CN207339270U - 一种工业节电控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种工业节电控制系统。该系统包括采样电路、谐波抑制电路、交流斩波电路、保护开关电路、人机交互电路和控制电路；利用采样运算结果控制四个交流斩波IGBT管子工作，实现输出电压定值控制，完成节电要求；并通过谐波抑制电路抑制零线三次谐波量减少畸变功率对电能的损耗，保护用电设备。

Description

一种工业节电控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种工业节电控制系统，是一种电器系统。

背景技术

电能是一种优质、高效、清洁、便利的能源，是当今最重要，应用最广泛的能源形式之一。人类的生产生活，世界的发展进步，都离不开电能。如今，能源紧缺问题成为各国关注的焦点，节电自然被摆到了突出重要的位置。各国政府纷纷出台相应的政策措施，倡导节电节能的新风尚，并积极鼓励各种节电技术的发展研究工作。在我国的电力消费能源在一次能源中占40％左右，发电供热用煤占全国煤炭消费量的50％左右，全国主要污染物二氧化硫的排放量中，电力占50％左右。因此，节约电能在我国具有极强的现实意义与紧迫性。

各种节电器的设计理念归根结底可分为以下几点：①研制省能型新设备和新工艺；②消除或减小各类损耗；③通过运行技术，提高设备运行效率；④能量回收或综合利用。随着科技的发展进步，现代节电技术已从最初的第一代电容补偿技术，经第二代晶闸管技术，第三代变频技术，第四代抑制浪涌技术发展到第五代以电磁调控技术为代表的节电技术。目前，市场上常见的节电器就工作原理而言有冷热电联产技术、变频调速技术、相控调压技术、绿色照明工程技术等十多个种类。具体有各类自耦变压器抽头式节电器、有源滤波器、高低压变频器、电机相控节电器、照明节电器等等。目前各类节电器虽然有广泛的应用，但是对于其节电效率的计算一般很少有文献报道。

现有技术中降压节电技术与谐波抑制技术是两种有效的节电方法。某些用电设备的耗电量随其端电压的降低而降低，且在一定范围内的电压降并不影响其正常工作。降压节电技术即是通过合理降低负荷端电压，减少用电设备的耗电量，节约电能。此外，供电系统为了保证用户在电压波动情况下的正常用电，往往会使电网电压略高于额定电压。所以，降压技术可以减少电网电压的过剩供给，节约电能。降压节电技术在电机及照明方面有应用。此外，电力系统中不可避免地存在着各类谐波源，由此造成的谐波问题也日益严重。谐波不仅影响电力设备的正常运行，加速设备老化，还会产生大量的畸变功率。由于这部分功率不可利用，所以通过谐波抑制技术，可以减少这部分的电能损耗，节约电能。谐波抑制技术在节能方面的应用目前还没有相关的研究。

实用新型内容

本实用新型主要基于降压与谐波抑制两种节电技术，设计了一种工业节电控制系统，可达到很好的节电效果。

本实用新型目的通过以下技术方案实现：

一种工业节电控制系统，其特征是，包括：

采样电路，配置为检测输入/输出端的电压和电流；

谐波抑制电路，配置为抑制谐波；

交流斩波电路，配置为实现输出电压定值控制；

保护开关电路，配置为保护整个电路，避免欠压、过载；

人机交互电路，配置为人机交互控制；

控制电路，配置为运算结果，控制交流斩波电路工作；

所述的采样电路电连接输入/输出端，并与控制电路通讯连接；所述的谐波抑制电路电连接输入端；所述的交流斩波电路电连接输入端，并通过控制电路控制电压；所述的保护开关电路分别安装于负载通路和输入端上；所述的人机交互电路与控制电路通讯连接。

作为优选，所述的采样电路包括电压互感器、电流互感器以及放大器，所述电压互感器、电流互感器分别检测输入/输出的电压和电流，并且信号经放大器放大隔离后送人到控制电路检测处理。

