负载跟踪节电控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种负载跟踪节电控制系统，包括依次连接的断路器、电动机、控制电路和负载；控制电路包括依次连接的输入滤波电路、三相ADC整流电路、直流滤波电路和逆变电路，还包括负载跟踪电路、转子磁链观测器、微处理器和SVPWM模块;输入滤波电路与断路器连接，还与三相ADC整流电路；直流滤波电路三相ADC整流电路连接，还与逆变电路的输入端连接；逆变电路的电动机的输入端连接；电动机通过转子磁链观测器与微控制器的第一输入端连接；负载跟踪电路的输入端与负载连接，输出端与微控制器的第二输入端连接；SVPWM模块输出端连接至逆变电路的控制输入端，输入端与微处理器的连接。提高电机寿命和检修周期，提高节电效率。
【专利说明】负载跟踪节电控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种节电控制系统，特别是一种对负载进行跟踪实现智能调节的节电控制系统。
【背景技术】
[0002]随着能源的日益紧缺和能源价格的日益增长，节能减排成为从国家大的战略考虑到企业自身发展所必须考虑的事情。在电机的节能控制上，近些年也有各式各样的节能产品不断涌现，这些节电产品一般采用的是变频技术，变频技术的核心主要是通过减速实现的。对于节能虽然有一些效果，但是对于多数领域需要不能减速的机械加工设备以及电梯运行设备所用的电机确无能为力。怎样实现不减速的情况下实现节能成为面临的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种对负载进行跟踪，实现不减速的节能控制系统。
[0004]本发明采用的技术方案是这样的:。
[0005]一种负载跟踪节电控制系统，包括断路器、电动机和负载，还包括控制电路。该控制电路通过断路器接入三相交流电源，电动机连接所述控制电路的输出端用以驱动负载。所述控制电路包括输入滤波电路、三相ADC整流电路、直流滤波电路、逆变电路、负载跟踪电路、转子磁链观测器、微处理器和SVPWM模块；所述输入滤波电路的输入端与断路器的输出端连接，输出端与所述三相ADC整流电路的输入端连接；所述直流滤波电路的输入端与三相ADC整流电路的输出端连接，输出端与逆变电路的输入端连接；逆变电路的输出端与电动机的输入端连接；电动机通过转子磁链观测器与微控制器的第一输入端连接；负载跟踪电路的输入端与负载连接，输出端与微控制器的第二输入端连接；SVPWM模块的输出端连接至逆变电路的控制输入端，输入端与微处理器的输出端连接；微处理器根据第一输入端口和第二输入端口接收的数据以向SVPWM模块输出控制信号。
[0006]具体的，在上述的技术方案中，所述负载跟踪电路包括电压检测电路和电流检测电路。
[0007]作为优选方案，所述逆变电路由六只三极管、六只二极管和三只反相器组成。三极管Ql的集电极连接至直流电的正极，源级连接至第一相电输出，基极与微控制器的第一控制输出端连接；三极管Q2的集电极连接至第一相电输出，源级连接至直流电的负极，基极与第一反相器的输出端连接，第一反相器的输入端与微控制器的第一控制输出端连接；三极管Q3的集电极连接至直流电的正极，源级连接至第二相电输出，基极与微控制器的第二控制输出端连接；三极管Q3的集电极连接至第二相电输出，源级连接至直流电的负极，基极与第二反相器的输出端连接，第二反相器的输入端与微控制器的第二控制输出端连接；三极管Q5的集电极连接至直流电的正极，源级连接至第三相电输出，基极与微控制器的第三控制输出端连接；三极管Q6的集电极连接至第三相电输出，源级连接至直流电的负极，基极与第三反相器的输出端连接，第三反相器的输入端与微控制器的第三控制输出端连接；二极管Dl的正极连接至直流电的正极，负极连接至第一相电输出；二极管D2的正极连接至第一相电输出，负极连接至直流电的负极；二极管D3的正极连接至直流电的正极，负极连接至第二相电输出；二极管D4的正极连接至第二相电输出，负极连接至直流电的负极；二极管D5的正极连接至直流电的正极，负极连接至第三相电输出；二极管D6的正极连接至第三相电输出，负极连接至直流电的负极。
