微電腦省電機控制器的製作方法
2024-02-15 04:59:15
專利名稱：微電腦省電機控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微電腦省電機控制器，屬於電腦程式自動控制裝置技術領域。
自從1964年第一次能源危機後，世界各國已覺醒到，能源對人類的影響至深且巨，因此無不從能源之開發及節省能源之設備與材料著手，但能源的開發曠日廢時，且成本高昂，非一蹴可成，於是節省能源就更加重要，有鑑於此，開發此既穩定且多功能的微電腦省電機控制器，俾使能普遍推廣應用，達到節省電源的目的。
但現有技術中的類似產品存在著下列缺點—信號取樣採用類比式，使用一段時日後，會因組合元器件本身的材質劣化及受外在環境變化如溫度、溼度等而受嚴重影響，致使功率因數值計算不正確。
—控制用電源採用傳統穩壓式，抗幹擾信號能力低，耐輸入電壓變化範圍窄，故障率高，且控制不穩定。
—無周全之系統保護功能，當功率因數有異常發生時，控制器無法立即判斷出，亦無法作出適當的保護措施。
本實用新型的目的是在克服上述現有技術中存在缺點的基礎上，提供一種實時有效的微電腦省電機控制器；使負載電路的功率因數值作實時自動的調整，始終趨近於1，以實現節電及多種保護功能。
本實用新型的技術方案是提供一種微電腦省電機控制器，其由中央處理單元100、三相不平衡信號檢測單元200、高電壓信號檢測單元300、突波信號檢測單元400、低電流信號檢測單元500、電壓信號檢測單元600、電流信號檢測單元700、鍵盤單元800、負載輸出控制單元900、告警信號輸出控制單元1000及顯示單元1100所組成，如
圖1所示，三相不平衡信號檢測單元200、高電壓信號檢測單元300、突波信號檢測單元400、低電流信號檢測單元500、電壓信號檢測單元600、電流信號檢測單元700及鍵盤單元800將其資料輸入至中央處理單元100，經處理後再將其結果輸出送至負載輸出控制單元900、告警信號輸出控制單元1000及顯示單元1100輸出顯示，配合使用者的操作而達到節電功能。
本實用新型與背景技術相比所具有的優點如下—信號採用石英晶體振蕩取樣，取樣之信號精確，且永久不變，確保功率因數值計算準確，進而真正達到省電的目的。
—控制採用交換式電腦專用電源，並加裝雙迴路電源濾波器，抗幹擾信號能力特別高，輸入電壓變化範圍可以達到±30％以上，足以應付起伏不定之輸入電壓，確保控制器能在最優良的狀態下工作。
—周全的系統保護功能，包括容抗充放電保護、電磁開關保護、斷相保護或三相不平衡保護、過電壓保護、低電流保護及諧波保護。
—完備的自我檢測判斷功能，包括中央處理單元異常、電壓或電流信號未輸入、容抗負載三相不平衡、電流信號輸入接反、系統電壓高於設定值等各項檢知功能。
—具備寬廣彈性的設定功能，包括功率因數值、過電壓百分比、低電流百分比、三相不平衡百分比等之數值皆可設定。
為了對本實用新型上述目的、方案及其功效作進一步的實質性了解，將結合附圖所示的優選實施方式詳細說明如下圖1為本實用新型之系統控制方框圖；圖2為本實用新型之三相不平衡信號檢測單元之方塊示意圖；圖3為本實用新型之高電壓信號檢測單元之方塊示意圖；圖4為本實用新型之突波信號檢測單元之方塊示意圖5為本實用新型之低電流信號檢測單元之方塊示意圖；圖6為本實用新型之電壓信號檢測單元之方塊示意圖；圖7為本實用新型之電流信號檢測單元之方塊示意圖；圖8為本實用新型之負載輸出控制單元之方塊示意圖；圖9為本實用新型之告警信號輸出控制單元之方塊示意圖；圖10為本實用新型之程序流程示意圖；圖11、12、13為本實用新型之詳細電路圖；圖14為本實用新型之功率向量關係示意圖。
以下就本系統控制方框示意圖之各單元作詳細之說明如圖2所示，三相不平衡信號檢測單元200之作用在於檢測交流電路R、S、T三相匹配負載是否平衡，其中R相電流201經202作電流-電壓(I-V)轉換後，至203作信號隔離，而由204作信號放大，到205作信號濾波之處理；S相電流211則經由212、213、214、215之順序作如上相同之處理；T相電流221則經由222、223、224、225之順序作如上相同之處理；經由信號濾波205、215、225所輸出之信號送至230作差動放大，再經由231作信號比較及信號延遲之處理，然後輸出至中央處理單元100。如此則能檢測節電裝置內之三相匹配是否平衡，其不平衡容許值可設定，當三相不平衡達設定值時，表示系統容抗負載有異常，此時信號比較及信號延遲231將會延遲短暫時間後，立即送出信號至中央處理元100，中央處理單元100收到信號時會依序切離各段容抗負載、並禁止任何操作，以保護容抗不會因電壓過高而損壞。當系統電壓回復正常一段時間後，系統自動恢復正常運作。
