CN201590802U - 一种智能节电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电动机的电变量调节系统领域，尤其涉及一种智能节电装置。其包括智能控制器，与智能控制器通过信号传输单元相连接的功率调节器和信号采样系统，其特征是：信号采样系统包括与负载和智能控制器相连接的负载采样单元，与功率调节器和智能控制器相连接的电流采样单元，以及与电动机和智能控制器相连接的电压采样单元。信号采样系统还包括电压与电流的相位角采样单元。智能控制器采用PWM脉宽调幅技术，信号采样系统设信号整合单元，功率调节器输出单元采用双模块输出模式，其智能控制器上设有485接口和RS232接口。其降低电能损耗，消除谐波产生，降低线损，延缓端子接触面氧化速度，提高节电水平，适用于各种工业生产中。

Description

一种智能节电装置

技术领域

本实用新型属于电动机的电变量调节系统领域，尤其涉及一种智能节电装置。

背景技术

电动机是目前应用最广的用电设备，电机所消耗的电能约占我国用电总量的60％-70％，而且通常有60％的电动机都在60％或更低的负荷状况下运行，“大马拉小车”与低负荷运行的情况相当普遍，即电机消耗的电能中有相当部分是以发热、铁损、噪音与振动等形式浪费掉，这是因为设计时要考虑到负载最大输出时的工作情况，而且为了能够安全运行，还要设计一定的余量，这也是现在很多工矿企业的动力系统中电动机配置过大的原因。造成电动机运行效率很低的主要原因是电机偏离最佳效率的有效功率运行，无论电动机的负载怎样变化，电动机与电网间的所需与所供和电动机的固定损耗是不可调节的“硬性”供电方式所致，难以满足各种工作情况和生产工艺的需求。目前多采用变速齿轮箱和变频器来改善上述问题，但变速齿轮箱只能通过机械调速，而且还会增加电能的消耗，除非一些特殊场合外，已经很少被采用。而变频器在改变频率时，虽然可以改善生产的需求和生产工艺，也可以自动调节一些电动机的基本参数，但是变频器多作为用于改善生产工艺的设备，虽然有一定的节能效果，但节约的电量不大，而且还会产生大量的谐波污染电网，影响电缆的使用寿命，加快端子接触面的氧化速度，对其他用电设备造成损害，且其含量较高时会使得一些弱信号严重失真。

实用新型内容

为了克服上述节电装置的缺点，本实用新型提供了一种智能节电装置，其降低电能损耗，消除谐波的产生，降低了线损，延缓端子接触面的氧化速度，提高了节电水平。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种智能节电装置，包括智能控制器，与智能控制器通过信号传输单元相连接的功率调节器和信号采样系统，其特征是：信号采样系统包括与负载和智能控制器相连接的负载采样单元，与功率调节器和智能控制器相连接的电流采样单元，以及与电动机和智能控制器相连接的电压采样单元。所述的智能节电装置，其信号采样系统还包括设置在智能控制器中的电压与电流的相位角采样单元。电压与电流的相位角是通过智能控制器中的AC/AC转换模块进行采样，其中电压数据是由AC/AC(0-220V/0-20mA)模拟信号转换的，电流数据是由AC/AC(0-5A/0-20mA)模拟信号转换的，以上两种信号的转换均在智能控制器内部完成，再通过智能控制器内部的比较电路来进行同坐标的比对，进而得到电压与电流的相位角∮的余弦值cos∮，此相位角∮的余弦值cos∮再与其他的采样数据，如负载的传感信号，进行综合运算，最终得到一个4-20mA的电流信号，并被输送到功率调节器中。

所述的智能节电装置，其智能控制器为采用PWM脉宽调幅技术的控制器。

所述的智能节电装置，其信号采样系统中设有信号整合单元。

所述的智能节电装置，其功率调节器的输出单元采用双模块输出模式。

所述的智能节电装置，其智能控制器上设有485接口和RS232接口。所述的智能节电装置，其功率调节器属于模块化设计，主要包括整流模块，功率输出模块，驱动模块和控制模块。

所述的智能节电装置，其功率调节器的整流模块，实行3相双波整流，直流电压为450V-600V。

所述的智能节电装置，其特征是：功率调节器的功率输出模块，采用双IGBT模块输出。

所述的智能节电装置，其功率调节器上设有防护和安全保护，包括输出相之间的短路保护、输出相和地之间的短路保护、内部电源输出的短路保护、防止过热的热保护和过电流的短路保护、电源欠压和过压安全保护电路，以及输入相缺失安全保护电路的缺相保护。这样可以避免单相运行，所有三相功率调节设备上均有此保护。

所述的智能节电装置，其功率调节器的功率输出模块，采用双IGBT模块输出。具体的工作方式类似于差动电路，但又有所不同，主要区别于差动电路的地方在于差动电路主要用在弱电线路里面，而这里的双模块输出用在强电线路(380V)中。

