CN201078836Y - 智能控制节电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种智能控制节电器，包括输入端相连接的一次电路和二次电路。一次电路中，三个输入端连接三个穿芯互感器，穿芯互感器再连接双电源转换开关。该开关包括市电开关组和节电开关组。市电开关组的另一端连接到三个输出端。节电开关组连接输入电抗器，该电抗器通过输入滤波器连接变频器，该变频器通过输出滤波器连接输出电抗器。该电抗器连接交流接触器，该交流接触器连接输出端。二次电路包括三相电源转换开关，其十二个端口分别与电压表、二次线路保险器和电源指示灯连接，该二次线路保险器连接一次电路的电源输入端。本实用新型充分发挥了变频器的节电功能，并解决了相应的技术问题。该节电器综合节电率可达20％－50％。

Description

智能控制节电器

技术领域

本实用新型涉及一种节电设备，特别涉及一种利用控制器和软件对设备用电进行测算和控制从而节约电能的智能设备。

背景技术

随着电力电子技术、微电子技术以及控制理论的发展，变频器以其高效率的驱动性能，良好的控制性能以及优越的节能特性等优点，已经被广泛应用于工业领域中对交流电动机速度的控制中。

变频器作为电力电子设备，其包括有电子元器件和计算机芯片等核心部件，这些部件容易受到外界的电压和谐波等的干扰，故障比较频繁。同时变频器本身也是一个强大的干扰源。也就是说，变频器投入运行时，既要防止受到外界的干扰，又要防止其自身对外界的干扰。当同一车间内有多台变频器同时运行时，对周边的弱点信号及其他灵敏电子设备会产生强烈的干扰影响，同时也会直接干扰驱动电机，产生强烈电磁噪声，使得铜损和铁损大幅增加，电机温度上升，从而直接影响节电率，所以单一变频器并不被广泛运用。

变频器投入电网运行时，对输入电源质量的要求比较高。如果输入电源的电压波动过大，将直接影响到变频器内电子元器件的使用寿命，所以需要考虑电网电压是否对称和平衡。另外，变频器的输出电压、电流中含有丰富的谐波污染，必须设法解决。

一般连续运转的大功率设备用户也不愿选用单一的变频器作为节能设备，因为变频器没有旁路装置，一旦某个电子元件损毁，整台设备就将停止运行，尤其在炼钢、玻璃、水泥等企业中，风机、水泵等大功率设备的运行持续时间比较长，上述状况将给企业带来极大的经济损失。

综上所述，变频器具有节电功能，但同时存在诸多弊端，不能被广泛利用。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，把变频器的节电功能完好地利用起来，本实用新型提出一种智能控制节电器。

本实用新型的智能控制节电器包括输入端相连接的一次电路和二次电路，其中：

所述一次电路包括三个电源输入端，分别通过三个穿芯互感器连接双电源转换开关的输入端，所述双电源转换开关包括节电开关组和市电开关组，各包括三个输出端，所述市电开关组的另一端连接到输出端，所述节电开关组的另一端连接输入电抗器，所述输入电抗器另一端通过输入滤波器连接到变频器的输入端，所述变频器的输出端连接输出电抗器，所述输出电抗器的另一端分别连接到交流接触器的三个输入端，所述交流接触器的另一端连接到与电机相接的输出端。

所述二次电路包括三相电源转换开关，其第二、第六和第十端口分别连接到电压表，所述电压表的另一端连接第四、第八和第十二端口，第一和第三端口通过二次线路保险器连接到输入端、第五和第七端口通过二次线路保险器连接到输入端、第九和第十一端口通过二次线路保险器连接到输入端，所述第一和第五端口之间连接有用于指示电源状态的指示灯。

所述变频器的三个输出端通过输出滤波器连接到输出电抗器。

所述智能控制节电器还包括三相电度表，所述穿芯互感器与所述三相电度表连接成三条回路，其中一条回路中连接有电流表，所述双电源转换开关的输入端分别接三相电度表的2、5、8端，所述三相电度表的10、11端接地。

所述三相线路连接二次线路保险器，所述二次线路保险器和三相线路之间并联了三条支路，其一连接有交流接触器、其二串联有用于指示节电运行的指示灯和交流接触器，其三连接有强制冷风机。

所述三相线路经二次线路保险器连接交流接触器，该交流接触器另一端连接指示市电运行的指示灯、该指示灯另一端连接交流接触器，交流接触器的另一端连接二次线路保险器，该二次线路保险器连接所述三相线路。

