CN203219238U - 智能负载跟踪电机节电系统 - Google Patents

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马海峰
刘宪明
姚建凯
陈云浩
陈良福
冯可良
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GUANGXI YUNYONG TECHNOLOGY Co Ltd
Guangxi Power Grid Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种适用于低压动力场合的智能负载跟踪电机节电系统，其包括断路器、输入滤波器、整流器、直流电容器、逆变器、输出滤波器、微处理器与电动机。其交流电源使用三相对称交流电压源，直流环节采用直流电容器保证输出直流电压的稳定，逆变环节采用三相电压型逆变器。逆变级采用SVPWM技术，实现提高直流电源的利用率，减少输出电压的谐波成分以及电动机的谐波损耗，降低转矩的脉动；增设的微处理器用于实时监测电动机的负载变化，在线调整电机的输入功率，使电机的输出功率与负载匹配，保证电机在其整个负荷范围内的能量消耗降到最小的程度，具有提高功率因素、消除谐波、实时监控、智能调整、达到节能的效果。

Description

智能负载跟踪电机节电系统
技术领域
本实用新型涉及一种三相电动机的节电系统，特别涉及一种应用于低压设备的智能负载跟踪电机节电系统。
背景技术
近几年，各式各样的节能产品不断涌现，而用于动力设备节电还都局限于“变频调速”技术，仅靠减速节电虽然有些效果，但对于多数不能调速的机械加工设备却无能为力。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种应用于低压设备的智能负载跟踪电机节电系统，其基于SVPWM（Space Vector Pulse WidthModulation，空间矢量脉宽调制）技术，通过微处理器负载监控系统，实时监测电机的负载变化，在线调整电机的输入功率，使电机的输出功率与负载匹配，达到提高功率因素、消除谐波、实时监控、智能调整、节能的效果。
本实用新型提供一种智能负载跟踪电机节电系统，应用于低压设备，包括交流电源、节电装置及电动机，所述节电装置通过断路器与交流电源连接，所述电动机连接所述节电装置的输出端用以驱动负载。
所述节电装置包括依序电性连接的输入滤波器、整流器、直流电容器、逆变器、输出滤波器与微处理器。
所述微处理器与所述电动机连接用以实时监测所述电动机的负载变化和在线调整所述电动机的输入功率。
所述交流电源连接所述输入滤波器的输入端，所述输入滤波器的输出端与所述整流器的输入端连接。
所述整流器由六个功率开关构成三相全桥，且所述整流器的的输出端与所述直流电容器的输入端连接。
所述直流电容器由两个滤波电容组成，且所述直流电容器的输出端与所述逆变器的输入端连接。
所述逆变器输出连接输出滤波器后通过电动机驱动负载，且所述逆变器包括SVPWM模块，所述电动机通过转子磁链观测器与所述SVPWM模块连接。
本实用新型提供的所述智能负载跟踪电机节电系统在覆盖了普通变频器所有功能的基础上增加了自动负载追踪功能，其通过微处理器实现负载监控，实时监测电动机的负载变化，在线调整电动机的输入功率，使电动机的输出功率与负载匹配，保证电动机在其整个负荷范围内的能量消耗降到最小的程度，无需人工调整；其节电装置的直流环节采用直流电容器保证输出直流电压的稳定，其逆变器采用SVPWM技术，能提高直流电源的利用率，减少输出电压的谐波成分以及电动机的谐波损耗，降低转矩的脉动；且整个系统采用一体化设计，具有两种运行模式，能实现自动旁路切换故障保护功能，且可实现软启动软停车功能，避免电动机起动时对电网的冲击，大大提高了电动机的使用寿命以及检修周期。
附图说明
图1为本实用新型提出的一种智能负载跟踪电机节电系统的整体结构示意图；
图2为图1中节电装置的控制原理示意图；
图3为图2中逆变器的电压空间矢量图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案：
请参照图1，本实用新型提供一种智能负载跟踪电机节电系统，应用于低压设备，包括交流电源（未图示）、节电装置1及电动机3。
请参照图1，所述节电装置1通过断路器2与交流电源连接，所述电动机3连接所述节电装置1的输出端用以驱动负载。
请参照图1和图2，所述节电装置1包括输入滤波器11、整流器12、直流电容器13、逆变器14、输出滤波器（未图示）与微处理器15。
请参照图2，所述微处理器15与所述电动机3连接用以实时监测所述电动机3的负载变化和在线调整所述电动机3的输入功率。
请参照图2，所述交流电源连接所述输入滤波器11的输入端，所述输入滤波器11的输出端与所述整流器12的输入端连接，所述输入滤波器11由电感L和电阻R组成。
请参照图2，所述整流器12由六个功率开关S1-S6构成三相全桥，且所述整流器12输出端与所述直流电容器13的输入端连接。
请参照图2，所述直流电容器13由两个滤波电容C1、C2组成，且所述直流电容器13的输出端与所述逆变器14的输入端连接。
请参照图2，所述逆变器14输出连接输出滤波器（未图示）后通过电动机3驱动负载，且所述逆变器14包括SVPWM模块141，所述电动机3通过转子磁链观测器16与所述SVPWM模块连接。
本实用新型提供的所述智能负载跟踪电机节电系统应用于低压动力场合，由微处理器15、整流器12、直流电容器13、逆变器14和电动机3组成的交—直—交变换系统。其中，交流电源使用三相对称交流电压源，其输出接入输入滤波器11的输入端，且通过断路器2可切断和接通负载电路保证系统的安全运行；节电装置1将输入的三相交流经整流器12整流为直流电输入到中间直流电容器13，中间滤波电容C1、C2足够大，电压稳定，可以将中间直流电容上的电压当作恒定的直流电压源；中间直流电压作为逆变器14的输入，逆变器14将中间直流电压逆变为期望幅值和频率的三相交流电，输出给电动机3驱动负载；微处理器15实时监测电动机3的负载变化，在线调整电动机3的输入功率，使电动机3的输出功率与负载匹配，保证电动机3在其整个负荷范围内的能量消耗降到最小的程度。
其中，逆变器14采用能够减小电动机3转矩脉动以及电流波形畸变的SVPWM技术，其主要的工作原理为：请参照图3，在三相电压逆变器电路中，忽略电机定子绕组的电阻，当定子绕组施加三相理想正弦电压时，由于电压合成空间矢量为等幅旋转矢量，故气隙磁通以恒定角速度旋转，轨迹为圆形。在实际运行中逆变器14只有6个有效开关矢量U1～U4以及两个零开关矢量U0和U7共8种状态，如图3所示。因此，只能用U0～U78个矢量的线性组合去接近、近似等效矢量Ur。
按照平行四边形法则，利用这8个空间矢量可以合成任意的电压矢量。以第1扇区为例，由平均值等效原理可得
U4T4+U6T6＝UrTS
由上式和三角形的正弦定理可得
T4＝mTssin(60°-α)
T6＝mTssinα
T0＝TS-T4-T6
式中：α为参考矢量与该扇区第一矢量的夹角，0°＜α＜60°；Ts为开关周期；Ts为调制系数，T4为开关矢量U4的作用时间；T6为开关矢量U6的作用时间；T0为零矢量的作用时间。
为保证平均值等效原理的有效性，应满足T4+T6≤TS。该条件保证了输出波形无畸变，也决定了SVPWM的最大输出限定。
综上，本实用新型提供的所述智能负载跟踪电机节电系统在覆盖了普通变频器所有功能的基础上增加了自动负载追踪功能，其通过微处理器实现负载监控，实时监测电动机的负载变化，在线调整电动机的输入功率，使电动机的输出功率与负载匹配，保证电动机在其整个负荷范围内的能量消耗降到最小的程度，无需人工调整；其节电装置的直流环节采用直流电容器保证输出直流电压的稳定，其逆变器采用SVPWM技术，能提高直流电源的利用率，减少输出电压的谐波成分以及电动机的谐波损耗，降低转矩的脉动；且整个系统采用一体化设计，具有两种运行模式，能实现自动旁路切换故障保护功能，且可实现软启动软停车功能，避免电动机起动时对电网的冲击，大大提高了电动机的使用寿命以及检修周期，具有提高功率因素、消除谐波、实时监控、智能调整、达到节能的有益效果。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。

