一種智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，包括較大功率變頻器和n個負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)；較大功率變頻器輸入端、輸出端分別與外部交流電源、n個負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)電連接；負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)包括智能交流調(diào)壓器和異步電機；智能交流調(diào)壓器包括微型計算機、交流調(diào)壓器和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器。在調(diào)速過程中追蹤負載轉(zhuǎn)矩實時動態(tài)調(diào)壓，以較小的過載系數(shù)實現(xiàn)交流異步電動機穩(wěn)定運行和高效節(jié)能；每臺交流異步電動機配接一個智能交流調(diào)壓器多臺不同型號的交流異步電動機共享同一個較大功率的變頻器，每個智能交流調(diào)壓器的成本僅為同功率變頻器的一半以下，使工程應(yīng)用有較高的性價比。
【專利說明】
-種智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于大型給排風工程風機控制應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]I)對風機調(diào)速性能要求不高的應(yīng)用場合通常采用可控硅交流斬波調(diào)壓來實現(xiàn)對交流異步電動機轉(zhuǎn)速的控制，例如大多數(shù)的電風扇調(diào)速。
[0003]2)有級調(diào)速，使用改變交流異步電動機磁極對數(shù)的方法調(diào)速，例如雙速或多速交流異步電動機。
[0004]3)對風機調(diào)速性能要求較高的應(yīng)用場合使用變頻器改變交流電源的頻率來控制風機中交流異步電動機的轉(zhuǎn)速，使用中要求變頻器的輸出額定功率大于等于電動機的額定功率，通過給變頻器設(shè)定相應(yīng)參數(shù)來適應(yīng)不同型號的交流異步電動機對變頻器f/u調(diào)節(jié)曲線的要求，用變頻器改變電源頻率實現(xiàn)對風機轉(zhuǎn)速的控制。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)方案I)，可控硅交流斬波調(diào)壓的同時，會對交流電源產(chǎn)生嚴重的不易消除的諧波污染，所以對功率較大的交流異步電動機調(diào)速通常不采用此方案。由于控制設(shè)備簡單，目前廣泛應(yīng)用在小功率的交流電風扇調(diào)速中。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)方案2)，由于變磁極對數(shù)的電機連線較繁且不能無級連續(xù)調(diào)速，其應(yīng)用受到了限制，目前有些交流電風扇的調(diào)速中有應(yīng)用，雙速電梯則是采用變極+變頻方式。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)方案3)，有如下一些缺點:
[0008]使用中通常要求一個變頻器帶一臺交流異步電動機，由于不同型號交流異步電動機需要變頻器不同的f/u調(diào)節(jié)曲線，所以多臺交流異步電動機就需要多個變頻器，不便于多臺不同型號交流異步電動機共享同一個變頻器。
[0009]變頻器中f/u調(diào)節(jié)曲線是針對恒轉(zhuǎn)矩負載設(shè)定的，就是在變頻變壓的過程中改變交流異步電動機的轉(zhuǎn)速，保持交流異步電動機的最大轉(zhuǎn)矩近似不變，機械特性的硬度不變，這比較適合恒轉(zhuǎn)矩負載對變頻器的要求，例如各類金屬加工機床的交流異步電動機使用變頻器調(diào)速就是一種很好的選擇。
[0010]風機是二次方率負載，使用變頻器雖然能夠很好的實現(xiàn)變速的目的，但在節(jié)能方面卻不能做到最佳，風機在低速時不需要保持最大轉(zhuǎn)矩不變，也不需要保持電動機的機械特性硬度不變，僅靠f/u調(diào)節(jié)曲線的設(shè)定不能滿足風機類負載對更好節(jié)能的更高要求。
【實用新型內(nèi)容】
[0011]本實用新型的目的在于提供一種智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，旨在解決風機使用變頻器中，風機在低速時不需要保持最大轉(zhuǎn)矩，也不需要保持電動機的機械特性硬度不變，僅靠f/u調(diào)節(jié)曲線的設(shè)定不能滿足風機類負載對更好節(jié)能的問題。
[0012]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，所述智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)包括:較大功率變頻器和η個負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng);所述較大功率變頻器輸入端與外部交流電源電連接，較大功率變頻器輸出端同η個負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)電連接，
[0013]所述負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)包括智能交流調(diào)壓器和異步電機;所述智能交流調(diào)壓器和異步電機電連接，所述智能交流調(diào)壓器包括微型計算機、交流調(diào)壓器和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器;所述微型計算機輸出端與交流調(diào)壓器輸入端電連接，交流調(diào)壓器輸出端與異步電機輸入端連接，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器檢測端靠近異步電機，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器輸出端與微型計算機輸入端電連接。
