基于物联网的多模智能化电机节电应用系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于物联网的多模智能化电机节电应用系统，涉及电力电子学领域，能基于GPRS物联网对电机以变频或相控模式实施节电。该系统包括：相控节电器、变频节电器、控开关、单片机、GPRS网络单元、中央监控计算机。其中，相控节电器、变频节电器、程控开关、单片机、GPRS网络单元组成多模节电器，中央监控计算机配置GPRS网络单元。中央监控计算机通过GPRS无线移动通信网络，远程控制多模节电器内部单片机，切换程控开关选择变频节电器或相控节电器实施节电。本发明专利技术兼容变频、相控两种节电技术，能根据需求任意遥控切换，在保证正常生产效率的前提下，最大限度挖掘节电潜力，特别适用于多台电机的节电改造。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于物联网的多模智能化电机节电应用系统，尤其是涉及由计算机通过GPRS无线移动通信网络，远程选择变频或相控模式对电机实施节电的应用系统。
技术介绍
在工农业生产中大部分采用三相异步电动机，对此类电机的节电方式主要有变频降速技术和相控技术两种，简称变频模式和相控模式。变频模式是实时动态调整电机转速，从而降低电机轴功率，实现电机节电。相控模式是通过实时侦测电机负载的大小，实时调整电机的电压和电流，在不改变电机转速的前提下，保证电机输出转矩与负载需求的动态、精确匹配，有效避免电机出力过大而带来的电能浪费。变频模式节电效果显著，但因需要改变电机转速，使生产效率受到影响，从而应用范围受到限制。相控模式不改变电机转速、不影响生产效率，应用范围很广，但节电效果比变频模式稍弱。 目前针对三相异步电动机设计的节电器，要么采用变频模式设计，针对允许调速的场合；要么采用相控技术设计，针对不允许调速的场合。对电机单一地采用变频或相控模式节电，就产生了生产效率和节电效率之间的矛盾。例如混凝土搅拌行业，滚轮式皮带输送机用于输送砂石。滚轮式皮带输送机的实际负载状况分为空载、轻载、重载3种。从混凝土生产的整个工艺流程来看，各个生产环节之间的生产效率需相互匹配，输送砂石的速度在不同时间段有不同需求。对滚轮式皮带输送机实施单一的变频模式节电，会遇到实际负载很轻、但输送速度需求很高的情况，这时变频模式节电因为降低电机转速而降低了砂石输送速度，也就影响了整体生产效率。对滚轮式皮带输送机实施单一的相控模式节电，会遇到实际负载重、但输送速度需求不高的情况，这时相控模式节电效果不明显、不降低电机转速的技术优势根本发挥不出来。单一的节电模式会使生产效率与节电效率之间的矛盾突出起来。但是，相当一部分工业生产场合，随着工作时间段不同，会先后出现允许调速或不允许调速2种工况，例如上述的混凝土搅拌行业的滚轮式皮带输送机的应用。因此，需要发展一项新的电机节电技术，同时集成变频和相控两种节电模式，根据不同时间段的不同生产要求，智能切换节电模式，解决生产效率和节电效率之间的矛盾。另一方面，还需要将电机节电模式的切换，建立在物联网应用的基础上，根据生产流程的全局调度需求，通过无线物联网实时遥控切换多个生产环节、多台电机的节电方式，实现系统化节电。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能兼容变频和相控两种节电模式、并能通过无线物联网实施节电模式切换的三相异步电机节电系统，从而解决生产效率和节电效率之间矛盾。本专利技术提供一种基于物联网的多模智能化电机节电应用系统，集成了变频和相控两种电机节电技术，具备无线物联网功能，通过GPRS无线移动通信网络，由中央监控计算机根据生产需求，远程控制工业现场的电机节电器选择节电模式、对电机实施节电。为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案该系统包括多模相控节电器分系统和中央监控分系统。其中，多模节电器分系统包括变频节电器、相控节电器、程控开关、单片机、GPRS网络单元，中央监控分系统包括中央监控计算机、GPRS网络单元。多模节电器分系统对电机以变频或相控模式实施节电，中央监控分系统通过GPRS无线移动通信网络，远程遥控选择多模节电器分系统的节电模式。中央监控计算机根据生产需要，产生节电模式切换指令，由GPRS网络单元，通过GPRS无线移动通信网络，传给工业现场的多模节电器。多模节电器中的GPRS网络单元，从GPRS无线移动通信网络接收节电模式切换指令，解析为程控开关的控制信号，对变频节电器、相控节电器的使用实施选择切换。