专利名称：一种新型智能控制节电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及三相交流低压电动机用电的智能控制，主要针对电动机节电调节系统领域而设计的一种新型智能控制节电装置。
背景技术：
电动机是目前应用最广的用电设备，电机所消耗的电能约占我国用电总量的 60% -70%，而且通常有60%的电动机都在60%或更低的负荷状况下运行，“大马拉小车” 与低负荷运行的情况相当普遍，即电机消耗的电能中有相当部分远远大于负载所需的实际功率而白白浪费掉，这是因为设计时要考虑到负载最大输出时的工作情况，而且为了能够安全运行，还要设计一定的余量，这也是现在很多工矿企业的动力系统中电动机配置过大的原因。造成电动机运行效率很低的主要原因是电机偏离最佳效率的有效功率运行，无论电动机的负载怎样变化，电动机与电网间的所需与所供和电动机的固定损耗是不可调节的 “硬性”供电方式所致，难以满足各种工作情况和生产工艺的需求。目前多采用变速齿轮箱和双速电机来改善上述问题，但变速齿轮箱只能通过机械调速，而且还会增加电能的消耗， 除非一些特殊场合外，已经很少被采用。而双速电机只能根据工艺的需要实现高、低两种转速进行调节，速度调节比较单一，不能真正实现无极调速以达到节能的目的。
发明内容本实用新型的目的是为了克服上述节电装置的缺点，提供一种新型智能控制节电装置，其不仅可以有效降低电能损耗，消除谐波的产生，而且还具有降低线损，延缓端子接触面的氧化速度，提高节电的优点。本实用新型的技术方案是一种新型智能控制节电装置，包括智能控制器和与其连接的频率控制器，其中所述智能控制器集成有负载信号采样单元、电流与电压采样单元、综合信号处理单元和输出单元；所述电流与电压采样单元的信号采集端连接在所述频率控制器与电机之间的线路上，所述负载信号采样单元的信号采集端连接在与所述电机相连的负载上，所述电流与电压采样单元和负载信号采样单元的信号输出端分别与所述综合信号处理单元相连，所述综合信号处理单元经PID计算出的控制信号通过所述输出单元的信号输出端传至所述频率控制器。其中所述输出单元与综合信号处理单元相连，输出单元的信号输出端连接在所述频率控制器上。本实用新型采集负载输出信号并对其进行分析和计算后输出数字信号(0-10V或 4 20mA)，以控制频率控制器的输出频率达到负载的需要功率和频率控制器的输出功率
基本一致。本智能控制器为采用对负载进行信号采集，并经进行PID计算的综合信号处理单元计算后，输出信号以控制频率控制器的智能控制器。其中综合信号处理单元采用PID计
笪弁。[0008]在负载信号采样单元中可以设有信号整合单元。输出单元可采用电气隔离的0 IOV或4 20mA输出模式。智能控制器上也可设有485接口或Rs232接口。 智能控制器上设有防护和安全保护，其包括输出相之间的断路保护、输出相和地之间的短路保护、内部电源的短路保护、防止过热的热保护、过电流保护、电源欠压和过电压安全保护以及缺相保护。PID控制的原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。比例(P)控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。积分(I)控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小， 直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分⑶控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样， 具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。频率控制器的电源特性为电源电压为380v士 10%，3相；频率为50/60Hz士5% ； 输出电压最大电压等于进线电源电压；电气隔离动力和控制电路(输入端，输出端，及电源)间进行电气隔离；输出频率范围为0. 1至500Hz ；制动力矩对于低功率额定值，为电动机额定力矩的30%，无制动电阻(典型值)；瞬时过力矩电动机额定力矩的110% (典型值士 10%之间)持续60秒。[0019]在工作时，负载信号(0-10V或4 20mA)经负载信号采样单元采集，同时，智能控制器通过电流与电压采样单元采集相关信号(如电流采样单元、电压采样单元以及电压与电流的相位角采样单元采集电流、电压以及相位角等信息)，以对电动机的输出情况进行判断和控制，再利用电子技术对这些信号进行整合，并经综合信号处理单元PID计算后，最后输出一个整合后的数字信号(0-10V或4 20mA)，然后将此数字信号通过输出单元输送给频率控制器，以上所有的信号采集，信号计算均在智能控制器内部完成，最终得到一个 0 -10V或4 20mA的数字信号，并经智能控制器内部的输出单元输送到频率控制器中；使频率控制器的输出功率和负载的需要功率保持一致以达到节电的目的。另外，此智能控制器上设置的485接口或RS232接口可以与主控设备和上位机进行通讯，整套装置节电效果在15% -60%之间。本实用新型的智能节电装置通过在原有的PID调节技术基础上增加了多种电力信号采样，具体有电动机的电压采样、电流采样、电压与电流的相位角采样，负载系统的具体输出信号采样，由智能控制器经过信号采集、信号计算并将整合后的0-10V或4 20mA 数字信号输送给频率控制器，从而使得频率控制器的输出频率和负载的需要功率保持一致，以此达到负载所需功耗与电动机实际做功达到真正意义的功率匹配，彻底的解决工业中的“大马拉小车”的现象，另外频率控制器中自带谐波处理单元解决了半导体功率器件在工作时谐波输出量过大的问题，防止了电网的污染，且此智能节电装置上设有485接口和 RS232接口，方便与主控设备和上位机进行连接控制，节电效率显著提高，可广泛适用于各种工业生产中。
