專利名稱：智能化雙功磁控節(jié)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力系統(tǒng)中動力設(shè)備和電器設(shè)備運行的節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用 于電動機、水泵、風機以及電器照明系統(tǒng)和電器設(shè)備方面的一種智能化雙功磁控節(jié)電裝置。
背景技術(shù)：
在目前我國現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展過程中，電力的發(fā)展已經(jīng)成為社會經(jīng)濟發(fā)展的決定 性因素之一。在我國的GDP增長過程中，單位GDP的能耗過高已經(jīng)影響到我國經(jīng)濟的快速 發(fā)展，因此發(fā)展電力和節(jié)約電能必將成為我國今后長期發(fā)展的基本方針。目前，從電網(wǎng)輸送、區(qū)域供電到末端用戶群都存在著較多的能源浪費現(xiàn)象。第一， 發(fā)電站為避免長距離送電過程中的電路損耗，要以較高的電壓傳送，以確保末端用戶達到 額定電壓，導致實際電壓往往高于用戶需求的額定電壓。第二在區(qū)域供電的范圍內(nèi)，即末端 的用戶群中，由于開工狀況不同，通常只有70-80%的用戶承載著100%的電力供應(yīng)，致使 電力的配量進一步過剩。第三，對于某一具體單位的電動機來說，為了保護用電高峰時設(shè)備 正常工作，往往要求變壓器的輸出電壓高于電動機的額定電壓，因此在這種供電網(wǎng)絡(luò)的運 行過程中，常常造成電動機的用電量和電源供電量之間的嚴重的能量不匹配狀態(tài)。尤其是 當電動機處于空載、輕載和中等程度的負載時，這種能量的不匹配狀況將更為突出。為了解決上述用電設(shè)備的電能浪費問題，國外自十九世紀四十年代即開始了節(jié)能 技術(shù)的研究，我國也于上世紀六十年代初期開展了相應(yīng)的節(jié)能新技術(shù)研究。經(jīng)歷了六十年 的發(fā)展，到目前為止，已經(jīng)先后出現(xiàn)了多種類型的節(jié)能技術(shù)和節(jié)電設(shè)備，如電容補償、星角 轉(zhuǎn)換調(diào)壓、自藕變壓器降壓、可控硅調(diào)壓、電抗器調(diào)壓、逆變調(diào)壓、諧波和浪涌電流抑制和變 頻調(diào)速等一系列節(jié)電技術(shù)。但是到目前為止，這一系列節(jié)電技術(shù)對于電機的許多運行狀態(tài) 節(jié)電要求不適用，如當電動機工作在中重載、重載、滿載和超載狀態(tài)下時(其負載分別為 65-80% ,80-90 % ,90-100 %, 101-135 % )，當電機運行的功率因數(shù)較高時(0. 65-0. 98)，當 恒負載和恒轉(zhuǎn)矩電機工作在中重載、重載、滿載和超載狀態(tài)下時等等。而且這種工作狀態(tài)和 運行狀況的電動機的數(shù)量約占到社會擁有電機總量的80%左右，因此節(jié)能技術(shù)必須尋求新 的突破。電磁調(diào)控是近代節(jié)電技術(shù)發(fā)展中的一種用于調(diào)控負載(電動機)的電流和電壓大 小的新的方法，其調(diào)控的可靠性和精確度，決定了節(jié)電設(shè)備的節(jié)電率以及適用于節(jié)電領(lǐng)域 的范圍大小。其基本原理是，利用電感白天有限制電流的作用，又不消耗電能的特性，將電 感作為能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，當電源接通時，電感將吸收的電能轉(zhuǎn)換成磁場能量儲存在磁 場中。