專利名稱：電磁精確調控式節(jié)電裝置的智能化控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)中動力設備和電器設備運行的節(jié)能技術領域，具體提供一種電磁精確調控式節(jié)電裝置的智能化控制系統(tǒng)，用于電動機、水泵、風機以及電氣照明系統(tǒng)和電器設備方面的節(jié)電控制。
背景技術：
在目前我國現(xiàn)代化建設的發(fā)展過程中，電力的發(fā)展已經成為社會經濟發(fā)展的決定性因素之一。在我國的GDF，增長過程中，單位GDP的能耗過高已經影響到我國經濟的快速發(fā)展，因此發(fā)展電力和節(jié)約電能必將成為我國今后長期發(fā)展的基本方針。目前，從電網輸送、區(qū)域供電到末端用戶群都存在著較多的能源浪費現(xiàn)象。第一， 發(fā)電站為避免長距離送電過程中的電路損耗，要以較高的電壓傳送，以確保末端用戶達到額定電壓，導致實際電壓往往高于用戶需求的額定電壓。第二在區(qū)域供電的范圍內，即末端的用戶群中，由于開工狀況不同，通常只有70-80%的用戶承載著100%的電力供應，致使電力的配送容量進一步過剩。第三，對于某一具體單位的電動機來說，為了保證用電高峰時設備正常工作，往往要求變壓器的輸出電壓高于電動機的額定電壓，而且由于大部分單位的開工數(shù)量不足又導致其額定容量的進一步過剩。因此在這種供電網絡的運行過程中，常常造成電動機的用電量和電源供電量之間的嚴重的能量不匹配狀態(tài)。尤其是當電動機處于空載、輕載和中等程度的負載時，這種能量的不匹配狀況將更為突出。為了解決上述用電設備的電能浪費問題，國外自十九世紀四十年代即開始了節(jié)能技術的研究，我國也于上世紀六十年代初期開展了相應的節(jié)能新技術研究。經歷了六十年的發(fā)展，到目前為止，已經先后出現(xiàn)了多種類型的節(jié)能技術和節(jié)電設備，如電容補償、星角轉換調壓、自藕變壓器降壓、可控硅調壓、計算機控制降壓、電抗器調壓、逆變調壓、諧波和浪涌電流抑制和變頻調速等一系列節(jié)電技術。但是到目前為止，這一系列節(jié)電技術對于電動機的許多運行狀態(tài)節(jié)電要求很不適用，如當電動機工作在重載、滿載和超載狀態(tài)下時(其負載分別為80-90 ^AO-lOO^、10卜135% )，當電機運行的功率因數(shù)較高時 (0. 65-0. 98)，當恒負載和恒轉矩電機工作在重載、滿載和超載狀態(tài)下時等等。而且這種工作狀態(tài)和運行狀況的電動機的數(shù)量約占到社會擁有電動機總量的80%左右，因此節(jié)能技術必須尋求新的突破。電磁調控是近代節(jié)電技術發(fā)展中的一種用于調控負載(電動機)的電流和電壓大小的新的方法，其調控的可靠性和精確度，決定了節(jié)電設備的節(jié)電率以及適用于節(jié)電領域的范圍大小。其基本原理是，利用電感既有限制電流的作用，又不消耗電能的特性，將電感作為能量轉換的關鍵部件，當電源接通時，電感將吸收的電能轉換成磁場能量儲存在磁場中。在一定的運行區(qū)段內，磁場能量隨著電流的增加而上升，并達到最大，而在另外的運行區(qū)段內，磁場能量又逐步減小，并迅速下降到零，電感中原來儲存的磁場能量又退給電源。 本發(fā)明就是利用這一原理，通過科學的線路設計，以及各種運行參數(shù)的精確計算，在計算機的智能化控制中，實現(xiàn)了節(jié)電裝置的有效節(jié)電率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有節(jié)電技術的缺陷，提供一種電磁精確調控式節(jié)電裝置的智能化控制系統(tǒng)，用于電動機、水泵、風機以及電氣照明系統(tǒng)和電器設備方面，利用電磁的精確調控方法，連續(xù)調控電源的輸出功率，實現(xiàn)對于各類負載的實際用電量的精確匹配。