CN112468022B - 一种多组型电机组变频节能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多组型电机组变频节能系统，包括服务器、执行设备、电机节能控制组和数据采集器，服务器与执行设备连接，执行设备与电机节能控制组连接，电机节能控制组内至少设有一变频器组、一电机组、一负载，变频器组的输入端与执行设备连接，变频器组的输出端与电机组连接，电机组的输出端与负载连接，负载的输送线路上设有传感器，传感器与数据采集器信号连接，数据采集器通过信号转换器与服务器连接。本发明中服务器建立输出负载总功率与电机组的关系，获得最佳节能输出功率，由执行设备分配合理频率控制电机节能控制组中的每台变频器的输出频率，使电机输出功率最佳，最终使能耗最低，从而获得最佳节能状态。

Description

一种多组型电机组变频节能系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种多组型电机组变频节能系统。

背景技术

一般电机所控制的负载有水泵、风机、空压机、循环泵等。往往电机的输出功率与负载的特性有关，比如电机水泵，功率输出与水压、扬尘有关；冷却水泵跟水流压力有关(水流快，降温快)。单个电机控制节能控制，可选用变频器来控制频率，变频器内有PID调节(压力、温度)，使得电机转速发生变化，其功率也是跟着变化。但对于多个电机，同时控制一个负载，例如一台冰机需要3台冷却水泵，每台冷却水泵的功率不同，电机输出总功率跟冰机负载有关。一般当冰机负载在一个范围里开启一台，到达第二个范围开启第二台，满负载时，全部开启。但对于多个电机的输出功率变化时需要人工操作，或直接采用范围段控制，并不能达到最佳节能状态，在负载中每台冷却水泵额定功率有所不同，其节电率也不同。

综上所述，对于多个电机同时控制同一个负载，启动与控制方式单一，需要人工设定与管理，对于多组电机组，对应控制多个不同的负载时，无法对每种负载做数据分析以便于合理控制电机的输出功率，不同负载使电机以及对频率进行控制时得不到有效的分配，导致电机组的能耗较高，也使电机组的平均使用寿命较低很多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多组型电机组变频节能系统，以解决上述背景技术中遇到的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多组型电机组变频节能系统，包括服务器、执行设备、电机节能控制组和数据采集器，所述服务器与执行设备连接，所述执行设备与电机节能控制组连接，所述电机节能控制组内至少设有一变频器组、一电机组、一负载，所述变频器组的输入端与执行设备连接，所述变频器组的输出端与电机组连接，所述电机组的输出端与负载连接，所述负载的输送线路上设有传感器，所述传感器与数据采集器信号连接，所述数据采集器通过信号转换器与服务器连接。

上述方案中，所述变频器组内至少设有两个变频器，所述电机组内至少设有两台电机，所述电机组内的电机数量与变频器组内的变频器数量相同。

上述方案中，所述执行设备至少设有一台，所述电机节能控制组至少设有一组。

上述方案中，所述传感器为功率传感器、电压传感器、电流传感器、电阻传感器、压力传感器、流量传感器、温湿度传感器中的其中一种或多种组合。

上述方案中，所述执行设备为交换机、PC机、PLC、上位机中的任意一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用数据采集器采集负载上安装的传感器，通过信号转换器将采集的信号数据转换为服务器能够识别的数据值，而后发送给服务器。服务器建立输出负载总功率与电机组的关系，获得最佳节能输出功率，而后将功率执行命令发送给执行设备，由执行设备分配合理频率控制电机节能控制组中的每台变频器的输出频率，使电机输出功率最佳，最终使能耗最低，从而获得最佳节能状态。

在本多组型电机组变频节能系统中，可以群控电机组，像冷却组、恒压供水组、风机组等不同的负载可以在同一个系统中通过服务器1群控变频器组和电机组，使不同的负载分别得到良好的节能效果。