如圖3所示，為本實用新型之高電壓信號檢測單元300之方塊示意圖系統電壓301經降壓302後，再將信號濾波303，然後與預先設定之參考信號比較304，比較之結果若為系統電壓301之輸入過高時，則信號延遲305將會先延遲短暫時間後，立即將信號送給中央處理單元100，中央處理單元100收到信號時，會依序切離各段容抗負載，並禁止任何操作，以保護容抗不會因電壓過高而損壞。當系統電壓回復正常一段時間後，系統自動恢復正常運作。
圖4為本實用新型之突波信號檢測單元400之方塊示意圖，此單元之功能在於檢測系統是否有突波，系統電壓401經降壓402後，進入信號比較403，並和預設之參考電壓作比較，當有突波出現時，則本單元立即送出信號給中央處理單元100，中央處理單元100收到信號時，會讓其暫停各段容抗負載之運作，以確保容抗不會於系統有突波時投入或退出，達到保護的目的。當此信號消失短暫時間後，系統自動恢復正常運作。
圖5為本實用新型之低電流信號檢測單元500之方塊示意圖系統電流501先經502作電流-電壓(I-V)轉換，然後將信號放大503及信號濾波504，再和預設之參考值作信號比較505，最低電流值可設定，當系統電流太低時，此單元會立即送出信號給中央處理單元100，中央處理單元收到信號時會依序切離各段容抗負載，以避免輸出不斷接通/關斷(ON/OFF)，可提高各元件之壽命，當電流大於設定值後，系統自動恢復正常運作。
圖6為本實用新型之電壓信號檢測單元600之方塊示意圖此單元主要在於抓取三相電壓R、S、T之任一相電壓601之電壓波形，將其降壓602，再與預設值作信號比較603，而後將其輸出提供給中央處理單元100，計算功率因數值。
圖7為本實用新型之電流信號檢測單元700之方塊示意圖本單元抓取與被檢測電壓同相之任一相電流701之電流波形(即需與電壓信號檢測單元600同相)，先作電流-電壓(I-V)轉換702，然後將信號隔離703，再與預設之參考值作信號比較704，再輸出至中央處理單元100，作為計算功率因數值。
本實用新型之鍵盤單元800符號包括自動鍵按此鍵持續三秒鐘，系統跳至自動操作模式。
手動鍵按此鍵持續三秒鐘，系統跳至手動操作模式。
遞增鍵手動模式時按此鍵，會投入一段容抗，系統處於自動模式時按此鍵無作用。
遞減鍵手動模式時按此鍵，會退出一段容抗，當系統處於自動模式時按此鍵無作用。
查詢鍵按此鍵，顯示單元1100會閃爍顯示功率因數設定值三秒鐘。
圖8為本實用新型之負載輸出控制單元900的方塊示意圖，由中央處理單元100接收各輸入信號處理後輸出之信號需先作信號隔離901之處理，然後再控制信號繼電器(或固態繼電器SSR)902的導通與否，而後由各控制輸出接點組件903輸出。
圖9為本實用新型之告警信號輸出控制單元1000方塊示意圖，由中央處理單元100接收各輸入信號處理後輸出之信號需先作信號隔離1001之處理，然後再送至繼電器(或SSR)1002，而後由各輸出接點1003輸出，系統有錯誤時，會立即送出告警(ALARM)信號，告知使用者。
顯示單元1100可顯示功率因數值、錯誤信息、及輸出信息等。
圖10為本實用新型之程序流程圖，圖11、圖12、圖13為本實用新型之詳細電路圖。因系本領域技術人員容易理解的，故不再贅述。
以上所述為本實用新型之電路構造工作原理說明。以下將其省電原理說明如下在日常使用的電源內，設總功率為Pa，有效功率(或稱電阻性負載)為P，無效功率(可分為電感性及電容性負載)為Q，其三者間之關係為Pa＝P+jQ，其向量關係如圖14(a)所示，由本圖可見，P與Q相差90°，Pa的絕對值為
而有效功率P在電源中無法消除，因此無法改變，但一般用電戶尤其是工業用戶均為線圈類負載較多，故Q值會較高，而趨於電感性無功功率，謂之Q，如圖14(b)所示，由此圖可知，當QC(電容性無效功率)與QL(電感性無效功率)一樣大或極接近時，則無效功率Q=QL-QC=0]]>
那麼Pa=P+jQ=P+jO=P]]>由此可知，我們就能降低Q的付出，而僅僅消耗有效功率P及一點點的無效功率Q值而已，如此不但減少Q的損失，同時也提高了電源使用效率，當然最重要的是已達到真正省電的目的，一般而言，若Q越大，則節電效果越能顯現。
由上述之節電原理可明確得知，如果測得為QL值，然後匹配等量之QC值，即能有效達到省電的目的，而QL可使用一般改善功率因數用之電容即可補償。
在節電過程中，功率因數cosθ(以下簡稱功因)的計算是重要的，因cos0°＝1，cos90°＝0，而cos為0°之意義表示未消耗無效功率Q虛功值，如圖14(C)所示，或QL＝QC；cos為90°之意義表示未消耗有效功率P，僅消耗QL如圖14(d)所示，在實際用電場合，cos為0°或90°的情況極少存在，實際用電場合通常會消耗一部分的P及一部分的Q，因此，如能使QL＝QC，或使QL儘量等於QC，也就是讓功因角θ儘量等於0°，換言之，讓功因值趨近於1，就愈能達到省電的效果，這也就是本實用新型之主要功能。
