专利名称：一种变频器节能在线多功能监测装置及监测方法
技术领域：
本发明涉及一种变频节能在线多功能监测装置及监测方法，尤其适用于高、低压变频器和工频控制电动机运行时的电能和节电量测量。
背景技术：
目前，随着现代电力电子技术、微电子技术、光电技术和新材料的不断应用，变频器的发展也日新月异，不仅在控制精度上可与直流调速技术相媲美，而且在体积、能耗、重量上也有大大减少，抗干扰和环境适应性也大大提高。由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点，在许多需要精确速度控制的应用中，变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用。还由于变频器的软启动功能和节能应用，操作简单，维护方便，在工业企业，变频器应用正在普及。作为节能目的，变频器广泛应用于各行业风机、泵类负载，通过调节电动机运行频率，取代“电动机恒速运转，调节风门挡板或阀门调节流量的运行方式，提高轻载运行时设备的工作效率， 进而实现节能。变动负载采用变频器节能潜力巨大。根据《国务院办公厅转发发展改革委等部门关于加快推行合同能源管理促进节能服务产业发展意见的通知》(国办发[2010]25号)，合同能源管理(简称EMC)正在推广进行，但是在节能量计算上有比较大的困难，经常采用的方法有
1、节能量计算方法
(1)将变频器由变频运行切换到旁路工频运行状态，取运行7 的平均功率P基做为基准值。(2)基准值确定后。以一个效益周期内工艺在变频工况下风机运行的实际耗电量 B，作为变频器工艺实际耗电量，并测取变频在一个效益分享周期内的实际运行时间H。(3)根据以上测得的数据计算该分享周期内的节电量J。J=G-B ； G=P 基 XH ；
G为一个效益分享期内设备在工频状态的耗电量。这种方法是离线检测和计算，并存在有人为因素，对节电量的计算不准确，对投资双方的合理分配容易产生偏差。如果提供一种在线实时监测、记录、显示的变频器节能在线监测装置，可实时记录并显示当前的电量数据，数据计算更准确，并方便查阅。
发明内容
本发明的目的是提供一种变频器节能在线监测装置，在线实时监测、记录、显示当前的电量数据，本发明还提供了一种变频器节能在线多功能监测方法。一种变频器节能在线监测装置，包括联动开关、电流检测单元、电压检测单元、信号检测与变换单元、模数转换单元、中央处理单元、显示单元，其中，联动开关包括联动的第一常闭开关、第二常开开关、第三常开开关，第一常闭开关用于连接在供电线路与用电设备之间，第三常开开关用于连接在供电线路与变频器供电输入端之间，第二常开开关用于连接在变频器的供电输出端与用电设备之间；电流检测单元、电压检测单元的检测端分别连接在供电线路上，电流检测单元、电压检测单元的信号输出端分别连接信号检测与变换单元的电流信号检测输入端、电压检测信号输入端，信号检测与变换单元的信号输出端连接模数转换单元的信号输入端，模数转换单元的信号输出端连接中央处理单元的检测信号输入端，中央处理单元的显示信号输出端连接显示单元的信号输入端，其中还包括联动开关状态信号检测单元；联动开关还包括第四常闭开关、第五常开开关，第四常闭开关、第五常开开关与第一常闭开关、第二常开开关、第三常开开关联动；联动开关状态信号检测单元包括工频/变频状态检测模块，第四常闭开关、第五常开开关的第一端连接于直流电源，第四常闭开关、第五常开开关的第二端分别连接工频/变频状态检测模块的工频检测状态信号输入端、变频检测状态信号输入端，工频/变频状态检测模块的信号输出端连接中央处理单元的工频/变频状态信号输入端。所述的变频器节能在线监测装置，其中工频/变频状态检测模块包括接工频/变频状态检测电路、接口电路，第四常闭开关、第五常开开关的第二端分别连接工频/变频状态检测电路的工频检测状态信号输入端、变频检测状态信号输入端，工频/变频状态检测电路的信号输出端通过接口电路连接中央处理单元的工频/变频状态信号输入端。所述的变频器节能在线监测装置，其中所述的工频/变频状态检测电路采用型号为E1963的检测电路芯片。所述的变频器节能在线监测装置，其中所述的中央处理单元为微处理器。一种变频器节能在线监测方法，其中具体包括如下步骤