所述的智能节电装置，其功率调节器的控制模块，采集从智能控制器中传输过来的4-20mA信号，对信号进行分析整理，再叠加载波之后，输送给驱动模块，对功率型器件IGBT进行驱动和调节，使整个功率调节器输出一个完美的正弦波形。

所述的智能节电装置，其功率调节器的电源特性为：电源电压为380V-10％至460V+10％，3相；频率为50/60Hz±5％；输出电压最大电压等于进线电源电压；电气隔离动力和控制电路(输入端，输出端，及电源)间进行电气隔离；输出频率范围为0，1至500Hz；制动力矩对于低功率额定值，为电动机额定力矩的30％，无制动电阻(典型值)；瞬时过力矩电动机额定力矩的110％(典型值±10％之间)持续60秒。

这样在工作时，负载信号经负载采样单元采集后被转换为模拟电流信号输入，同时，智能控制器通过电流采样单元、电压采样单元以及电压与电流的相位角采样单元所采集的电流、电压以及相位角等信息对电动机的输出情况进行判断和控制，再利用电子技术对这些信号进行整合，最后输出一个整合后的电流信号，然后将此电流信号输送给功率调节器，其整流模块实行3相双波整流，直流电压为450V-600V；其中电压与电流的相位角是通过设置在智能控制器中的AC/AC转换模块进行采样，其中电压数据是由AC/AC(0-220V/0-20mA)模拟信号转换的，电流数据是由AC/AC(0-5A/0-20mA)模拟信号转换的，以上两种信号的转换均在智能控制器内部完成，再通过智能控制器内部的比较电路来进行同坐标的比对，进而得到电压与电流的相位角∮的余弦值cos∮，此相位角∮的余弦值cos∮再与其他的采样数据，如负载的传感信号，进行综合运算，最终得到一个4-20mA的电流信号，并被输送到功率调节器中；其功率输出模块采用双IGBT模块输出，具体的工作方式类似于差动电路，但又有所不同，主要区别于差动电路的地方在于差动电路主要用在弱电线路里面，而这里的双模块输出用在强电线路(380V)中；其驱动模块，主要对功率型器件IGBT进行驱动和调节；其控制模块，采集从欧亚智能控制器中传输过来的4-20mA信号，对信号进行分析整理，再叠加载波之后，输送给驱动模块，对功率型器件IGBT进行驱动和调节，使整个功率调节器输出一个完美的正弦波形。此外，功率调节器的防护和安全功能包括输出相之间的短路保护、输出相和地之间的短路保护、内部电源输出的短路保护、防止过热的热保护和过电流的短路保护、电源欠压和过压安全保护电路，以及输入相缺失安全保护电路的缺相保护。为了避免单相运行，所有三相功率调节设备上均有此保护。最终使得功率调节器通过双模块输出模式对电动机输出一个真正适合电动机运行的标准正弦波，以此达到负载所需功耗与电动机实际做功达到真正意义的功率匹配。另外，此智能控制器上设置的485接口和RS232接口可以与主控设备和上位机进行连接控制，节电效果在15％-60％之间。

本实用新型的智能节电装置通过在原有的PWM脉宽调幅技术基础上增加了多种电力信号采样，具体有电动机的电压采样、电流采样、电压与电流的相位角采样，负载系统的具体输出信号采样，由智能控制器经过信号整合技术，将整合后的电流信号输送给功率调节器，从而使得功率调节器对电动机输出一个完美的、真正适合电动机运行的标准正弦波，以此达到负载所需功耗与电动机实际做功达到真正意义的功率匹配，彻底的解决工业中的“大马拉小车”的现象，另外采用的双模块输出模式解决了半导体功率器件在工作时谐波输出量过大的问题，防止了电网的污染，且此智能节电装置上设有485接口和RS232接口，方便与主控设备和上位机进行连接控制，节电效率大大提高，可广泛适用于各种工业生产中。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明：