[0008]作为优选方案，所述三相ADC整流电路由六只二极管组成；二极管Dll的正极连接至直流输出的正极，负极连接至第一相电输入；二极管D12的正极连接至第一相电输入，负极连接至直流输出的负极；二极管D13的正极连接至直流输出的正极，负极连接至第二相电输入；二极管D14的正极连接至第二相电输入，负极连接至直流输出的负极；二极管D15的正极连接至直流输出的正极，负极连接至第三相电输入；二极管D16的正极连接至第三相电输入，负极连接至直流输出的负极。
[0009]作为优选方案，所述输入滤波电路由三只电感和三只电阻组成；第一电感和第一电阻串联，第一电感位于第一相电的输入侧，第一电阻位于第一相电的输出侧；第二电感和第二电阻串联，第二电感位于第二相电的输入侧，第二电阻位于第二相电的输出侧；第三电感和第三电阻串联，第三电感位于第三相电的输入侧，第三电阻位于第三相电的输出侧。
[0010]作为优选方案，所述直流滤波电路为一只电容，该电容的两端分别连接至直流电的正极和直流电的负极。
[0011]作为优选方案，进一步的，所述直流滤波电路由至少两只电容组成，每只电容的两端分别连接至直流电的正极和直流电的负极。
[0012]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:本发明公开的负载跟踪节电控制系统，覆盖了普通变频技术所有功能的基础上增加了对负载进行自动跟踪的功能，通过微控制器实时监控负载，检测电动机的负载变化和电动机转子磁链，继而通过SVPWM模块调节逆变电路的输出功率，进而使电机的输出功率与负载匹配，这种在线调整不需要人工干预，提高电机的使用寿命和检修周期，也能提高节电效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明负载跟踪节电控制系统的原理框图。
[0014]图2是图1中逆变电路的电路原理图。
[0015]图3是图1中三相ADC整流电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，对本发明作详细的说明。
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]如图1所示，是本发明负载跟踪节电控制系统的原理框图。该系统，包括断路器1、电动机2和负载3，还包括控制电路4。负载3是通过电动机2驱动的，本发明的技术方案就是通过对负载的跟踪，通过微控制技术及SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation,空间矢量脉宽调制)技术，实时监测电动机的负载变化，在线调整电动机的输入功率，使电动机的输出功率与负载匹配，达到提高功率因素、消除谐波、实时监控、智能调整和节能的效果。
[0019]基于上述目的，接下来详细说明控制电路4的结构。该控制电路4通过断路器I接入三相交流电源，电动机2连接所述控制电路4的输出端用以驱动负载3。
[0020]所述控制电路4包括输入滤波电路41、三相ADC整流电路42、直流滤波电路43、逆变电路44、负载跟踪电路45、转子磁链观测器46、微处理器47和SVPWM模块48。
[0021]所述输入滤波电路41的输入端与断路器I的输出端连接，输出端与所述三相ADC整流电路42的输入端连接；输入滤波电路41主要是对三相交流电源由于受到各种干扰造成输入的三相电里的一些波动个干扰，避免大的脉冲电压对后续电路造成的冲击和损坏。为了在达到滤波的同时又能节省成本，本专利技术方案中输入滤波电路41由三只电感和三只电阻组成。第一电感和第一电阻串联，第一电感位于第一相电的输入侧，第一电阻位于第一相电的输出侧；第二电感和第二电阻串联，第二电感位于第二相电的输入侧，第二电阻位于第二相电的输出侧；第三电感和第三电阻串联，第三电感位于第三相电的输入侧，第三电阻位于第三相电的输出侧。采用电感和电阻串联组成的滤波是电力设备中常用的滤波电路结构，利用电感的储能原理，将突变的电压脉冲滤除掉，实现滤波的作用。
[0022]三相ADC整流电路42的主要作用是将三相交流电转换为直流电。该三相ADC整流电路42的电路结构如图3所示，其由六只二极管Dll?D16组成。二极管Dll的正极连接至直流输出的正极，负极连接至第一相电输入；二极管D12的正极连接至第一相电输入，负极连接至直流输出的负极；二极管D13的正极连接至直流输出的正极，负极连接至第二相电输入；二极管D14的正极连接至第二相电输入，负极连接至直流输出的负极；二极管D15的正极连接至直流输出的正极，负极连接至第三相电输入；二极管D16的正极连接至第三相电输入，负极连接至直流输出的负极。二极管Dll和二极管D12实现对第一相电输入的交直流变换，二极管D13和二极管D14实现对第二相电输入的交直流变换，二极管D15和二极管D16实现对第三相电输入的交直流变换。