Claims (1)

1.一种智能负载跟踪电机节电系统，应用于低压设备，包括交流电源、节电装置及电动机，所述节电装置通过断路器与交流电源连接，所述电动机连接所述节电装置的输出端用以驱动负载，其特征在于，所述节电装置包括输入滤波器、整流器、直流电容器、逆变器、输出滤波器与微处理器；所述微处理器与所述电动机连接用以实时监测所述电动机的负载变化和在线调整所述电动机的输入功率；所述交流电源连接所述输入滤波器的输入端，所述输入滤波器的输出端与所述整流器的输入端连接；所述整流器由六个功率开关构成三相全桥，且所述整流器的的输出端与所述直流电容器的输入端连接；所述直流电容器由两个滤波电容组成，且所述直流电容器的输出端与所述逆变器的输入端连接；所述逆变器输出连接输出滤波器后通过电动机驱动负载，且所述逆变器包括电压空间矢量脉宽调制模块，所述电动机通过转子磁链观测器与所述SVPWM模块连接。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103762929A (zh) * 2013-10-30 2014-04-30 上海绿仁节能环保工程有限公司 负载跟踪节电控制系统
CN108540036A (zh) * 2017-03-02 2018-09-14 中山市东裕景顺节能设备有限公司 无谐正弦波功率校正节电控制装置

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