专利名称：风机水泵智能功效节能终端设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种智能功效节能终端设备，属于电子技术与机电一 体化领域。
背景技术：
在工矿企业中大量地使用着风机、水泵，这些机械一般都以交流电动 机驱动。其中大部分电动机均不是工作在额定功率，而经常只有额定功率的50%-70%，甚至更低。但电动机大部分处在恒速运行状态，并以档板、 阀门或放空回流的办法进行流量或压力的调节，从而白白损失大量的电 能，功率越大的风机、水泵，损失的电能越多。发明内容本实用新型的目的在于提供一种风机水泵智能功效节能终端设备 (MD-FSL)，它综合可编程技术、变频技术、跟踪调功技术、软启动技术、 动态功率因数补偿技术，通过PID闭环控制，自动跟踪负载的工作状况， 实时调节供电功率，减少电能。一种风机水泵智能功效节能终端设备包含主回路模块、与主回路模块 连接的、发出控制信号的控制回路模块、与控制回路模块连接的信号回路 模块和用以显示节电器状态的显示回路模块。一种风机水泵智能功效节能终端设备，该风机水泵智能功效节能终端 设备的主回路模块是由断路器、接触器、输入滤波装置、变频器、输出滤 波装置组成。该风机水泵智能功效节能终端设备的控制回路模块包含微型断路器、中间继电器、可编程控制器(PLC)、人机界面、按钮；信号回路模块包 含现场传感器、信号变送器、PID调节装置；显示回路模块包含电压表、 电流表、压力(温度、流量等)表、三相四线有功电能表、指示灯。本实用新型节电率可达20%-60%，能有效的防止机械磨损，延长电机使用 的寿命，瞬时态转矩反映；并且采用最新一代IGBT功率模块，最大载波 频率达16kHz,静音运行。 一种风机水泵智能功效节能终端设备具有瞬时 输出电压自动调整功能，能在输入电网存在较大的波动时，输出电压也基 本保持不变；具有回升制动等功能，适应各种应用场合；其液晶屏带有液 晶字符、图形显示，中、英文显示方式随时设定，人机界面友好；双键盘 互动切换控制，本机、远程操作自由选择；保护功能完善，具备电流限幅、 过压失速保护、短路、过流、过载、过压时，系统均能即时保护。
图l表示节电器硬件组成图；图2表示风机在一定转速下的风压-风量(H-Q)特性。
具体实施方式
l.根据图1所示，该智能节电器是由主回路模块、与主回路模块连接 的、发出控制信号的控制回路模块、与控制回路模块连接的信号回路模块 和用以显示节电器状态的显示回路模块。其中主回路模块是由与电源连接的断路器、与断路器连接的接触器、 与接触器连接的输入滤波装置、与输入滤波装置连接的变频器、与变频器 连接的输出滤波装置组成。其中控制回路模块是由与接触器连接的微型断路器、与微型电路器连 接的中间继电器、与中间继电器连接的PLC、与PLC连接的人机界面、 与人机界面相连的按钮组成。其中信号回路模块是由现场传感器、与现场传感器连接的信号变送 器、与信号变送器连接的PID调节装置组成。
以及显示回路模块是由电压表、电流表、压力(温度、流量等)表、 三相四线有功电能表、指示灯组成。2.调速节电风机，是传送气体装置。水泵，是传送水或其它液体的装置。就其结 构和工作原理而言，两者基本相同。现先以风机为例加以说明。采用MD-FSL对风机进行控制，属于减少空气动力的节电方法，它和 一般常用的调节风门控制风量的方法比较，具有明显的节电效果。由图2可以说明其节电原理图2中，曲线(1)为风机在恒定转速nl下的风压一风量(H—Q) 特性，曲线(2)为管网风阻特性(风门全开)。假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率 N1与Q1、 H2的乘积成正比，在图中可用面积AH20Q1表示。如果生产 工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管 网阻力，使管网阻力特性变到曲线(3)，系统由原来的工况点A变到新的 工况点B运行。从图中看出，风压反而增加，轴功率与面积BH10Q2成 正比。显然，轴功率下降不大。如果采用MD-FSL内置的变频控制方式， 风机转速由nl降到n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量(Q—H)特性，如曲线(4)所示。可见在满足同样风量Q2的情况下， 风压H3大幅度降低，功率N3随着显著减少，用面积CH30Q2表示。节 省的功率AN- (Hl-H3) xQ2，用面积BH1H3C表示。显然，节电的经济 效果是十分明显的。由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方 成正比，轴功率N与转速的三次方成正比。采用MD-FSL进行调速，当 风量下降到80°/。时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率 的51.2%,如果风量下降到60%，轴功率N可下降到额定功率的21.6%,当然 还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响 等.即使这样,这个节电数字也是很可观的,因此在装有风机水泵的机械中, 采用转速控制方式来调节风量或流量，在节电上是个最有效的方法。
