感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能系統(tǒng)及方法，該自動控制節(jié)能系統(tǒng)包括自耦調(diào)壓器、感應(yīng)電動機、伺服電動機、控制器以及感應(yīng)電動機的電流和有功功率測量單元，其中該控制器的輸出控制該伺服電動機，該伺服電動機的機械輸出端口實現(xiàn)對該自耦調(diào)壓器的電壓調(diào)節(jié)，該自耦調(diào)壓器為該感應(yīng)電動機提供可調(diào)的輸出電壓，該電流和有功功率測量單元用于測量該感應(yīng)電動機的電流和有功功率，并將測得的測量信號傳輸至該控制器，該控制器根據(jù)電流和有功功率的測量信號產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動該伺服電動機調(diào)整該自耦調(diào)壓器的輸出電壓，本發(fā)明可以在工頻供電以及設(shè)備投資少的情況下，根據(jù)負(fù)載情況自動調(diào)節(jié)電動機的供電電壓，實現(xiàn)電動機輕載時的節(jié)能運行。
【專利說明】感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自動控制節(jié)能系統(tǒng)及方法，特別是涉及一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]感應(yīng)電動機大部分采用恒壓恒頻供電，具有控制設(shè)備簡單、安全耐用、使用方便的優(yōu)點。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩低于額定轉(zhuǎn)矩時，電動機的轉(zhuǎn)速上升，但電動機的運行效率下降。
[0003]為實現(xiàn)感應(yīng)電動機輕載運行時的節(jié)能，目前有兩類方法:
[0004](I)感應(yīng)電動機采用交直交變頻器供電，當(dāng)運行工況發(fā)生變化時，通過調(diào)節(jié)輸入交流電的頻率、電壓、相位使電動機的運行滿足負(fù)載的需求。
[0005](2)感應(yīng)電動機采用晶閘管供電，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時，通過改變晶閘管的在工頻下的導(dǎo)通角實現(xiàn)一定的節(jié)能。
[0006]上述現(xiàn)有的兩類節(jié)能措施都可以實現(xiàn)高效節(jié)能運行，但均存在以下不足之處:①需要專用的驅(qū)動控制系統(tǒng)，設(shè)備造價高、控制系統(tǒng)復(fù)雜；②驅(qū)動電路功率組件的頻繁通斷，產(chǎn)生高次諧波電流，使電動機系統(tǒng)發(fā)熱嚴(yán)重、容易老化，同時污染了電網(wǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之一目的在于提供一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能系統(tǒng)及方法，其可以在工頻供電設(shè)備投資少的情況下，根據(jù)負(fù)載情況自動調(diào)節(jié)電動機的供電電壓，實現(xiàn)電動機輕載時的節(jié)能運行。
[0008]為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能系統(tǒng)，該自動控制節(jié)能系統(tǒng)包括自耦調(diào)壓器、感應(yīng)電動機、伺服電動機、控制器以及感應(yīng)電動機的電流和有功功率測量單元，其中該控制器的輸出控制該伺服電動機，該伺服電動機的機械輸出端口實現(xiàn)對該自耦調(diào)壓器的電壓調(diào)節(jié)，該自耦調(diào)壓器為該感應(yīng)電動機提供可調(diào)的輸出電壓，該電流和有功功率測量單元用于測量該感應(yīng)電動機的電流和有功功率，并將測得的測量信號傳輸至該控制器，該控制器根據(jù)電流和有功功率的測量信號產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動該伺服電動機調(diào)整該自耦調(diào)壓器的輸出電壓。
[0009]進(jìn)一步地，該自耦調(diào)壓器為三相自耦調(diào)壓器，該感應(yīng)電動機為三相感應(yīng)電動機。
[0010]進(jìn)一步地，該三相自耦調(diào)壓器還連接三相工頻恒壓電源。
[0011]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能方法，包括如下步驟:
[0012]步驟一，測量三相感應(yīng)電動機的電流及有功功率，并將測量獲得的信號傳送至控制器；
[0013]步驟二，控制器根據(jù)獲得的測量信號，判斷是否進(jìn)入節(jié)能控制模式，若是，則進(jìn)入
步驟三；
[0014]步驟三，控制器發(fā)出控制指令，驅(qū)動伺服電動機調(diào)整三相自耦調(diào)壓器的輸出電壓，使其輸出電壓降低ξ2*υ?Ν，其中為42經(jīng)驗值，Uin為額定電壓；
[0015]步驟四，等待電流穩(wěn)定后，記錄當(dāng)前三相感應(yīng)電動機的電流和有功功率，并傳送至控制器；
[0016]步驟五，計算當(dāng)前電流與有功功率與之前所記錄的電流與有功功率的差值，并對差值與臨界值進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的控制指令。
[0017]進(jìn)一步地，于步驟二中，該控制器根據(jù)測得的電動機的電流，判斷電動機電流在一段時間內(nèi)是否小于等于h倍額定電流，0.2 < C1S 0.6，若是則啟動節(jié)能控制模式，記錄此時的電流和有功功率，進(jìn)入步驟三。
[0018]進(jìn)一步地，若否，則該控制器認(rèn)為電動機滿載，該三相自耦調(diào)壓器的供電電壓仍為額定電壓。
[0019]進(jìn)一步地，于步驟五中，電流和有功功率的差值的結(jié)果如下:
|Δ/丨=/丨⑴-/丨(2)
[0020]<
[0021]其中I1 (2) P1 (2)為當(dāng)前電動機的電流和有功功率，I1(I) P1(I)為之前所記錄的電動機的電流和有功功 率。
[0022]進(jìn)一步地，于步驟五中，若AI1S O且AP1S δ，其中，δ為根據(jù)電動機額定功率確定的功率調(diào)節(jié)的臨界值，則轉(zhuǎn)入步驟三。
[0023]進(jìn)一步地，于步驟五中，若Λ I1SO,且AP1S δ，則該控制器發(fā)出指令，驅(qū)動伺服電動機調(diào)整該三相自耦調(diào)壓器的輸出電壓，使電壓升高? 2*U1N，并退出節(jié)能控制模式。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種感應(yīng)電動機的自控控制節(jié)能系統(tǒng)及方法通過根據(jù)電流和有功功率的測量信號產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動伺服電動機調(diào)整自耦調(diào)壓器的輸出電壓，使調(diào)壓器的輸出電壓合理，感應(yīng)電動機的運行效率提高，實現(xiàn)了感應(yīng)電動機輕載時的節(jié)能自動控制，同時本發(fā)明采用自耦調(diào)壓器供電，確保供電電流波形為工頻正弦波，諧波含量少；同時沒用采用功率開關(guān)元件，設(shè)備造價低、控制簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖2為本發(fā)明一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能方法的步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0027]以下通過特定的具體實例并結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。
[0028]在介紹本發(fā)明之前，先介紹一下本發(fā)明的理論基礎(chǔ):工頻和額定電壓供電情況下，電動機輕載運行時，鐵損(線圈磁通在鐵芯上產(chǎn)生的渦流損耗磁滯損耗)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銅損(繞制線圈的銅線的電阻形成的損耗)，電流小，但效率低。隨著供電電壓的降低，電流增大、銅損耗增大、鐵損耗下降，電動機的效率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)銅損耗等于鐵損耗時電動機的效率最高。也就是電動機輕載運行時，電流隨電壓的降低單調(diào)遞增，而效率隨電壓的降低呈現(xiàn)出凸函數(shù)的變化規(guī)律。