在一定的運行區(qū)段內(nèi)，磁場能量又逐步減小，并迅速下降到零，電感中原來儲存的磁 場能量又退給電源。本實用新型就是利用這一原理，通過科學的線路設(shè)計，以及各種運行參 數(shù)的精確計算，在計算機的智能化控制中，實現(xiàn)了節(jié)電裝置的有效節(jié)電率。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實用新型的目的是提供一種智能化雙功磁控節(jié)電裝置，適用于電動機、水泵、風機以及電器照明系統(tǒng)和電器設(shè)備的節(jié)能，并能夠利用電磁的精 確調(diào)控方式，連續(xù)調(diào)控電源的輸出功率，實現(xiàn)對于各類負載的實際用電量的精確匹配。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案所述智能化雙功磁控節(jié)電裝置，具有三相電源供電線路的動力節(jié)能控制回路，具 有節(jié)能控制回路的信息、采集、處理的智能化控制系統(tǒng)，具有節(jié)能控制回路中的溫度控制和 時間控制系統(tǒng)；所述動力節(jié)能控制回路由中央控制器CPU與動力電路組成，所述動力電路 由脈寬控制器和正弦波成型器連接功率放大器組成，所述脈寬控制器電源輸入端通過空氣 開關(guān)電連接三相電源，脈寬控制器電源輸出端通過正弦波成型器、功率放大器與負載電連 接，脈寬控制器電源輸入端與電源輸出端之間通過交流接觸器電連接；所述脈寬控制器、正 弦波成型器的信號端分別與中央控制器CPU電連接；所述智能化控制系統(tǒng)，由電流傳感器 接收的電信號通過電流放大器，一路經(jīng)電流數(shù)字放大器與中央控制器CPU電連接，另一路 經(jīng)電流比較放大器與中央控制器CPU電連接；所述溫度控制和時間控制系統(tǒng)由溫度控制器 和計時器分別與中央控制器CPU電連接；所述中央控制器CPU、智能化控制系統(tǒng)與低壓電源 電連接。所述的智能化雙功磁控節(jié)電裝置，所述脈寬控制器、正弦波成型器和、功率放大器 的工作電壓為高、中、低壓，尤其為1140V、的電力系統(tǒng)。所述的智能化雙功磁控節(jié)電裝置，所述低壓電源由空氣開關(guān)經(jīng)變壓器、整流管提 供的+5V、+8V、+15V的直流電源。所述的智能化雙功磁控節(jié)電裝置，所述空氣開關(guān)、交流接觸器、電流傳感器、低壓 電源、和脈寬控制器設(shè)置在機箱的上部。所述的智能化雙功磁控節(jié)電裝置，所述中央控制器CPU、電流放大器、電流比較放 大器、電流數(shù)字比較放大器、計時器、溫度控制器、功率放大器和同步跟蹤器設(shè)置在機箱的 中部。所述的智能化雙功磁控節(jié)電裝置，所述正弦波成型器和回饋器設(shè)置在機箱的下 部。由于采用如上所述的技術(shù)方案，本實用新型具有如下有益效果該智能化雙功磁控節(jié)電裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過電子線路板的計算機高度智 能化控制，實現(xiàn)了脈寬控制器、正弦波成型器、功率放大器的輸出電路控制，使得加在用電 設(shè)備上的電流和電壓能實時跟隨用電設(shè)備的實際負荷的變化而得到調(diào)節(jié)。當用電設(shè)備的實際負荷很小時，加在其上的電流和電壓亦可降到很小。反之，當負 荷增大時，電源的供電電壓和電流亦可隨之增大，同時通過電子線路板的智能化控制系統(tǒng)， 使用電設(shè)備的實際消耗功率和電源的供電功率達到精確匹配的效果。在這一智能化的控制 過程中，通過各種工作參數(shù)的精確計算和輔助元器件縝密合理配置，實現(xiàn)了對節(jié)電裝置上 端和下端的雙向補償功能，提高了線路和用電設(shè)備的功率因數(shù)，實現(xiàn)電磁精確調(diào)控、脈寬控 制和計算機智能化控制的合理的科學結(jié)合。