為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采取的技術方案是一種電磁精確調控式節(jié)電裝置的智能化控制系統(tǒng)，所述電磁精確調控式節(jié)電裝置所述在機箱上部安裝有空氣開關、電流傳感器、和脈寬控制器；在機箱的中部安裝有中央控制器CPU、電流放大器、電流比較放大器、電流數(shù)字放大器、計時器、溫度控制器、功率放大器和低壓電源；在機箱的下部安裝有正弦波成型器；其中，所述電流傳感器通過電流放大器和電流比較放大器與中央控制器CPU相連接，所述電流傳感器和電流放大器相接后同時通過電流數(shù)字放大器和中央控制器CPU相連接；所述正弦波成型器和功率放大器通過脈寬控制器和中央控制器CPU相連接；所述溫度控制器和計時器分別直接和中央控制器CPU相連接，并組成節(jié)能控制回路中的溫度控制和時間控制系統(tǒng)；所述低壓電源和中央控制器CPU連接；所述的三個并接的電流傳感器通過三個并接的電流放大器后再通過電流比較放大器后與所述中央控制器CPU相接；三個并接的電流傳感器通過三個并接的電流放大器再通過所述電流數(shù)字放大器與所述中央控制器 CPU相接，組成節(jié)能控制回路的智能化控制系統(tǒng)。本發(fā)明智能化控制系統(tǒng)所涉及的節(jié)電裝置，根據用電設備在不同工作狀態(tài)下的負載變化情況，即用電設備的瞬時耗電量和電源的實際供電量，利用計算機的高度智能化控制系統(tǒng)，通過對三相電源的供電主回路中的脈寬控制器、正弦波成型器和功率放大器的輸出功率的控制，使電源供電量和負載用電量達到精確匹配的效果。當電流經過正弦波成型器時，經過其內部的電感濾波及電磁轉換中的能量交換，電磁轉換由于不產生能量損失，而且這一過程中不產生新的浪涌干擾和諧波污染，所以當電流經過正弦波成型器時，其電流和電壓的輸出均為標準的正弦波形，不僅不會對電網造成新的諧波污染，而且還可對電網原有的諧波加以消除，對電源進行優(yōu)化，實現(xiàn)高質量的電源輸出。在當前節(jié)電難度較高的電動機應用中的某些方面，如電動機在重載、滿載運行時，以及采用渦輪式、鏍桿式和活塞式工作方式的風機、水泵、壓縮機等的運行中，其節(jié)電控制的過程是當負載減小時，K3開關接通，電流傳感器的感應電流減小，這一信號經過電流放大器放大后經過電流數(shù)字放大器直接傳送到中央控制器CPtJ，經過中央控制器CPIj的進一步分析處理后，傳送出控制信息直達正弦波成型器，則正弦波成型器中的磁力控制部分的輸出磁力相應減小，同時正弦波成型器中的輸出功率相應減小，而且這種減小的數(shù)量可以達到較高的準確度及精度，使電源的輸出功率和負載的實際消耗功率達到精確的匹配。反之，當負載中的電流增大時，亦可使正弦波成型器中的輸出功率增大，同樣可使電動機在高負載狀態(tài)時使電源輸出功率和負載實際消耗功率達到精確匹配，從而達到較好的節(jié)電效果。當負載為某些特殊運行狀態(tài)和特殊工作方式的電動機時，如離心式水泵、風機、壓縮機、高負載狀態(tài)下的恒轉矩電機和高負載及高功率因數(shù)的電動機等，這在目前已有的節(jié)電技術條件下，是無法實現(xiàn)有效節(jié)電效果的。這類電動機的節(jié)電控制過程是K3開關斷開， 率經過正弦波成型器時，利用其電磁轉換和精確調控的功能，不僅可以使輸出功率和負載實際用電量達到精確匹配，而且還可以基本消除或大部分消除在脈寬調制過程中產生的諧波污染和其他干擾，進一步減少了能源消耗，從而可以同樣獲得好的節(jié)電效果當負載為某些對溫度有特定要求的局部空間和場所時，則溫度控制器和計時器即可根據該場所的溫度控制和時間要求，設定一套特定的溫度控制和時間計量的軟件程序。 當設備運行時，溫度控制和時間計量信息即可直接傳送到中央控制器CPU。