1)中央处理单元检测当前为工频运行状态还是变频运行状态，当判断出第四常闭开关为闭合状态，同时，第五常开开关为断开状态时，判断为工频运行状态，进入步骤2)；当判断出第四常闭开关为断开状态，同时，第五常开开关K2’为闭合状态时，判断为变频运行状态， 进入步骤3)；
2)、中央处理单元检测工频连续运行状态下的时间H1，中央处理单元检测并记录该时间Hl内消耗的功率Pl及消耗的电量W0，并依据该连续运行时间Hl内消耗的电量W0，计算出单位时间消耗的平均电量Wl，W1=W0/H1 ；
3)、中央处理单元检测变频运行状态下的时间H2、消耗的功率P2以及消耗的电量W2；
4)、中央处理单元根据前面步骤2)、步骤3)中得到的数据，计算出节电量 W=W1XH2-W2 ；
5)、中央处理单元根据步骤4)得到的数据，计算出节电率J=W/(W1*H2) X 100 % ；
6)、中央处理单元将步骤2) 步骤5)得到的数据在显示单元的显示器上在线实时显示工频或变频运行状态K1，、K2，；时间Η1、Η2 ；实时功率Ρ1、Ρ2 ；实时耗电量W0、WU W2 ；节电量、节电率W、J，以及显示三相电流、三相电压、功率因素、设备投入起始日期、运行时间。所述的变频器节能在线监测方法，其中步骤2)中所述的中央处理单元检测工频连续运行状态下的时间Hl不小于72小时。本发明采用上述技术方案后将达到如下的技术效果
本发明的变频器节能在线监测装置，由电流检测单元、电压检测单元检测的数据信号通过信号检测与变换单元处理后，送入模数转换单元转换成数字信号送入处理单元进行处理，处理后的结果信号在显示单元上显示出来，本发明的创新点是在由联动开关控制工频供电或经变频器供电，由联动开关状态信号检测单元检测当前联动开关的状态，以判断是工频还是变频器供电状态，以便于中央处理单元记录、计算。本发明还提供了一种采用所述变频器节能在线监测装置的变频器节能在线监测方法。综上，本发明的变频器节能在线监测装置和方法，能够在线实时监测、记录、显示工频、变频运行状态下的相关数据，有效的保证节能检测的实时性、准确性。
图1为本发明的变频器节能在线监测装置的原理图。
具体实施例方式
本发明的变频器节能在线监测装置，如图1，包括联动开关、电流检测单元、电压检测单元，信号检测与变换单元、模数转换单元、中央处理单元、显示单元，其中，联动开关包括联动的第一常闭开关K1、第二常开开关K2、第三常开开关K3，供电线路为三相制，第一常闭开关Kl用于连接在供电线路与用电设备M之间，第一常闭开关Kl为三刀常闭联动开关，第三常开开关K3用于连接在供电线路与变频器供电输入端之间，第二常开开关K2用于连接在变频器的供电输出端与用电设备M之间，第二常开开关K2为三刀常开联动开关，第三常开开关K3为三刀常开联动开关；电流检测单元采用3个电流互感器CT，3个电流互感器CT的线圈分别穿设在三相供电线路的对应相线上，3个电流互感器CT的输出端分别连接信号检测与变换单元的对应相电流信号检测输入端；电压检测单元采用三相变压器VT，三相变压器VT的初级绕组连接在三相供电线路的对应相线上，三相变压器VT的次级绕组分别连接信号检测与变换单元的对应相电压检测信号输入端；信号检测与变换单元的信号输出端连接模数转换单元的信号输入端，模数转换单元的信号输出端连接中央处理单元的检测信号输入端，中央处理单元的显示信号输出端连接显示单元的信号输入端，其中本发明的变频器节能在线监测装置还包括联动开关状态信号检测单元；所述的联动开关还包括第四常闭开关ΚΓ (第四常闭开关ΚΓ为单刀常闭开关)、第五常开开关K2’(第五常开开关K2’为单刀常开开关)，第四常闭开关ΚΓ、第五常开开关K2’与第一常闭开关K1、第三常开开关K3、 第二常开开关K2均联动；联动开关状态信号检测单元包括工频/变频状态检测模块，第四常闭开关ΚΓ、第五常开开关K2’的第一端连接于24V直流电源，第四常闭开关ΚΓ、第五常开开关K2’的第二端分别连接工频/变频状态检测模块的工频检测状态信号输入端、变频检测状态信号输入端，工频/变频状态检测模块的信号输出端连接中央处理单元的工频/ 变频状态信号输入端。