該節(jié)電設(shè)備的主回路不含任何電子器件，因此 可靠性很高，對電網(wǎng)不產(chǎn)生任何諧波污染，還可以基本消除電網(wǎng)供電系統(tǒng)中原有的諧波污 染，實現(xiàn)了較好的節(jié)電效果和電網(wǎng)供電的高質(zhì)量的電源的合理結(jié)合，同目前已有的其他節(jié) 電技術(shù)相比，具有獨特的技術(shù)特點和優(yōu)勢，該節(jié)電裝置還可以適用于所有的用電系統(tǒng)。
圖1是智能化雙功磁控節(jié)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是智能化雙功磁控節(jié)電裝置的控制原理圖。1空氣開關(guān)Kl、2電流傳感器IAVl、IBVl和ICVl、3電流放大器IAV2、IBV2和ICV2、 4電流比較放大器IETD、5電流數(shù)字比較放大器ILTD、6脈寬控制器IGTC、7正弦波成型器 LP,8功率放大器LQ、9負載、10低壓電源、11中央控制器CPU、12溫度控制器TP、13計時器 HT。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，但不作為對本實用新型 的限定。如圖1、2所示，智能化雙功磁控節(jié)電裝置，包括機箱和其內(nèi)部多元組合系列控制 元器件，由三部分組成。第一部分，主要為信息采集，信息處理和信息控制部分，包括電流傳感器2IAV1、 IBVl和ICV1、電流放大器3IAV2、IBV2和ICV2、電流比較放大器4IETD、電流電流數(shù)字比較 放大器5 ILTD和中央控制器11 CPU;其次為電源電路部分，其中動力電路部分包括空氣開 關(guān)1、交流接觸器、控制電源電路部分包括+5V、+8V、+15V的低壓電源10，直接供給中央控制 器11 CPU、電流電流數(shù)字比較放大器5ILTD和電流比較放大器4IETD及電流放大器3IAV2、 IBV2和ICV2和相應(yīng)的指示燈的直流電源。第二部分，即為計算控制的動力電路的供電部分，包括脈寬控制器6IGTC、正弦波 成型器7LP和功率放大器8LQ。第三部分，即三相電源的供電功率經(jīng)電磁調(diào)控完成對負載9M或電動機所需真實 功率的精確匹配后剩余電能的回饋部分，即回饋器。如圖1所示，在機箱上部安裝有空氣開關(guān)1，交流接觸器，電流傳感器2低壓電源 10，電流及脈寬控制器6 ；在機箱中安裝有電流放大器3及電流比較放大器4，電流數(shù)字比較 放大器5，中央控制器11，溫度控制器12，計時器13，功率放大器8 ；在機箱的下部安裝有正 弦波成型器7和回饋器PTD。其中，所述電流傳感器2分別和電流放大器3相連接，所述電 流放大器3和ICV2和比較放大器4相連接，并通過電流比較放大器4和中央控制器11相 連接；所述電流傳感器2分別和電流放大器3IAV2、IBV2和ICV2相連接后，電流放大器3又 和電流電流數(shù)字比較放大器5相連接后，再和中央控制器11相連接；所述脈寬控制器6分 別和中央控制器11和正弦波成型器7相連接；所述正弦波成型器7又分別和脈寬控制器6 及功率放大器8相連接，同時正弦波成型器7又單獨和中央控制器11相連接；所述溫度控 制器12和計時器13又分別和中央控制器11相連接；所述低壓電源10+5V、+8V、+15V又分 別和中央控制器11、電流傳感器2及電流放大器3以及電流比較放大器4和電流電流數(shù)字 比較放大器5、溫度控制器12和計時器13相連接。