經過中央控制器處理后，即發(fā)送出控制信息到對溫度控制有特定要求的場所，當該場所的溫度高于(或低于)某一特定值時，則制冷系統(tǒng)(或加熱系統(tǒng))即開始對該場所進行制冷(或加熱)，當其溫度低于(或高于)某一特定值時，則制冷系統(tǒng)(或加熱系統(tǒng))即停止制冷(或加熱)，隨著溫度的控制方式的改變，可使負載達到更好的節(jié)電效果。在這一過程中，計時器可以對制冷或加熱的時間，累計制冷或加熱時間，制冷或加熱的停止時間，以及全年制冷或加的累計時間進行全面記錄。當設備運行中發(fā)生過流、過壓或三相不平衡等情況時，則電流傳感器瞬時即將這一信息通過電流放大器放大后，經電流比較放大器進一步處理后傳送到中央控制器。經過中央控制器再次處理后寄送出控制信息到達K2，則k2斷開，設備將立即停止工作，控制速度達到10毫秒，同時故障指示燈亮，可使電動機及時得到更好的保護。正弦波成型器的電感采用了特殊的繞組方式和具有優(yōu)良平衡性能并增加電磁轉換精確控制功能的交合連接方法，又應用了磁力線切割裝置，使得磁力的大小可根據中央控制器CPU的控制而進行調控，從而使負載功率增大時，磁力增大，負載功率減小時，磁力減小，可保證正弦波成型器的輸出功率和負載的實際消耗功率達到精確匹配。同時又利用電磁轉換和電感儲能原理，采用特殊的補償線路和輔助器件，通過對這一系統(tǒng)中的各種運行參數(shù)的精確計算，實現(xiàn)了節(jié)電裝置上下端的雙向補償功能，不僅對供電線路的功率因數(shù)進行無功補償，也可對負載端的用電設備的功率因數(shù)同時進行補償，提高了功率因數(shù)，降低線耗，增大線路容量，提高系統(tǒng)用電效率，實現(xiàn)了電磁轉換和計算機智能化控制的精密組合，獲得了既可節(jié)約電能又可同時消除供電網絡諧波污染的雙重重大效果。本發(fā)明智能化控制系統(tǒng)所涉及的節(jié)電裝置，其本身運行所需的電源則是小型變壓器提供的+5V、+8V、+15V的直流電源，可同時對中央控制器CPU、電流放大器、電流比較放大器、電流數(shù)字放大器、計時器、溫度控制器和相應的工作指示燈及故障指示燈提供低壓電源?？蛰d運行時其自身功耗為lw，接地電阻不大于4Q。本發(fā)明智能化控制系統(tǒng)所涉及的節(jié)電裝置的有益效果是通過電子線路板的計算機高度智能化控制，實現(xiàn)了脈寬控制器、正弦波成型器、功率放大器的連續(xù)輸出電壓和電流的控制，使得加在用電設備上的電流和電壓能實時跟隨用電設備的實際負荷的變化而得到連續(xù)調節(jié)，當用電設備的實際負荷很小時，加在其上的電流和電壓亦可降到很小。反之，當負荷增大時，電源的供電電壓和電流亦可隨之增大，同時通過電子線路板的智能化控制系統(tǒng)，使用電設備的實際消耗功率和電源的供電功率達到精確匹配的效果。在這一智能化的控制過程中，通過各種工作參數(shù)的精確計算和輔助元器件縝密合理配置，實現(xiàn)了對節(jié)電裝置上端和下端的雙向補償功能，提高了線路和用電設備的功率因數(shù)，實現(xiàn)電磁精確調控、脈寬控制和計算機智能化控制的合理的科學結合。該節(jié)電設備的主回路不含任何電子器件， 因此可靠性很高，對電網不產生任何諧波污染，還可以基本消除電網供電系統(tǒng)中原有的諧波污染，實現(xiàn)了較好的節(jié)電效果和電網供電的高質量電源的合理結合，同目前已有的其他節(jié)電技術相比，具有獨特的技術特點和優(yōu)勢，該節(jié)電裝置還可以適用于所有的用電系統(tǒng)。


