CN217037082U - 一种新型电机节电器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型电机节电器。包括单神经元自适应PID控制模块、电源模块、电流电压采集模块、A/D转换模块、同步信号检测模块、续流角计算模块、控制脉冲信号触发模块、晶闸管调压模块、导通角测量模块、看门狗模块、键盘输入模块、显示模块；单神经元自适应PID控制模块分别与电源模块、A/D转换模块、同步信号检测模块、续流角计算模块、控制脉冲信号触发模块、导通角测量模块、看门狗模块、键盘输入模块、显示模块连接；电流电压采集模块与A/D转换模块连接；晶闸管调压模块分别与控制脉冲信号触发模块、导通角测量模块连接；电源模块与看门狗模块、键盘输入模块、显示模块连接。本实用新型提高了电机节电器的节电效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种新型电机节电器，属于电机节电技术领域。
背景技术
异步电动机作为最重要的动力装置，用电量巨大。电动机一般都是按照设计的最大负载进行选择的，但在实际应用中，通常有60％的电机在60％或以下的负荷状况下运行，大马拉小车与低负荷运行的情况相当普遍，其平均输出功率与最高输出功率之比一般为0.3～0.4，甚至更低。电机的负载率低，效率不高，造成电能浪费现象十分严重。
目前的电机节电器多采用电流自动识别技术，PID双闭环控制技术，但考虑到电机在启动过程中，工作点大范围移动，不稳定，另外，由于电机启动过程中电压变化范围大，晶闸管调压装置的模型参数在这个过程中也是变化的，再考虑到电机负载的多变性，传统控制方法无法实现全过程的最优控制，也造成了电能大量损耗。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种新型电机节电器，具有节能、动态性能优越、鲁棒性强、良好的自适应性等优点。
本实用新型技术方案是：一种新型电机节电器，包括单神经元自适应PID控制模块、电源模块、电流电压采集模块、A/D转换模块、同步信号检测模块、续流角计算模块、控制脉冲信号触发模块、晶闸管调压模块、导通角测量模块、看门狗模块、键盘输入模块、显示模块；单神经元自适应PID控制模块分别与电源模块、A/D转换模块、同步信号检测模块、续流角计算模块、控制脉冲信号触发模块、导通角测量模块、看门狗模块、键盘输入模块、显示模块连接；电流电压采集模块与A/D转换模块连接；晶闸管调压模块的输入端与控制脉冲信号触发模块连接，输出端与导通角测量模块连接；电源模块与看门狗模块、键盘输入模块、显示模块连接。
作为本实用新型的进一步方案，所述电源模块采用AC-DC降压稳压隔离电源，用于提供电源。
作为本实用新型的进一步方案，所述电流电压采集模块与A/D转换模块连接，用于采集电机侧的电压和电流值，A/D转换模块将模拟量转换为数字量，通过I/O口与单神经元自适应PID控制模块连接。
作为本实用新型的进一步方案，所述同步信号检测模块与单神经元自适应PID控制模块的I/O口连接，用于与电网电压基准信号同步，保证正确的相位关系，实现同步触发控制。
作为本实用新型的进一步方案，所述看门狗模块与单神经元自适应PID控制模块的I/O口与复位端连接，用于用来实现上电复位、看门狗复位功能及电源电压监控，不仅增加了系统的可靠性，而且使系统不需额外加上电复位电路，减少了电路板空间，更增加了单片机上电复位时的可靠性。
作为本实用新型的进一步方案，所述续流角计算模块与单神经元自适应PID控制模块的I/O口连接，用于检查电压和电流的过零点，并计算出续流角。
作为本实用新型的进一步方案，所述控制脉冲信号触发模块与单神经元自适应PID控制模块的I/O口连接，用于接受到晶闸管导通角信号后，产生触发脉冲。
作为本实用新型的进一步方案，所述晶闸管调压模块与控制脉冲信号触发模块连接，是将三对反并联晶闸管分别串接在三相线圈上，用于在触发脉冲的作用下实现晶闸管的导通和关断，进行电机端电压调节。
