自適應負載隨動控制技術系統的製作方法
2023-04-24 17:27:11
專利名稱：自適應負載隨動控制技術系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於使用三相異步電動機的各類負載節能控制專用技術，特別是涉及一種 自適應負載隨動控制技術系統。
背景技術：
由於三相異步電動機各類負載工況的工頻運轉的啟動轉矩大，正常運行時的功耗 降低，用戶只能選擇比正常額定功率大的電機才能解決啟動轉矩大的問題，這就導致正常 運轉後電機負荷較小，經常在實際運行中處於輕載、空載狀態，幾乎100%存在「大馬拉小 車」的現象，造成電力系統的功率因數非常低，電機無功損耗嚴重，存在大量電能浪費現象。目前的節能手段主要靠變頻器節能，而變頻器只有在改變負載運行的速度的前提 下才起作用，而很多負載是不允許變速的，對此變頻器就顯得無能為力了。而本自適應負載 隨動控制技術在完全覆蓋了傳統變頻器的調速和軟啟動、軟停車等一系列功能的基礎上， 創新增加了全時在線負載自適應功率因數調節功能，實現電機與電網之間智能化的能量管 理。彌補了變頻器對恆速負載無法節能的空白，因此本自適應負載隨動控制技術存有巨大 的節電空間。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種自適應負載隨動控制技術系統，它是三 相異步電動機負載節電控制設備。在保證末端系統應用要求下，使電機輸出功率最大限度 的接近實際負荷所需要的功率，避免大馬拉小車的現象，做到所供即所需，柔性匹配，使其 節能效果達到極限，即挖掘最大節能的極限，達到系統優化智能化節能和實現大幅度節能 減排的目標。本發明的技術的方案是一種自適應負載隨動控制技術系統，其特徵在於有動力主迴路和控制部分其控制部分為由DSP模塊連接的外部控制接口 ；DSP模塊連接輸出控制模塊及顯 示和控制單元模塊；其動力主迴路為由三相電源連接整流模塊，整流模塊連接濾波模塊，濾波模塊連 接輸出模塊，輸出模塊連接電機，能量反饋單元加載在動力主迴路的直流部分與交流電源 之間；控制部分的輸出控制模塊連接動力主迴路的整流模塊，控制部分的輸出控制模塊連 接動力主迴路的輸出模塊；動力主迴路的輸出模塊和電機之間的電力連接線有電流傳感 器，電流傳感器反饋給控制部分的DSP模塊。外部控制接口連接速度調節模塊、輸入/反饋控制信號和輸出/響應/驅動/通 訊控制信號。外部控制接口連接各遠程控制模塊或現場控制模塊。其控制部分使用的DSP模塊、輸出控制模塊、顯示和控制單元模塊、整流模塊、濾 波模塊、輸出模塊及能量反饋單元等功能單元為
DSP 模塊:CPU PCB 001 005輸出控制模塊SD PCB 001 005，顯示和控制模塊:0PE PCB 001 005，整流模塊100 1200A/450V，濾波模塊電解電容3300uF 10000uF/1200V，輸出模塊IGBT100A 1400A/1200V，能量反饋單元25A 40A/380V本發明的技術的效果是 本自適應負載隨動控制技術系統合集成應用了智能群控、數據採集、微處理技術、 SVPWM變頻控制、超高速新型DSP數字處理、大功率高耐壓新一代IGBT高速驅動控制、有線 與無線遙控通信、電機與負載參數檢測技術的智能節電技術。該綜合技術的應用可開發研 制出適用於各類三相異步電動機不同負載的節電控制設備，串接在電源和三相異步電機之 間，在拖動負載的電機恆速運行過程中，能按照實時負載變化的情況，進行自適應隨動節能 控制，電機運行有功消耗的電壓、電流按所需同步隨動、降低電機運行有功消耗，無功功率 降低至極限，提高電機功率因數達0.9以上，挖掘出設備的節能空間極限；綜合節電率視不 同的工況可達到15% 70% ；該裝置能有效降低鐵、銅損，減少電機發熱量，並具有軟啟軟 停的功能，延長該類設備電機使用壽命。本技術主要用於三相異步電動機負載類工況的自適應隨動控制，達到最大限度的 節能減排的效果。