感應電動機的自動控制節能系統及方法
2023-05-20 10:49:26 2
感應電動機的自動控制節能系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種感應電動機的自動控制節能系統及方法，該自動控制節能系統包括自耦調壓器、感應電動機、伺服電動機、控制器以及感應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埠實現對該自耦調壓器的電壓調節，該自耦調壓器為該感應電動機提供可調的輸出電壓，該電流和有功功率測量單元用於測量該感應電動機的電流和有功功率，並將測得的測量信號傳輸至該控制器，該控制器根據電流和有功功率的測量信號產生控制信號，驅動該伺服電動機調整該自耦調壓器的輸出電壓，本發明可以在工頻供電以及設備投資少的情況下，根據負載情況自動調節電動機的供電電壓，實現電動機輕載時的節能運行。
【專利說明】感應電動機的自動控制節能系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自動控制節能系統及方法，特別是涉及一種感應電動機的自動控制節能系統及方法。
【背景技術】
[0002]感應電動機大部分採用恆壓恆頻供電，具有控制設備簡單、安全耐用、使用方便的優點。當負載轉矩低於額定轉矩時，電動機的轉速上升，但電動機的運行效率下降。
[0003]為實現感應電動機輕載運行時的節能，目前有兩類方法:
[0004](I)感應電動機採用交直交變頻器供電，當運行工況發生變化時，通過調節輸入交流電的頻率、電壓、相位使電動機的運行滿足負載的需求。
[0005](2)感應電動機採用晶閘管供電，當負載發生變化時，通過改變晶閘管的在工頻下的導通角實現一定的節能。
[0006]上述現有的兩類節能措施都可以實現高效節能運行，但均存在以下不足之處:①需要專用的驅動控制系統，設備造價高、控制系統複雜；②驅動電路功率組件的頻繁通斷，產生高次諧波電流，使電動機系統發熱嚴重、容易老化，同時汙染了電網。
【發明內容】
[0007]為克服上述現有技術存在的不足，本發明之一目的在於提供一種感應電動機的自動控制節能系統及方法，其可以在工頻供電設備投資少的情況下，根據負載情況自動調節電動機的供電電壓，實現電動機輕載時的節能運行。
[0008]為達上述及其它目的，本發明提出一種感應電動機的自動控制節能系統，該自動控制節能系統包括自耦調壓器、感應電動機、伺服電動機、控制器以及感應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埠實現對該自耦調壓器的電壓調節，該自耦調壓器為該感應電動機提供可調的輸出電壓，該電流和有功功率測量單元用於測量該感應電動機的電流和有功功率，並將測得的測量信號傳輸至該控制器，該控制器根據電流和有功功率的測量信號產生控制信號，驅動該伺服電動機調整該自耦調壓器的輸出電壓。
[0009]進一步地，該自耦調壓器為三相自耦調壓器，該感應電動機為三相感應電動機。
[0010]進一步地，該三相自耦調壓器還連接三相工頻恆壓電源。
[0011]為達到上述目的，本發明還提供一種感應電動機的自動控制節能方法，包括如下步驟:
[0012]步驟一，測量三相感應電動機的電流及有功功率，並將測量獲得的信號傳送至控制器；
[0013]步驟二，控制器根據獲得的測量信號，判斷是否進入節能控制模式，若是，則進入
步驟三；
[0014]步驟三，控制器發出控制指令，驅動伺服電動機調整三相自耦調壓器的輸出電壓，使其輸出電壓降低ξ2*υ?Ν，其中為42經驗值，Uin為額定電壓；
[0015]步驟四，等待電流穩定後，記錄當前三相感應電動機的電流和有功功率，並傳送至控制器；
[0016]步驟五，計算當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，並對差值與臨界值進行判斷，根據判斷結果發出相應的控制指令。
[0017]進一步地，於步驟二中，該控制器根據測得的電動機的電流，判斷電動機電流在一段時間內是否小於等於h倍額定電流，0.2 < C1S 0.6，若是則啟動節能控制模式，記錄此時的電流和有功功率，進入步驟三。
[0018]進一步地，若否，則該控制器認為電動機滿載，該三相自耦調壓器的供電電壓仍為額定電壓。
[0019]進一步地，於步驟五中，電流和有功功率的差值的結果如下:
|Δ/丨=/丨⑴-/丨(2)
[0020]<