作为本实用新型的进一步方案，所述单神经元自适应PID控制模块采用具有RISC结构的8位增强型低功耗CMOS微控制器ATmage128。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型采用单神经元自适应PID控制和晶闸管相控调压技术。相较于传统的PID双闭环控制，单神经元自适应PID控制不仅解决电机调压过程中的电磁转矩及电流振荡问题，而且可实现对参数，比如电流、功率因数等的实时跟踪控制，解决了传统的PID双闭环控制无法保证全过程控制最优的问题；
2、另外，采用晶闸管相控调压原理，通过调节电动机定子输入端电压和相位实现节能功能。主要将三对反并联晶闸管分别串接在△接法的三相线圈上，这种连接方法由于各相波形对称，输出电压不含偶次谐波，谐波比较少，因此功率可以做的较大，调压性能优越。该新型电机节电器还通过I/O口接入了键盘、数码管、液晶显示屏等外部设备，提供了良好地人机交互界面，实时掌控电机节点的性能参数
附图说明
图1是本实用新型结构框图；
图2是本实用新型结构功能框图；
图3是本实用新型晶闸管相控调压的调压电路图；
图4是本实用新型单神经元自适应PID控制的控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如图1-图4所示，一种新型电机节电器，包括单神经元自适应PID控制模块、电源模块、电流电压采集模块、A/D转换模块、同步信号检测模块、续流角计算模块、控制脉冲信号触发模块、晶闸管调压模块、导通角测量模块、看门狗模块、键盘输入模块、显示模块；单神经元自适应PID控制模块分别与电源模块、A/D转换模块、同步信号检测模块、续流角计算模块、控制脉冲信号触发模块、导通角测量模块、看门狗模块、键盘输入模块、显示模块连接；电流电压采集模块与A/D转换模块连接；晶闸管调压模块的输入端与控制脉冲信号触发模块连接，输出端与导通角测量模块连接；电源模块与看门狗模块、键盘输入模块、显示模块连接。
作为本实用新型的进一步方案，所述电源模块采用AC-DC降压稳压隔离电源，用于提供电源。
作为本实用新型的进一步方案，所述电流电压采集模块与A/D转换模块连接，用于采集电机侧的电压和电流值，A/D转换模块将模拟量转换为数字量，通过I/O口与单神经元自适应PID控制模块连接。
作为本实用新型的进一步方案，所述同步信号检测模块与单神经元自适应PID控制模块的I/O口连接，用于与电网电压基准信号同步，保证正确的相位关系，实现同步触发控制。
作为本实用新型的进一步方案，所述看门狗模块与单神经元自适应PID控制模块的I/O口与复位端连接，用于用来实现上电复位、看门狗复位功能及电源电压监控，不仅增加了系统的可靠性，而且使系统不需额外加上电复位电路，减少了电路板空间，更增加了单片机上电复位时的可靠性。
作为本实用新型的进一步方案，所述续流角计算模块与单神经元自适应PID控制模块的I/O口连接，用于检查电压和电流的过零点，并计算出续流角。
作为本实用新型的进一步方案，所述控制脉冲信号触发模块与单神经元自适应PID控制模块的I/O口连接，用于接受到晶闸管导通角信号后，产生触发脉冲。
作为本实用新型的进一步方案，所述晶闸管调压模块与控制脉冲信号触发模块连接，是将三对反并联晶闸管分别串接在三相线圈上，用于在触发脉冲的作用下实现晶闸管的导通和关断，进行电机端电压调节。
作为本实用新型的进一步方案，所述单神经元自适应PID控制模块采用具有RISC结构的8位增强型低功耗CMOS微控制器ATmage128。
本实用新型的工作原理是：采用单神经元自适应PID控制模块将各模块连接，电流电压采集模块将采集信号传输给单神经元自适应PID控制模块；单神经元自适应PID控制模块对输入信号进行深度学习，在同步信号检测模块作用下，将输出信号送到控制脉冲信号触发模块；脉冲信号触发模块将脉冲触发信号传输到晶闸管调压模块进行晶闸管相控调压；键盘输入及显示模块提供良好地人机交互界面。所述看门狗模块可实现上电复位、看门狗复位功能及电源电压监控。所述键盘输入及显示模块：与单神经元自适应PID控制模块的I/O口连接，键盘共有6个键，分别为：设置键、增加键、减小键、确认键、起动键和急停键，通过键盘控制可实现单神经元自适应PID控制模块的各项功能操作；具体的，例如键盘可以对单神经元自适应PID控制程序的初始控制参数，包括比例、积分、微分的学习速率ηP、ηI、ηD，神经元的比例系数K，以及初值ωi(k)进行输入；数码管及液晶屏显示的作用是实时显示工作参数，直观了解单神经元自适应PID控制模块工况及节电情况。