CN211405483U - 一种高效智能节电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及节电器技术领域，提供了一种高效智能节电装置，包括装置本体，装置本体安装有CPU模块，CPU模块与输入信号端、输出信号端、电源、第一A/D转换器和转矩计算电压调整软件电性连接，第一A/D转换器电性连接速度给定器，转矩计算电压调整软件与频率命令模块、第二A/D转换器和功率优化控制模块，功率优化控制模块电性连接电源，第二A/D转换器分别与电压电流检测装置和保护电路电性连接，电压电流检测装置与电源电性连接。通过本实用新型的技术方案，可实现综合节电率可达20%以上，并具有动态调整功能、软启动功能、提高功率因数、高可靠性，为智慧化工厂提供可靠稳定的电能参数,提供标准化的数据接口。

Description

一种高效智能节电装置

技术领域

本实用新型涉及节电器技术领域，具体而言，特别涉及一种高效智能节电装置。

背景技术

电能利用率是用户可利用的有效电能总量与消耗电能总量之比。两者的差值为损耗的电能，它包括设备损耗和管理损耗。用电设备性能差、电能与其他能量的转换传递次数多、效率低，将使设备损耗增加。用电过程操作水平低、工艺参数不合理、各工序之间不协调以及管理不善等，将使管理损耗增加。

现代工矿企业中电机的应用较广泛,在设计选型的过程中,为满足负载驱动的最大需求,电动机的容量根据系统最大设计负荷选定,且留有一定的设计容量,但实际工作中大部分电动机都不是在额定功率下工作,无效能耗现象严重,造成极大浪费,而且系统调节方式相对落后,大部分风机、水泵采用机械截流方式调节,使用效率低下。

实用新型内容

本实用新型为了弥补现有技术的不足，应用于工厂给料装置调速或传动系统、工矿企业及电厂的通排风和给排水系统、污水处理厂曝气风机等领域，本实用新型提供了一种高效智能节电装置。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种高效智能节电装置，包括装置本体，装置本体安装有CPU模块，CPU模块与输入信号端、输出信号端、电源、第一A/D转换器和转矩计算电压调整软件电性连接，第一A/D转换器电性连接速度给定器，转矩计算电压调整软件与频率命令模块、第二A/D转换器和功率优化控制模块，功率优化控制模块电性连接电源，第二A/D转换器分别与电压电流检测装置和保护电路电性连接，电压电流检测装置与电源电性连接。

作为优选方案，CPU模块电性连接键盘和显示器。

作为优选方案，输入信号端与CPU模块之间设有第一谐波隔离装置，输出信号端与CPU模块之间设有第二谐波隔离装置。

作为优选方案，电源与CPU模块电性连接之间设有控制电源器。

作为优选方案，电源为三相AC，380V～480V+10%，50HZ。

本实用新型由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：

(1)节电率:综合节电率可达20%以上；

(2)动态调整功能:迅速适应负载变动,供给最佳匹配功率,在软件上设有高速测控输出功能,可始终保证电机高效率运行；在保证电机输出力矩的情况下,可自动调节V/F曲线,减少电机的输出力矩,降低输入电流；

(3)软启动功能:既减少了电动机启动电流对电网的冲击,也减少了启动惯性对设备转速的大惯量冲击,延长了设备的使用寿命；

(4)提高功率因数:节电装置对电网的阻抗特性呈阻性,功率因数很高,减少了线路损耗及无功损耗；

(5)高可靠性:具有实时在线监控功能,具有过压、欠压、过流、过载、缺相及旁路等保护功能；

(6)为智慧化工厂提供可靠稳定的电能参数,提供标准化的数据接口。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为H-Q性能曲线图；

图3为三相电压角度示意图；

图4为三相电压示意图；

图5为三相电压示意图，

其中，图1和图2中附图标记与部件之间的对应关系为：

1装置本体，2CPU模块，3输入信号端，4输出信号端，5第一谐波隔离装置，6第二谐波隔离装置，7电源，8控制电源器，9第一A/D转换器，10速度给定器，11转矩计算电压调整软件，12频率命令模块，13第二A/D转换器，14功率优化控制模块，15电压电流检测装置，16保护电路。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合图1至图5对本实用新型的实施例的高效智能节电装置进行具体说明。

