CN203984300U - 物联智能平方转矩负载节电保护控制器 - Google Patents

物联智能平方转矩负载节电保护控制器 Download PDF

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金世海
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Abstract

本实用新型公开一种物联智能平方转矩负载节电保护控制器，包括三相电源、无谐波变频装置、数据采集单元、中央数据处理单元、传感器、A/D转换器、通讯模块、互联网、PC监控中心和移动设备；三相电源、无谐波变频装置和平方转矩负载依次连接构成主回路；数据采集模块的输入端连接三相电源，输出端接中央数据处理单元；平方转矩负载的输出端设有传感器，传感器的输出端通过A/D转换器连接中央数据处理单元；中央数据处理单元连接无谐波变频装置；中央数据处理单元通过通讯模块连接互联网，PC监控中心和移动设备通过有线或者无线方式连接互联网。本实用新型结构简单，且可以有效的抑制谐波，降低谐波对电机的影响。

Description

物联智能平方转矩负载节电保护控制器
【技术领域】
本实用新型涉及节电保护技术领域，特别涉及一种平方转矩负载节电保护控制器。
【背景技术】
电机所带平方转矩负载设备主要有各种风机、泵类。平方转矩负载的特点是，负载转矩与转速的二次方成正比，其功率与转速的三次方成正比。
对平方转矩负载，现有节能控制技术的缺点：
1、节能的同时产生副作用：现有节能控制大多单一使用变频器，而变频器在对电机负载节能的同时，又会产生大量的谐波。该谐波是一种有害电能，致使电机的运行温度过度发热，绝缘过早老化，寿命减短，维修次数和费用加大。且该谐波会严重影响精密仪器及智能控制系统的正常稳定运行，甚至使其误动作而造成事故发生。
2、不能基于互联网远程监控：现场通过开关操作电机的运行和停止，费人、费力、费时，甚至在故障报警时延误时机而造成事故发生。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于，提供一种物联智能平方转矩负载节电保护控制器，在对电机进行节能控制的基础上，降低谐波对电机的影响。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种物联智能平方转矩负载节电保护控制器，包括三相电源、无谐波变频装置、数据采集单元、中央数据处理单元、传感器、A/D转换器、通讯模块、互联网、PC监控中心和移动设备；
三相电源、无谐波变频装置和平方转矩负载依次连接构成主回路；
数据采集模块的输入端连接三相电源，输出端接中央数据处理单元；平方转矩负载的输出端设有传感器，传感器的输出端通过A/D转换器连接中央数据处理单元；中央数据处理单元连接无谐波变频装置；中央数据处理单元通过通讯模块连接互联网，PC监控中心和移动设备通过有线或者无线方式连接互联网。
本实用新型进一步的改进在于：无谐波变频装置中，三相电源穿过屏蔽磁环后通过星形接法接入移相变压器的一次侧，移相变压器的二次侧设有四个绕组，包括一组输出AC220V作为无谐波变频装置电源供电的绕组、三组输出AC380V的三相绕组；在三组三相绕组中，第一组三相绕组采用延边三角形接法，第二组三相绕组为星形接法，第三组三相绕组采用延边三角形接法；第一组三相绕组依次连接第一三相桥式整流器、第一π型滤波器和第一功率逆变电路；第二组三相绕组依次连接第二三相桥式整流器、第二π型滤波器和第二功率逆变电路；第三组三相绕组依次连接第三三相桥式整流器、第三π型滤波器和第三功率逆变电路；第一功率逆变电路、第二功率逆变电路和第三功率逆变电路的三相输出端对应并联后连接平方转矩负载，给平方转矩负载提供电能。
本实用新型进一步的改进在于：所述三相电源为380伏交流电源。
本实用新型进一步的改进在于：第一组三相绕组、第二组三相绕组和第三组三相绕组的相位角相差为20°、0°、-20°。
本实用新型进一步的改进在于：第一三相桥式整流器与第一π型滤波器之间设有串联有带短接开关的第一电阻；第二三相桥式整流器和第二π型滤波器之间设有串联有带短接开关的第二电阻；第三三相桥式整流器和第三π型滤波器之间设有串联有带短接开关的第三电阻。
该物联智能平方转矩负载节电保护控制器，能使电机所带该类负载，高效节能、电能治理、以太网通讯（PC监控中心）或GPRS通讯（移动设备）控制电机运行或停止、能源在线计量监测。
相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型中无谐波变频装置结构简单，且可以有效的抑制谐波，降低谐波对电机的影响。本实用新型能够有效节能的同时，集成能源在线计量监测系统，便于远程监控。
本实用新型采用π型滤波器，其结构为采用大电感线圈串接在电容储能之间，减少电压突变与电流突变的可能发生，给整流电源带来的波形曲变的影响。同时大电容储能充分满足逆变电路所需电压的要求，大电感在瞬间电流变化时对电流的突变产生阻碍。有效消除由于逆变给主电路带来的谐波产生。