本實用新型是經由硬體線路，精確地抓取電壓及電流信號，再經過信號的轉換、濾波、比較而得到潔淨之信號，然後分別通過前述之處理途徑，送入中央處理單元100，再由中央處理單元100計算出功因值，此值即為本實用新型之節電依據，若此值在設定值之下，中央處理單元會逐段的投入電容，以增加QC值，並提高功因值，直到功因值提升到設定值內為止；若是實際功因值在負設定值之外，表示QC大於QL，則中央處理單元會自動逐段退出電容，以降低QC值，直到功因值提升到設定值內為止。
以上的節電方式，只要啟動本裝置後，便周而復始的運作，即隨時在作有效的自動節電匹配，加上完備的保護功能，實為用戶之最佳節電裝置。
權利要求1.一種微電腦省電機控制器，其由中央處理單元(100)、三相不平衡信號檢測單元(200)、高電壓信號檢測單元(300)、突波信號檢測單元(400)、低電流信號檢測單元(500)、電壓信號檢測單元(600)、電流信號檢測單元(700)、鍵盤單元(800)、負載輸出控制單元(900)、告警信號輸出控制單元(1000)及顯示單元(1100)所組成，其特徵在於三相不平衡信號檢測單元、高電壓信號檢測單元、突波信號檢測單元、低電流信號檢測單元、電壓信號檢測單元及鍵盤單元將處理後之信號輸出送至中央處理單元，供作運算及判斷之資料，中央處理單元依據電腦程式之流程作邏輯運算，而將其結果輸出送至負載輸出控制單元、告警信號輸出控制單元及顯示單元，上述各單元的信號取樣採用石英晶體振蕩；控制器採用交換式電腦專用電源，並加裝雙迴路電源濾波器。
2.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於所述之三相不平衡信號檢測單元(200)，R.S.T.三相電流(201，211，221)經電流-電壓轉換(202，212，222)後作信號隔離(203，213，223)、再經信號放大(204，214，224)、和作信號濾波(205，215，225)之處理、該濾波後之信號輸入至差動放大(230)、再經信號比較和信號延遲(231)之處理，然後輸出至中央處理單元(100)。
3.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於所述之高電壓信號檢測單元(300)將系統電壓(301)降壓(302)後，作信號濾波(303)，然後和預設的參考信號比較(304)，比較的結果當系統電壓過高時，則經信號延遲(305)短暫時間後立即將信號送給中央處理單元(100)，以致依序切離各段容抗負載。
4.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於所述之突波信號檢測單元(400)將系統電壓(401)降壓(402)後，進入信號比較(403)並與預設參考電壓作比較，當有突波發生時，可輸出信號給中央處理單元(100)。
5.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於所述之低電流信號檢測單元(500)，先將系統電流信號(501)轉換成電壓信號(502)，再將信號放大(503)及信號濾波(504)，而後與預設的參考值作信號比較(505)，可設定最低電流值當系統電流過低時，立即輸出信號給中央處理單元(100)，其依序切離各容抗負載。
6.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於所述之電壓信號檢測單元(600)，可抓取三相電壓R.S.T.之任一相電壓(601)，先降壓(602)後，再與預設之電壓值作比較(603)，而後輸出信號至中央處理單元(100)。
7.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於所述之電流信號檢測單元(700)，可抓取與被檢測電壓波形同相之任一相電流(701)之電流波形，先將電流信號轉換成電壓信號(702)，再作信號隔離(703)，然後與預設之參考值作信號比較(704)，而後輸出信號至中央處理單元(100)。
專利摘要本實用新型涉及一種微電腦省電機控制器，其由中央處理單元、三相不平衡信號檢測單元、高電壓信號檢測單元、突波信號檢測單元、低電流信號檢測單元、電壓信號檢測單元、電流信號檢測單元、鍵盤單元、負載輸出控制單元、告警信號輸出控制單元及顯示單元所組成；其各單元電路相連接藉助於中央處理單元與電腦程式之配合控制，可依負載之需要輸出適量的能量，以達到節電之功效。
文檔編號G06F1/32GK2258293SQ9620001
公開日1997年7月23日 申請日期1996年1月22日 優先權日1996年1月22日
發明者藍胄恆 申請人:慶固自動化控制有限公司