[0029]圖1為本發(fā)明一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本發(fā)明一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能系統(tǒng)，至少包括:三相自耦調(diào)壓器10、三相感應(yīng)電動機20、伺服電動機30、控制器40以及電動機的電流和有功功率測量單元50，其中三相自耦調(diào)壓器10連接三相工頻恒壓電源、伺服電動機30以及三相感應(yīng)電動機20，伺服電動機30連接控制器40，電動機的電流和有功功率測量單元50用于測量三相感應(yīng)電動機20的電流和有功功率，并將測得的測量信號傳輸至控制器40，控制器40是整個自動控制節(jié)能系統(tǒng)的核心，它根據(jù)電流和有功功率的測量信號產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動伺服電動機30調(diào)整三相自耦調(diào)壓器10的輸出電壓，使三相自耦調(diào)壓器10的輸出電壓合理，進(jìn)而使得電動機的運行效率提高。
[0030]圖2為本發(fā)明一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能方法的步驟流程圖。如圖2所示，本發(fā)明一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能方法，包括如下步驟:
[0031]步驟201，測量三相感應(yīng)電動機的電流及有功功率，并將測量獲得的測量信號傳送至控制器；
[0032]步驟202，控制器根據(jù)獲得的測量信號，判斷是否進(jìn)入節(jié)能控制模式，在本發(fā)明較佳實施例中，控制器根據(jù)測得的電動機的電流，判斷電動機電流I1在一段時間(通常取電動機系統(tǒng)的機電時間常數(shù)的5倍，并結(jié)合運行工況具體確定)內(nèi)是否小于等于C1倍額定電流Iin，其中0.2 < ζ i < 0.6，ζ i為經(jīng)驗值，較佳地C1 = 0.5，實際運用時需根據(jù)運行工況進(jìn)行細(xì)微調(diào)整才能達(dá)到最佳效果；若是則啟動節(jié)能控制模式，記錄此時的電流和有功功率分別為I1(I)和P1(I),進(jìn)入步驟203，否則仍按電動機滿載，供電電壓仍為額定電壓。 [0033]步驟203，控制器發(fā)出控制指令，驅(qū)動伺服電動機調(diào)整三相自耦調(diào)壓器的輸出電壓，使其輸出電壓降低ζ2*υ?Ν，其中(2為經(jīng)驗值，較佳地ζ2 = 0.03，實際運用時需根據(jù)運行工況進(jìn)行細(xì)微調(diào)整才能達(dá)到最佳效果，其中，Uin為額定電壓。
[0034]步驟204，等待電流穩(wěn)定后，記錄三相感應(yīng)電動機的電流和有功功率分別為I1⑵和P1 (2)，并傳送至控制器
[0035]步驟205，計算當(dāng)前電流與有功功率與所記錄的電流與有功功率的差值，得到差值[Δ/, =/,(1)-/,(2)
1^=^(1)-^(2)刺雜與臨浦藤順，棚棄麵$劇雛離.齡。I體地說，
[AZ1 < O
[0036]若(δ為根據(jù)電動機額定功率確定的功率調(diào)節(jié)的臨界值)，則轉(zhuǎn)入步驟
203，即，控制器發(fā)出控制指令，驅(qū)動伺服電動機調(diào)整三相自耦調(diào)壓器的輸出電壓，使其輸出電壓降低42*U1n，其中(2為經(jīng)驗值，較佳地ζ2 = 0.03，實際運用時需根據(jù)運行工況進(jìn)行
細(xì)微調(diào)整才能達(dá)到最佳效果；否則，若j t，則控制器發(fā)出指令，驅(qū)動伺服電動機調(diào)整


I APi < d
三相自耦調(diào)壓器的輸出電壓，使電壓升高h(yuǎn)*U1N，其中42為經(jīng)驗值，較佳地ζ2 = 0.03，實際運用時需根據(jù)運行工況進(jìn)行細(xì)微調(diào)整才能達(dá)到最佳效果，并退出節(jié)能控制模式。
[0037]綜上所述，本發(fā)明一種感應(yīng)電動機的自控控制節(jié)能系統(tǒng)及方法，根據(jù)電流和有功功率的測量信號產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動伺服電動機調(diào)整自耦調(diào)壓器的輸出電壓，使調(diào)壓器的輸出電壓合理，感應(yīng)電動機的運行效率提高，實現(xiàn)了感應(yīng)電動機輕載時的節(jié)能自動控制，同時本發(fā)明采用自耦調(diào)壓器供電，確保供電電流波形為工頻正弦波，諧波含量少；同時沒用采用功率開關(guān)元件，設(shè)備造價低、控制簡單。
[0038]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾與改變。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