如圖2所示，所述中央控制器IlCPU由電源電路、與其相耦合的信號放大電路和與 放大管基極相連的電壓和電壓電流控制電路構(gòu)成，所述的中央控制器1ICPU通過脈寬控制 器6IGTC和正弦波成型器7LP相連接，正弦波成型器7LP又通過功率放大器8LQ和輸出負載 9M或電動機相連接，正弦波成型器7LP的磁力控制及調(diào)節(jié)部分又單獨和中央控制器IlCPU相連接。三個并接的電流傳感器2IAV1、IBVl和ICVl與三個并接的電流放大器3IAV2、IBV2 和ICV2分別連接后，三個并接的電流放大器3IAV2、IBV2和ICV2又分別和電流比較放大器 4IETD相連接，并通過電流比較放大器與中央控制器IlCPU相接。三個并接的電流傳感器2IAV1、IBVl和ICVl與三個并接的電流放大器3IAV2、IBV2 和ICV2分別連接后，三個并接的電流放大器3IAV2、IBV2和ICV2又分別和電流電流數(shù)字比 較放大器5ILTD相連接后再和中央控制器IlCPU相連接。再由空氣開關(guān)1K1、交流接觸器TR、脈寬控制器6IGTC、正弦波成型器7LP及功率 放大器8LQ串接構(gòu)成的三相電源供電系統(tǒng)中，所述回饋器PTD分別對應(yīng)連接在脈寬控制器 6IGTC和正弦波成型器7LP之間。正弦波成型器7LP和脈寬控制器6IGTC及功率放大器8LQ相連接，而脈寬控制器 6IGTC及正弦波成型器7LP又分別和中央控制器IlCPU相連接；正弦波成型器7LP通過功 率放大器8LQ和負載M或電動機相連接，組成三相電源供電線路的動力控制部分的節(jié)能控 制回路。在原有線路結(jié)構(gòu)不便，只更換電子元器件的額定值和連接導線的規(guī)格的情況下， 其工作電壓可以在 380V、660V、1140V、3000V、6000V、9000V、10000V、13800V 及 15000V 的電 力系統(tǒng)中進行節(jié)電控制。其工作方式如下1.當開啟空氣開關(guān)1后，通過交流接觸器K2，使設(shè)備開始進入三相交流電。在開 啟小開關(guān)和啟動“按鈕”后，設(shè)備即開始正常工作，所帶動的用電設(shè)備，如電動機、燈具、電器 等即開始正常工作。2.當啟動“按鈕”開啟后，電流通過電流傳感器2IAV1、IBVl和ICVl時，即產(chǎn)生 感應(yīng)的電流和電壓，這一信號經(jīng)電流放大器3IAV2、IBV2和ICV2增強和處理后，再送至中 央控制器11CPU，產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)字信息，這一控制信息經(jīng)中央控制器IlCPU傳送至脈寬控制器 6IGTC后送至正弦波成型器后經(jīng)功率放大器放大后，直接傳送到負載9電動機，則整個系統(tǒng) 即開始在節(jié)能控制的電力回路中正常工作。3.當電流傳感器2IAV1、IBVl和ICVl的電流減小時，其所感興的電流放大器 3IAV2、IBV2和ICV2放大后，即經(jīng)過電流數(shù)字比較放大器5ILTD放大和處理后，即傳送至中 央控制器11CPU。經(jīng)過中央控制器IlCPU的綜合分析和處理后，即傳送和控制信息到脈寬控 制器6IGTC，則脈寬控制器即可根據(jù)指令將脈寬的寬度增大，則其輸出的電流相應(yīng)減小。這 一減小的電流經(jīng)過正弦波成型器7LP和功率放大器后輸出的電流相應(yīng)減小，電動機獲得的 工作電流相應(yīng)減小。反之，當傳感器IAV1、IBVl和ICVl感應(yīng)的電流增大時，則通過脈寬控 制器6IGTC和正弦波成型器7LP及功率放大器后的輸出電流可相應(yīng)增大。4.