CN201312255Y - 低谐波智能节电器 - Google Patents
低谐波智能节电器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN201312255Y CN201312255Y CNU2008201804541U CN200820180454U CN201312255Y CN 201312255 Y CN201312255 Y CN 201312255Y CN U2008201804541 U CNU2008201804541 U CN U2008201804541U CN 200820180454 U CN200820180454 U CN 200820180454U CN 201312255 Y CN201312255 Y CN 201312255Y
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unit
- power
- output
- input
- electricity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title claims abstract 26
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
本实用新型公开一种低谐波智能节电器，其特征在于包括谐波抑制单元、滤波单元、节电控制单元和市电旁路单元，谐波抑制单元、滤波单元和节电控制单元依次串联在三相交流电源配电线上；输入端的高次谐波抑制单元与低次谐波滤波单元，可有效抑制和滤除削弱因高次谐波及5次、7次、11次等低次谐波所产生的干扰，并可提高系统功率因数；节电控制单元采用最小谐波SPWM控制技术，有效削弱由于采用不可控整流所产生的输出谐波，从而使节电状态下系统产生的综合谐波在允许范围，减小线路的传输电流和损耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电机节电设备，尤其涉及一种利用低压变频技术使离心风机、水泵系统电动机处于最佳经济运行状态的低谐波智能节电器。
背景技术
在工农业生产中，离心风机和水泵广泛采用三相交流异步电动机作为驱动源，在实际中配套电动机的设计裕量较大，而电动机在额定转速下运行，为满足工艺需求，大都采用控制风机、水泵的风门(或阀门)开度来调节风量(或流量)，此时电机功率因数和效率低下，造成能量的极大浪费。目前利用变频技术调节电机的转速，从而改变电机的输入功率，使之处于较佳效率状态；但上述方法也带来了新的突出问题，根据低压变频器的结构和工作原理，由于它采用不可控整流方式，其输入电流中存在大量的5次、7次、11次等谐波频率分量，对电网及周围用电设备产生严重干扰；当前解决该问题普遍采用的办法是在变频器输入端串联交流电抗器和输入滤波器，或被动式地在被干扰设备的电源输入端加装隔离变压器或滤波设备；虽然这些措施对部分谐波频率分量有削弱或抑制作用，但由于滤波设备和输入交流电抗器大多都是购买市场上的成品，而这种滤波设备主要针对1KHz以上的谐波频率才有效果，对于低次谐波没有作用；输入电抗器也仅能将原谐波含量的低次分量降低约50％左右，对电网和系统用电设备的干扰仍然较为严重，因此它们抑制谐波的能力受到局限。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种低谐波智能节电器，它克服了现有变频节电设备使用中的的不足，能解决输入电流中大量存在的5次、7次、11次等低次谐波分量造成的电网污染问题，实现低谐波、低干扰。
为实现上述目的，本实用新型低谐波智能节电器采用的技术方案如下：
一种低谐波智能节电器，其特征在于包括谐波抑制单元、滤波单元、节电控制单元和市电旁路单元，谐波抑制单元、滤波单元和节电控制单元依次串联在三相交流电源配电线上，其中，
所述谐波抑制单元的输入端与三相交流电源连接，用于抑制节电控制单元产生的回馈电网的高次谐波；
所述滤波单元的输入端与谐波抑制单元的输出端连接，用于滤除节电控制单元输入端的低次谐波；
所述节电控制单元的输出端与电动机的三相交流电源输入端连接，用于实现对电动机的变频节电控制；
所述市电旁路单元跨接在三相交流电源与电动机的三相交流电源输入端之间，用于实现市电旁路功能。
其中，
所述节电控制单元包括：
中央控制器，实现变频节电控制的核心单元；
输入电流采样单元和输入电压采样单元，连接在节电控制单元电源输入端的配电线上，分别用于采样低谐波智能节电器输入端的电流和电压并反馈给中央控制器处理；
整流单元，连接在三相交流电源配电线上，对三相交流电源进行整流后输出；