图1是本实用新型的一种结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1所示，本新型智能控制节电装置包括智能控制器1和频率控制器2，智能控制器1集成有负载信号采样单元3、电流与电压采样单元6、综合信号处理单元4和输出单元5 ；电流与电压采样单元6的信号采集端连接在频率控制器2与电机7之间的线路上，负载信号采样单元3的信号采集端连接在与电机7相连的负载8上，电流与电压采样单元6 和负载信号采样单元3的信号输出端分别与综合信号处理单元4相连，输出单元4与综合信号处理单元4相连，输出单元5的信号输出端连接在所述频率控制器2上。负载信号采样单元3，采集从负载8传输过来的0-10V或4 20mA的负载信号12 ； 电流与电压采样单元6采集从频率控制器2输出的电流采样信号9和电压采样信号10以及其他信号，负载信号采样单元3和电流与电压采样单元6采集的信号送入综合信号处理单元4，经综合信号处理单元4的PID计算后，再由输出单元5送给变频控制器2，使频率控制器2的输出功率和负载8所需功率保持一致。在负载信号采样单元3中可以设有信号整合单元。输出单元5可采用电气隔离的 0 IOV或4 20mA输出模式。智能控制器1上可进一步设有防护和安全保护，其包括输出相之间的断路保护、输出相和地之间的短 路保护、内部电源的短路保护、防止过热的热保护、过电流保护、电源欠压和过电压安全保护以及缺相保护。频率控制器的电源特性为电源电压为380v士 10%，3相；频率为50/60Hz士5% ； 输出电压最大电压等于进线电源电压；电气隔离动力和控制电路(输入端，输出端，及电源)间进行电气隔离；输出频率范围为0. 1至500Hz ；制动力矩对于低功率额定值，为电动机额定力矩的30%，无制动电阻(典型值)；瞬时过力矩电动机额定力矩的110% (典型值士 10%之间)持续60秒。在工作时，负载信号12 (0-10V或4 20mA)经信号采样单元3采集后，同时，智能控制器1通过电流与电压采样单元6采集相关信号(如电流采样单元、电压采样单元以及电压与电流的相位角采样单元分别采集电流、电压以及相位角等信息)对电动机7的输出情况进行判断和控制，再利用电子技术对这些信号进行整合，并经综合信号处理单元4的 PID计算后，最后输出一个整合后的数字控制信号11 (0-10V或4 20mA)，然后将此数字控制信号11输送给频率控制器2，以上所有的信号采集、信号计算均在智能控制器1内部完成，最终得到一个0-10V或4 20mA的数字控制信号11，并经智能控制器1内部的输出单元5输送到频率控制器2中；使频率控制器2的输出功率和负载8的需要功率保持一致以达到节电的目的。另外，此智能控制器1上还可设置的485接口或RS232接口可以与主控设备和上位机进行通讯，整套装置节电效果在15% -60%之间。
权利要求1.一种新型智能控制节电装置，包括智能控制器和与其连接的频率控制器，其特征在于所述智能控制器集成有负载信号采样单元、电流与电压采样单元、综合信号处理单元和输出单元；所述电流与电压采样单元的信号采集端连接在所述频率控制器与电机之间的线路上，所述负载信号采样单元的信号采集端连接在与所述电机相连的负载上，所述电流与电压采样单元和负载信号采样单元的信号输出端分别与所述综合信号处理单元相连，所述综合信号处理单元经PID计算出的控制信号通过所述输出单元的信号输出端传至所述频率控制器。
2.根据权利要求1所述的新型智能控制节电装置，其特征在于所述负载信号采样单元中设有信号整合单元。
3.根据权利要求1所述的新型智能控制节电装置，其特征在于所述输出单元采用电气隔离的O IOV或4 20mA输出模式。
4.根据权利要求1所述的新型智能控制节电装置，其特征在于所述智能控制器上设有485接口或Rs232接口。
5.根据权利要求1所述的新型智能控制节电装置，其特征在于所述智能控制器上设有防护和安全保护，其包括输出相之间的断路保护、输出相和地之间的短路保护、内部电源的短路保护、防止过热的热保护、过电流保护、电源欠压和过电压安全保护以及缺相保护。
专利摘要本实用新型公开了一种新型智能控制节电装置，包括智能控制器和与其连接的频率控制器，智能控制器集成有负载信号采样单元、电流与电压采样单元、综合信号处理单元和输出单元；电流与电压采样单元的信号采集端连接在频率控制器与电机之间的线路上，负载信号采样单元的信号采集端连接在与所述电机相连的负载上，电流与电压采样单元和负载信号采样单元的信号输出端分别与综合信号处理单元相连，综合信号处理单元经PID计算出的控制信号通过输出单元的信号输出端传至频率控制器。本实用新型采集负载输出信号并对其进行分析和计算后输出数字信号，以控制频率控制器的输出频率达到负载的需要功率和频率控制器的输出功率基本一致。
文档编号H02P27/04GK202121545SQ201120228960
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者全力, 安瑜, 朱莉, 沈勇林, 潘龙, 贾赛敏 申请人:江苏龙腾中和节能环保科技有限公司