【權(quán)利要求】
1.一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于:該自動控制節(jié)能系統(tǒng)包括自耦調(diào)壓器、感應(yīng)電動機、伺服電動機、控制器以及感應(yīng)電動機的電流和有功功率測量單元，其中該控制器的輸出控制該伺服電動機，該伺服電動機的機械輸出端口實現(xiàn)對該自耦調(diào)壓器的電壓調(diào)節(jié)，該自耦調(diào)壓器為該感應(yīng)電動機提供可調(diào)的輸出電壓，該電流和有功功率測量單元用于測量該感應(yīng)電動機的電流和有功功率，并將測得的測量信號傳輸至該控制器，該控制器根據(jù)電流和有功功率的測量信號產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動該伺服電動機調(diào)整該自耦調(diào)壓器的輸出電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于:該自耦調(diào)壓器為三相自耦調(diào)壓器，該感應(yīng)電動機為三相感應(yīng)電動機。
3.如權(quán)利要求2所述的一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于:該三相自耦調(diào)壓器還連接三相工頻恒壓電源。
4.一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能方法,包括如下步驟: 步驟一，測量三相感應(yīng)電動機的電流及有功功率，并將測量獲得的測量信號傳送至控制器； 步驟二，控制器根據(jù)獲得的測量信號，判斷感應(yīng)電動機是否處于輕載運行以及是否進(jìn)入節(jié)能控制模式，若是，則進(jìn)入步驟三； 步驟三，控制器發(fā)出控制指令，驅(qū)動伺服電動機調(diào)整三相自耦調(diào)壓器的輸出電壓，使其輸出電壓降低ξ2*υ?Ν，其中為42經(jīng)驗值，Uin為額定電壓； 步驟四，等待電流 穩(wěn)定后，記錄當(dāng)前三相感應(yīng)電動機的電流和有功功率，并傳送至控制器； 步驟五，計算當(dāng)前電流與有功功率與之前所記錄的電流與有功功率的差值，并對差值與臨界值進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的控制指令。
5.如權(quán)利要求4所述的一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能方法,其特征在于:步驟二中，該控制器根據(jù)測得的電動機的電流，判斷電動機電流在一段時間內(nèi)是否小于等于(!倍額定電流，其中，0.2 ^ ζ^Ο.6，若是則啟動節(jié)能控制模式，記錄此時的電流和有功功率，進(jìn)入步驟三。
6.如權(quán)利要求5所述的一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能方法，其特征在于:若否，則該控制器認(rèn)為電動機滿載，該三相自耦調(diào)壓器的供電電壓仍為額定電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能方法,其特征在于:步驟五中，電流和有功功率的差值的結(jié)果如下:
(Δ/,-/,(1)-/,(2) Iaf1=S(I)-P1G) 其中I1 (2)和PJ2)為當(dāng)前電動機的電流和有功功率，I1(I)和PJl)為之前所記錄的電動機的電流和有功功率。
8.如權(quán)利要求7所述的一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能方法,其特征在于:步驟五中，若AI1≤O且AP1 > δ，其中，δ為根據(jù)電動機額定功率確定的功率調(diào)節(jié)的臨界值，則轉(zhuǎn)入步驟三。
9.如權(quán)利要求7所述的一種感應(yīng)電動機的自動控制節(jié)能方法,其特征在于:步驟五中，若AI1SO,且AP1S δ，則該控制器發(fā)出指令，驅(qū)動伺服電動機調(diào)整該三相自耦調(diào)壓器的輸出電壓，使電壓升 高ζ2*υ1Ν，并退出節(jié)能控制模式。
【文檔編號】H02P23/02GK103986401SQ201410243342
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】王愛元 申請人:上海電機學(xué)院