功率单元，其电源输入端与整流单元的一路整流输出连接，其输出端与电动机的三相交流电源输入端连接；
输出电流采样单元和输出电压采样单元，连接在节电控制单元电源输出端的配电线上，分别用于采样低谐波智能节电器输出端的电流和电压并反馈给中央控制器处理；
保护电路，其输入端与中央控制单元的调频控制输出端连接；
SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉冲宽度调制)控制驱动单元，其控制输入端与保护电路的输出端连接，SPWM控制驱动单元的控制输出端与功率单元的控制输入端连接，控制功率单元实现变频功率输出；
电源单元，其输入端与整流单元的另一路整流输出连接，提供各单元电路的工作电源。
在正常情况下，该智能节电器运行在节电方式，当节电部分故障时可切换到市电旁路工作，减小因节电部分故障对生产的影响。在节电控制单元，采用最小谐波SPWM控制技术，控制单元根据5次、7次、11次等谐波的产生机理建立数学模型，控制单元根据由此模型产生的程序发出控制信号，通过SPWM控制驱动单元来控制功率单元中开关器件的导通规律，主动抑制削弱由于采用不可控整流所产生的谐波。该智能节电器在输入端设置了高次谐波抑制单元和低次谐波滤波单元，通过对谐波抑制单元中电抗元件参数和滤波器件中元件参数的优化组合，可以更好地对5次、7次、11次等低次谐波进行抑制和滤除，并且可以提高输入端的功率因数。
节电控制单元可以采用内置PID(Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)闭环控制，通过电压、电流传感器实时检测系统参数，与设定值进行比较，其差值信号经过内置PID控制器处理后再传输给中央控制单元，实时的发出功率调整信号，由SPWM控制驱动单元来控制功率单元对电机的输出功率，达到所供即所需，节省传统的阀门、风门调节所损失的能量，从而达到节电目的。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型节电器的输入端加装高次谐波抑制单元与低次谐波滤波单元，可通过元件参数的优化组合，有效抑制和滤除削弱因高次谐波及5次、7次、11次等低次谐波所产生的干扰，并可提高系统功率因数；
2、本实用新型的节电控制单元采用最小谐波SPWM控制技术，有效削弱由于采用不可控整流所产生的输出谐波，从而使节电状态下系统产生的综合谐波在允许范围，减小线路的传输电流和损耗；
3、本实用新型采用变频控制技术，可实现风机或水泵的软启动、软停车，减小对电网及设备的冲击；
4、本低谐波智能节电器还克服了传统变频调速系统功率因数较低的问题，使系统功率因数达到0.98左右，减少对电网无功的消耗，进一步提高电能的利用效率；
5、本低谐波智能节电器可采用内置PID闭环控制，系统动态检测负载状况，实时优化调整电机的输入功率，达到所供即所需，实现节电的目的。
附图说明
图1是本实用新型低谐波智能节电器的电路结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的描述，但本实用新型不应仅限于此实施例。
如图1所示，低谐波智能节电器包括谐波抑制单元1、滤波单元2、节电控制单元3和市电旁路单元4，谐波抑制单元1、滤波单元2和节电控制单元3依次串联在三相交流电源配电线上。
谐波抑制单元1由一组电感元件L1组成，该组电感元件L1连接在三相交流电源的三根配电线上，可以有效抑制节电控制单元3产生的回馈电网的1KHz以上高次谐波。该组电感元件L1前端串联有第一运行接触器KM1的主触头。滤波单元2的输入端与谐波抑制单元1的输出端连接，由一组电感元件L2和一组电容元件C串联组成，其参数经过优化组合，不仅能够有效滤除节电控制单元3输入端的5次、7次、11次等低次谐波，还能兼顾无功补偿的需要，提高系统功率因数。两组电抗元件L1和L2集成在一个“田”字型铁心上，利用互感可有效减小电抗器的体积。节电控制单元3的输出端通过一组输出电抗器和第二运行接触器KM2的主触头与电动机M的三相交流电源输入端连接，用于实现对电动机M的变频节电控制。市电旁路单元4跨接在三相交流电源与电动机M的三相交流电源输入端之间，由旁路接触器KM3的主触头组成，用于在节电部分发生故障时，实现市电旁路功能，保证生产的正常运行。
