CN205377733U - 一种三相节电装置 - Google Patents
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Abstract
一种三相节电装置，它包括电源电路、安装在电动机电源回路上的电流互感器、PLC控制器、解耦控制系统、定速调功器、变频调速器、信号合成驱动输出电路、短路保护模块、防跳闸模块和调功调速执行器，其利用电流互感器对运行负载进行动态跟踪侦测，通过解耦算法分解，由PLC内部的CPU运算中心及调功系统、调速系统分析运算，合成输出波形，通过调功调速执行系统改变电动机的功率和转速，动态适时调整供给电动机电能，为电动机和电源实现智能化的能量供给提供一个数字平台，克服了无闭环反馈的自控系统不能根据电动机实际负荷率而设置节电控制，从而实现节电目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统节能领域，尤其涉及一种智能三相节电装置。
背景技术
随着社会的进步，经济的发展，人们对能源的需求日益增加，全球资源逐渐减少，能源紧缺已成为现代社会必须解决的头等大事，节约能源变成了全球的重点解决的热点问题，节能是有效解决能源紧缺的主要手段和措施。节约电能是电力生产、供应企业、工矿企业和广大消费者共同关心的问题，对于发电和供电企业而言，降低煤耗和降低线损是主要的节能方向，而对于各工矿企业及其它广大用电消费者而言，减少有功、无功损耗、减少用电是主要的节电途径。在电力输送过程中，电力公司为了避免输送电力过程中的损耗及尖峰用电时造成用户端电压过低，就会以较高的电压输送，因此用户实际所承受的电压会高于设备的额定电压，多余的电压不仅不能让设备更有效的运转，反而导致设备因过压而发热，从而会造成用电的空耗增加，增加电费支出，以及各种设备过压而发热造成设备使用寿命缩短。
此外，随着现代化工业的高速发展，电力系统的非线性负载日益增多，如各种换流设备、变频电源、电力电子装置以及电磁炉、电气化铁路、电抗电容设备等非线性负载遍及全电力系统，以及民用电器如电视机、节能灯、热泵空调压缩机、电脑等日用电器广泛使用，这些非线性负载产生的谐波电流注入电网，使共用电网的电压波形产生畸变，严重地污染了电网环境，威胁着电网中的各种电气设备的安全经济运行。
国内外现状：国内外同类节能产品有电容补偿柜主要功能是提高用电电网的功率因数，减少电路中的无功损耗；谐波滤波器主要功能是滤除电路中的各种谐波保护设备的安全运行；调压稳压器主要的功能是调整电路中的电压，使电压稳定，可以延长设备的使用寿命；以上几种节能产品其功能单一，对现有复杂电网只能起到部分的保护作用，不能综合对电网进行有效的防护。用户为了保护用电设备，必须购置多套产品才能达到其所需的效果，但同时各种产品功能上的差异又会导致整体电路的匹配不良，而出各种各样的问题，其维护费用可能比设备本身的成本还要高。
我国目前工业用电中，70%以上的电能都是由三相电动机所消耗，但是，大部分电动机在工作中都达不到额定负荷率，实际的负荷率大都在40~70%之间，此时电动机处在低效能运行状态，造成了电能极大的浪费，这就是我们平时说的“大马拉小车”问题，目前，解决这个问题的主要技术有两种：一种是以相控原理为基础晶闸管跟踪节电技术，二是变频节电技术。但由于晶闸基于相控原理工作，功率因数低、波形效率低，实际节电效果不理想。变频节电技术节电效果好，结构复杂、成本高。近年来公开文献也介绍了一些电动机节电器的报道，例如：
中国专利，名称：一种三相异步电动机节电器，申请(专利)号：CN88201392.0申请日：1988.03.04授权公告号：CN2039085U授权公告日：1989.06.07主分类号：H02P7/52分类号：H02P7/52;H02H7/09;申请权利人：青田县电气控制设备厂；发明设计人：陈春平;摘要：一种三相异步电动机节电器，其特征是用四柱式单铁芯三相电抗器取代已有技术中由三具单相电抗器组合的三相电抗器作为轻载降压节电元件。它的突出优点是在绕组用铜量基本相等的条件下，铁芯重量减少50％左右(也减少了本身铁损耗，使节电效果更加显著)，铁芯高度降低35％左右，且三相对称性能好。本实用新型并可以兼有断相保护器和自偶减压起动器等功能。
中国专利，名称：系统智能节电器，申请(专利)号：CN200520147345.6申请日：2005.12.31授权公告号：CN2879499Y授权公告日：2007.03.14主分类号：H02J3/26(2006.01)分类号：H02J3/26(2006.01);H02J3/01(2006.01);H02H3/08(2006.01);H02H3/24(2006.01);H02H3/253(2006.01);H02H9/00(2006.01);申请权利人：北京龙创信恒科技发展有限公司;发明设计人：谭龙;摘要：公开了一种针对供电不正常的情况下对设备进行保护的系统智能节电器，包括串联在三相供电设备与负载之间的节电器，所述节电器并联有旁路装置，在所述的三相供电设备输出端三相之间设置有供电监测装置，在所述的三相供电设备输出端与节电器之间以及三相供电设备输出端与旁路装置之间串联有线路选择装置。该设备使用便捷，可有效解决旧防污纸袋回收问题。该系统节电器使用无需改造用户的配电电路；免维护，用户一旦安装无需任何人工投入；具有多种自保护功能。