附图说明

图1为本发明工作原理框架结构示意图；

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示本发明有关的构成。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，一种多组型电机组变频节能系统，包括服务器1、执行设备2、电机节能控制组3和数据采集器4，服务器1与执行设备2连接，执行设备2至少设有一台，执行设备2包括但不限于交换机、PC机、PLC、上位机中的任意一种。执行设备2与电机节能控制组3连接，电机节能控制组3也至少设有一组。每一台执行设备2都对应配合一组电机节能控制组3，用于针对不同的负载，每一台执行设备2根据该负载的特性，控制一组电机节能控制组3执行对该负载的特性相应的输出功率。

电机节能控制组3内至少设有一变频器组、一电机组、一负载，变频器组的输入端与执行设备2连接，变频器组的输出端与电机组连接，根据负载的需要，变频器组内至少设有两个变频器，电机组内至少设有两台电机，电机组内的电机数量与变频器组内的变频器数量相同，且每个电机组的输出端均与负载相连接。

比如图1中有三种不同的负载，分别是第一负载313、第二负载323、第三负载333。对于第一负载313对应着第一电机组312进行控制，并由第一变频组311来控制第一电机组312的频率，第一变频组311内至少设有两个变频器，第一电机组312内至少设有两台电机；对于第二负载323对应着第二电机组322进行控制，并由第二变频组321来控制第二电机组322的频率，第二变频组321内至少设有两个变频器，第二电机组322内至少设有两台电机；对于第三负载333对应着第三电机组332进行控制，并由第三变频组331来控制第三电机组332的频率，第三变频组331内至少设有两个变频器，第三电机组332内至少设有两台电机。

负载的输送线路上设有传感器，传感器为功率传感器、电压传感器、电流传感器、电阻传感器、压力传感器、流量传感器、温湿度传感器中的其中一种或多种组合，满足不同负载的需求。

安装在负载上的传感器与数据采集器4信号连接，数据采集器4通过信号转换器5与服务器1连接，将数据采集器4的信号数据转换为服务器1能够识别的数据值。

输出负载组有多个时，每组负载由多个电机组成的电机组供给。由于每组电机的功率不同，当负载在变化时，每台电机的功率也在变化。其功率配比不同，能耗也有所不同，电机运行状态也不同。此时，需要对电机组计算最佳功率配比，由数据采集器4采集到传感器的信号，传输给服务器1，进行控制运算，找出电机与负载的线性关系。比如冷却水泵组，电机运行功率与水流速度带走负载温度的关系；管道恒压电机组，电机运行功率与管道压力的关系。而后计算每组每台电机能耗比，分配各组电机实际运行功率，使其达到满足负载要求，获得最佳节能状态运行。

在上述方案中，服务器1建立输出负载总功率与电机组的关系，从而确定电机组最佳输出功率，为节能提供的保障。

例如：计算水泵冷却组中电机组相对于负载所输出多少功率时冷却效果好。

T＝a/S其中，S为水流速度；a为常数；T为冷却温度

当水流速度S变大时，冷却温度T将变低，此时T与S成反比。

建立水流速度与电机组转速关系：

S＝aN1+b N2+cN3……其中，S为水流速度；N1、N2、N3……分别为1号电机转速、2号电机转速、3号电机转速……；a、b、c分别为系数

由此可见，电机组总功率与水流速度成正比，电机组全开时冷却效果最好。利用变频器改变电机频率，从而改变电机速度，进而改变电机的输出功率。

三项异步电机转速变化与功率变化关系：

P2/P1＝(N2/N1)³，其中P1为额定功率；N1为额定转速；

当N1变化到N2时，电机功率从P1变化到P2。电机转速下降，电机功率下降成转速比的3次放关系。可以理解为ΔN的3次方等于ΔP，P总＝ΔP1+ΔP2+ΔP3，计算电机最优输出功率，其能耗最低。

综上所述：求冷却温度T效果最佳，也就是求水流速度S最小速度，其每台电机的转速最小，总功率最小，耗能也最低。

跟以往电机对负载输出控制比较，一般是直接启动一台电机，当功率不够时启动第二台，以此启动第三台。例如：三台电机都是55KW，当第一台电机启动功率55kw，此时是否需要满负荷运行，当第一台功率不够时，第二台启动补偿，直接启动后总功率是110KW，但此时负载是变化的，其功率最佳也不是110KW，依次第三台机启动时，总功率165KW，其负载功率也是变化的，但此类控制方式过于简单，能耗极其浪费。