更进一步的方案是·变频节电器变频节电器采用变频降速原理节电。三相异步电机的交流电源频率与转速成正比，而转速与轴功率的3次方成正比。因此，适当降低频率，能显著降低轴功率的消耗。变频节电器由整流器、滤波器、逆变器、单片机、U/f模式形成器、控制脉冲发生器组成。整流器将输入的三相电整流成为直流，经滤波器滤去高次谐波和杂波，送给逆变器，逆变器将直流电能转换为工频或指定频率的交流电。逆变器输出的交流电的频率是受控的，采用PWM脉冲控制方式，频率控制功能由单片机、U/f模式形成、控制脉冲发生器3个单元共同实现。单片机产生控制指令，送给U/f模式形成单元，U/f模式形成单元将控制指令解析为频率控制信号、电压控制信号，作为PWM脉冲参数，送给控制脉冲发生器，产生所需的PWM脉冲。PWM脉冲的幅值表示需要输出的交流电的电压，PWM脉冲的频率表示需要输出的交流电的频率。具备一定幅值和频率的PWM脉冲送给逆变器，控制逆变器将直流电能转换为所需的频率、电压的交流电能。相控节电器相控节电器采用动态侦测电机负载大小，实时调整电压、电流，按电机的实际使用需求供电，节省不必要的电能浪费。相控节电器由数控开关、电流互感器、电压互感器、可控硅模块、信号处理、单片机、电源控制、缺相检测、故障及功率控制组成。三相电输入相控节电器，在三组电压互感器和电流互感器的检测下，得到三相电的电压电流变化信号，通过信号处理单元转换为电压和电流之间的相位差信号，送给单片机，由单片机对该信号进行处理，当相位差小时，电机负载大，这时单片机通过控制可控硅模块供给电机大的电流。反之，当相位大差时，电机负载小，这时单片机控制可控硅模块供给电机小的电流，实现按需供电。程控开关程控开关对变频节电器和相控节电器进行选择切换，根据单片机的控制指令，选择出所需的节电设备。单片机是多模节电器的控制部分，向程控开关发出控制信号，对变频节电器和相控节电器进行选择切换。单片机通过GPRS网络单元接收中央监控计算机无线传来的节电模式切换指令，根据指令控制程控开关，选择节电模式。GPRS网络单元负责无线网络通信，分别分布在中央监控分系统和多模节电器分系统。在中央监控分系统，GPRS网络单元接收并转发计算机的控制指令，通过GPRS无线移动通信网络，传给工业现场的多模节电器。在工业现场的多模节电器，GPRS网络单元通过GPRS无线移动通信网络，接收并转发来自中央监控分系统的节电模式切换指令，并转换为程控开关的控制信号，控制节电器的选择切换。中央监控计算机采用PC机配置操作系统Windows2000，配置相应的中央监控软件。中央监控软件的节电模式切换控制指令，由RS232串口发出，由GPRS网络单元接收转发，经GPRS无线移动网络，远程发送给工业现场的多模节电器。根据本专利技术，由于兼容了变频和相控两种节电技术、并基于无线物联网应用，因此，可以在保证正常生产效率的前提下，最大限度地提高节电效率。附图说明 图I是本专利技术基于物联网的多模智能化电机节电应用系统的原理框图。图2是图I的变频节电器的原理框图。图3是图I的相控节电器的原理框图。图4是图I的GPRS网络单元的原理框图。具体实施例方式下面对本专利技术的具体实施方式作描述系统的具体实施例方式如附图I所示，所述的基于物联网的多模智能化电机节电应用系统，由多模相控节电器分系统和中央监控分系统组成。其中，多模节电器分系统由变频节电器、相控节电器、程控开关、单片机、GPRS网络单元组成，中央监控分系统由中央监控计算机、GPRS网络单元组成。多模节电器分系统对电机以变频或相控模式实施节电，中央监控分系统通过GPRS无线移动通信网络，远程遥控选择多模节电器分本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于物联网的多模智能化电机节电应用系统，包括相控节电器、变频节电器、程控开关、单片机、GPRS网络单元、中央监控计算机，其特征在于，包括：所述的基于物联网的多模智能化电机节电应用系统的节电模式，有变频模式和相控模式2种；所述的节电模式的切换，是通过GPRS无线移动通信网络，由中央计算机远程遥控实施。

【技术特征摘要】
1.关、单片机、GPRS网络单元、中央监控计算机，其特征在于，包括 所述的基于物联网的多模智能化电机节电应用系统的节...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晋东，
申请(专利权)人：河南恒天电子信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：