节电控制单元3中，中央控制器是实现变频节电控制的核心单元；输入电流采样单元和输入电压采样单元，连接在节电控制单元3电源输入端的配电线上，分别用于采样低谐波智能节电器输入端的电流和电压，并分别通过中央控制处理器的输入电流采样端和输入电压采样端反馈给中央控制器处理；整流单元连接在三相交流电源配电线上，实现对三相交流电源进行整流后输出；功率单元的电源输入端与整流单元的一路整流输出连接，其输出端与电动机M的三相交流电源输入端连接；输出电流采样单元和输出电压采样单元连接在节电控制单元3电源输出端的配电线上，分别用于采样低谐波智能节电器输出端的电流和电压，并分别通过中央控制处理器的输出电流采样端和输出电压采样端反馈给中央控制器处理；保护电路的输入端与中央控制单元的调频控制输出端连接；保护电路的输出端与SPWM控制驱动单元的控制输入端连接，SPWM控制驱动单元的控制输出端与功率单元的控制输入端连接，控制功率单元实现变频功率输出。节电控制单元3还包括电源单元，其输入端与整流单元的另一路整流输出连接，提供各单元电路的工作电源。
节电控制单元3还设置了模拟调速模块和数字调速模块来实现电机的调速功能。控制端子模块设置了启动控制端子、暂停控制端子、复位控制端子、多段速控制端子和故障输出控制端子，与中央控制器的相应控制输入端连接，用于实现变频节电的手动控制。
中央控制器设有PID控制输入端，PID控制输入端与系统自带的PID控制仪的信号输出端连接，PID控制仪将系统传感器采集反馈的系统实时需求信号(实际需求的压力、温度或流量信号等)送至中央控制器处理，实现PID闭环控制。
本具体实施方式中，节电控制单元3还设置了键盘显示单元和输出频率显示单元，通过中央控制单元的控制，实时显示输出频率，方便操作人员监控，并能及时通过键盘显示单元进行控制操作。
节电运行通过交流运行接触器KM1和KM2来控制，同时市电旁路与节电回路在系统二次控制回路进行互锁。节电运行时，由第一运行接触器KM1和第二运行接触器KM2主触头闭合接通相应的主回路，同时对内部参数进行设置实现节电控制；操作人员可通过输出显示和键盘操作实现对系统状态的监视和控制，从而改变电机的输入功率。
节电状态首次投入运行时，需先通过键盘显示单元对系统进行参数设定。具体如下：
设置F0-02为0，键盘控制；设置F0-03为是1，开关量控制；设置F0-12为48，上限控制点；设置F0-14为32，下限控制点；根据电机参数设置F1组参数；设置F4-00～F4-04完成控制端子相应功能；设置F4-11～F4-20参数，完成模拟调节或者数字调节功能设置；设置F5-02输出参数，设置F5-07输出频率显示参数；设置FA组参数的PID功能；通过主控板上跳线的选择模拟输入信号0～10V或4～20mA的类型。其中F0-02、F0-03、F0-12、F0-14、F1、F4-00～F4-04、F4-11～F4-20、F5-02、F5-07、FA表示功能代码。
由整流单元提供的电源为整个低谐波智能节电器主控部分提供控制电源，中央控制单元通过外部传感器采样信号或者节电控制单元内部实时采样单元从输出端采样的电压、电流信号，并将功率控制信号提供给功率单元，从而控制功率开关器件的通断实现功率输出，以最大限度减少和削弱输出谐波。而输入端串入的电感组L1可以抑制和削弱变频器产生的回馈电网的高次谐波，由电感组L2和电容组C形成的谐振电路，构成输入端低次谐波滤波单元，上述措施可很好的对5次、7次、11次等低次谐波以及1KHz以上的高次谐波分别进行抑制，使智能节电器实现低谐波、低干扰。
表1是应用本实用新型的一实例中节电和谐波抑制效果实测值对比表。
| 项目 | 电7压(V) | 电流(A) | 有功(kw) | 无功(kvar) | 功率因数 | 5次谐波 | 7次谐波 | 11次谐波 | 13次谐波 | 综合谐波 |
| 市电状态 | 372.12 | 33.71 | 16.824 | 13.745 | 0.7742 | 1.92 | 0.42 | 0.21 | 2.26％ | |
| 节电无滤波 | 372.47 | 23.50 | 11.367 | 1.951 | 0.9856 | 66.84 | 43.94 | 9.01 | 77.79 | 81.29％ |
| 节电有滤波 | 371.08 | 18.07 | 11.53 | 0.381 | 0.9994 | 7.62 | 3.76 | 2.83 | 1.78 | 10.08％ |
注：表格内的5次、7次、11次、13次谐波均指对应谐波占基波的百分比。
表1 22KW风机实测数据对比表
Claims (9)
1、一种低谐波智能节电器，其特征在于包括谐波抑制单元、滤波单元、节电控制单元和市电旁路单元，谐波抑制单元、滤波单元和节电控制单元依次串联在三相交流电源配电线上，其中，
所述谐波抑制单元的输入端与三相交流电源连接，用于抑制节电控制单元产生的回馈电网的高次谐波；
所述滤波单元的输入端与谐波抑制单元的输出端连接，用于滤除节电控制单元输入端的低次谐波；
所述节电控制单元的输出端与电动机的三相交流电源输入端连接，用于实现对电动机的变频节电控制；
所述市电旁路单元跨接在三相交流电源与电动机的三相交流电源输入端之间，用于实现市电旁路功能。
