测模块，所述制动控制模块与所述制动器检测模块连接，根据所述制动器检测模块所测得的信号判断电动机工作状态对电动机提供制动保护；所述安全保护模块达到了保护电动机不受损害以及防止人身安全事故的发生；

所述电源模块包括市电模块、交直流变换电路、蓄电池模块、充放电保护模块、变压器模块、稳压稳流模块；所述电源模块用于向电动机参数采集模块、电动机负荷参数采集模块、负载率调整模块、安全保护模块、存储模块、显示报警模块提供所需要的稳压市电或直流电

所述存储模块用来存储电动机参数采集模块、电动机负荷参数采集模块采集到的数据以及预先设置的控制程序或信息，以供主控模块调用；

所述显示报警模块用来实时显示电动机参数采集模块、电动机负荷参数采集模块采集到的数据信息，当数据超过阈值时，可以根据情况分为不同的危险等级，并发出相应报警信号。

优选地，所述主控模块为DSP、FPGA、ARM微处理器中的一种。

优选地，所述电动机转子位置采集模块为霍尔位置传感器。

优选地，所述主控模块接收所述霍尔位置传感器感测的信号，并根据该信号估算转子电角度，根据角度大小向负载率调整模块发出相应控制信号。

优选地，所述电动机安全节能性能的管控系统还包括接线转换模块；所述接线转换模块用于接收主控模块发出的控制信号将电动机的转子与电源进行断开或接通，断开时，电动机的转子不通电，这时电机相当于异步电动机；闭合时电动机的转子与电源形成闭合回路，电动机的转子通电，此时电动机相当于同步电动机。

优选地，所述存储模块包括随机存储器模块、SD卡模块、USB接口模块，所述随机存储器模块用于与主控模块的配合使用以增加内存和数据处理的速度，所述SD卡模块用于长时间存储采集的各种数据，所述USB接口模块方便导出复制数据。

优选地，所述显示报警模块包括电子显示屏、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器。

优选地，所述显示报警模块中的电子显示屏可根据工作环境的光照度自动调节亮度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明的一种提高电动机安全节能性能的管控系统的控制器模块采用了SOC微处理器、FPGA、ARM中的一种微处理器，其功耗较小、可靠性性较高、编程简单、效率较高、价格较低、数据处理速度较快，能够有效提高管控系统的灵敏度和可靠性，降低的能耗，节约了资源。

（2）本发明的一种提高电动机安全节能性能的管控系统通过电动机参数采集模块、电动机负荷参数采集模块，同时采集电流、电压以及转子位置信息，进而得到转子的电角度信息，负载率调整模块能够通过这些信息对转子的电流以及电压进行调整，增大转子的负载率，进而提高电机的功率因数。

（3）本发明的一种提高电动机安全节能性能的管控系统的安全保护模块，包括用电保护模块和制动模块，能够有效避免设备误开机对维修人员的安全威胁，显著提高了设备安全可靠性，同时能够在负载发生异常或者人为需要时及时自动断开电流输出，最大程度的保护了人身财产安全。

（4）本发明的一种提高电动机安全节能性能的管控系统中设置的负荷数据采集模块包括电动机转速采集模块、电动机扭力采集模块，能够及时实时有效的采集到负荷所需功率大小，及时反馈给控制器模块，用以通过负载率调整模块控制电动机输入电压和电流的大小。

（5）本发明的一种提高电动机安全节能性能的管控系统采用的显示报警模块包括电子显示屏、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器，能够使工作人员直观的掌握到电动机的相关参数，报警系统能够及时有效的引起人们的注意，并能根据危险等级进行语音播报和鸣笛警报，大大提高了整个系统的功能和效率。

（6）本发明的一种提高电动机安全节能性能的管控系统中的接线转换模块，能使转子自身不通电，只有定子通电。这时电机相当于异步电机，转子感应定子的磁场并在闭合回路中产生感应电流，进而使转子带动负载转动。在电机的启动阶段电流通常是额定电流的几倍，而当负载开始转动后电流会快速下降。当电流恢复到电机的额定电流范围之内后再将转子与电源形成闭合回路。此时电机相当于同步电机，但其所带动的负载比普通的同步电机所能带动的负载要大，因此能够使电机的功率因数较普通的同步电机和异步电机更高。