所述双电源转换开关中的节电开关组和市电开关组也可分别用两个交流接触器代替。

所述变频器的输入端接有风量显示器或者水泵流量溢位器。

所述智能控制节电器适用于水泵、风机、压缩机、压铸机、冷气机、注塑机、挤出机和中央空调等。

本实用新型的智能控制节电器的综合节电率可达20％-50％。该节电器的优点在于其实现电机软启软停，减小了电流对电机的冲击，延长了电机的使用寿命；其内置的过压、欠压、缺相和过流等保护，保障了电机的安全运行；其内设置旁路装置，不需改变用户的用电习惯，安装简便，使用安全性较高。

附图说明

图1为本实用新型的智能控制节电器的一次电路图；

图2为本实用新型的智能控制节电器的二次电路图；

图3为本实用新型的智能控制节电器的电度表及电流表线路图；

图4为本实用新型的智能控制节电器的节电运行指示灯及冷风机线路图；

图5为本实用新型的智能控制节电器的市电运行指示灯电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明。附图中相同的器件用同样的附图标记表示。

图1为本实用新型的优选实施例的智能控制节电器的一次电路图。

如图所示，一次电路包括电源输入端1a、1b和1c，其分别通过穿芯互感器2a、2b和2c。连接到双电源转换开关3。

电源输入端的输入电压等级为380V。

双电源转换开关3包括节电开关组3a和市电开关组3b，各包括开关3aa、3ab、3ac和3ba、3bb、3bc。其中开关3aa和3ba连接到穿芯互感器2a，开关3ab和3bb连接到穿芯互感器2b，而开关3ac和3bc连接到穿芯互感器2c。

这里的双电源转换开关3可以解决变频器无旁路的技术问题。对于运行持续性较强的大功率设备来说，一旦变频器中某个电子元件毁损，就会造成停产，其经济损失无法估量。本实施例中在节电器上加装双电源转换开关，增置市电旁路，一旦变频器出现故障而停止运行，可立即切换到市电旁路，不会影响到电机的正常运行，以确保万无一失。该双电源转换开关3处于手柄位置I为市电运行，这时市电开关组3b闭合；当处于手柄位置II为节电运行，这时节电开关组3a闭合；还可处于空位位置，这时可断开电路。

本实用新型中，还可以使用两个交流接触器实现所述双电源转换开关3的功能。

所述市电开关组3b的另一端分别通过三相线路5a、5b和5c连接到输出端12a、12b和12c。

所述节电开关组3a中三个开关3aa、3ab、3ac的输出端分别通过三相线路4a、4b和4c连接到输入电抗器6a、6b和6c。

这里加装输入电抗器是为了净化电网污染，抑制由变压器到节电器的电源线产生的谐波，控制交流正弦波，减少电源瞬变冲击，平衡输入三相电压以保护变频器内部电子元件所需的特定电压，提高功率因素，并延长电子元件的使用寿命。

所述输入电抗器6a、6b和6c的另一端通过输入滤波器7连接到变频器8的输入端R、S和T。

这里在输入电抗器和变频器之间加装输入滤波器，可有效解决外来杂波对变频器的干扰，确保变频器内部的电子元件和计算机芯片等核心部件不受外界的干扰。该滤波器同时也可以抑制谐波、突波、尖波和感应雷击等对变频器的破坏，进一步提高变频器的输入电源等级，确保变频器的安全运行。

所述变频器8的三个输出端U、V和W连接到输出滤波器9。

本实施例中使用QH-DZB变频器，其应用无速度感测器向量技术，具有六个多功能可编程式数字输入端子，并置有RS485通讯口，可进行远程操作，也可以自动修正频率，从而与电机实际负载相匹配，达到节电的目的。

另外，由于变频器本身也是一个强大的干扰源，能发出辐射干扰、杂波干扰、传导干扰、电磁耦合干扰、谐波污染和边导干扰等。当在同一空间内有多台变频器在运行时，在变频器的输出端加装输出滤波器可有效防御变频器本身产生的干扰，使其运行不会影响到周围其他灵敏电子设备和自动化设备的正常运行。

同时，所述变频器的信号输入端可根据用户的不同需要，随时安装风量显示器和水泵流量溢位器等。

所述输出滤波器9的另一端连接到输出电抗器10a、10b和10c。

在输出滤波器之后加装输出电抗器可以输出平滑电源波形，以减少由于变频器产生的不平稳波形对电机造成的振动，以及电磁耦合对驱动电机的电磁噪声。当节电器与电机线之间超过10m时，输出电抗器还能抑制谐波，平衡电流峰值，并减少铜损和铁损以及电机发热的问题，延长电机使用寿命，进一步提高节电率。

这里，本实用新型的节电器在使用时，如果在其安装位置周围直径50米的区域内无弱电信号设备或其它灵敏电子设备，则所述输出滤波器9可以免装。

所述输出电抗器10a、10b和10c的另一端分别与交流接触器11中的三个输入端11a、11b和11c连接，所述交流接触器11的另一端连接到输出端12a、12b和12c，所述三个输出端接电机。。