以此技術設計開發的控制設備，綜合應用了 DSP數據處理/智能群控技術、變頻技 術(整流/濾波/SVPWM運算/高速IGBT驅動控制等技術)、TTA時域檢測控制技術、電機 運行參數自採集/處理技術、有線與無線遙控通信技術、最優數學建模等前沿技術，適用於 各類三相異步電動機負載(如變頻變速負載，恆頻變速負載，輪空負載、瞬時加載等)。根據此自適應負載隨動控制技術開發的各種控制裝置可使三相異步電動機負載 勻速正常運行，並可隨工況的變化及載荷的多少調節三相電機的輸入電壓、電流，調節反 應能力達秒級，運行平穩，系統無波動感；實時做到載荷需求與輸出功率的最佳柔性匹 配，實現「所供即所需」的電能管理模式。本技術克服了部分三相異步電動機負載正常恆速運行不節電的缺陷，達到了設備 運行恆速節能、運行速度可調節的雙重節能功能疊加，趨近此類設備的節能極限。該設備安 裝調試簡便，自動運行控制，操作簡單，能按照三相異步電動機的運行工況，實時、有效地進 行自適應隨動節能控制，降低電機運行有功消耗，提高電機功率因數，降低無功功率，綜合 節電率視不同工況可達到15 % 70 %，(完全空載節電率高達70 %以上)減少電機發熱量 (降低鐵損、銅損)，延長該類設備電機使用壽命。
圖1 自適應負載隨動控制技術系統結構示框2 自適應負載隨動控制技術系統具體應用實例原理接線圖
具體實施例方式如圖1所示的一種自適應負載隨動控制技術系統，有動力主迴路和控制部分其控制部分為由DSP模塊連接的外部控制接口 ；DSP模塊連接輸出控制模塊及顯示和控制單元模塊；其動力主迴路為由三相電源連接整流模塊，整流模塊連接濾波模塊，濾波模塊連 接輸出模塊，輸出模塊連接電機，能量反饋單元加載在動力主迴路的直流部分與交流電源 之間；控制部分的輸出控制模塊連接動力主迴路的整流模塊，控制部分的輸出控制模塊連 接動力主迴路的輸出模塊；動力主迴路的輸出模塊和電機之間的電力連接線有電流傳感 器，電流傳感器反饋給控制部分的DSP模塊。外部控制接口連接速度調節模塊、輸入/反饋控制信號和輸出/響應/驅動/通 訊控制信號。 外部控制接口連接各遠程控制模塊或現場控制模塊。其中控制部分使用的DSP模塊、輸出控制模塊、顯示和控制單元模塊、整流模塊、 濾波模塊、輸出模塊及能量反饋單元等功能單元為DSP 模塊CPU PCB 001 005輸出控制模塊SD PCB 001 005，顯示和控制模塊:0PE PCB 001 005，整流模塊100 1200A/450V，濾波模塊電解電容3300uF 10000uF/1200V，輸出模塊IGBT100A 1400A/1200V，能量反饋單元25A 40A/380V自適應負載隨動控制技術系統，它結合變頻技術原理，以SVPWM(電壓空間矢量) 方法為基礎的最佳節電運算模型的高性能DSP單元，將電機載荷感應單元採集到的電機實 時工況參數進行高速處理，計算出當前載荷下的最佳節電電壓、電流值及相位角，經過修正 補償運算後輸出調製信號，驅動高性能的IGBT模塊輸出相應的PWM電壓波形驅動電機，形 成內部閉環反饋的控制單元，實時做到載荷需求與輸出功率的最佳柔性匹配，在滿足載荷 輸出要求的前提下，最大限度地節約電能。圖2是自適應負載隨動控制技術系統，的一個具體的使用例子之一三相異步電 動機專用負載隨動自適應節電裝置的電路的結構及連接關係。節能實現原理高性能的DSP單元內建有以SVPWM(空間矢量電壓法)為基礎的最佳節電模塊，可 將電機載荷感應單元採集到的電機實時工況參數進行超高速處理，計算出當前載荷下的最 佳節電電壓、電流值及相位角，經過修正補償運算後輸出調製信號，驅動高性能的IGBT模 塊輸出相應的PWM電壓波形驅動電機，形成內部閉環反饋的控制單元，實時做到各工況下 的負載需求與輸出功率的最佳柔性匹配，最大限度地挖掘電機節電潛力。對於電機在運行 中會產生反發電現象的場合，必須選配適當的能量反饋單元，加載在直流部分與交流電源 之間，該單元可將反發電產生的電能反饋到電網中去，進一步提高節能效果。