當脈寬控制器發(fā)生故障時，或當某些電動機的運行不需要調(diào)制脈寬時，則交流 接觸器K3可自動接通，使三相電源的供電線路直接通過正弦波發(fā)生器LP和功率放大器8LQ 和負載9相連接，可保證電動機在另外一種運行狀態(tài)下正常節(jié)電運行，其具體過程是這時 交流接觸器K2自動斷開，K3自動接通，電流傳感器2IAV1、IBV1和ICVl的感應(yīng)電流和電壓 信號，經(jīng)過電流放大器3IAV2、IBV2和ICV2處理后，傳送至電流電流數(shù)字比較放大器5ILTD 進一步處理后，傳送至中央控制器11CPU，則中央控制器IlCPU即發(fā)生控制信息到正弦波成型器7LP。正弦波成型器7LP中的磁力控制部分，根據(jù)中央控制器IlCPU和控制信息，可自 動連續(xù)調(diào)整磁力的強度，當磁力增大時，相應(yīng)的電流電壓增加；磁力件小時，相應(yīng)輸出電流 電壓減小，使得通過正弦波成型器7LP和功率放大器8LQ的輸出功率和負載9的實際消耗 功率達到精確匹配的效果，而且電源輸出的電流和電壓波形為標準的正弦波形。5.當三相電源開通并進入脈寬控制器6IGTC時，電網(wǎng)中原有的高次諧波和浪涌電 流也隨即進入其中，這時脈寬控制器不但不能消除這些電源污染，而且在脈寬調(diào)制過程中 還將產(chǎn)生新的諧波。但是當這些疊加的高次諧波和浪涌電流隨三相電流進入正弦波成型器 時，通過該裝置中的電磁調(diào)控的精確控制以及電磁轉(zhuǎn)換中的能量交換和電感濾波，可以基 本上消除這些浪涌電流和高次諧波的污染。而使其輸出的電壓和電流波形基本上接近標準 的正弦波形。6.當設(shè)備運行中發(fā)生過流、過壓和三相不平衡狀況時，則電流傳感器2IAV1、IBVl 和ICVl即實時將這一信息通過電流放大器3IAV2、IBV2和ICV2放大處理后，經(jīng)電流比較放 大器4IETD在處理后傳送至中央控制器11CPU。經(jīng)中央控制器IlCPU綜合分析和處理后即 送出控制信號至K2，則K2斷開，設(shè)備可立即停止運行，控制速度可達10毫秒，從而確保電動 機的安全。7.當負載9為某些對溫度有特定要去的局部空間和場所時，則溫度控制器和計時 器即可根據(jù)該場所的溫度和時間要求，設(shè)定一套特定的溫度控制和時間計量的軟件程序。 當設(shè)備運行時，溫度控制和時間計量信息即可直接傳送到中央控制器11CPU。經(jīng)過中央控 制其處理后，即發(fā)送出具體控制信息到對溫度控制有特定要求的場所。當該場所的溫度高 于，或低于某一特定值時，則制冷系統(tǒng)或加熱系統(tǒng)即開始對該場所進行制冷或加熱，當其溫 度低于或高于某一特定值時，則制冷系統(tǒng)或加熱系統(tǒng)即停止制冷或加熱，隨著溫度的控制 方式的改變，可使這一場所達到更好的節(jié)電效果。在這一過程中，計時器可以對制冷或加熱 的時間，累計制冷或加熱時間，制冷或加熱的停止時間，以及全年制冷或加熱的時間和停止 時間進行全面記錄。8.本實用新型所述的一種智能化電磁精確調(diào)控式高效節(jié)電裝置，其雙向補償功能 是通過下述程序?qū)崿F(xiàn)當電源接通時，正弦波成型器的電感首先儲存能量，隨著電磁能量的不斷儲存和 不斷變換，在計算機智能化控制系統(tǒng)的精密運行中，能量不斷向其下端通過功率放大器對 電動機進行補償，同時又通過其上端的脈寬控制器和空氣開關(guān)1對供電線路進行補償或在 K3接通時繼續(xù)通過空氣開關(guān)1對供電線路進行補償。以上所述的實施例，只是本實用新型較優(yōu)選的具體實施方式