圖1是智能化控制系統(tǒng)所涉及節(jié)電裝置的基本線路和控制原理圖。圖中1空氣開關Kl、2電流傳感器工AVI、IBVI和工CVI、3電流放大器工AV2、 工.BV2和工CV2、4電流比較放大器IETD、5電流數(shù)字放大器ILTD、6脈寬控制器工GTC、7 正弦波成型器LP、8功率放大器LQ、9負載(電動機)、10低壓電源、11中央控制器CPI. J、 12溫度控制器TP、13計時器HT。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。如圖1所示，一種電磁精確調控式節(jié)電裝置的智能化控制系統(tǒng)，所涉及的節(jié)電裝置包括機箱和其內部多元組合系列控制元器件，由三部分組成。第一部分，主要為信息采集，信息處理和信息控制部分，包括電流傳感器2IAVI、工 BVI和ICvl、電流放大器3工AV2、工BV2和工CV2、電流比較放大器4IETD、電流數(shù)字放大器5工LTD和中央控制器11CPI. J ；其次為電源電路部分，控制電源電路部分包括+5V、+8V、 +15V的低壓電源10，直接供給中央控制器11CPI. J、電流數(shù)字放大器5工LTD和電流比較放大器4工ETD及電流放大器3工AV2、工BV2和工CV2和相應的指示燈的直流電源。第二部分，即為計算機控制的動力電路的供電部分，包括脈寬控制器6IGTC、正弦波成型器7LP和功率放大器8U!和空氣開關IK工。第三部分，即為中央控制器控制的溫度控制系統(tǒng)和時間計量部分，包括中央控制器11CPI_J，溫度控制器12TP和計時器13HT。 如圖1所示，在機箱上部安裝有空氣開關1，電流傳感器2工AVI、工BVI和工CVI， 及脈寬控制器6IGTC ；在機箱的中部安裝有電流放大器3工AV2、工BV2和工CV2及電流比較放大器4工ETD，電流數(shù)字放大器5ILTD，中央控制器1ICP [J，溫度控制器12TP，計時器 13HT，功率放大器8LQ，低壓電源10+5V、+8V、+15V電源；在機箱的下部安裝有正弦波成型器 7LP。其中，所述電流傳感器2IAVI、IBVI和工CVI分別和電流放大器3工AV2、IBV2和ICV2 相連接，所述電流放大器3IAV2、IBV2和工CV2和電流比較放大器工ETD相連接，并通過電流比較放大器4工ETD和中央控制器11CPI. J相連接；所述電流傳感器2工AVI、IBVI和工 CVI分別和電流放大器3工AV2、工BV2和工(iV2相連接后，工AV2、工BV2和工CV2又和電流數(shù)字放大器51 LTD相連接后，再和中央控制器II CPU相連接；所述脈寬控制器6工GTC 分別和中央控制器IlCPLJ和正弦波成型器7LP相連接；所述正弦波成型器7LP又分別和脈寬控制器6工GTC及功率放大器8 相連接，同時正弦波成型器7LP又單獨和中央控制器 IlCPtj相連接；所述溫度控制器12TP和計時器13HT又分別和中央控制器IlCP[J相連接； 所述低壓電源10+5V、+8V、+15V又分別和中央控制器II CP[J、電流傳感器2IAVI、IBVI和工CVI及電流放大器3工AV2、IBV2和ICV2以及電流比較放大器4工ETD和電流數(shù)字放大器5工LTD、溫度控制器12TP和計時器13HT相連接。 所述中央控制器11CP[J由電源電路、與其相耦合的信號放大電路和與放大管基極相連的電壓和電流控制電路構成，所述的中央控制器1ICPIJ通過脈寬控制器6工GTC和正弦波成型器7LP相連接，正弦波成型器7LP又通過功率放大器8 和輸出負載9M(電動機)相連接，正弦波成型器7LP的磁力控制及調節(jié)部分又單獨和中央控制器II CP[J相連接。三個并接的電流傳感器2工AVI、工BVI和工CVI與三個并接的電流放大器3IAV2、工 BV2和工CV2分別連接后，三個并接的電流放大器3工AV2、工BV2和ICV2又分別和電流比較放大器4工ETD相連接，并通過電流比較放大器4IETD與中央控制器IlCPLJ相接。三個并接的電流傳感器2IAVI、工BVI和工CVI與三個并接的電流放大器3工AV2、工BV2和 ICV2分別連接后，三個并接的電流放大器3工AV2、工BV2和工CV2又分別和電流數(shù)字放大器5ILTD相連接后再和中央控制器11CP[J相連接，組成節(jié)能控制回路的智能化控制系統(tǒng)。