CN2258293Y - 微电脑省电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微电脑省电机控制器，其由：中央处理单元、三相不平衡信号检测单元、高电压信号检测单元、突波信号检测单元、低电流信号检测单元、电压信号检测单元、电流信号检测单元、键盘单元、负载输出控制单元、告警信号输出控制单元及显示单元所组成；其各单元电路相连接借助于中央处理单元与计算机程序之配合控制，可依负载之需要输出适量的能量，以达到节电之功效。

Description

微电脑省电机控制器

本实用新型涉及一种微电脑省电机控制器，属于计算机程序自动控制装置技术领域。

自从1964年第一次能源危机后，世界各国已觉醒到，能源对人类的影响至深且巨，因此无不从能源之开发及节省能源之设备与材料着手，但能源的开发旷日废时，且成本高昂，非一蹴可成，于是节省能源就更加重要，有鉴于此，开发此既稳定且多功能的微电脑省电机控制器，俾使能普遍推广应用，达到节省电源的目的。

但现有技术中的类似产品存在着下列缺点：

—信号取样采用类比式，使用一段时日后，会因组合元器件本身的材质劣化及受外在环境变化如温度、湿度等而受严重影响，致使功率因数值计算不正确。

—控制用电源采用传统稳压式，抗干扰信号能力低，耐输入电压变化范围窄，故障率高，且控制不稳定。

—无周全之系统保护功能，当功率因数有异常发生时，控制器无法立即判断出，亦无法作出适当的保护措施。

本实用新型的目的是在克服上述现有技术中存在缺点的基础上，提供一种实时有效的微电脑省电机控制器；使负载电路的功率因数值作实时自动的调整，始终趋近于1，以实现节电及多种保护功能。

本实用新型的技术方案是提供一种微电脑省电机控制器，其由：中央处理单元100、三相不平衡信号检测单元200、高电压信号检测单元300、突波信号检测单元400、低电流信号检测单元500、电压信号检测单元600、电流信号检测单元700、键盘单元800、负载输出控制单元900、告警信号输出控制单元1000及显示单元1100所组成，如图1所示，三相不平衡信号检测单元200、高电压信号检测单元300、突波信号检测单元400、低电流信号检测单元500、电压信号检测单元600、电流信号检测单元700及键盘单元800将其资料输入至中央处理单元100，经处理后再将其结果输出送至负载输出控制单元900、告警信号输出控制单元1000及显示单元1100输出显示，配合使用者的操作而达到节电功能。

本实用新型与背景技术相比所具有的优点如下：

—信号采用石英晶体振荡取样，取样之信号精确，且永久不变，确保功率因数值计算准确，进而真正达到省电的目的。

—控制采用交换式电脑专用电源，并加装双回路电源滤波器，抗干扰信号能力特别高，输入电压变化范围可以达到±30％以上，足以应付起伏不定之输入电压，确保控制器能在最优良的状态下工作。

—周全的系统保护功能，包括：

容抗充放电保护、电磁开关保护、断相保护或三相不平衡保护、过电压保护、低电流保护及谐波保护。

—完备的自我检测判断功能，包括：

中央处理单元异常、电压或电流信号未输入、容抗负载三相不平衡、电流信号输入接反、系统电压高于设定值等各项检知功能。

—具备宽广弹性的设定功能，包括：

功率因数值、过电压百分比、低电流百分比、三相不平衡百分比等之数值皆可设定。

为了对本实用新型上述目的、方案及其功效作进一步的实质性了解，将结合附图所示的优选实施方式详细说明如下：

图1为本实用新型之系统控制方框图；

图2为本实用新型之三相不平衡信号检测单元之方块示意图；

图3为本实用新型之高电压信号检测单元之方块示意图；

图4为本实用新型之突波信号检测单元之方块示意图；

图5为本实用新型之低电流信号检测单元之方块示意图；

图6为本实用新型之电压信号检测单元之方块示意图；

图7为本实用新型之电流信号检测单元之方块示意图；

图8为本实用新型之负载输出控制单元之方块示意图；

图9为本实用新型之告警信号输出控制单元之方块示意图；

图10为本实用新型之程序流程示意图；

图11、12、13为本实用新型之详细电路图；

图14为本实用新型之功率向量关系示意图。

以下就本系统控制方框示意图之各单元作详细之说明：

如图2所示，三相不平衡信号检测单元200之作用在于检测交流电路R、S、T三相匹配负载是否平衡，其中R相电流201经202作电流-电压(I-V)转换后，至203作信号隔离，而由204作信号放大，到205作信号滤波之处理；S相电流211则经由212、213、214、215之顺序作如上相同之处理；T相电流221则经由222、223、224、225之顺序作如上相同之处理；经由信号滤波205、215、225所输出之信号送至230作差动放大，再经由231作信号比较及信号延迟之处理，然后输出至中央处理单元100。如此则能检测节电装置内之三相匹配是否平衡，其不平衡容许值可设定，当三相不平衡达设定值时，表示系统容抗负载有异常，此时信号比较及信号延迟231将会延迟短暂时间后，立即送出信号至中央处理元100，中央处理单元100收到信号时会依序切离各段容抗负载、并禁止任何操作，以保护容抗不会因电压过高而损坏。当系统电压回复正常一段时间后，系统自动恢复正常运作。