所述的联动开关为两档的联动开关，并包括第一常闭开关K1、第二常开开关K2、 第三常开开关K3以及第四常闭开关K1’、第五常开开关K2’共五组开关，联动开关的第一档为工频档，打到第一档时，第一常闭开关K1、第四常闭开关ΚΓ为闭合状态，第二常开开关 K2、第三常开开关K3以及第五常开开关K2’为断开状态，联动开关的第二档为变频档，打到第二档时，第一常闭开关K1、第四常闭开关ΚΓ为断开状态，第二常开开关K2、第三常开开关K3以及第五常开开关K2’为闭合状态。 本实施例中，工频/变频状态检测模块包括接工频/变频状态检测电路(采用型号为E1963的检测电路芯片)、接口电路，第四常闭开关K1’、第五常开开关K2’的第一端同时连接该工频/变频状态检测电路的MV电压输出端(3号接脚)，第四常闭开关K1’、第五常开开关K2’的第二端分别连接工频/变频状态检测电路的工频检测状态信号输入端(1号接脚)、变频检测状态信号输入端(2号接脚)，工频/变频状态检测电路的信号输出端(4、5 号接脚)通过接口电路连接处理单元的工频/变频状态信号输入端。中央处理单元采用型号为STC12C560AD的微处理器。工频/变频的转换是由手动或电动控制所述联动开关实现。本发明还提出了一种变频器节能在线监测方法，具体包括如下步骤
1)中央处理单元检测当前为工频运行状态还是变频运行状态，当判断出第四常闭开关为闭合状态，同时，第五常开开关为断开状态时，判断为工频运行状态，进入步骤2)；当判断出第四常闭开关ΚΓ为断开状态，同时，第五常开开关K2’为闭合状态时，判断为变频运行状态，进入步骤3)；
2)、中央处理单元检测工频连续运行状态下的时间Hl，Hl不小于72小时，中央处理单元检测并记录该时间Hl内消耗的功率Pl及消耗的电量W0，并依据该连续运行时间Hl内消耗的电量WO，计算出单位时间(本实施例中，单位时间采用小时)消耗的平均电量Wl，Wl=WO/ Hl ；
3)、中央处理单元检测变频运行状态下的时间H2、消耗的功率P2以及消耗的电量W2；
4)、中央处理单元根据前面步骤2)、步骤3)中得到的数据，计算出节电量 ff=ffl*H2-W2 ；
5)、中央处理单元根据步骤4)得到的数据，计算出节电率J=W/(W1*H2)X100 % ；
6)、中央处理单元将步骤2) 步骤5)得到的数据在显示单元的显示器上在线实时显示工频或变频运行状态:K1，、K2，；时间Η1、Η2 ；实时功率:Ρ1> Ρ2 ；实时耗电量W0、WU W2 ；节电量、节电率W、J，以及显示三相电流、三相电压、功率因素、设备投入起始日期、运行时间。在本发明的变频器节能在线监测装置的硬件基础上，通过上述方法处理后，可以分别得到工频、变频运行状态下的相关数据，有效的保证节能检测的实时性、准确性。本发明的变频器节能在线监测装置成本低，效率高，24小时在线检测，计算准确， 误差小，无人为因素干扰。
权利要求