各模塊的功能及應用DSP技術是將高速運算器件應用於電力設備運行控制的新技術，利用運算器件的高速運算性能(nS級)，大量處理所需數據，並快速給出運算結果，大大提高系統的數據處 理能力和反應速度，甚至能做到瞬間隨動響應。DSP單元輸出精度較高，通過IGBT模塊輸出 的PWM波形整合了電壓型、電流型變頻輸出波形的全部優點，諧波小，全程實時節電，節電 效果顯著。SVPWM技術是目前精確控制系統中廣泛應用的電壓空間矢量控制變頻新技術，由 DSP模塊進行電壓空間矢量運算來調製IGBT功率模塊輸出的PWM波形，準確控制輸出的電 壓、電流波形和頻率、功率，使所驅動的設備的運行精確度大大提高，且運算和響應速度更快。
變頻技術在本系統中應用於主要的驅動電路的結構設計。本技術和設備結合常規 變頻技術的主要結構模塊，在DSP的控制下，實現對電源的「交-直-交」的節能控制輸出 功能。所用的IGBT模塊，即絕緣柵雙極型功率管，兼有高輸入阻抗和低導通壓降兩方面的 優點，開關速度快、驅動功率小而飽和壓降低、載流密度大，能較好實現高速逆變輸出功能。電機載荷感應技術是應用先進的電機檢測器件，採集電機載荷的變化和反饋信 息，再輸入到DSP模塊使用。TTA時域變換電流檢測技術配合載荷感應技術，為檢測採樣提 供數位訊號。將該裝置串接三相交流電源與三相異步電動機之間。
權利要求
一種自適應負載隨動控制技術系統，其特徵在於有動力主迴路和控制部分其控制部分為由DSP模塊連接的外部控制接口；DSP模塊連接輸出控制模塊及顯示和控制單元模塊；其動力主迴路為由三相電源連接整流模塊，整流模塊連接濾波模塊，濾波模塊連接輸出模塊，輸出模塊連接電機，能量反饋單元加載在動力主迴路的直流部分與交流電源之間；控制部分的輸出控制模塊連接動力主迴路的整流模塊，控制部分的輸出控制模塊連接動力主迴路的輸出模塊；動力主迴路的輸出模塊和電機之間的電力連接線有電流傳感器，電流傳感器反饋給控制部分的DSP模塊。
2.根據權利要求1所述的自適應負載隨動控制技術系統，其特徵在於外部控制接口 連接速度調節模塊、輸入/反饋控制信號和輸出/響應/驅動/通訊控制信號。
3.根據權利要求1所述的自適應負載隨動控制技術系統，其特徵在於外部控制接口 連接各遠程控制模塊或現場控制模塊。
4.根據權利要求1所述的自適應負載隨動控制技術系統，其特徵在於其控制部分使 用的DSP模塊、輸出控制模塊、顯示和控制單元模塊、整流模塊、濾波模塊、輸出模塊及能量 反饋單元等功能單元為DSP 模塊:CPU PCB 001 005輸出控制模塊SD PCB 001 005，顯示和控制模塊:0PE PCB 001 005，整流模塊100 1200A/450V，濾波模塊電解電容3300uF 10000uF/1200V，輸出模塊:IGBT 100A 1400A/1200V,能量反饋單元25A 40A/380V。
全文摘要
一種自適應負載隨動控制技術系統，有動力主迴路和控制部分，其控制部分為由DSP模塊連接的外部控制接口；DSP模塊連接輸出控制模塊及顯示和控制單元模塊；該技術系統的應用可開發研製出適用於各類三相異步電動機不同負載的節電控制設備，串接在電源和三相異步電機之間，在拖動負載的電機恆速運行過程中，能按照實時負載變化情況，進行自適應隨動節能控制，電機運行有功消耗的電壓、電流按所需同步隨動、降低電機運行有功消耗，無功功率降低至極限，提高電機功率因數，挖掘出設備的節能空間極限；綜合節電率可達到15％～70％；能有效降低鐵、銅損，減少電機發熱量，並具有軟啟軟停的功能，延長該類設備電機使用壽命。
文檔編號H02P23/00GK101860316SQ20101018292
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月26日 優先權日2010年5月26日
發明者俞寧 申請人:天津市華萌科技有限公司