[0023]所述直流滤波电路43的输入端与三相ADC整流电路42的输出端连接，输出端与逆变电路(44)的输入端连接。由于在交直流变换过程中，原来的交流电中也许已经存在了一些高压脉冲干扰，在变换过程中也许能受到各种干扰，在直流电压中会存在一定的干扰直流电压的脉冲电压，为了使后续的设备及电路能安全运行，延长后续电路及设备的使用寿命，因此需要将经过变换的直流电压再次进行直流滤波。直流滤波电路的方案相对简单，在满足滤波效果和作用的同时，可以采用RC滤波电路，也可以采用大容量的电容实现。为了节省成本和降低电路本身的功耗，本发明的技术方案中，优选采用电容滤波。电容滤波可以为一个大容量的该电容的两端分别连接至直流电的正极和直流电的负极，也可以为多个电容，这多个电容并联后接入直流电的正极和直流电的负极。
[0024]逆变电路44的输出端与电动机2的输入端连接,控制输入端与微控制器的输出端连接。逆变器44的作用是将直流电通过外部控制信号的控制转换为可以驱动电动机的三相交流电，外部控制信号通过脉冲控制得方式，通过调整脉宽比实现功率输出的控制。在本发明的技术方案中，逆变电路44的电路结构如图2所示，逆变电路44由六只三极管Ql?Q6、六只二极管Dl?D6和三只反相器组成。三极管Ql的集电极连接至直流电的正极，源级连接至第一相电输出，基极与微控制器47的第一控制输出端连接；三极管Q2的集电极连接至第一相电输出，源级连接至直流电的负极，基极与第一反相器的输出端连接，第一反相器的输入端与微控制器47的第一控制输出端连接；三极管Q3的集电极连接至直流电的正极，源级连接至第二相电输出，基极与微控制器47的第二控制输出端连接；三极管Q3的集电极连接至第二相电输出，源级连接至直流电的负极，基极与第二反相器的输出端连接，第二反相器的输入端与微控制器47的第二控制输出端连接；三极管Q5的集电极连接至直流电的正极，源级连接至第三相电输出，基极与微控制器47的第三控制输出端连接；三极管Q6的集电极连接至第三相电输出，源级连接至直流电的负极，基极与第三反相器的输出端连接，第三反相器的输入端与微控制器47的第三控制输出端连接；二极管Dl的正极连接至直流电的正极，负极连接至第一相电输出；二极管D2的正极连接至第一相电输出，负极连接至直流电的负极；二极管D3的正极连接至直流电的正极，负极连接至第二相电输出；二极管D4的正极连接至第二相电输出，负极连接至直流电的负极；二极管D5的正极连接至直流电的正极，负极连接至第三相电输出；二极管D6的正极连接至第三相电输出，负极连接至直流电的负极。微控制器47的三个控制输出端的脉宽比是相同的，但是在相位上，三个控制输出端口之间相差120°。
[0025]电动机2通过转子磁链观测器46与微控制器47的第一输入端连接；负载跟踪电路45的输入端与负载3连接，输出端与微控制器47的第二输入端连接；SVPWM模块48的输出端连接至逆变电路44的控制输入端，输入端与微处理器47的输出端连接；微处理器47根据第一输入端口和第二输入端口接收的数据以向SVPWM模块48输出控制信号。微处理器47内可以通过写入查询表，通过在查询表里查询第一输入端口和第二输入端口输入的数据，在查询表里找出输出的控制信号数据；或者是对第一输入端口和第二输入端口的数据进行计算得出输出信号数据。关于查表或者计算在电力系统控制中是成熟技术，详细的细节在此不再赘述。
[0026]作为优选的一种方式，所述负载跟踪电路45包括电压检测电路451和电流检测电路452，跟踪负载主要是跟踪其电压值和电流值，因此在本发明的技术方案中，所述的负载跟踪电路45采用的是电压检测电路和电流检测电路组成的。关于电流检测和电压检测技术也相对成熟，在此也不再赘述。