但是上述公开文献报道的电动机节电器还存在负载率跳跃波动情况下调整供给电动机的电能不能动态调节的问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够克服现有技术中的电动机运行运行过程功率因数低、耗能高，并且在负载率跳跃波动情况下能够动态调节电动机的电能的三相电动机的节电器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种三相节电装置，它包括电源电路、安装在电动机电源回路上的电流互感器、PLC控制器、解耦控制系统、定速调功器、变频调速器、信号合成驱动输出电路、短路保护模块、防跳闸模块和调功调速执行器，其中电源电路经过整流滤波电路和可控硅触发保护电路检测接入PLC控制器，电源电路还接调功调速执行器后接电流互感器，电流互感器安装在电动机的电源回路上，电流互感器还接到解耦控制系统后分别接防跳闸模块、定速调功器和PLC控制器，解耦控制系统接定速调功器后接信号合成驱动输出电路；PLC控制器分别接信号合成驱动输出电路和变频调速器，信号合成驱动输出电路接短路保护模块后接调功调速执行器。
优选地，所述的电流互感器由绕组N1和绕组N2组成，一次绕组N1由一匝或若干匝截面较大的导线构成，并串在被测量的电路中，二次绕组N2的匝数较多，线径较细，它与阻抗很小的电流表、功率表相连，组成闭合回路。
优选地，所述的可控硅触发保护电路与PLC控制器连接，实现对电动机过压、缺相、欠压过压保护。
优选地，所述的PLC控制器包括内部CPU单元、指令及资料内存单元、输入输出单元、电源模组单元和数字模拟单元。
优选地，所述的变频调速器和定速调功器分别在PLC控制器的控制下，根据磁场分量和力矩分量的数据信息进行调速、调功信号合成。
优选地，所述的信号合成驱动输出电路将合成调速、调功信号进行输出。
优选地，所述的PLC控制器上还连接有显示触摸屏，可以将控制指令随时加载到PLC控制器内储存与执行。
由于是开环控制，当加减速时间设置不当或有冲击性负载时会引起过电流跳闸。为了防止这种现象的发生，三相节电装置中设置了免跳闸模块。该模块能根据所计算出的定子电流幅值来调整同步频率，从而使得定子电流不再超过设定的上限值。当电机的电流幅值超过设定的跳闸限值时，免跳闸功能通过迅速降低同步频率从而避免过电流跳闸。
本实用新型的工作原理是：它主要由PLC控制器及电子元件构建的三相节电控制系统，利用电流互感器对运行负载进行动态跟踪侦测，通过解耦算法分解，由PLC内部的CPU运算中心及调功系统、调速系统分析运算，合成输出波形，通过调功调速执行系统改变电动机的功率和转速，动态适时调整供给电动机电能，为电动机和电源实现智能化的能量供给提供一个数字平台，克服了无闭环反馈的自控系统不能根据电动机实际负荷率而设置节电控制，从而实现节电目的。
在工作过程中，安装在在电动机电源回路上的电流互感器对电动机运行电流进行采样，采样信号经解耦系统分解信号，输入PLC控制器的CPU运算中心分析运算，调控电动机的转速；另一方面通过PLC控制器的CPU运算中心、定速调功器的定速调功算法系统分析运算，调控电动机的功率，从而完成电动机与负载精确匹配、提高运行效率的目的。同时，连接在PLC控制器上的显示触摸屏，可实现外部通讯、人机对话、外部功能接口，还可分别通过各自单元中设置的PLC、PLD程控功能提供与外界进行信息交换的接口，从而有效提高了使用过程中的灵活性。
本实用新型的有益效果：
1、解决了电动机在达不到额定负载率情况下，或负载率跳跃波动情况下，动态调节动态的调整供给电动机的电能，使电机始终在最佳效率状态下工作，使输出功率与实时负载刚好匹配而达到节能的目的；
2、为电动机和电源实现智能化的能量供给提供一个数字平台，克服了无闭环反馈的自控系统不能根据电动机实际负荷率而设置节电控制，从而实现节电目的；
3、本三相电动机的节电器的电路结构简单，可靠性高，大大减轻了重量，缩小了体积，降低了成本，提高了生产效率；
4、本实用新型结构简单，科学合理，体形小，投资成本低，且操作运行简便，维护检修十分方便，大大提高了设备的运行率和可操作性；
5、本实用新型采用降低无功功率损耗、提高功率因数和抑制与消除谐波干扰三项共有特征组合措施，从而达到节电、滤波、调节电压平衡输出三种功能综合治理的效果。
附图说明
图1：本实用新型一种三相节电装置的结构示意图；
图2：本实用新型的外型结构示意图；