本实用新型中单神经元自适应PID控制模块通过I/O口与电源模块、A/D转换模块、同步信号检测模块、续流角计算模块、控制脉冲信号触发模块、导通角测量模块、看门狗模块、键盘输入模块、显示模块连接。其作用是:根据给定电流电压值与电流电压采集模块采集得到的信号进行对比，得到电流误差和电压误差，之后，根据续流角计算模块输出的续流角、电流误差、电压误差，根据无监督Hebb学习规则和有监督Delta学习规则的算法计算得到导通角，并由控制脉冲信号触发模块产生触发脉冲,控制晶闸管导通；本实用新型中的单神经元自适应PID控制模块可以采用封装好的模块，上述计算得到导通角的算法是本领域技术人员容易想到的，是公知技术，不需要程序上的改进实现本申请的上述目的。为了更进一步的说明，如图4所示是其中一种单神经元自适应PID控制的控制原理图，本实施例的单神经元自适应PID控制系统品质好，动态性能优越，鲁棒性强，具有良好的自适应性。
如图3所示为本实施例的晶闸管调压电路，利用三对反并联晶闸管分别串接在△接法的三相线圈上，这种接法谐波比较少，调压性能最为优越，与自耦变压器调压(电压接近正弦波)时相比，在同样输出功率下电流值比正弦电压增加了7％左右，而且控制系统简单、可靠。在晶闸管交流调压系统中，晶闸管可以借助负载电流过零自行关断，不需要加换流电路，所以其主要优点是线路简单、调压装置体积小、价格低廉、使用及维护方便。
上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一种新型电机节电器，其特征在于：包括单神经元自适应PID控制模块、电源模块、电流电压采集模块、A/D转换模块、同步信号检测模块、续流角计算模块、控制脉冲信号触发模块、晶闸管调压模块、导通角测量模块、看门狗模块、键盘输入模块、显示模块；单神经元自适应PID控制模块分别与电源模块、A/D转换模块、同步信号检测模块、续流角计算模块、控制脉冲信号触发模块、导通角测量模块、看门狗模块、键盘输入模块、显示模块连接；电流电压采集模块与A/D转换模块连接；晶闸管调压模块的输入端与控制脉冲信号触发模块连接，输出端与导通角测量模块连接；电源模块与看门狗模块、键盘输入模块、显示模块连接。
2.根据权利要求1所述的新型电机节电器，其特征在于：所述电源模块采用AC-DC降压稳压隔离电源，用于提供电源。
3.根据权利要求1所述的新型电机节电器，其特征在于：所述电流电压采集模块与A/D转换模块连接，用于采集电机侧的电压和电流值，A/D转换模块将模拟量转换为数字量，通过I/O口与单神经元自适应PID控制模块连接。
4.根据权利要求1所述的新型电机节电器，其特征在于：所述同步信号检测模块与单神经元自适应PID控制模块的I/O口连接，用于与电网电压基准信号同步，保证正确的相位关系，实现同步触发控制。
5.根据权利要求1所述的新型电机节电器，其特征在于：所述看门狗模块与单神经元自适应PID控制模块的I/O口与复位端连接，用于用来实现上电复位、看门狗复位功能及电源电压监控，不仅增加了系统的可靠性，而且使系统不需额外加上电复位电路，减少了电路板空间，更增加了单片机上电复位时的可靠性。
6.根据权利要求1所述的新型电机节电器，其特征在于：所述续流角计算模块与单神经元自适应PID控制模块的I/O口连接，用于检查电压和电流的过零点，并计算出续流角。
7.根据权利要求1所述的新型电机节电器，其特征在于：所述控制脉冲信号触发模块与单神经元自适应PID控制模块的I/O口连接，用于接受到晶闸管导通角信号后，产生触发脉冲。
8.根据权利要求1所述的新型电机节电器，其特征在于：所述晶闸管调压模块与控制脉冲信号触发模块连接，是将三对反并联晶闸管分别串接在三相线圈上，用于在触发脉冲的作用下实现晶闸管的导通和关断，进行电机端电压调节。
9.根据权利要求1所述的新型电机节电器，其特征在于：所述单神经元自适应PID控制模块采用具有RISC结构的8位增强型低功耗CMOS微控制器ATmage128。
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