如图1所示，一种高效智能节电装置，包括装置本体1，装置本体1安装有CPU模块2，CPU模块电性连接键盘1-1和显示器1-2，CPU模块2与输入信号端3、输出信号端4、电源7、第一A/D转换器9和转矩计算电压调整软件11电性连接，电源7与CPU模块2电性连接之间设有控制电源器8，电源7为三相AC，380V～480V+10%，50HZ，输入信号端3与CPU模块2之间设有第一谐波隔离装置5，输出信号端4与CPU模块2之间设有第二谐波隔离装置6，第一A/D转换器9电性连接速度给定器10，转矩计算电压调整软件11与频率命令模块12、第二A/D转换器13和功率优化控制模块14，功率优化控制模块14电性连接电源7，第二A/D转换器13分别与电压电流检测装置15和保护电路16电性连接，电压电流检测装置15与电源7电性连接。

工作过程:使用本高效智能节电装置时，首先通过人机界面输入根据工艺负荷正常要求的模拟运行曲线；装置投入运行后，通过信号采集模块利用采样控制电路，对负载实际运行的状况实时高速采集工艺运行参数，由高性能单片机对采样数据进行实时计算处理，并利用节电模块，实现对电力变换的输出功率的动态控制；同时数据通过节电模块反馈到人机界面，自动将模拟运行曲线修正为实时运行曲线。同时装置运行时，在输入输出侧采用谐波隔离装置，能有效的降低节电装置运行时自身产生的大量谐波，减小对装置稳定运行的影响。

节能原理：（1）当电动设备处于空载、半载、轻载、满载、超载时，通过主板控制系统，根据负载的工作状态，动态跟踪调整供给电动设备的电压、电流、有功量、无功量、频率、功率、功率因数等达到转距与负载精确匹配，可配置温度传感器、压力传感器等达到恒压供水、供气等效果，使电动设备保持在最佳、最经济的运行状态。

从流体力学原理得知，泵的流量与电机转速功率相关：泵的流量与泵（电机）的转速成正比，泵的扬程与泵（电机）的转速的平方成正比，泵的轴功率等于流量与扬程的乘积，故泵的轴功率与泵（电机）的转速的二次方成正比（即泵的轴功率与供电频率的二次方成正比）：

当电机的转速改变时，其性能的曲线变化如2图所示，当负载的转速为n1时，负载的流量、扬程曲线与管网特性曲线R1相交于M1点, 其流量、扬程分别为Q1、H1,若工艺变更，需要的流量为Q2时，可将电机的转速降至n2负载的性能曲线（H—Q）相应下降并与R1相交于M2点，此时流量、扬程变为Q2、H2，可见流量、扬程同时下降，达到负载流量的调节作用。相对于节流调节而言，是靠关闭挡风板来实现的，此时管网特性曲线由R1变化到R2，与n1时的特性曲线相交于M3点，此时流量为Q2，扬程为Hf,由图可见，Hf＞H2，急用关闭挡风板来调节流量，虽然流量下降了，但扬程相对于调节电机转速来说，扬程反而上升了，因此变速调节比节流调节时的扬程△H= Hf-H2.由以下公式可得，在认为效率不变时相应的轴功率要减小。

P=△

(KW) 即变速调节（90%以下）时，电动机从电网吸收的功率要相应减 少，节能效果可达到15%以上。

（2）提高功率因数

众所周知，各企业都在为提高功率因数采用各种技术，通常在二级配电室安装电容补偿，其体现的功率因数是很高的，但针对终端设备而言，其所应用的电网功率因数正常情况都在0.85左右，这就是说明实际电机的有用功率低下，那么长期的低效率的运行，既增大了设备的无用功，也存在大量的电能浪费。