[0014]進一步，所述η個負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)中η個轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器與η個交流調(diào)壓器閉環(huán)互聯(lián)。
[0015]進一步，所述微型計算機為單片式微型計算機，所述微型計算機包括微型計算機硬件電路，
[0016]所述微型計算機硬件電路包括單片機、DA轉(zhuǎn)換器和高頻PffM脈寬控制器，所述單片機、DA轉(zhuǎn)換器、高頻PffM脈寬控制器依次通過管腳相連接。
[0017]進一步，所述轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器為封閉式連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器或霍爾磁敏元件，封閉式連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器安裝在異步電機軸端，連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器的外殼固定在異步電機端蓋上;所述霍爾磁敏元件安裝在貼近電動機軸旁的端蓋上，所述連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器或霍爾磁敏元件均通過屏蔽線將轉(zhuǎn)速信號傳送給單片式微型計算機，所述連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器或霍爾磁敏元件均通過屏蔽線將轉(zhuǎn)速信號傳送給單片式微型計算機，屬于閉環(huán)連接。
[0018]本實用新型所述單片式微型計算機硬件電路和軟件程序通過正反轉(zhuǎn)判別、電機轉(zhuǎn)速檢測，比較給定轉(zhuǎn)速來計算出當前負載轉(zhuǎn)矩，控制大功率電力電子開關(guān)器件的高頻脈寬占空比，以步進方式遞增或遞減正序或反序的單相或三相交流電壓，實時動態(tài)交流調(diào)壓，使單相或三相交流異步電動機最大轉(zhuǎn)矩略大于負載轉(zhuǎn)矩，以較小的過載系數(shù)使交流異步電動機穩(wěn)定運行。
[0019]所述智能交流調(diào)壓器根據(jù)交流異步電動機的起動、調(diào)速運行、制動這三個階段進行調(diào)節(jié)。
[0020]所述采用智能交流調(diào)壓與變頻器組合時，變頻器進行多電機整體調(diào)速，智能交流調(diào)壓器進行單機調(diào)速。
[0021]本實用新型智能交流調(diào)壓器應(yīng)用單片式微型計算機控制電力電子器件實現(xiàn)智能調(diào)壓，調(diào)壓過程中產(chǎn)生的諧波容易分離消除，對交流電源沒有諧波污染。例如對50ΗΖ正弦波的開關(guān)調(diào)壓斬波頻率為1000ΗΖ，其諧波頻率更高，由于頻率差別較大，所以容易通過濾波器分離濾除。變頻器的工作模式為:交-直-交；智能交流調(diào)壓器的工作模式為:交-交;可以單獨用于風機類交流異步電動機的調(diào)速，在調(diào)速過程中追蹤負載轉(zhuǎn)矩實時動態(tài)調(diào)壓，交流異步電動機的最大轉(zhuǎn)矩是正比于供電電壓的，在確保交流異步電動機的最大轉(zhuǎn)矩略大于負載轉(zhuǎn)矩的條件下，以較小的過載系數(shù)實現(xiàn)交流異步電動機的有效調(diào)速、穩(wěn)定運行和高效節(jié)能；
[0022]可以和變頻器組合，每臺交流異步電動機配接一個智能交流調(diào)壓器實現(xiàn)多臺不同型號的交流異步電動機共享同一個較大功率的變頻器，每個智能交流調(diào)壓器的成本僅為同功率變頻器的一半以下，在大型給排風工程中表現(xiàn)出優(yōu)異的調(diào)速性能和節(jié)能指標，使工程應(yīng)用有較高的性價比。
[0023]本實用新型由組合調(diào)速功率特性對比可知:由于Pi= ru X Imaxi，由機械特性曲線圖可知，對二次方率負載采用調(diào)壓調(diào)速和變頻器組合調(diào)速，比恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速在節(jié)能方面有更高優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型實施例提供的智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)示意圖；
[0025]圖2是本實用新型實施例提供的負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)示意圖；
[0026]圖3是本實用新型實施例提供的變頻器、調(diào)壓器調(diào)速的功率特性圖和組合調(diào)速功率特性對比圖；
[0027]圖4是本發(fā)明實施例提供的微型計算機硬件電路單相原理方框圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0029]下面結(jié)合附圖對本實用新型的應(yīng)用原理作進一步描述。
[0030]如圖1所示:一種智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，所述智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)包括:較大功率的變頻器和η個負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng);所述較大功率的變頻器輸入端與外部交流電源電連接，較大功率的變頻器輸出端同η個負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)電連接；