图2为本实用新型的优选实施例的智能控制节电器的二次电路图。

如图所示，二次电路包括用于检测三相电压的三相电源转换开关15，其第二端口15b、第六端口15f和第十端口15j分别连接到电压表16。电压表16用于显示输入电压值，其另一端连接第四端口15d、第八端口15h和第十二端口151，第一端口15a和第三端口15c通过二次线路保险器13a连接到输入端1a、第五端口15e和第七端口15g通过二次线路保险器13b连接到输入端1b、第九端口15i和第十一端口15k通过二次线路保险器13c连接到输入端1b，所述第一端口15a和第五端口15e之间连接有用于指示电源状态的红色指示灯14a。

图3为本实用新型的智能控制节电器的电度表及电流表线路图。

如图所示，所述穿芯互感器2a和2c的正极分别接所述三相电度表17的1、7端，所述穿芯互感器2b的正极经电流表18后接所述三相电度表17的4端，所述穿芯互感器2a、2b和2c的负极分别接三相电度表17的3、6、9端，所述双电源转换开关3的输入端分别接三相电度表17的2、5、8端，所述三相电度表17的10、11端接地。

这里安装三相电度表可以正确地计量电机在市电运行和节电运行的状态下每小时所使用的电度数，便于正确分辨对比节电率。

图4为本实用新型的智能控制节电器的节电运行指示灯及冷风机线路图。

如图所示，三相线路4a和4c分别连接二次线路保险器13d和13c，二次线路保险器13d和13e之间有并联的三条支路，一条连接有交流接触器19a，另一条串联有用于指示节电运行的绿色指示灯14b和交流接触器19b，还有一条连接有强制冷风机20，当柜内温度超过45℃时，风扇会自动持续运转。

图5为本实用新型的智能控制节电器的市电运行指示灯电路图。

如图所示，三相线路5a、二次线路保险器13f、交流接触器19c、指示市电运行的黄色指示灯14c、交流接触器19d、二次线路保险器13g和三相线路5c顺次串联。

上述电路封装于控制柜内，该控制柜负责节电状态与市电状态的切换与运行。控制柜的端口分别连接一次电路的三个输入端1a、1b、1c和三个输出端12a、12b、12c以及接地端。

使用市电运行时，使双电源转换开关3处于使市电开关组3b闭合的位置，上电后，控制柜面板上的指示电源的红色指示灯14a和指示市电运行的黄色指示灯14c亮起，这时节电器工作于市电状态。

使用节电运行时，使双电源转换开关3处于使节电开关组3a闭合的位置，上电后，控制柜面板上的指示电源的红色指示灯14a和指示节电运行的绿色指示灯14b亮起，这时节电器工作于市电状态。

本实施例的智能控制节电器的适用技术指标如下表所示。

输入额定电压

三相380V±15％

输出过载能力	150％额定电流1分钟
		使用场所	通风；不受阳光直射；无尘埃、腐蚀性气体、水蒸气、滴水或盐分等
环境温度	-10℃--+40℃
		湿度	20％--90％RH无水珠凝结
海拔高度	低于1000米(超过1000米需要降级使用)
		冷却方式	强制风冷，自然冷却
存储温度	-20℃--+60℃

表1、节电器技术指标

经过多次测试和应用，得到的测试数据表明本实用新型的智能控制节电器具有明显的节电效果，测试数据参见表2-4。

表2为对132KW的除尘风机使用本实用新型的智能控制节电器的测试数据。

	市电运行	节电运行
			日期	8月5日8时15分-8月6日8时15分	8月6日8时20分-8月7日8时20分
电度表前后读数	126.5至147.7	147.7至162.2
			耗电度数	21.2	14.5

24小时耗电量

[(400/5)*21.2]/24＝70.6kwh/h

[(400/5)*14.5]/24＝48.3kwh/h

表2、132KW除尘风机节电前后测试数据

上表的测试中，电流比为400/5，经计算，节电运行比市电运行要节电31.5％。

表3为在某水洗厂使用本实用新型的智能控制节电器前后的测试数据记录表。

表3、某水洗厂使用节电器测试数据

上表的测试中，节电率＝(I₁*U₁-I₂*U₂)/(I₁*U₁)，经计算，平均节电率为31.3％。

表4为另一132KW电机使用本实用新型的智能控制节电器前后的测试数据记录表。

表4、132KW电机节电前后测试数据

上表的测试中，市电运行总计48小时，耗电度数5468，节电运行也是48小时，耗电度数为3976。按每日运行12小时计算，平均日节电度数为373度，节电率达到27.29％。