同理，水泵的节电原理也可由图2说明许多用泵场合都需在维持恒压的情况下改变给水量(流量Q)从左图可知当流量Ql降至Q2若不改变水泵转速，扬程将升至B工作点，其 功率可用1^2*(52来计算，对应面积BH20Q2。原A工作点功率Q1*HT图 上面积AHTOQl，两者所耗功率变化不大，如果我们降低转速至(2)即 可节电Q2^H2—Q2*HT=Q2 (H2—HT)，图DBH2HT的面积即是节电值。 再如流量变至Q3若仍以额定转速运行，所需功率Q3*H1，浪费能量为 FCH1HT。与风机节电原理相同水泵电机输出功率正比于转速三次方关系，用 MD-FSL进行调速，流量下降，可保持恒压HT若转速下降至额定转速的 80%,轴功率下降至额定功率的51.2。/。,流量下降至Q3,若使扬程恒定，可使 转速下降到额定转速的70%，此时轴功率是额定值的34.3%，节电达65.7%，经济效益十分明显。3. 软起动节电通常感应电动机采用直接接入电网起动的方法，电动机的起动电流为 额定时的5 7倍不仅损耗大，对电网冲击也大，机械磨损，振动都大，如 果用MD-FSL控制电机起动，可以将起动电流限制到1.2倍额定电流下， 这样起动耗电大大降低，既不冲击电网，又不冲击机械。4. 轻载降压节电任何利用交流感应电动机作为电力传动方式的生产机械，电动机的功 率是按最大负荷期额定负荷选择的。而工作时绝大部分不能满载运行，电 动机工作于满电压、满速度而负载很小，也会有很多时间轻载运行，由电 机设计和运行特性可以知道，电动机只有运行在满载时才是效率最高、功 率因数最佳状况,轻载时造成许多不必要的电能损耗。MD-FSL采用检测负 载大小的方法，根据负载的减少，适当降低定子电压可以提高效率，这是 因为当轻载、空载时定子电流有功分量很小，而主要是励磁的无功电流， 因此COS( 很低，而空载损耗中占主要成份的是定子满电压的铁损耗，一 点没有减少，所以效率很低。如果轻载时适当降低定子电压，见电机定子 感应电势公式U1-E1=4.44F1N1KN1 Cm其中U1—定子每相绕组串联匝数；KN1由于轻载、空载时定子电流 很小，可以忽略定子绕组的漏阻抗压降，所以U1-E1，当其他条件不变时， 降低定子电压U1，则Cm比例下降,也即励磁无功电流IM也成比例下降， 这样定子电流中的无功分量减少了， COSG就提高了，适当控制可以接近 最佳值。另外，其他条件不变，定子铁耗PFel=pFeINx(Ul/UIN)2其中pFd一定子铁耗；pFeIN—定子额定铁耗；UIN—定子额定端电压。可以看出，随着U1下降，PFd以平方比例迅速下降，这样轻载、空 载时占主要损耗的铁耗大量减少，使电机的运行效率大大提高，这就是轻 载降压节电的道理。5.提升功率因数节电因MD-FSL内置了功率因数补偿装置，可以功率因数大幅度提高，这 样可以节省很大的无功损耗， 一般可节省30%左右，企业中的大容量设备 后，MD-FSL可以增加不少新设备而不需扩容。
权利要求1. 一种风机水泵智能功效节能终端设备，其特征在于包含主回路模块、与主回路模块连接的、发出控制信号的控制回路模块、与控制回路模块连接的信号回路模块和用以显示节电器状态的显示回路模块。
2. 根据权利要求1所述的风机水泵智能功效节能终端设备，其特征在 于主回路模块包含与电源连接的断路器、与断路器连接的接触器、与接触 器连接的输入滤波装置、与输入滤波装置连接的变频器、与变频器连接的 输出滤波装置。
3. 根据权利要求1所述的风机水泵智能功效节能终端设备，其特征在 于控制回路模块包含与接触器连接的微型断路器、与微型断路器连接的中 间继电器、与中间继电器连接的可编程控制器、与可编程控制器连接的人 机界面装置、与人机界面装置相连的按钮。
4. 根据权利要求1所述的风机水泵智能功效节能终端设备，其特征在 于信号回路模块包含现场传感器、与现场传感器连接的信号变送器、与信 号变送器连接的PID调节装置。
专利摘要本实用新型涉及风机水泵智能功效节能终端设备，该智能功效节能终端设备是由主回路、与主回路连接的控制回路、与控制回路连接的信号回路以及显示回路组成，其可以通过可编程技术、变频技术、跟踪调功技术、软启动技术、动态功率因数补偿技术，通过PID闭环控制，自动跟踪负载的工作状况，实时调节供电功率，减少电能消耗。
文档编号F04D27/00GK201215099SQ20082010472
公开日2009年4月1日 申请日期2008年4月9日 优先权日2008年4月9日
发明者洪 杨 申请人:明大动力(北京)能源科技有限公司