[0021]其中I1 (2) P1 (2)為當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]進一步地，於步驟五中，若AI1S O且AP1S δ，其中，δ為根據電動機額定功率確定的功率調節的臨界值，則轉入步驟三。
[0023]進一步地，於步驟五中，若Λ I1SO,且AP1S δ，則該控制器發出指令，驅動伺服電動機調整該三相自耦調壓器的輸出電壓，使電壓升高? 2*U1N，並退出節能控制模式。
[0024]與現有技術相比，本發明一種感應電動機的自控控制節能系統及方法通過根據電流和有功功率的測量信號產生控制信號，驅動伺服電動機調整自耦調壓器的輸出電壓，使調壓器的輸出電壓合理，感應電動機的運行效率提高，實現了感應電動機輕載時的節能自動控制，同時本發明採用自耦調壓器供電，確保供電電流波形為工頻正弦波，諧波含量少；同時沒用採用功率開關元件，設備造價低、控制簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明一種感應電動機的自動控制節能系統的系統結構圖；
[0026]圖2為本發明一種感應電動機的自動控制節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並結合【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點與功效。本發明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的精神下進行各種修飾與變更。
[0028]在介紹本發明之前，先介紹一下本發明的理論基礎: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生的渦流損耗磁滯損耗)遠遠大於銅損(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，電動機的效率呈現先增大後減小的趨勢，當銅損耗等於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遞增，而效率隨電壓的降低呈現出凸函數的變化規律。
[0029]圖1為本發明一種感應電動機的自動控制節能系統的系統結構圖。如圖1所示，本發明一種感應電動機的自動控制節能系統，至少包括:三相自耦調壓器10、三相感應電動機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，其中三相自耦調壓器10連接三相工頻恆壓電源、伺服電動機30以及三相感應電動機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用於測量三相感應電動機20的電流和有功功率，並將測得的測量信號傳輸至控制器40，控制器40是整個自動控制節能系統的核心，它根據電流和有功功率的測量信號產生控制信號，驅動伺服電動機30調整三相自耦調壓器10的輸出電壓，使三相自耦調壓器10的輸出電壓合理，進而使得電動機的運行效率提高。
[0030]圖2為本發明一種感應電動機的自動控制節能方法的步驟流程圖。如圖2所示，本發明一種感應電動機的自動控制節能方法，包括如下步驟:
[0031]步驟201，測量三相感應電動機的電流及有功功率，並將測量獲得的測量信號傳送至控制器；
[0032]步驟202，控制器根據獲得的測量信號，判斷是否進入節能控制模式，在本發明較佳實施例中，控制器根據測得的電動機的電流，判斷電動機電流I1在一段時間(通常取電動機系統的機電時間常數的5倍，並結合運行工況具體確定)內是否小於等於C1倍額定電流Iin，其中0.2 < ζ i < 0.6，ζ i為經驗值，較佳地C1 = 0.5，實際運用時需根據運行工況進行細微調整才能達到最佳效果；若是則啟動節能控制模式，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，控制器發出控制指令，驅動伺服電動機調整三相自耦調壓器的輸出電壓，使其輸出電壓降低ζ2*υ?Ν，其中(2為經驗值，較佳地ζ2 = 0.03，實際運用時需根據運行工況進行細微調整才能達到最佳效果，其中，Uin為額定電壓。
[0034]步驟204，等待電流穩定後，記錄三相感應電動機的電流和有功功率分別為I1⑵和P1 (2)，並傳送至控制器
[0035]步驟205，計算當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為根據電動機額定功率確定的功率調節的臨界值)，則轉入步驟
