本發(fā)明涉及一種基于雙閉環(huán)控制的電機(jī)軟啟動(dòng)、節(jié)能及綜合保護(hù)控制于一體的綜合智能控制裝置，對實(shí)現(xiàn)電機(jī)節(jié)能控制具有非常重要的意義。

背景技術(shù)：

異步電動(dòng)機(jī)是工業(yè)領(lǐng)域最廣泛使用的動(dòng)力裝置，也是主要的電能消耗者。變載運(yùn)行的電機(jī)(如冶金、鍛造、機(jī)械加工、油田等領(lǐng)域使用的軋鋼機(jī)、摩擦壓力機(jī)、鍛錘、風(fēng)機(jī)、剪板機(jī)、油田抽油機(jī)等設(shè)備)，因其效率和功率因數(shù)較低，存在很大的電能浪費(fèi)。傳統(tǒng)的變頻、無功補(bǔ)償和固定調(diào)壓等節(jié)能技術(shù)無法解決變載的跟蹤控制問題，因此為了提高異步電機(jī)的工作效率，發(fā)明了本裝置，本發(fā)明具有變載節(jié)能、軟啟動(dòng)及綜合保護(hù)等功能。

本發(fā)明選擇電流和功率因數(shù)作為控制參量，構(gòu)建雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，引入模糊自整定pid控制算法，動(dòng)態(tài)調(diào)整輸入電壓，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載功率的非線性快速跟蹤與匹配，從而減少無功功率，達(dá)到節(jié)能的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，如何采用電流和功率因數(shù)雙閉環(huán)控制技術(shù)，將功率因數(shù)結(jié)合電流作為控制參量，通過模糊自整定pid控制算法，用于變載時(shí)，快速抑制電流波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電流值的穩(wěn)定控制，同時(shí)利用電流的設(shè)定值與測量值的比對計(jì)算電動(dòng)機(jī)負(fù)載的大小，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的識(shí)別及自動(dòng)跟蹤，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，動(dòng)態(tài)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的工作電壓，實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率快速匹配，達(dá)到節(jié)能的目的。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于雙閉環(huán)控制的電動(dòng)機(jī)綜 合控制裝置，包括節(jié)能和不節(jié)能手動(dòng)開關(guān)、三相交流接觸器、電流表、電壓表、異步電動(dòng)機(jī)、三相電流互感器、可控硅組件、風(fēng)機(jī)、電機(jī)核心控制板、面板控制電路、三相電源；三相電源的輸出端與可控硅組件電源輸入端連接；可控硅組件電源輸出端與異步電動(dòng)機(jī)的電源端連接，且將三相電流互感器分別串接在可控硅組件與異步電動(dòng)機(jī)對應(yīng)相連接線上；三相電流互感器的輸出端與電機(jī)核心控制板的電流傳感器對應(yīng)端子連接，且將其中一相電流互感器的輸出端再與電流表輸入端連接；電壓表的輸入端與電機(jī)一相電源端連接；三相交流接觸器的輸出端及可控硅組件控制端分別與電機(jī)核心控制板的控制端連接；三相交流接觸器的電源端與節(jié)能和不節(jié)能手動(dòng)開關(guān)串聯(lián)連接后再與可控硅組件電源輸入端連接；面板控制電路的輸入端與電機(jī)核心控制板控制接口連接；風(fēng)機(jī)的輸入端與可控硅組件電源輸出端連接。

電機(jī)核心控制板，包括同步信號(hào)采集電路、輸入光耦隔離電路、輸出光耦隔離電路、主微處理器電路、輔助微處理器電路、可控硅驅(qū)動(dòng)電路、功率因數(shù)角采集電路、電流采集電路、看門狗電路、遠(yuǎn)程啟?？刂齐娐?、故障輸出電路、正常運(yùn)行輸出電路；同步信號(hào)采集電路、輸入光耦隔離電路、功率因數(shù)角采集電路、電流采集電路、看門狗電路的輸出端分別主微處理器電路對應(yīng)的i/o口連接；遠(yuǎn)程啟停控制電路的輸出端與輸入光耦隔離電路的輸入端連接；可控硅驅(qū)動(dòng)電路及輸出光耦隔離電路的輸入端分別主微處理器電路對應(yīng)的i/o口連接；輸出光耦隔離電路的輸出端分別故障輸出電路和正常運(yùn)行輸出電路的輸入端連接；輔助微處理器電路i/o口與主微處理器電路對應(yīng)i/o口連接。

面板控制電路，包括按鍵電路、數(shù)碼管顯示電路、移位寄存器、接口 電路；按鍵電路的輸出端與移位寄存器i/o口連接；數(shù)碼管顯示電路的輸入端與移位寄存器i/o口連接；接口電路與移位寄存器的使能端連接。

采用電流和功率因數(shù)雙閉環(huán)控制技術(shù)，將功率因數(shù)結(jié)合電流作為控制參量，通過模糊自整定pid控制算法，用于變載時(shí)，快速抑制電流波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電流值的穩(wěn)定控制，利用電流的設(shè)定值與測量值的比對計(jì)算電動(dòng)機(jī)負(fù)載的大小，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的識(shí)別及自動(dòng)跟蹤，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，動(dòng)態(tài)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的工作電壓，實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率快速匹配，達(dá)到節(jié)能的目的。