本实用新型的智能控制节电器采用16位智能PC控制器和专用电能处理软件，对风机、水泵等变转矩类电机负载进行快速测量机运算。利用自动控制技术、相控移位技术和神经网络模糊识别技术，采用矢量控制方式，通过闸流相控技术控制交流正弦波，减少瞬变冲击，净化电网污染，平衡电流峰值，从而与电机的实际负载相匹配，达到节电的目的。该节电器适用于水泵、风机、压缩机、压铸机、冷气机、注塑机、挤出机和中央空调等。

本实用新型的智能控制节电器的综合节电率可达20％-50％。该节电器的优点在于其实现电机软启软停，减小了电流对电机的冲击，延长了电机的使用寿命；其内置的过压、欠压、缺相和过流等保护，保障了电机的安全运行；其内设置旁路装置，不需改变用户的用电习惯，安装简便，使用安全性较高。

本实用新型并不局限于上述特定实施例子，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域技术人员可根据本实用新型作出各种相应改变和变形，但这些相应改变和变形都应属于本实用新型所附权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能控制节电器，其包括输入端相连接的一次电路和二次电路，其特征在于，其中：

所述一次电路包括电源输入端(1a)、(1b)和(1c)，分别通过三个穿芯互感器(2a)、(2b)和(2c)直接连接双电源转换开关(3)的输入端，所述双电源转换开关(3)包括节电开关组(3a)和市电开关组(3b)，各包括开关(3aa)、(3ab)、(3ac)和(3ba)、(3bb)、(3bc)，所述市电开关组(3b)的另一端分别通过三相线路(5a)、(5b)和(5c)连接到输出端(12a)、(12b)和(12c)，所述节电开关组(3a)中三个开关(3aa)、(3ab)、(3ac)的另一端分别通过三相线路(4a)、(4b)和(4c)连接输入电抗器(6a)、(6b)和(6c)，所述输入电抗器(6a)、(6b)和(6c)的另一端通过输入滤波器(7)连接到变频器(8)的三个输入端R、S和T，所述变频器(8)的三个输出端U、V和W连接输出电抗器(10a)、(10b)和(10c)，所述输出电抗器(10a)、(10b)和(10c)的另一端分别连接到交流接触器(11)中的三个输入端(11a)、(11b)和(11c)，所述交流接触器(11)的另一端连接到与电机相接的输出端(12a)、(12b)和(12c)；

所述二次电路包括三相电源转换开关(15)，其第二端口(15b)、第六端口(15f)和第十端口(15j)分别连接到电压表(16)，所述电压表(16)的另一端连接第四端口(15d)、第八端口(15h)和第十二端口(15l)，第一端口(15a)和第三端口(15c)通过二次线路保险器(13a)连接到输入端(1a)、第五端口(15e)和第七端口(15g)通过二次线路保险器(13b)连接到输入端(1b)、第九端口(15i)和第十一端口(15k)通过二次线路保险器(13c)连接到输入端(1b)，所述第一端口(15a)和第五端口(15e)之间连接有用于指示电源状态的指示灯(14a)。

2.如权利要求1所述的智能控制节电器，其特征在于，所述变频器(8)的三个输出端U、V和W通过输出滤波器(9)连接输出电抗器(10a)、(10b)和(10c)。

3.如权利要求1或2所述的智能控制节电器，其特征在于，还包括三相电度表(17)，所述穿芯互感器(2a)和(2c)的正极分别接所述三相电度表(17)的1、7端，所述穿芯互感器(2b)的正极经电流表(18)后接所述三相电度表(17)的4端，所述穿芯互感器(2a)、(2b)和(2c)的负极分别接三相电度表(17)的3、6、9端，所述双电源转换开关(3)的输入端分别接三相电度表(17)的2、5、8端，所述三相电度表(17)的10、11端接地。

4.如权利要求1或2所述的智能控制节电器，其特征在于，所述三相线路(4a)和(4c)分别连接二次线路保险器(13d)和(13e)，所述二次线路保险器(13d)和(13e)之间有并联的三条支路，其一连接有交流接触器(1 9a)、其二串联有用于指示节电运行的指示灯(14b)和交流接触器(19b)，其三连接有强制冷风机(20)。

5.如权利要求1或2所述的智能控制节电器，其特征在于，所述三相线路(5a)连接二次线路保险器(13f)，二次线路保险器(13f)另一端连接交流接触器(19c)，交流接触器(19c)另一端连接指示市电运行的指示灯(14c)、指示灯(14c)另一端连接交流接触器(19d)，交流接触器(19d)的另一端连接二次线路保险器(13g)，二次线路保险器(13g)连接所述三相线路(5c)。

6.如权利要求1或2所述的智能控制节电器，其特征在于，所述双电源转换开关(3)中的节电开关组(3a)和市电开关组(3b)也可分别用两个交流接触器代替。

7.如权利要求1或2所述的智能控制节电器，其特征在于，所述变频器(8)的输入端接有风量显示器或者水泵流量溢位器。

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