本实用新型的创新点还在于，逆变三组三相电源并联输出运行方式，有效消除谐波的产生，更好地对输出电源提供平滑的正玄交流电压波形与足够的电流源；降低器件的电流容量与器件选型上存在的电流的不足，从而可以扩大低压变频在大功率扩展的需求；有效地解决了部分地区无法采用高压变频而改为低压变频的问题。
【附图说明】
图1是实用新型的结构框图；
图2为本实用新型中无谐波变频装置的电路图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
请参阅图1和图2所示，本实用新型一种物联智能平方转矩负载节电保护控制器，包括三相电源、无谐波变频装置、数据采集单元、中央数据处理单元、平方转矩负载、传感器、A/D转换器、通讯模块、互联网、PC监控中心和移动设备。
三相电源、无谐波变频装置和平方转矩负载依次连接构成主回路。数据采集模块的输入端连接三相电源，输出端接中央数据处理单元；平方转矩负载的输出端设有传感器，传感器的输出端通过A/D转换器连接中央数据处理单元；中央数据处理单元连接无谐波变频装置。互联网通过通讯模块连接中央处理器，PC监控中心和移动设备通过有线或者无线方式连接互联网。
通用变频器的主电路形式一般由三部分组成:整流部分、逆变部分和中间直流滤波部分。整流部分为三相桥式不可控整流器，低压变频器整流部分常采用6脉冲二极管不可控桥式整流，中间滤波部分采用大电容作为滤波元件，整流器的输入电流实际上是电容器的充电电流，其谐波分量较大。一般未做谐波污染处理的变频器，其电网总谐波污染通常为50～70%左右。即使在输入端增加交流电抗器，谐波指数约可下降3%～10%左右，与国家所要求的谐波抑制标准仍然差距很大。
请参阅图2所示，本实用新型无谐波变频装置中，三相380V交流电源穿过屏蔽磁环后通过星形接法接入移相变压器的一次侧，移相变压器的二次侧设有三组三相绕组，第一组三相绕组为延边三角形接法，第二相绕组为星形接法，第三相绕组为延边三角形接法；第一组三相绕组依次连接第一三相桥式整流器、第一π型滤波器和第一功率逆变电路；第二组三相绕组依次连接第二三相桥式整流器、第二π型滤波器和第二功率逆变电路；第三组三相绕组依次连接第三三相桥式整流器、第三π型滤波器和第三功率逆变电路。第一功率逆变电路、第二功率逆变电路和第三功率逆变电路的三相输出端对应并联后连接平方转矩负载电机，给平方转矩负载提供电能。
第一三相桥式整流器与第一π型滤波器之间设有串联有带短接开关的第一电阻；第二三相桥式整流器和第二π型滤波器之间设有串联有带短接开关的第二电阻；第三三相桥式整流器和第三π型滤波器之间设有串联有带短接开关的第三电阻，用于无谐波变频装置通电时对电容组的保护。
采用π型滤波器，其结构为采用电感线圈串接在电容储能之间，减少电压突变与电流突变的可能发生，给整流电源带来的波形曲变的影响。同时电容储能充分满足逆变电路所需电压的要求，电感在瞬间电流变化时对电流的突变产生阻碍。有效消除由于逆变给主电路带来的谐波产生。
本实用新型无谐波变频装置采用主电路拓扑结构，由原先单一的整流块直接对输入AC380V电压进行整理，改进为18脉波移向变流技术，对输入AC380V进行移向分割成多电压。通过绕组的不同接法让输入与输出的相位角关系发生变化，从而促使高次谐波在变压器中自行消除与抑制掉。18脉波的移向角为20°，每相的相位差为20°、0°、-20°。采用这种方式，可将总谐波电流抑制在10%以下，起到了很好的谐波抑制作用。
该电路的设计创新在于，输入绕组与输出绕组均为AC380V，改变各个绕组的链接方式。也从而改变相位，移相输出采用延边三角型接法与星型接法相互存在，从而低消谐波的产生。输入整流模块与输出功率单元的耐压不变，但电流可降低到原来的三分之一。输入部分采用屏蔽磁环可有效抵制外来的干扰源及自生干扰的扩散。
本实用新型一种物联智能平方转矩负载节电保护控制器工作时，数据采集单元采集三相电源的电参数送至中央数据处理单元，中央数据处理单元依据内存中的平方转矩负载历史运行电参数，实时计算该用电系统在节能改造前、后两种运行状况下的有功节电率、无功节电率、电流减少率、容量（视在功率）下降率、功率因数提高率等节电保护效果；中央数据处理单元通过通信模块可将电源侧电气参数、节电保护控制器运行参数及控制负载运行参数等相关数据传送到互联网；用户可以通过PC监控中心或者移动设备实时调取中央数据处理单元输出的数据，实时看到该用电系统（或用电设备）在节能改造前、后两种运行状况下的用电量、电费、有功功率、无功功率、电流、容量（视在功率）、功率因数；以及相应的有功节电率、无功节电率、电流减少率、容量（视在功率）下降率、功率因数提高率、节约标煤量等运行参数和节电保护效果，方便远程监控，达到物联智能监控的目的。传感器实时采集平方转矩负载输出端的输出信号，并经过A/D转换器进行模数转换后输出给中央数据处理单元；中央数据处理单元通过设定值与传感器反馈值进行运算，根据运算结果向无谐波变频装置发出控制指令，控制无谐波变频装置的运行参数，以调整输入平方转矩负载的电参数，达到输出与设定一致的要求，实现闭环控制；这种闭环控制技术为现有技术。
对于风机、水泵等平方转矩负载，传感器反馈的可以是压力、流量等信号，其功率与转速的三次方成正比。