（7）本发明的一种提高电动机安全节能性能的管控系统的电池模块包括市电模块和蓄电池模块，能够在停电或者电力异常情况下保证系统正常运行，大大提高了系统的抗风险性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的一种提高电动机安全节能性能的管控系统示意图；

图2为本发明的一种提高电动机安全节能性能的管控系统的电动机参数采集模块和电动机负荷参数采集模块的示意图；

图3为本发明的一种提高电动机安全节能性能的管控系统的电源模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示本实施例的一种提高电动机安全节能性能的管控系统，包括：

主控模块1、电动机参数采集模块2、电动机负荷参数采集模块3、负载率调整模块4、安全保护模块5、电源模块6、存储模块7、显示报警模块8；

所述主控模块1用于处理电动机参数采集模块2、电动机负荷参数采集模块3采集到的数据，经过分析处理后，对负载率调整模块4、安全保护模块5、存储模块7、显示报警模块8发出相应的指令信号；

所述电动机参数采集模块2包括电流采集模块21、电压采集模块22、电动机转子位置采集模块23和温度传感器24；所述电动机参数采集模块2用于采集电动机的电压、电流、电动机转子位置信息、温度参数数据送入主控模块1进行数据处理或者送入存储模块7进行存储；

所述电动机负荷参数采集模块3包括电动机转速采集模块31、电动机扭力采集模块32；所述负荷数据采集模块3用于采集电电动机的转速以及扭力数据，送入主控模块1进行数据处理得到负载消耗功率，向负载率调整模块发出指令信号，得到最佳电动机输入电压和电流；

所述负载率调整模块4包括变压器模块和电流变送器模块；所述负载率调整模块根据主控模块发出的指令信号，改变供给转子的电流以及电压，进而增大转子的负载率；

所述安全保护模块5包括用电保护模块和制动模块；所述用电保护模块用于根据主控模块发出的指令或者负载数据发生异常超过阈值时，及时断开系统的电流输出或者输入；所述制动模块包括制动控制模块和制动器检测模块，所述制动控制模块与所述制动器检测模块连接，根据所述制动器检测模块所测得的信号判断电动机工作状态对电动机提供制动保护；所述安全保护模块5达到了保护电动机不受损害以及防止人身安全事故的发生；

所述电源模块6包括市电模块61、交直流变换电路62、蓄电池模块63、充放电保护模块64、变压器模块65、稳压稳流模块66；所述电源模块6用于向电动机参数采集模块2、电动机负荷参数采集模块3、负载率调整模块4、安全保护模块5、存储模块7、显示报警模块8提供所需要的稳压市电或直流电

所述存储模块7用来存储电动机参数采集模块2、电动机负荷参数采集模块3采集到的数据以及预先设置的控制程序或信息，以供主控模块1调用；

所述显示报警模块8用来实时显示电动机参数采集模块2、电动机负荷参数采集模块3采集到的数据信息，当数据超过阈值时，可以根据情况分为不同的危险等级，并发出相应报警信号。

本实施例中主控模块1为ARM微处理器。

本实施例中电动机转子位置采集模块23为霍尔位置传感器。

本实施例中主控模块1接收所述霍尔位置传感器感测的信号，并根据该信号估算转子电角度，根据角度大小向负载率调整模块4发出相应控制信号。

本实施例中电动机安全节能性能的管控系统还包括接线转换模块；所述接线转换模块用于接收主控模块发出的控制信号将电动机的转子与电源进行断开或接通，断开时，电动机的转子不通电，这时电机相当于异步电动机；闭合时电动机的转子与电源形成闭合回路，电动机的转子通电，此时电动机相当于同步电动机。

本实施例中存储模块7包括随机存储器模块、SD卡模块、USB接口模块，所述随机存储器模块用于与主控模块的配合使用以增加内存和数据处理的速度，所述SD卡模块用于长时间存储采集的各种数据，所述USB接口模块方便导出复制数据。