[0031]如圖2所示:所述負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)包括智能交流調(diào)壓器和異步電機;所述智能交流調(diào)壓器和異步電機電連接，所述智能交流調(diào)壓器包括微型計算機、交流調(diào)壓器和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器;所述微型計算機輸出端與交流調(diào)壓器輸入端電連接，交流調(diào)壓器輸出端與異步電機輸入端連接，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器檢測端靠近異步電機，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器輸出端與微型計算機輸入端電連接。
[0032]所述η個負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)中η個轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器與η個交流調(diào)壓器閉環(huán)互聯(lián)。
[0033]所述微型計算機為單片式微型計算機，所述微型計算機包括微型計算機硬件電路。
[0034]如圖4所示:所述微型計算機硬件電路包括單片機、DA轉(zhuǎn)換器和高頻HVM脈寬控制器，所述單片機、DA轉(zhuǎn)換器、高頻PffM脈寬控制器依次通過管腳連接，所述單片機用于檢測控制信號和調(diào)整信號，DA轉(zhuǎn)換器用于接收單片機調(diào)整后的信號進行轉(zhuǎn)換，高頻PffM脈寬控制器用于接收DA轉(zhuǎn)換器輸出的信號進行脈沖放大后直接驅(qū)動外部主電路中的電子元件;所述實時動態(tài)交流調(diào)壓的過程是單片式微型計算機循環(huán)執(zhí)行程序的過程，每次循環(huán)中交流調(diào)壓的控制信號由單片機根據(jù)轉(zhuǎn)速給定值、電動機轉(zhuǎn)速檢測值進行檢測值與給定值的比較，其差值將由PID程序確定輸出量，由PID控制程序產(chǎn)生輸出量，再經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后形成電平調(diào)制電壓，此調(diào)制電壓與單片機輸出的I?3ΚΗζ三角波一同送給比較器，比較器輸出的就是高頻PWM脈寬控制信號，此脈寬控制信號經(jīng)脈沖放大后直接驅(qū)動主電路中交流正、負半周的IGBT開關(guān)管對輸入的50Hz交流執(zhí)行斬波調(diào)壓，斬波后的交流電壓再經(jīng)交流Buck濾波，輸出波形平滑的50Hz正弦交流電壓；當輸出量較大時容易引起電壓較大波動，步進方式是將較大輸出量分幾次循環(huán)分別執(zhí)行，漸次達到確定的輸出量，使調(diào)壓過程漸進穩(wěn)定。
[0035]所述轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器為封閉式連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器或霍爾磁敏元件，封閉式連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器安裝在異步電機軸端，連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器的外殼固定在異步電機端蓋上;所述霍爾磁敏元件安裝在貼近電動機軸旁的端蓋上，所述連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器或霍爾磁敏元件均通過屏蔽線將轉(zhuǎn)速信號傳送給單片式微型計算機。所述連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器或霍爾磁敏元件均通過屏蔽線將轉(zhuǎn)速信號傳送給單片式微型計算機，屬于閉環(huán)連接。
[0036]下面結(jié)合工作原理對本實用新型進一步說明。
[0037]交流異步電動機的工作過程分為:起動、調(diào)速運行、制動這三個階段，智能交流調(diào)壓器根據(jù)不同階段的特點，通過正反轉(zhuǎn)判別、檢測電機轉(zhuǎn)速，比較給定轉(zhuǎn)速來計算出當前負載轉(zhuǎn)矩，控制大功率電力電子開關(guān)器件的高頻脈寬占空比，以步進方式遞增或遞減正序或反序的單相或三相交流電壓，實時動態(tài)交流調(diào)壓，使單相或三相交流異步電動機最大轉(zhuǎn)矩略大于負載轉(zhuǎn)矩，以較小的過載系數(shù)使交流異步電動機穩(wěn)定運行。
[0038]變頻驅(qū)動交流異步電動機時，不同型號的交流異步電動機需要不同的f/u調(diào)節(jié)曲線，組合應(yīng)用時由于每臺交流異步電動機都接入了智能交流調(diào)壓器，可以使每臺交流異步電動機在共享變頻器時，都能有各自最佳的工作電壓，由于智能交流調(diào)壓器本身具有降壓起動功能，能夠有效減小交流異步電動機的起動電流，從而消除起動時的起動電流對變頻器的沖擊，不發(fā)生過載保護或過流保護動作，從而使變頻器能夠穩(wěn)定運行。組合應(yīng)用時，變頻器可進行多電機整體調(diào)速，智能交流調(diào)壓器可實現(xiàn)單機調(diào)速。使大型給排風工程應(yīng)用具有便捷的調(diào)速可操作性和較高的工程性價比。
[0039]本實用新型交流異步電動機在額定狀態(tài)下的最大轉(zhuǎn)矩通常是額定轉(zhuǎn)矩的1.8?2倍，較大的過載系數(shù)是為了使交流異步電動機在供電電壓不變的條件下自動適應(yīng)負載轉(zhuǎn)矩的變化，維持交流異步電動機的穩(wěn)定運行。