作为优选，所述的谐波抑制电路由调谐电容和调谐电感并联，外加串联小电感及保护电路构成。通过选取适当的调谐电容与调谐电感值可抑制相应频率谐波分量的通过。此外，由于高次谐波阻抗值比较大，而基波阻抗值较小，串联的小电感可以抑制高次谐波，而对基波的影响很小。

作为优选，所述的交流斩波电路包括四个交流斩波IGBT管子和输出滤波器，所述的控制电路通过电信号控制四个交流斩波IGBT管子工作配合输出滤波器，实现输出电压定值控制，完成节电要求。

作为优选，所述的人机交互电路包括键盘模块、显示模块、时钟模块和通信管理模块，均与控制电路电连接。

作为优选，所述的控制电路为微处理芯片。

作为优选，所述的微处理芯片为STC单片机或ARM芯片。

作为优选，所述的保护开关电路包括旁路控制开关和低压断路器，分别安装于负载通路和输入端上。

作为优选，四个交流斩波IGBT管子分别为依次控制连接的VT1、VT2、VT3、VT4。

本技术方案具有以下优点： 本产品通过降压与谐波抑制两种节电技术，达到良好的节电效果，通过合理降低负荷端电压节约负荷消耗的有功功率，减少电能的过剩供给，并通过谐波抑制电路抑制零线三次谐波量减少畸变功率对电能的损耗，保护用电设备，因此，本产品的节电系统既节约负荷有功，又减少畸变功率损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实施例的系统示意图。

图2是本实施例采样电路的结构示意图。

图3是本实施例谐波抑制电路的结构示意图。

图4是本实施例交流斩波电路的结构示意图。

图5是本实施例人机交互电路的结构示意图。

标号说明：采样电路1、电压互感器11、电流互感器12、放大器13、谐波抑制电路2、调谐电容21、调谐电感22、小电感23、保护电路24、交流斩波电路3、IGBT管子31、输出滤波器32、旁路控制开关41、低压断路器42、人机交互电路5、键盘模块51、显示模块52、时钟模块53、通信管理模块54、控制电路6、负载7。

具体实施方式

以下结合具体实施例来说明本实用新型，下列实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，并不限定本实用新型的保护范围。

实施例一：

如图1-5所示，本实施例的产品是一种工业节电控制系统，包括：

采样电路1，配置为检测输入/输出端的电压和电流；

谐波抑制电路2，配置为抑制谐波；

交流斩波电路3，配置为实现输出电压定值控制；

保护开关电路，配置为保护整个电路，避免欠压、过载；

人机交互电路5，配置为人机交互控制；

控制电路6，配置为运算结果，控制交流斩波电路3工作，本实施例中的控制电路6为一种STC单片机，所具有的丰富指令集、高速运算速度、强抗干扰能力以及大程序存储空间可以满足系统的任务要求；

本实施例的采样电路1电连接输入/输出端，并与控制电路6通讯连接；所述的谐波抑制电路2电连接输入端；所述的交流斩波电路3电连接输入端，并通过控制电路6控制电压；所述的保护开关电路分别安装于负载7通路和输入端上；所述的人机交互电路5与控制电路6通讯连接。

节电控制的原理为：输入／输出电压和电流信号通过采样电路1和谐波抑制电路2送人完成采样，采样得到的数据送入控制电路6进行计算，利用运算结果控制片内PWM电路驱动四个交流斩波IGBT管子31工作，实现输出电压定值控制，完成节电要求。

本实施例的采样电路1包括电压互感器11、电流互感器12以及放大器13，电压互感器11、电流互感器12分别检测输入/输出的电压和电流，并且信号经放大器13放大隔离后送人到控制电路6检测处理。

本实施例的谐波抑制电路2由调谐电容21和调谐电感22并联，外加串联小电感23及保护电路24构成。通过选取适当的调谐电容与调谐电感值可抑制相应频率谐波分量的通过。此外，由于高次谐波阻抗值比较大，而基波阻抗值较小，串联的小电感可以抑制高次谐波，而对基波的影响很小。