如图3所示，为本实用新型之高电压信号检测单元300之方块示意图：系统电压301经降压302后，再将信号滤波303，然后与预先设定之参考信号比较304，比较之结果若为系统电压301之输入过高时，则信号延迟305将会先延迟短暂时间后，立即将信号送给中央处理单元100，中央处理单元100收到信号时，会依序切离各段容抗负载，并禁止任何操作，以保护容抗不会因电压过高而损坏。当系统电压回复正常一段时间后，系统自动恢复正常运作。

图4为本实用新型之突波信号检测单元400之方块示意图，此单元之功能在于检测系统是否有突波，系统电压401经降压402后，进入信号比较403，并和预设之参考电压作比较，当有突波出现时，则本单元立即送出信号给中央处理单元100，中央处理单元100收到信号时，会让其暂停各段容抗负载之运作，以确保容抗不会于系统有突波时投入或退出，达到保护的目的。当此信号消失短暂时间后，系统自动恢复正常运作。

图5为本实用新型之低电流信号检测单元500之方块示意图：系统电流501先经502作电流-电压(I-V)转换，然后将信号放大503及信号滤波504，再和预设之参考值作信号比较505，最低电流值可设定，当系统电流太低时，此单元会立即送出信号给中央处理单元100，中央处理单元收到信号时会依序切离各段容抗负载，以避免输出不断接通/关断(ON/OFF)，可提高各元件之寿命，当电流大于设定值后，系统自动恢复正常运作。

图6为本实用新型之电压信号检测单元600之方块示意图：此单元主要在于抓取三相电压R、S、T之任一相电压601之电压波形，将其降压602，再与预设值作信号比较603，而后将其输出提供给中央处理单元100，计算功率因数值。

图7为本实用新型之电流信号检测单元700之方块示意图：本单元抓取与被检测电压同相之任一相电流701之电流波形(即需与电压信号检测单元600同相)，先作电流-电压(I-V)转换702，然后将信号隔离703，再与预设之参考值作信号比较704，再输出至中央处理单元100，作为计算功率因数值。

本实用新型之键盘单元800符号包括：

自动键：按此键持续三秒钟，系统跳至自动操作模式。

手动键：按此键持续三秒钟，系统跳至手动操作模式。

递增键：手动模式时按此键，会投入一段容抗，系统处于自动模式时按此键无作用。

递减键：手动模式时按此键，会退出一段容抗，当系统处于自动模式时按此键无作用。

查询键：按此键，显示单元1100会闪烁显示功率因数设定值三秒钟。

图8为本实用新型之负载输出控制单元900的方块示意图，由中央处理单元100接收各输入信号处理后输出之信号需先作信号隔离901之处理，然后再控制信号继电器(或固态继电器SSR)902的导通与否，而后由各控制输出接点组件903输出。

图9为本实用新型之告警信号输出控制单元1000方块示意图，由中央处理单元100接收各输入信号处理后输出之信号需先作信号隔离1001之处理，然后再送至继电器(或SSR)1002，而后由各输出接点1003输出，系统有错误时，会立即送出告警(ALARM)信号，告知使用者。

显示单元1100可显示：功率因数值、错误信息、及输出信息等。

图10为本实用新型之程序流程图，图11、图12、图13为本实用新型之详细电路图。因系本领域技术人员容易理解的，故不再赘述。

以上所述为本实用新型之电路构造工作原理说明。以下将其省电原理说明如下：

在日常使用的电源内，设总功率为Pa，有效功率(或称电阻性负载)为P，无效功率(可分为电感性及电容性负载)为Q，其三者间之关系为：Pa＝P+jQ，其向量关系如图14(a)所示，由本图可见，P与Q相差90°，Pa的绝对值为

而有效功率P在电源中无法消除，因此无法改变，但一般用电户尤其是工业用户均为线圈类负载较多，故Q值会较高，而趋于电感性无功功率，谓之Q，如图14(b)所示，由此图可知，当Q_C(电容性无效功率)与Q_L(电感性无效功率)一样大或极接近时，则无效功率： $Q=Q_L-Q_C\underset{\·}{\overset{\·}{=}}0$