正弦波成型器7LP和脈寬控制器6工GTC及功率放大器8 相連接，而脈寬控制器6IGTC及正弦波成型器7LP又分別和中央控制器IlCPtJ相連接；正弦波成型器7LP通過功率放大器8LQ和負載M(電動機)相連接，組成三相電源供電線路的動力控制部分的節(jié)能控制回路。在原有線路結構不變，只更換電子元器件的額定值和連接導線的規(guī)格的情況下， 其工作電壓可以在 220V、380V、660V、1140V、3000V、6000V、9000V、10000V、13800V 及 15000V 的電力系統(tǒng)中進行節(jié)電控制。
權利要求
1.一種電磁精確調控式節(jié)電裝置的智能化控制系統(tǒng)，所述電磁精確調控式節(jié)電裝置在機箱上部安裝有空氣開關、電流傳感器、和脈寬控制器；在機箱的中部安裝有中央控制器 CPU、電流放大器、電流比較放大器、電流數(shù)字放大器、計時器、溫度控制器、功率放大器和低壓電源；在機箱的下部安裝有正弦波成型器；其中，所述電流傳感器通過電流放大器和電流比較放大器與中央控制器CPU相連接，所述電流傳感器和電流放大器相接后同時通過電流數(shù)字放大器和中央控制器CPU相連接；所述正弦波成型器和功率放大器通過脈寬控制器和中央控制器CPU相連接；所述溫度控制器和計時器分別直接和中央控制器CPU相連接，并組成節(jié)能控制回路中的溫度控制和時間控制系統(tǒng)；所述低壓電源和中央控制器CPU連接； 其特征在于所述的三個并接的電流傳感器通過三個并接的電流放大器后再通過電流比較放大器后與所述中央控制器CPU相接；三個并接的電流傳感器通過三個并接的電流放大器再通過所述電流數(shù)字放大器與所述中央控制器CPU相接，組成節(jié)能控制回路的智能化控制系統(tǒng)。
2.根據權利要求1所述的一種電磁精確調控式節(jié)電裝置的智能化控制系統(tǒng)，其特征在于所述中央控制器CPU由電源電路、與其相耦合的信號放大電路和與放大管基極相連的電壓和電流控制電路構成，所述的中央控制器CPU通過脈寬控制器和正弦波成型器連接功率放大器組成三項電源供電線路的動力控制部分的節(jié)能控制回路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電磁精確調控式節(jié)電裝置的智能化控制系統(tǒng)，所述電磁精確調控式節(jié)電裝置在機箱上部安裝有空氣開關、電流傳感器、和脈寬控制器；在機箱的中部安裝有中央控制器CPU、電流放大器、電流比較放大器、電流數(shù)字放大器、計時器、溫度控制器、功率放大器和低壓電源、正弦波成型器；所述的三個并接的電流傳感器通過三個并接的電流放大器后再通過電流比較放大器后與所述中央控制器CPU相接；三個并接的電流傳感器通過三個并接的電流放大器再通過所述電流數(shù)字放大器與所述中央控制器CPU相接，組成節(jié)能控制回路的智能化控制系統(tǒng)。本發(fā)明利用磁力和脈寬連續(xù)精確調控電源輸出功率的方式，使電源的供電功率和負載的實際消耗功率達到精確匹配的效果，實現(xiàn)對負載的隨載供電；其還可自動清除供電系統(tǒng)中的諧波和浪涌，為動力設備的運行提供高質量的電源；還可對線路進行多重補償，提高功率因數(shù)，降低線損，增大線路容量，提高系統(tǒng)用電效率，獲得了既可節(jié)約電能又可同時消除供電網絡諧波污染的雙重重大有益效果。
文檔編號H02J3/18GK102237683SQ20101015721
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權日2010年4月28日
發(fā)明者何勛碧, 王亞楠, 王遂德, 黃君佳 申請人:洛陽沃德節(jié)電科技開發(fā)有限公司