本实施例的交流斩波电路3包括四个交流斩波IGBT管子31和输出滤波器32，四个交流斩波IGBT管子31分别为依次控制连接的VT1、VT2、VT3、VT4，而输出滤波器32由电容、电感组成，控制电路6通过电信号控制四个交流斩波IGBT管子31工作配合输出滤波器32，实现输出电压定值控制，完成节电要求。

本实施例的保护开关电路包括旁路控制开关41和低压断路器42，分别安装于负载通路和输入端上。当电网电压过低时，会出现欠压现象，造成电器无法工作，此时通过采样与比较，控制旁路开关K I合上，使电器全压运行。节电器所带的电器负载7不能超过允许容量，过载保护由低压断路器QF实现。当电器负载7电流过大时，会造成设备的损坏，应断开回路确保设备安全，此时通过负载7电流的采样与比较，控制低压断路器QF打开来完成。

本实施例的人机交互电路5包括键盘模块51、显示模块52、时钟模块53和通信管理模块54，均与控制电路6电连接，均为现有技术中的控制模块合理运用。

本实施例的控制电路6为微处理芯片，微处理芯片为STC单片机或ARM芯片。

使用说明：基于上述工业节电控制系统的控制方法，是将输入/输出电压和电流信号通过采样电路1送入控制电路6内1 0位模数转换电路完成采样，并进行计算，利用运算结果控制四个交流斩波IGBT管子31工作，实现输出电压定值控制，完成节电要求。

本实施例的控制电路6产生40KHZ的PWM信号去控制IGBT管子31工作，分别包括，IGBT管子31通断模式由输入电源电压极性决定，当输入电压为正半周时，VTl用PWM信号以占空比d导通斩波，VT3用PWM信号以占空比(1-d)导通续流，VT2、VT4一直导通；当输入电压为负半周时，VT2用PWM信号以占空比d导通斩波，VT4用PWM信号以占空比(1-d)导通续流，VTl、VT3一直导通，通过输出滤波器32完成对供电电压的滤波，实现输出信号为近似正弦的要求，占空比d的大小根据输入／出电压采样值和变压器变比计算取得，属于可获得的数值。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种工业节电控制系统，其特征是，包括：

采样电路，配置为检测输入/输出端的电压和电流；

谐波抑制电路，配置为抑制谐波；

交流斩波电路，配置为实现输出电压定值控制；

保护开关电路，配置为保护整个电路，避免欠压、过载；

人机交互电路，配置为人机交互控制；

控制电路，配置为运算结果，控制交流斩波电路工作；

所述的采样电路电连接输入/输出端，并与控制电路通讯连接；所述的谐波抑制电路电连接输入端；所述的交流斩波电路电连接输入端，并通过控制电路控制电压；所述的保护开关电路分别安装于负载通路和输入端上；所述的人机交互电路与控制电路通讯连接。

2. 根据权利要求 1所述的工业节电控制系统，其特征是，所述的采样电路包括电压互感器、电流互感器以及放大器，所述电压互感器、电流互感器分别检测输入/输出的电压和电流，并且信号经放大器放大隔离后送人到控制电路检测处理。

3.根据权利要求1所述的工业节电控制系统，其特征是，所述的谐波抑制电路由调谐电容和调谐电感并联，外加串联小电感及保护电路构成。

4.根据权利要求1所述的工业节电控制系统，其特征是，所述的交流斩波电路包括四个交流斩波IGBT管子和输出滤波器，所述的控制电路通过电信号控制四个交流斩波IGBT管子工作配合输出滤波器，实现输出电压定值控制，完成节电要求。

5.根据权利要求1所述的工业节电控制系统，其特征是，所述的人机交互电路包括键盘模块、显示模块、时钟模块和通信管理模块，均与控制电路电连接。

6.根据权利要求1所述的工业节电控制系统，其特征是，所述的控制电路为微处理芯片。

7.根据权利要求1所述的工业节电控制系统，其特征是，所述的保护开关电路包括旁路控制开关和低压断路器，分别安装于负载通路和输入端上。

8.根据权利要求4所述的工业节电控制系统，其特征是，四个交流斩波IGBT管子分别为依次控制连接的VT1、VT2、VT3、VT4。