Claims (4)

1.一种物联智能平方转矩负载节电保护控制器，其特征在于，包括三相电源、无谐波变频装置、数据采集单元、中央数据处理单元、传感器、A/D转换器、通讯模块、互联网、PC监控中心和移动设备； 
三相电源、无谐波变频装置和平方转矩负载依次连接构成主回路； 
数据采集模块的输入端连接三相电源，输出端接中央数据处理单元；平方转矩负载的输出端设有传感器，传感器的输出端通过A/D转换器连接中央数据处理单元；中央数据处理单元连接无谐波变频装置；中央数据处理单元通过通讯模块连接互联网，PC监控中心和移动设备通过有线或者无线方式连接互联网； 
无谐波变频装置中，三相电源穿过屏蔽磁环后通过星形接法接入移相变压器的一次侧，移相变压器的二次侧设有四个绕组，包括一组输出AC220V作为无谐波变频装置电源供电的绕组、三组输出AC380V的三相绕组；在三组三相绕组中，第一组三相绕组采用延边三角形接法，第二组三相绕组为星形接法，第三组三相绕组采用延边三角形接法；第一组三相绕组依次连接第一三相桥式整流器、第一π型滤波器和第一功率逆变电路；第二组三相绕组依次连接第二三相桥式整流器、第二π型滤波器和第二功率逆变电路；第三组三相绕组依次连接第三三相桥式整流器、第三π型滤波器和第三功率逆变电路；第一功率逆变电路、第二功率逆变电路和第三功率逆变电路的三相输出端对应并联后连接平方转矩负载，给平方转矩负载提供电能。 
2.根据权利要求1所述的一种物联智能平方转矩负载节电保护控制器，其特征在于，所述三相电源为380伏交流电源。 
3.根据权利要求1所述的一种物联智能平方转矩负载节电保护控制器，其特征在于，第一组三相绕组、第二组三相绕组和第三组三相绕组的相位角相差为20°、0°、-20°。 
4.根据权利要求1所述的一种物联智能平方转矩负载节电保护控制器，其特征在于， 第一三相桥式整流器与第一π型滤波器之间设有串联有带短接开关的第一电阻；第二三相桥式整流器和第二π型滤波器之间设有串联有带短接开关的第二电阻；第三三相桥式整流器和第三π型滤波器之间设有串联有带短接开关的第三电阻。 
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