节电装置本身在应用算法中检测输入的电流、电压，分析两者之间的相位关系，结合电机运行中负载的变化，就地调节输出的电流、电压的相位角，达到不用补偿电容而实现快速、适时的功率因数调整，实现降低无功，提高有功功率，可以实现功率因数96%以上。

提高功率因数，不仅降低无功，提高设备利用率，总体节能效果可达3%以上。

（3）平衡三相阻抗、解决负序做功

由于各地配电电网以及电网传输的方法与电力品质的不同，还有不同厂家生产的电动机本身设计的差异，及一些不可调的硬特性都会在运行过程中产生负序分量和零序分量，我们将其称之为三相阻抗不平衡现象。

三相阻抗不平衡的危害：

三相不平衡在动力配电系统中大多因为电动机的三相阻抗相差不一引起的，并且也是配电网中存在的主要问题之一。其造成的影响轻则降低线路和变压器的供电效率，造成多余的电能浪费，减少电动机的使用寿命，影响正常的生产安全，重则会因重负荷相载过多，造成某相烧断，开关烧毁甚至变压器烧毁等严重后果。

电动机阻抗不平衡分析：

对于电动机本身而言，造成阻抗不平衡的主要因素有两个方面，一是三相绕阻不对等，二是机械部分的磁通阻碍，其主要表现在三相电流的不平衡，同时产生电压的波动及相电压的差。

从图3可以看出平衡的阻抗其相间的相位角互为120度，它们的关系为Ua+Ub+Uc=0，此时的相电流与相电压为相等的值，则不产生负序和零序分量，电动机在运转的过程中则不受反转的作用力影响而消耗过多的正序做功。

从图4、图5来看可以得出Ua+Ub+Uc≠0，我们假设输入电动机的相电压Uab=Ubc=Uca 对于三相绕组阻抗为Ra＞Rb＞Rc

相据欧姆定律：I=

则相电流得出I_a=

三相电流的关系Ia＜Ib＜Ic

因为阻抗不平衡直接表现在三相电流上，因此，只要测得电动机的三相电流的大小，即能得出三相阻抗不平衡度。

从消耗电能做功的角度分析：

三相电流的差值越大，所做的多余功率就越大。因为三相阻抗不平衡而产生的负序分量电流，在电动机的运转方向中产生相反的旋转磁场，从而产生电动机转动的反作用力。所以电动机需要多消耗与负序功率相等的正序功率，才能抵消掉负序分量产生的反作用力。因此采用三相阻抗平衡技术，重建电机模型，使电动机的三相电流保持一致，减少了电能的浪费，在宇森节电产品中发挥了较好的节电效果。从提高电能利用率，解决电机线圈发热，提高电机本身的效率，可节能效果达5%以上。

在本实用新型的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高效智能节电装置，包括装置本体（1），其特征在于,所述装置本体（1）安装有CPU模块（2），CPU模块（2）与输入信号端（3）、输出信号端（4）、电源（7）、第一A/D转换器（9）和转矩计算电压调整软件（11）电性连接，第一A/D转换器（9）电性连接速度给定器（10），转矩计算电压调整软件（11）与频率命令模块（12）、第二A/D转换器（13）和功率优化控制模块（14），功率优化控制模块（14）电性连接电源（7），第二A/D转换器（13）分别与电压电流检测装置（15）和保护电路（16）电性连接，电压电流检测装置（15）与电源（7）电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种高效智能节电装置,其特征在于,所述CPU模块电性连接键盘（1-1）和显示器（1-2）。

3.根据权利要求2所述的一种高效智能节电装置,其特征在于,所述输入信号端（3）与CPU模块（2）之间设有第一谐波隔离装置（5），输出信号端（4）与CPU模块（2）之间设有第二谐波隔离装置（6）。

4.根据权利要求1所述的一种高效智能节电装置,其特征在于,所述电源（7）与CPU模块（2）电性连接之间设有控制电源器（8）。

5.根据权利要求1所述的一种高效智能节电装置,其特征在于,所述电源（7）为三相AC，380V～480V+10%，50Hz。

Images