本实施例中显示报警模块8包括电子显示屏、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器。

本实施例中显示报警模块8中的电子显示屏可根据工作环境的光照度自动调节亮度。

本发明的一种提高电动机安全节能性能的管控系统通过实时监测电动机转子的位置以及负载情况合理控制输入电压和电流，能够大幅提高电动机的功率因数，节约能源；另一方面添加的安全保护模块能有效避免设备误开机对人员的安全威胁，显著提高了设备安全可靠性，整个系统管控准确灵敏效率高、控制智能灵活耗能少，大大提高了电力设备智能水平。该系统具有开放式、模块化的特点，实用性高，具有较高的实用价值和广泛地应用前景。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种提高电动机安全节能性能的管控系统，其特征在于，包括：主控模块、电动机参数采集模块、电动机负荷参数采集模块、负载率调整模块、安全保护模块、电源模块、存储模块、显示报警模块；

所述主控模块用于处理电动机参数采集模块、电动机负荷参数采集模块采集到的数据，经过分析处理后，对负载率调整模块、安全保护模块、存储模块、显示报警模块发出相应的指令信号；

所述电动机参数采集模块包括电流采集模块、电压采集模块、电动机转子位置采集模块和温度传感器；所述电动机参数采集模块用于采集电动机的电压、电流、电动机转子位置信息、温度参数数据送入主控模块进行数据处理或者送入存储模块进行存储；

所述电动机负荷参数采集模块包括电动机转速采集模块、电动机扭力采集模块；所述负荷数据采集模块用于采集电电动机的转速以及扭力数据，送入主控模块进行数据处理得到负载消耗功率，向负载率调整模块发出指令信号，得到最佳电动机输入电压和电流；

所述负载率调整模块包括变压器模块和电流变送器模块；所述负载率调整模块根据主控模块发出的指令信号，改变供给转子的电流以及电压，进而增大转子的负载率；

所述安全保护模块包括用电保护模块和制动模块；所述用电保护模块用于根据主控模块发出的指令或者负载数据发生异常超过阈值时，及时断开系统的电流输出或者输入；所述制动模块包括制动控制模块和制动器检测模块，所述制动控制模块与所述制动器检测模块连接，根据所述制动器检测模块所测得的信号判断电动机工作状态对电动机提供制动保护；所述安全保护模块达到了保护电动机不受损害以及防止人身安全事故的发生；

所述电源模块包括市电模块、交直流变换电路、蓄电池模块、充放电保护模块、变压器模块、稳压稳流模块；所述电源模块用于向电动机参数采集模块、电动机负荷参数采集模块、负载率调整模块、安全保护模块、存储模块、显示报警模块提供所需要的稳压市电或直流电；

所述存储模块用来存储电动机参数采集模块、电动机负荷参数采集模块采集到的数据以及预先设置的控制程序或信息，以供主控模块调用；

所述显示报警模块用来实时显示电动机参数采集模块、电动机负荷参数采集模块采集到的数据信息，当数据超过阈值时，可以根据情况分为不同的危险等级，并发出相应报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种提高电动机安全节能性能的管控系统，其特征在于，所述主控模块为DSP、FPGA、ARM微处理器中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种提高电动机安全节能性能的管控系统，其特征在于，所述电动机转子位置采集模块为霍尔位置传感器。

4.根据权利要求1所述的一种提高电动机安全节能性能的管控系统，其特征在于，所述主控模块接收所述霍尔位置传感器感测的信号，并根据该信号估算转子电角度，根据角度大小向负载率调整模块发出相应控制信号。

5.根据权利要求1所述的一种提高电动机安全节能性能的管控系统，其特征在于，所述电动机安全节能性能的管控系统还包括接线转换模块；所述接线转换模块用于接收主控模块发出的控制信号将电动机的转子与电源进行断开或接通，断开时，电动机的转子不通电，这时电机相当于异步电动机；闭合时电动机的转子与电源形成闭合回路，电动机的转子通电，此时电动机相当于同步电动机。

6.根据权利要求1所述的一种提高电动机安全节能性能的管控系统，其特征在于，所述存储模块包括随机存储器模块、SD卡模块、USB接口模块，所述随机存储器模块用于与主控模块的配合使用以增加内存和数据处理的速度，所述SD卡模块用于长时间存储采集的各种数据，所述USB接口模块方便导出复制数据。

7.根据权利要求1所述的一种提高电动机安全节能性能的管控系统，其特征在于，所述显示报警模块包括电子显示屏、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器。

8.根据权利要求1所述的一种手持电动器具用电池充放电控制系统，其特征在于，所述显示报警模块中的电子显示屏可根据工作环境的光照度自动调节亮度。