1.一种变频器节能在线监测装置，包括联动开关、电流检测单元、电压检测单元、信号检测与变换单元、模数转换单元、中央处理单元、显示单元，其中，联动开关包括联动的第一常闭开关、第二常开开关、第三常开开关，第一常闭开关用于连接在供电线路与用电设备之间，第三常开开关用于连接在供电线路与变频器供电输入端之间，第二常开开关用于连接在变频器的供电输出端与用电设备之间；电流检测单元、电压检测单元的检测端分别连接在供电线路上，电流检测单元、电压检测单元的信号输出端分别连接信号检测与变换单元的电流信号检测输入端、电压检测信号输入端，信号检测与变换单元的信号输出端连接模数转换单元的信号输入端，模数转换单元的信号输出端连接中央处理单元的检测信号输入端，中央处理单元的显示信号输出端连接显示单元的信号输入端，其特征在于还包括联动开关状态信号检测单元；联动开关还包括第四常闭开关、第五常开开关，第四常闭开关、第五常开开关与第一常闭开关、第二常开开关、第三常开开关联动；联动开关状态信号检测单元包括工频/变频状态检测模块，第四常闭开关、第五常开开关的第一端连接于直流电源， 第四常闭开关、第五常开开关的第二端分别连接工频/变频状态检测模块的工频检测状态信号输入端、变频检测状态信号输入端，工频/变频状态检测模块的信号输出端连接中央处理单元的工频/变频状态信号输入端。
2.如权利要求1所述的变频器节能在线监测装置，其特征在于工频/变频状态检测模块包括接工频/变频状态检测电路、接口电路，第四常闭开关、第五常开开关的第二端分别连接工频/变频状态检测电路的工频检测状态信号输入端、变频检测状态信号输入端， 工频/变频状态检测电路的信号输出端通过接口电路连接中央处理单元的工频/变频状态信号输入端。
3.如权利要求2所述的变频器节能在线监测装置，其特征在于所述的工频/变频状态检测电路采用型号为E1963的检测电路芯片。
4.如权利要求1或2或3所述的变频器节能在线监测装置，其特征在于所述的中央处理单元为微处理器。
5.一种变频器节能在线监测方法，其特征在于具体包括如下步骤1)中央处理单元检测当前为工频运行状态还是变频运行状态，当判断出第四常闭开关为闭合状态，同时，第五常开开关为断开状态时，判断为工频运行状态，进入步骤2);当判断出第四常闭开关为断开状态，同时，第五常开开关K2’为闭合状态时，判断为变频运行状态， 进入步骤3)；2)、中央处理单元检测工频连续运行状态下的时间H1，中央处理单元检测并记录该时间Hl内消耗的功率Pl及消耗的电量W0，并依据该连续运行时间Hl内消耗的电量W0，计算出单位时间消耗的平均电量Wl，W1=W0/H1 ；3)、中央处理单元检测变频运行状态下的时间H2、消耗的功率P2以及消耗的电量W2；4)、中央处理单元根据前面步骤2)、步骤3)中得到的数据，计算出节电量 W=W1XH2-W2 ；5)、中央处理单元根据步骤4)得到的数据，计算出节电率J=W/(W1*H2) XlOO % ；6)、中央处理单元将步骤2) 步骤5)得到的数据在显示单元的显示器上在线实时显示工频或变频运行状态K1，、K2，；时间Η1、Η2 ；实时功率Ρ1、Ρ2 ；实时耗电量W0、WU W2 ；节电量、节电率W、J，以及显示三相电流、三相电压、功率因素、设备投入起始日期、运行时间。
6.如权利要求5所述的变频器节能在线监测方法，其特征在于步骤2)中所述的中央处理单元检测工频连续运行状态下的时间Hl不小于72小时。
全文摘要
一种变频器节能在线监测装置，包括联动开关、电流检测单元、电压检测单元，信号检测与变换单元、模数转换单元、中央处理单元、显示单元，联动开关包括联动的第一常闭开关、第二常开开关、第三常开开关，还包括联动开关状态信号检测单元；联动开关还包括第四常闭开关、第五常开开关；联动开关状态信号检测单元包括工频/变频状态检测模块，第四常闭开关、第五常开开关的第一端连接于电源，第四常闭开关、第五常开开关的第二端分别连接工频/变频状态检测模块的工频检测状态信号输入端、变频检测状态信号输入端，工频/变频状态检测模块的信号输出端连接中央处理单元的工频/变频状态信号输入端。本发明还提供了一种变频器节能在线多功能监测方法。
文档编号G01R21/06GK102255601SQ201110199359
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者李增光, 王美凤 申请人:李增光, 王美凤