2、如权利要求1所述的低谐波智能节电器，其特征在于所述谐波抑制单元由电感元件组成。
3、如权利要求1所述的低谐波智能节电器，其特征在于所述滤波单元由电感元件和电容元件组成。
4、如权利要求1所述的低谐波智能节电器，其特征在于所述节电控制单元包括：
中央控制器，实现变频节电控制的核心单元；
输入电流采样单元和输入电压采样单元，连接在节电控制单元电源输入端的配电线上，分别用于采样低谐波智能节电器输入端的电流和电压并反馈给中央控制器处理；
整流单元，连接在三相交流电源配电线上，对三相交流电源进行整流后输出；
功率单元，其电源输入端与整流单元的一路整流输出连接，其输出端与电动机的三相交流电源输入端连接；
输出电流采样单元和输出电压采样单元，连接在节电控制单元电源输出端的配电线上，分别用于采样低谐波智能节电器输出端的电流和电压并反馈给中央控制器处理；
保护电路，其输入端与中央控制单元的调频控制输出端连接；
SPWM控制驱动单元，其控制输入端与保护电路的输出端连接，SPWM控制驱动单元的控制输出端与功率单元的控制输入端连接，控制功率单元实现变频功率输出；
电源单元，其输入端与整流单元的另一路整流输出连接，提供各单元电路的工作电源。
5、如权利要求4所述的低谐波智能节电器，其特征在于所述中央控制单元设有PID控制输入端，PID控制输入端与PID控制仪的信号输出端连接，PID控制仪将系统传感器采集反馈的实时需求信号送至中央控制器处理，实现PID闭环控制。
6、如权利要求1所述的低谐波智能节电器，其特征在于所述市电旁路单元连接有旁路接触器(KM3)的主触头控制。
7、如权利要求1所述的低谐波智能节电器，其特征在于所述谐波抑制单元输入端的配电线上串联第一运行接触器(KM1)的主触头，所述节电控制单元输出端的配电线上串联第二运行接触器(KM2)的主触头。
8、如权利要求1所述的低谐波智能节电器，其特征在于所述节电控制单元输出端的配电线上连接有输出电抗器。
9、如权利要求1所述的低谐波智能节电器，其特征在于所述市电旁路单元与节电控制单元在节电设备的二次控制回路中通过旁路接触器和运行接触器互锁。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNU2008201804541U CN201312255Y (zh) | 2008-12-03 | 2008-12-03 | 低谐波智能节电器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNU2008201804541U CN201312255Y (zh) | 2008-12-03 | 2008-12-03 | 低谐波智能节电器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN201312255Y true CN201312255Y (zh) | 2009-09-16 |
Family
ID=41109509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNU2008201804541U Expired - Fee Related CN201312255Y (zh) | 2008-12-03 | 2008-12-03 | 低谐波智能节电器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN201312255Y (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102545646A (zh) * | 2012-01-18 | 2012-07-04 | 华北电力大学 | 变频器异常电压穿越电源 |
| CN103269152A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-08-28 | 昆山协稳环保节能有限公司 | 一种在线式谐波滤波装置 |
| CN107040187A (zh) * | 2017-04-10 | 2017-08-11 | 天津中科先进技术研究院有限公司 | 集成电机电控制系统 |
| CN108092590A (zh) * | 2016-11-23 | 2018-05-29 | 扬州汉龙电气有限公司 | 一种具有互锁功能的异步电机驱动电路 |
| CN111025058A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-17 | 卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司 | 一种泵用高性能试验系统 |
-
2008