但是第二台的功率不需要满负荷运行，其第一台电机额定运行时间较长，能耗浪费太多，每台电机的运行情况也不够智能分配。而在本方案中，这时加入服务器1进行控制运算，由执行设备2分配合理频率控制每台变频器输出频率，使电机输出功率最佳，最终使能耗最低。

在实施中，需要注意的是：电机处于低频运行，电机无功功率交大，用电质量下降，此时需要加入功率因数补偿器，提高用电质量。

一般电机所带的负载，频率与能耗有关，频率又跟输出负载有关(基本负载有风机、水泵、空压机等)。例如负载是空调主机冷却水泵组，当所有电机启动时，水流速度最高有个额定值；其每分钟对主机冷却效果有个额定值，相当于电机组输出功率与冷却效果有个线性关系。在此这边不做分析，一般现场考虑，这与电机出厂参数有关。

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。电机不能在满负荷下运行，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，在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。

当电机转速从N1变到N2时，其电机轴功率(P)的变化关系如下：

P2/P1＝(N2/N1)³，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。例如：一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，带入公式后，得到其耗电量为28.16KW，从而确定省电48.8％，当转速下降到原转速的1/2时，带入公式后，得到其耗电量为6.875KW，从而确定省电87.5％。

在实际应用中，电机组配备的各个电机有可能每台电机的额定功率都相同，也有可能各个电机中的额定功率不相同，但每台电机的节能比不同，在对同一负载输出不是最大值时，我们需要服务器1对电机组进行分配功率，让电机组整体能耗降低。

本发明中，利用数据采集器4采集负载上安装的传感器，通过信号转换器5将采集的信号数据转换为服务器1能够识别的数据值，而后发送给服务器1。服务器1建立输出负载总功率与电机组的关系，获得最佳节能输出功率，而后将功率执行命令发送给执行设备2，由执行设备2分配合理频率控制电机节能控制组3中的每台变频器的输出频率，使电机输出功率最佳，最终使能耗最低，从而获得最佳节能状态。

在本多组型电机组变频节能系统中，可以群控电机组，像冷却组、恒压供水组、风机组等不同的负载可以在同一个系统中通过服务器1群控变频器组和电机组，使不同的负载分别得到良好的节能效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多组型电机组变频节能系统，其特征在于：包括服务器（1）、执行设备（2）、电机节能控制组（3）和数据采集器（4），所述服务器（1）与执行设备（2）连接，所述执行设备（2）与电机节能控制组（3）连接，所述电机节能控制组（3）内至少设有一变频器组、一电机组、一负载，所述变频器组的输入端与执行设备（2）连接，所述变频器组的输出端与电机组连接，所述电机组的输出端与负载连接，所述负载的输送线路上设有传感器，所述传感器与数据采集器（4）信号连接，所述数据采集器（4）通过信号转换器（5）与服务器（1）连接；

对电机组计算最佳功率配比，由数据采集器（4）采集到传感器的信号，传输给服务器（1），进行控制运算，找出电机与负载的线性关系；执行设备（2）分配合理频率控制电机节能控制组（3）中的每台变频器的输出频率，使电机输出功率最佳；

每一台执行设备（2）都对应配合一组电机节能控制组（3），针对不同的负载，每一台执行设备（2）根据该负载的特性，控制一组电机节能控制组（3）执行对该负载的特性相应的输出功率。

2.根据权利要求1所述的多组型电机组变频节能系统，其特征在于：所述变频器组内至少设有两个变频器，所述电机组内至少设有两台电机，所述电机组内的电机数量与变频器组内的变频器数量相同。

3.根据权利要求1所述的多组型电机组变频节能系统，其特征在于：所述执行设备（2）至少设有一台，所述电机节能控制组（3）至少设有一组。

4.根据权利要求1所述的多组型电机组变频节能系统，其特征在于：所述传感器为功率传感器、电压传感器、电流传感器、电阻传感器、压力传感器、流量传感器、温湿度传感器中的其中一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的多组型电机组变频节能系统，其特征在于：所述执行设备（2）为交换机、PC机、PLC中的任意一种。

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