那么： $\mathrm{Pa}=P+\mathrm{jQ}\underset{\·}{\overset{\·}{=}}P+\mathrm{jO}\underset{\·}{\overset{\·}{=}}P$ 由此可知，我们就能降低Q的付出，而仅仅消耗有效功率P及一点点的无效功率Q值而已，如此不但减少Q的损失，同时也提高了电源使用效率，当然最重要的是已达到真正省电的目的，一般而言，若Q越大，则节电效果越能显现。

由上述之节电原理可明确得知，如果测得为Q_L值，然后匹配等量之Q_C值，即能有效达到省电的目的，而Q_L可使用一般改善功率因数用之电容即可补偿。

在节电过程中，功率因数cosθ(以下简称功因)的计算是重要的，因cos0°＝1，cos90°＝0，而cos为0°之意义表示未消耗无效功率Q虚功值，如图14(C)所示，或Q_L＝Q_C；cos为90°之意义表示未消耗有效功率P，仅消耗Q_L如图14(d)所示，在实际用电场合，cos为0°或90°的情况极少存在，实际用电场合通常会消耗一部分的P及一部分的Q，因此，如能使Q_L＝Q_C，或使Q_L尽量等于Q_C，也就是让功因角θ尽量等于0°，换言之，让功因值趋近于1，就愈能达到省电的效果，这也就是本实用新型之主要功能。

本实用新型是经由硬件线路，精确地抓取电压及电流信号，再经过信号的转换、滤波、比较而得到洁净之信号，然后分别通过前述之处理途径，送入中央处理单元100，再由中央处理单元100计算出功因值，此值即为本实用新型之节电依据，若此值在设定值之下，中央处理单元会逐段的投入电容，以增加Q_C值，并提高功因值，直到功因值提升到设定值内为止；若是实际功因值在负设定值之外，表示Q_C大于Q_L，则中央处理单元会自动逐段退出电容，以降低Q_C值，直到功因值提升到设定值内为止。

以上的节电方式，只要启动本装置后，便周而复始的运作，即随时在作有效的自动节电匹配，加上完备的保护功能，实为用户之最佳节电装置。

Claims (7)

1.一种微电脑省电机控制器，其由：中央处理单元(100)、三相不平衡信号检测单元(200)、高电压信号检测单元(300)、突波信号检测单元(400)、低电流信号检测单元(500)、电压信号检测单元(600)、电流信号检测单元(700)、键盘单元(800)、负载输出控制单元(900)、告警信号输出控制单元(1000)及显示单元(1100)所组成，其特征在于三相不平衡信号检测单元、高电压信号检测单元、突波信号检测单元、低电流信号检测单元、电压信号检测单元及键盘单元将处理后之信号输出送至中央处理单元，供作运算及判断之资料，中央处理单元依据计算机程序之流程作逻辑运算，而将其结果输出送至负载输出控制单元、告警信号输出控制单元及显示单元，上述各单元的信号取样采用石英晶体振荡；控制器采用交换式电脑专用电源，并加装双回路电源滤波器。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：所述之三相不平衡信号检测单元(200)，R.S.T.三相电流(201，211，221)经电流-电压转换(202，212，222)后作信号隔离(203，213，223)、再经信号放大(204，214，224)、和作信号滤波(205，215，225)之处理、该滤波后之信号输入至差动放大(230)、再经信号比较和信号延迟(231)之处理，然后输出至中央处理单元(100)。

3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：所述之高电压信号检测单元(300)将系统电压(301)降压(302)后，作信号滤波(303)，然后和预设的参考信号比较(304)，比较的结果当系统电压过高时，则经信号延迟(305)短暂时间后立即将信号送给中央处理单元(100)，以致依序切离各段容抗负载。

4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：所述之突波信号检测单元(400)将系统电压(401)降压(402)后，进入信号比较(403)并与预设参考电压作比较，当有突波发生时，可输出信号给中央处理单元(100)。

5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：所述之低电流信号检测单元(500)，先将系统电流信号(501)转换成电压信号(502)，再将信号放大(503)及信号滤波(504)，而后与预设的参考值作信号比较(505)，可设定最低电流值当系统电流过低时，立即输出信号给中央处理单元(100)，其依序切离各容抗负载。

6.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：所述之电压信号检测单元(600)，可抓取三相电压R.S.T.之任一相电压(601)，先降压(602)后，再与预设之电压值作比较(603)，而后输出信号至中央处理单元(100)。

7.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：所述之电流信号检测单元(700)，可抓取与被检测电压波形同相之任一相电流(701)之电流波形，先将电流信号转换成电压信号(702)，再作信号隔离(703)，然后与预设之参考值作信号比较(704)，而后输出信号至中央处理单元(100)。

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