- 2008-12-03 CN CNU2008201804541U patent/CN201312255Y/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102545646A (zh) * | 2012-01-18 | 2012-07-04 | 华北电力大学 | 变频器异常电压穿越电源 |
| CN102545646B (zh) * | 2012-01-18 | 2014-06-04 | 华北电力大学 | 变频器异常电压穿越电源 |
| CN103269152A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-08-28 | 昆山协稳环保节能有限公司 | 一种在线式谐波滤波装置 |
| CN108092590A (zh) * | 2016-11-23 | 2018-05-29 | 扬州汉龙电气有限公司 | 一种具有互锁功能的异步电机驱动电路 |
| CN107040187A (zh) * | 2017-04-10 | 2017-08-11 | 天津中科先进技术研究院有限公司 | 集成电机电控制系统 |
| CN111025058A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-17 | 卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司 | 一种泵用高性能试验系统 |
| CN111025058B (zh) * | 2019-12-10 | 2024-05-31 | 卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司 | 一种泵用高性能试验系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102810976A (zh) | 综合节电器 | |
| CN101237185A (zh) | 适用于整流装置的能量回馈与谐波无功补偿系统 | |
| CN103023391A (zh) | 高压大功率电动机软起动限流补偿与谐波滤波一体化方法 | |
| CN202353232U (zh) | 一种高压级联变频器功率单元并网回馈装置 | |
| CN101409501A (zh) | 低谐波智能节电器 | |
| CN201226505Y (zh) | 高压鼓风机/高压风机节电器 | |
| CN204231239U (zh) | 油井微电网整流撬装装置及智能群控系统 | |
| CN101860316B (zh) | 自适应负载随动控制技术系统 | |
| CN201726146U (zh) | 电机动态无功补偿滤波装置 | |
| CN110943674B (zh) | 一种整流器及低压逆变器阵列供电系统 | |
| CN201466724U (zh) | 智能单相节电保护控制器 | |
| CN201536334U (zh) | 斩控式三相交流电机节能控制器 | |
| CN203476520U (zh) | 变速发电机组供电系统 | |
| CN201584792U (zh) | 转炉倾动能量回馈系统 | |
| CN210807129U (zh) | 一种整流器及低压逆变器阵列供电系统 | |
| CN204205605U (zh) | 智能低压节电柜 | |
| CN203399048U (zh) | 一种光电气互补交流变频发电及调速节能装置 | |
| CN204407972U (zh) | 一种新型在线式不间断变频电源 | |
| CN202121546U (zh) | 一种数字化变频器控制系统装置 | |
| CN201122898Y (zh) | 适用于整流装置的能量回馈与谐波无功补偿装置 | |
| CN206313696U (zh) | 一种基于双闭环控制的电动机综合控制装置 | |
| CN205490280U (zh) | 一种节能电机控制装置 | |
| Wang et al. | Research on a novel soft starting method of super high-power and high-voltage motor | |
| CN201122899Y (zh) | 适用于多组整流装置的能量回馈及谐波无功补偿装置 | |
| CN204965127U (zh) | 用于钢管淬火水系统的高效节能控制系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090916 Termination date: 20111203 |