[0040]本實用新型自動追蹤檢測負載轉(zhuǎn)矩動態(tài)實時調(diào)壓，確保交流異步電動機最大轉(zhuǎn)矩略大于負載轉(zhuǎn)矩，使交流異步電動機能夠穩(wěn)定運行，在運行中能夠根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩的變化，動態(tài)的實時調(diào)壓，以較小的過載系數(shù)確保交流異步電動機的穩(wěn)定運行。
[0041]變頻器、調(diào)壓器調(diào)速的功率特性和組合調(diào)速功率特性對比如圖3所示。
[0042]由于P1= IU X Tmaxl，由機械特性曲線圖可知，對二次方率負載采用調(diào)壓調(diào)速和變頻器組合調(diào)速，比恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速在節(jié)能方面有更高優(yōu)勢。
[0043]本實用新型使用智能交流調(diào)壓器與變頻器組合，使多臺不同型號的交流異步電動機共享同一個較大功率的變頻器，使大型給排風工程應(yīng)用具有便捷的調(diào)速可操作性和較高的工程性價比。
[0044]本實用新型中多臺電動機共享同一臺較大功率變頻器時，主要存在電動機的型號不同，功率大小不同，電動機的負荷狀態(tài)不同，共享的電動機臺數(shù)不同這四個方面。為了使較大功率變頻器工作穩(wěn)定，對電動機的型號和功率方面雖然可以不同，但電動機參數(shù)應(yīng)該盡量相近，功率大小不宜差別太大，例如同為相同類型的風機異步電動機，功率大小差別不大于2?3倍，僅為工程應(yīng)用時對電動機選型提供了較為寬松的條件。使用中多個電動機的負荷狀態(tài)不同，共享的臺數(shù)不同，在選擇較大功率變頻器容量既輸出功率時應(yīng)采用“計算負荷”的方法，就是各電動機的額定功率之和乘以負荷系數(shù)，負荷系數(shù)取0.6?I之間，電動機的臺數(shù)越少系數(shù)越大，例如僅兩三臺電動機共享變頻器，則負荷系數(shù)取I，電動機臺數(shù)越多系數(shù)越小，應(yīng)為大多數(shù)電動機受風機調(diào)速的影響，實際功率都小于額定值，例如5臺則系數(shù)取0.9、若10臺則系數(shù)取0.8。負荷系數(shù)選取的依據(jù)是大多數(shù)工程應(yīng)用中風機負荷并不同時工作在滿載或最大狀態(tài)，風機數(shù)量越多此現(xiàn)象越明顯。
[0045]本實用新型適合于風機類二次方率負載。
[0046]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)包括:較大功率變頻器和η個負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng);所述較大功率變頻器輸入端與外部交流電源電連接，較大功率變頻器輸出端同η個負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)電連接； 所述負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)包括智能交流調(diào)壓器和異步電機;所述智能交流調(diào)壓器和異步電機電連接，所述智能交流調(diào)壓器包括微型計算機、交流調(diào)壓器和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器;所述微型計算機輸出端與交流調(diào)壓器輸入端電連接，交流調(diào)壓器輸出端與異步電機輸入端連接，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器檢測端靠近異步電機，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器輸出端與微型計算機輸入端電連接。2.如權(quán)利要求1所述的智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述η個負載轉(zhuǎn)矩檢測與動態(tài)交流調(diào)壓控制系統(tǒng)中η個轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器與η個交流調(diào)壓器閉環(huán)互聯(lián)。3.如權(quán)利要求1所述的智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述微型計算機為單片式微型計算機，所述微型計算機包括微型計算機硬件電路， 所述微型計算機硬件電路包括單片機、DA轉(zhuǎn)換器和高頻HVM脈寬控制器，所述單片機、DA轉(zhuǎn)換器、高頻PffM脈寬控制器依次通過管腳相連接。4.如權(quán)利要求1所述的智能交流調(diào)壓風機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測器為封閉式連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器或霍爾磁敏元件，封閉式連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器安裝在異步電機軸端，連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器的外殼固定在異步電機端蓋上;所述霍爾磁敏元件安裝在貼近電動機軸旁的端蓋上，所述連軸光電轉(zhuǎn)速檢測器或霍爾磁敏元件均通過屏蔽線將轉(zhuǎn)速信號傳送給單片式微型計算機。
【文檔編號】H02P5/74GK205509902SQ201620227026
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】陳鐵鋼, 高岳民, 陳業(yè)東
【申請人】陳鐵鋼, 高岳民