本發(fā)明的積極效果是：(1)由于采用了電流和功率因數(shù)雙閉環(huán)控制，并配合模糊自整定pid算法，使電機(jī)快速地進(jìn)行負(fù)載功率跟蹤，從功率識(shí)別到穩(wěn)定輸出的響應(yīng)時(shí)間小于100ms，可以滿足冶金、鍛造、機(jī)械加工等領(lǐng)域變載電機(jī)的節(jié)能需求，使本發(fā)明的適用范圍更廣；(2)由于采用變載跟蹤技術(shù)使電機(jī)輸出功率與負(fù)載功率準(zhǔn)確匹配，提高了電機(jī)效率，節(jié)電率可達(dá)15-50％；(3)利用電流設(shè)定值與測量值比對，計(jì)算電動(dòng)機(jī)負(fù)載的大小，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的自動(dòng)識(shí)別，使本發(fā)明適用于1-315kw異步電機(jī)的節(jié)能控制。(4)本發(fā)明集成了變載降壓節(jié)能、軟啟動(dòng)、電機(jī)綜合保護(hù)等功能，性價(jià)比高。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的基于雙閉環(huán)控制的電動(dòng)機(jī)綜合控制裝置原理結(jié)構(gòu)圖。

圖2為實(shí)施例1的電機(jī)核心控制板原理結(jié)構(gòu)圖。

圖3為實(shí)施例1的面板控制電路原理結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

如附圖1所示，基于雙閉環(huán)控制的電動(dòng)機(jī)綜合控制裝置，包括節(jié)能和 不節(jié)能手動(dòng)開關(guān)、三相交流接觸器、電流表、電壓表、異步電動(dòng)機(jī)、三相電流互感器、可控硅組件、風(fēng)機(jī)、電機(jī)核心控制板、面板控制電路、三相電源；三相電源的輸出端與可控硅組件電源輸入端連接；可控硅組件電源輸出端與異步電動(dòng)機(jī)的電源端連接，且將三相電流互感器分別串接在可控硅組件與異步電動(dòng)機(jī)對應(yīng)相連接線上；三相電流互感器的輸出端與電機(jī)核心控制板的電流傳感器對應(yīng)端子連接，且將其中一相電流互感器的輸出端再與電流表輸入端連接；電壓表的輸入端與電機(jī)一相電源端連接；三相交流接觸器的輸出端及可控硅組件控制端分別與電機(jī)核心控制板的控制端連接；三相交流接觸器的電源端與節(jié)能和不節(jié)能手動(dòng)開關(guān)串聯(lián)連接后再與可控硅組件電源輸入端連接；面板控制電路的輸入端與電機(jī)核心控制板控制接口連接；風(fēng)機(jī)的輸入端與可控硅組件電源輸出端連接。

如附圖2所示，電機(jī)核心控制板，包括同步信號(hào)采集電路、輸入光耦隔離電路、輸出光耦隔離電路、主微處理器電路、輔助微處理器電路、可控硅驅(qū)動(dòng)電路、功率因數(shù)角采集電路、電流采集電路、看門狗電路、遠(yuǎn)程啟?？刂齐娐?、故障輸出電路、正常運(yùn)行輸出電路；同步信號(hào)采集電路、輸入光耦隔離電路、功率因數(shù)角采集電路、電流采集電路、看門狗電路的輸出端分別主微處理器電路對應(yīng)的i/o口連接；遠(yuǎn)程啟?？刂齐娐返妮敵龆伺c輸入光耦隔離電路的輸入端連接；可控硅驅(qū)動(dòng)電路及輸出光耦隔離電路的輸入端分別主微處理器電路對應(yīng)的i/o口連接；輸出光耦隔離電路的輸出端分別故障輸出電路和正常運(yùn)行輸出電路的輸入端連接；輔助微處理器電路i/o口與主微處理器電路對應(yīng)i/o口連接。

如附圖3所示，面板控制電路，包括按鍵電路、數(shù)碼管顯示電路、移位寄存器、接口電路；按鍵電路的輸出端與移位寄存器i/o口連接；數(shù)碼 管顯示電路的輸入端與移位寄存器i/o口連接；接口電路與移位寄存器的使能端連接。

采用電流和功率因數(shù)雙閉環(huán)控制技術(shù)，將功率因數(shù)結(jié)合電流作為控制參量，通過模糊自整定pid控制算法，用于變載時(shí)，快速抑制電流波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電流值的穩(wěn)定控制，利用電流的設(shè)定值與測量值的比對計(jì)算電動(dòng)機(jī)負(fù)載的大小，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的識(shí)別及自動(dòng)跟蹤，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，動(dòng)態(tài)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的工作電壓，實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率快速匹配，達(dá)到節(jié)能的目的。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于雙閉環(huán)控制的電動(dòng)機(jī)綜合控制裝置，包括節(jié)能和不節(jié)能手動(dòng)開關(guān)、三相交流接觸器、電流表、電壓表、異步電動(dòng)機(jī)、三相電流互感器、可控硅組件、風(fēng)機(jī)、電機(jī)核心控制板、面板控制電路、三相電源；本裝置選擇電流和功率因數(shù)作為控制參量，構(gòu)建雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，引入模糊自整定PID控制算法，動(dòng)態(tài)調(diào)整輸入電壓，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載功率的非線性快速跟蹤與匹配，從而減少無功功率，達(dá)到節(jié)能的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：成友賢;朱設(shè)華;季立新
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南通威爾電機(jī)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2016.03.04
技術(shù)公布日：2017.09.12