[0027]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种负载跟踪节电控制系统，包括断路器(I)、电动机(2)和负载(3)，其特征在于，还包括控制电路(4)； 该控制电路(4 )通过断路器(I)接入三相交流电源，电动机(2 )连接所述控制电路(4 )的输出端用以驱动负载(3); 所述控制电路(4)包括输入滤波电路(41)、三相ADC整流电路(42)、直流滤波电路(43),逆变电路(44)、负载跟踪电路(45)、转子磁链观测器(46)、微处理器(47)和SVPWM模块(48); 所述输入滤波电路(41)的输入端与断路器(I)的输出端连接，输出端与所述三相ADC整流电路(42)的输入端连接；所述直流滤波电路(43)的输入端与三相ADC整流电路(42)的输出端连接，输出端与逆变电路(44)的输入端连接；逆变电路(44)的输出端与电动机(2 )的输入端连接；电动机(2 )通过转子磁链观测器(46 )与微控制器(47 )的第一输入端连接；负载跟踪电路(45)的输入端与负载(3)连接，输出端与微控制器(47)的第二输入端连接；SVPWM模块(48)的输出端连接至逆变电路(44)的控制输入端，输入端与微处理器(47)的输出端连接；微处理器(47)根据第一输入端口和第二输入端口接收的数据以向SVPWM模块(48)输出控制信号。
2.根据权利要求1所述的负载跟踪节电控制系统，其特征在于，所述负载跟踪电路(45 )包括电压检测电路(451)和电流检测电路(452 )。
3.根据权利要求1或2所述的负载跟踪节电控制系统，其特征在于，所述逆变电路(44)由六只三极管、六只二极管和三只反相器组成； 三极管Ql的集电极连接至直流电的正极，源级连接至第一相电输出，基极与微控制器(47)的第一控制输出端连接；` 三极管Q2的集电极连接至第一相电输出，源级连接至直流电的负极，基极与第一反相器的输出端连接，第一反相器的输入端与微控制器(47)的第一控制输出端连接； 三极管Q3的集电极连接至直流电的正极，源级连接至第二相电输出，基极与微控制器(47)的第二控制输出端连接； 三极管Q3的集电极连接至第二相电输出，源级连接至直流电的负极，基极与第二反相器的输出端连接，第二反相器的输入端与微控制器(47)的第二控制输出端连接； 三极管Q5的集电极连接至直流电的正极，源级连接至第三相电输出，基极与微控制器(47)的第三控制输出端连接； 三极管Q6的集电极连接至第三相电输出，源级连接至直流电的负极，基极与第三反相器的输出端连接，第三反相器的输入端与微控制器(47)的第三控制输出端连接； 二极管Dl的正极连接至直流电的正极，负极连接至第一相电输出；二极管D2的正极连接至第一相电输出，负极连接至直流电的负极； 二极管D3的正极连接至直流电的正极，负极连接至第二相电输出；二极管D4的正极连接至第二相电输出，负极连接至直流电的负极； 二极管D5的正极连接至直流电的正极，负极连接至第三相电输出；二极管D6的正极连接至第三相电输出，负极连接至直流电的负极。
4.根据权利要求1或2所述的负载跟踪节电控制系统，其特征在于，三相ADC整流电路(42)由六只二极管组成，二极管DlI的正极连接至直流输出的正极，负极连接至第一相电输入；二极管D12的正极连接至第一相电输入，负极连接至直流输出的负极； 二极管D13的正极连接至直流输出的正极，负极连接至第二相电输入；二极管D14的正极连接至第二相电输入，负极连接至直流输出的负极； 二极管D15的正极连接至直流输出的正极，负极连接至第三相电输入；二极管D16的正极连接至第三相电输入，负极连接至直流输出的负极。
5.根据权利要求1或2所述的负载跟踪节电控制系统，其特征在于，所述输入滤波电路(41)由三只电感和三只电阻组成；第一电感和第一电阻串联，第一电感位于第一相电的输入侧，第一电阻位于第一相电的输出侧；第二电感和第二电阻串联，第二电感位于第二相电的输入侧，第二电阻位于第二相电的输出侧；第三电感和第三电阻串联，第三电感位于第三相电的输入侧，第三电阻位于第三相电的输出侧。
6.根据权利要求1或2所述的负载跟踪节电控制系统，其特征在于，所述直流滤波电路(43)为一只电容，该电容的两端分别连接至直流电的正极和直流电的负极。
7.根据权利要求1或2所述的负载跟踪节电控制系统，其特征在于，所述直流滤波电路(43)由至少两只电容组成，每只电容`的两端分别连接至直流电的正极和直流电的负极。
【文档编号】H02P21/14GK103762929SQ201310521806
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】江海涛, 韩梦瑶, 江雨琪 申请人:上海绿仁节能环保工程有限公司