的一種，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員在本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本實用新型的保 護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種智能化雙功磁控節(jié)電裝置，其特征在于具有三相電源供電線路的動力節(jié)能控制回路，具有節(jié)能控制回路的信息、采集、處理的智能化控制系統(tǒng)，具有節(jié)能控制回路中的溫度控制和時間控制系統(tǒng)；所述動力節(jié)能控制回路由中央控制器CPU(11)與動力電路組成，所述動力電路由脈寬控制器(6)和正弦波成型器(7)連接功率放大器(8)組成，所述脈寬控制器電源輸入端通過空氣開關(guān)K1(1)電連接三相電源，脈寬控制器電源輸出端通過正弦波成型器、功率放大器與負載(9)電連接，(6)脈寬控制器電源輸入端與電源輸出端之間通過交流接觸器K2電連接；所述脈寬控制器、正弦波成型器的信號端分別與中央控制器CPU(11)電連接；所述智能化控制系統(tǒng)由電流傳感器(2)接收的電信號通過電流放大器(3)，一路經(jīng)電流數(shù)字放大器(5)與中央控制器CPU電連接，另一路經(jīng)電流比較放大器(4)與中央控制器CPU電連接；所述溫度控制和時間控制系統(tǒng)由溫度控制器(12)和計時器(13)分別與中央控制器CPU電連接；所述中央控制器CPU、智能化控制系統(tǒng)與低壓電源(10)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化雙功磁控節(jié)電裝置，其特征在于所述脈寬控制器(6)、正弦波成型器(7)和功率放大器的工作電壓為高、中、低壓，具體為1140V的電力系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化雙功磁控節(jié)電裝置，其特征在于所述低壓電源(10) 由空氣開關(guān)經(jīng)變壓器、整流管提供的+5V、+8V、+15V的直流電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化雙功磁控節(jié)電裝置，其特征在于所述空氣開關(guān) Kl (1)、交流接觸器、電流傳感器(2)、低壓電源(10)和脈寬控制器(6)設(shè)置在機箱的上部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化雙功磁控節(jié)電裝置，其特征在于所述中央控制器 CPU(Il)、電流放大器(3)、電流比較放大器(4)、電流數(shù)字比較放大器(5)、計時器、溫度控 制器、功率放大器和同步跟蹤器設(shè)置在機箱的中部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化雙功磁控節(jié)電裝置，其特征在于所述正弦波成型器(7)和回饋器設(shè)置在機箱的下部。
專利摘要本實用新型公開一種智能化雙功磁控節(jié)電裝置，具有三相電源供電線路的動力節(jié)能控制回路，具有節(jié)能控制回路的信息、采集、處理的智能化控制系統(tǒng)，具有節(jié)能控制回路中的溫度控制和時間控制系統(tǒng)；所述動力節(jié)能控制回路由中央控制器CPU(11)與動力電路組成，所述動力電路由脈寬控制器(6)和正弦波成型器(7)連接功率放大器(8)組成；本實用新型適用于所有的用電系統(tǒng)，加在用電設(shè)備上的電流和電壓能實時跟隨用電設(shè)備的實際負荷的變化而得到調(diào)節(jié)。對電網(wǎng)不產(chǎn)生任何諧波污染，并消除電網(wǎng)供電系統(tǒng)中原有的諧波污染，實現(xiàn)節(jié)電效果與電網(wǎng)供電高質(zhì)量的電源的合理結(jié)合，可靠性高。
文檔編號H02M7/04GK201682281SQ20102014520
公開日2010年12月22日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者王亞楠, 黃君佳 申請人:洛陽沃德節(jié)電科技開發(fā)有限公司