203，即，控制器發出控制指令，驅動伺服電動機調整三相自耦調壓器的輸出電壓，使其輸出電壓降低42*U1n，其中(2為經驗值，較佳地ζ2 = 0.03，實際運用時需根據運行工況進行
細微調整才能達到最佳效果；否則，若j t，則控制器發出指令，驅動伺服電動機調整
I APi < d
三相自耦調壓器的輸出電壓，使電壓升高h*U1N，其中42為經驗值，較佳地ζ2 = 0.03，實際運用時需根據運行工況進行細微調整才能達到最佳效果，並退出節能控制模式。
[0037]綜上所述，本發明一種感應電動機的自控控制節能系統及方法，根據電流和有功功率的測量信號產生控制信號，驅動伺服電動機調整自耦調壓器的輸出電壓，使調壓器的輸出電壓合理，感應電動機的運行效率提高，實現了感應電動機輕載時的節能自動控制，同時本發明採用自耦調壓器供電，確保供電電流波形為工頻正弦波，諧波含量少；同時沒用採用功率開關元件，設備造價低、控制簡單。
[0038]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何本領域技術人員均可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明的權利保護範圍，應如權利要求書所列。
【權利要求】
1.一種感應電動機的自動控制節能系統，其特徵在於:該自動控制節能系統包括自耦調壓器、感應電動機、伺服電動機、控制器以及感應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埠實現對該自耦調壓器的電壓調節，該自耦調壓器為該感應電動機提供可調的輸出電壓，該電流和有功功率測量單元用於測量該感應電動機的電流和有功功率，並將測得的測量信號傳輸至該控制器，該控制器根據電流和有功功率的測量信號產生控制信號，驅動該伺服電動機調整該自耦調壓器的輸出電壓。
2.如權利要求1所述的一種感應電動機的自動控制節能系統，其特徵在於:該自耦調壓器為三相自耦調壓器，該感應電動機為三相感應電動機。
3.如權利要求2所述的一種感應電動機的自動控制節能系統，其特徵在於:該三相自耦調壓器還連接三相工頻恆壓電源。
4.一種感應電動機的自動控制節能方法,包括如下步驟: 步驟一，測量三相感應電動機的電流及有功功率，並將測量獲得的測量信號傳送至控制器； 步驟二，控制器根據獲得的測量信號，判斷感應電動機是否處於輕載運行以及是否進入節能控制模式，若是，則進入步驟三； 步驟三，控制器發出控制指令，驅動伺服電動機調整三相自耦調壓器的輸出電壓，使其輸出電壓降低ξ2*υ?Ν，其中為42經驗值，Uin為額定電壓； 步驟四，等待電流 穩定後，記錄當前三相感應電動機的電流和有功功率，並傳送至控制器； 步驟五，計算當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，並對差值與臨界值進行判斷，根據判斷結果發出相應的控制指令。
5.如權利要求4所述的一種感應電動機的自動控制節能方法,其特徵在於:步驟二中，該控制器根據測得的電動機的電流，判斷電動機電流在一段時間內是否小於等於(!倍額定電流，其中，0.2 ^ ζ^Ο.6，若是則啟動節能控制模式，記錄此時的電流和有功功率，進入步驟三。
6.如權利要求5所述的一種感應電動機的自動控制節能方法，其特徵在於:若否，則該控制器認為電動機滿載，該三相自耦調壓器的供電電壓仍為額定電壓。
7.如權利要求6所述的一種感應電動機的自動控制節能方法,其特徵在於:步驟五中，電流和有功功率的差值的結果如下:
(Δ/,-/,(1)-/,(2) Iaf1=S(I)-P1G) 其中I1 (2)和PJ2)為當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.如權利要求7所述的一種感應電動機的自動控制節能方法,其特徵在於:步驟五中，若AI1≤O且AP1 > δ，其中，δ為根據電動機額定功率確定的功率調節的臨界值，則轉入步驟三。
9.如權利要求7所述的一種感應電動機的自動控制節能方法,其特徵在於:步驟五中，若AI1SO,且AP1S δ，則該控制器發出指令，驅動伺服電動機調整該三相自耦調壓器的輸出電壓，使電壓升 高ζ2*υ1Ν，並退出節能控制模式。
【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 優先權日:2014年6月3日
【發明者】王愛元 申請人:上海電機學院