其中，图中标号及名称为：整流滤波电路1、调功调速执行器2、电流互感器3、电动机4、短路保护模块5、解耦控制系统6、防跳闸模块7、可控硅触发保护电路8、信号合成驱动输出电路9、定速调功器10、变频调速器11、PLC控制器12、显示触摸屏13、机箱14、风扇15、散热窗16、电源开关17。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步进行说明：
如图1所示：本实用新型的一种三相节电装置，它包括电源电路、安装在电动机4电源回路上的电流互感器3、PLC控制器12、解耦控制系统6、定速调功器10、变频调速器11、信号合成驱动输出电路9、短路保护模块5、防跳闸模块7和调功调速执行器2，其中电源电路经过整流滤波电路1和可控硅触发保护电路8检测接入PLC控制器12，电源电路还接调功调速执行器2后接电流互感器3，电流互感器3安装在电动机4的电源回路上，电流互感器3还接到解耦控制系统6后分别接防跳闸模块7、定速调功器10和PLC控制器12，解耦控制系统6接定速调功器10后接信号合成驱动输出电路9；PLC控制器12分别接信号合成驱动输出电路9和变频调速器11，信号合成驱动输出电路9接短路保护模块5后接调功调速执行器2，PLC控制器12上还连接有显示触摸屏13，可以将控制指令随时加载到PLC控制器12内储存与执行。
如图2所示：本实用新型的一种三相节电装置零部件安装在机箱14内，机箱14外部有电源开关17、显示触摸屏13和散热窗16，还可以安装风扇15。
本实用新型的工作原理是：它主要由PLC控制器及电子元件构建的三相节电控制系统，利用电流互感器对运行负载进行动态跟踪侦测，通过解耦算法分解，由PLC内部的CPU运算中心及调功系统、调速系统分析运算，合成输出波形，通过调功调速执行系统改变电动机的功率和转速，动态适时调整供给电动机电能，为电动机和电源实现智能化的能量供给提供一个数字平台，克服了无闭环反馈的自控系统不能根据电动机实际负荷率而设置节电控制，从而实现节电目的。
在工作过程中，安装在在电动机电源回路上的电流互感器对电动机运行电流进行采样，采样信号经解耦系统分解信号，输入PLC控制器的CPU运算中心分析运算，调控电动机的转速；另一方面通过PLC控制器的CPU运算中心、定速调功器的定速调功算法系统分析运算，调控电动机的功率，从而完成电动机与负载精确匹配、提高运行效率的目的。同时，连接在PLC控制器上的显示触摸屏，可实现外部通讯、人机对话、外部功能接口，还可分别通过各自单元中设置的PLC、PLD程控功能提供与外界进行信息交换的接口，从而有效提高了使用过程中的灵活性。
本实用新型结构简单，科学合理，体形小，投资成本低，且操作运行简便，维护检修十分方便，大大提高了设备的运行率和可操作性；采用降低无功功率损耗、提高功率因数和抑制与消除谐波干扰三项共有特征组合措施，从而达到节电、滤波、调节电压平衡输出三种功能综合治理的效果。
Claims (4)
1.一种三相节电装置，其特征在于：它包括电源电路、安装在电动机（4）电源回路上的电流互感器（3）、PLC控制器（12）、解耦控制系统（6）、定速调功器（10）、变频调速器（11）、信号合成驱动输出电路（9）、短路保护模块（5）、防跳闸模块（7）和调功调速执行器（2），其中电源电路经过整流滤波电路（1）和可控硅触发保护电路（8）检测接入PLC控制器（12），电源电路还接调功调速执行器（2）后接电流互感器（3），电流互感器（3）安装在电动机（4）的电源回路上，电流互感器（3）还接到解耦控制系统（6）后分别接防跳闸模块（7）、定速调功器（10）和PLC控制器(12)，解耦控制系统（6）接定速调功器（10）后接信号合成驱动输出电路（9）；PLC控制器（12）分别接信号合成驱动输出电路（9）和变频调速器（11），信号合成驱动输出电路（9）接短路保护模块（5）后接调功调速执行器（2）；
所述的电流互感器（3）由绕组N1和绕组N2组成，一次绕组N1由一匝或若干匝导线构成，连接在被测量的电路中，二次绕组N2与电流表、功率表相连，组成闭合回路；
所述的可控硅触发保护电路（8）与PLC控制器(12)连接，实现对电动机过压、缺相、欠压过压保护；
所述的PLC控制器(12)包括内部CPU单元、指令及资料内存单元、输入输出单元、电源模组单元和数字模拟单元。
2.根据权利要求1所述的三相节电装置，其特征在于：所述的变频调速器（11）和定速调功器（10）分别在PLC控制器（12）的控制下，根据磁场分量和力矩分量的数据信息进行调速、调功信号合成。
3.根据权利要求1所述的三相节电装置，其特征在于：所述的信号合成驱动输出电路（9）将合成调速、调功信号进行输出。
4.根据权利要求1所述的三相节电装置，其特征在于：所述的PLC控制器（12）上还连接有显示触摸屏（13），可以将控制指令随时加载到PLC控制器（12）内储存与执行。
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