图1是采样控制模式示意图。

图2是智能节电装置外形示意图。

具体实施方式

如图1，图2所示，一种智能节电装置，包括智能控制器，与智能控制器通过信号传输单元相连接的功率调节器和信号采样系统，信号采样系统包括与负载和智能控制器相连接的负载采样单元，与功率调节器和智能控制器相连接的电流采样单元，以及与电动机和智能控制器相连接的电压采样单元，另外，其信号采样系统还包括电压与电流的相位角采样单元。其中电压与电流的相位角是通过设置在智能控制器中的AC/AC转换模块进行采样，其中电压数据是由AC/AC(0-220V/0-20mA)模拟信号转换的，电流数据是由AC/AC(0-5A/0-20mA)模拟信号转换的，以上两种信号的转换均在智能控制器内部完成，再通过智能控制器内部的比较电路来进行同坐标的比对，进而得到电压与电流的相位角∮的余弦值cos∮，此相位角∮的余弦值cos∮再与其他的采样数据，如负载的传感信号，进行综合运算，最终得到一个4-20mA的电流信号，并被输送到功率调节器中；另外，其智能控制器为采用PWM脉宽调幅技术的控制器，其信号采样系统中设有信号整合单元，其功率调节器的输出单元采用双模块输出模式，其智能控制器上设有485接口和RS232接口。其功率调节器属于模块化设计，主要包括整流模块，功率输出模块，驱动模块和控制模块，其整流模块实行3相双波整流，直流电压为450V-600V；其功率输出模块采用双IGBT模块输出。功率调节器上设有防护和安全保护，包括输出相之间的短路保护、输出相和地之间的短路保护、内部电源输出的短路保护、防止过热的热保护和过电流的短路保护、电源欠压和过压安全保护电路的短路保护，以及输入相缺失安全保护电路的短路保护。这样可以避免单相运行，所有三相功率调节设备上均有此保护。功率调节器的功率输出模块，采用双IGBT模块输出。具体的工作方式类似于差动电路，但又有所不同，主要区别于差动电路的地方在于差动电路主要用在弱电线路里面，而这里的双模块输出用在强电线路(380V)中；功率调节器的控制模块，采集从欧亚智能控制器中传输过来的4-20mA信号，对信号进行分析整理，再叠加载波之后，输送给驱动模块，对功率型器件IGBT进行驱动和调节。功率调节器的电源特性为：电源电压为380V-10％至460V+10％，3相；频率为50/60Hz±5％；输出电压最大电压等于进线电源电压；电气隔离动力和控制电路(输入端、输出端、电源)间进行电气隔离；输出频率范围为0，1至500Hz；制动力矩对于低功率额定值，为电动机额定力矩的30％，无制动电阻(典型值)；瞬时过力矩电动机额定力矩的110％(典型值±10％之间)持续60秒。

这样在工作时，负载信号经负载采样单元采集后被转换为模拟电流信号输入，同时，智能控制器通过电流采样单元、电压采样单元以及电压与电流的相位角采样单元所采集的电流、电压以及相位角等信息对电动机的输出情况进行判断和控制，再利用电子技术对这些信号进行整合，最后输出一个整合后的电流信号，然后将此电流信号输送给功率调节器，其整流模块实行3相双波整流，直流电压为450V-600V；其功率输出模块采用双IGBT模块输出。具体的工作方式类似于差动电路，但又有所不同，主要区别于差动电路的地方在于差动电路主要用在弱电线路里面，而这里的双模块输出用在强电线路(380V)中；其驱动模块，主要对功率型器件IGBT进行驱动和调节；其控制模块，采集从欧亚智能控制器中传输过来的4-20mA信号，对信号进行分析整理，再叠加载波之后，输送给驱动模块，对功率型器件IGBT进行驱动和调节，使整个功率调节器输出一个完美的正弦波形。此外，功率调节器的防护和安全功能包括如下短路保护：输出相之间，输出相和地之间，内部电源输出，热保护防止过热和过电流，电源欠压和过压安全保护电路，以及输入相缺失安全保护电路，为了避免单相运行，所有三相功率调节设备上均有此保护。最终使得功率调节器通过双模块输出模式对电动机输出一个真正适合电动机运行的标准正弦波，以此达到负载所需功耗与电动机实际做功达到真正意义的功率匹配。另外，此智能控制器上设置的485接口和RS232接口可以与主控设备和上位机进行连接控制，节电效果在15％-60％之间。

Claims (10)

1.一种智能节电装置，包括智能控制器，与智能控制器通过信号传输单元相连接的功率调节器和信号采样系统，其特征是：信号采样系统包括与负载和智能控制器相连接的负载采样单元，与功率调节器和智能控制器相连接的电流采样单元，以及与电动机和智能控制器相连接的电压采样单元。

2.根据权利要求1所述的智能节电装置，其特征是：信号采样系统还包括设置在智能控制器中的电压与电流的相位角采样单元。

3.根据权利要求1所述的智能节电装置，其特征是：智能控制器为采用PWM脉宽调幅技术的控制器。

4.根据权利要求1或5所述的智能节电装置，其特征是：信号采样系统中设有信号整合单元。

5.根据权利要求1所述的智能节电装置，其特征是：功率调节器的输出单元采用双模块输出模式。

6.根据权利要求1所述的智能节电装置，其特征是：智能控制器上设有485接口和RS232接口。

7.根据权利要求1所述的智能节电装置，其特征是：功率调节器属于模块化设计，主要包括整流模块，功率输出模块，驱动模块和控制模块。

8.根据权利要求1或7所述的智能节电装置，其特征是：功率调节器的整流模块，实行3相双波整流，直流电压为450V-600V。

9.根据权利要求1或7所述的智能节电装置，其特征是：功率调节器的功率输出模块，采用双IGBT模块输出。

10.根据权利要求1或7所述的智能节电装置，其特征是：功率调节器上设有防护和安全保护，包括输出相之间的短路保护、输出相和地之间的短路保护、内部电源输出的短路保护、防止过热的热保护和过电流的短路保护、电源欠压和过压安全保护电路，以及输入相缺失安全保护电路的缺相保护。

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