專利名稱：風(fēng)機(jī)水泵智能功效節(jié)能終端設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能功效節(jié)能終端設(shè)備，屬于電子技術(shù)與機(jī)電一 體化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工礦企業(yè)中大量地使用著風(fēng)機(jī)、水泵，這些機(jī)械一般都以交流電動 機(jī)驅(qū)動。其中大部分電動機(jī)均不是工作在額定功率，而經(jīng)常只有額定功率的50%-70%，甚至更低。但電動機(jī)大部分處在恒速運(yùn)行狀態(tài)，并以檔板、 閥門或放空回流的辦法進(jìn)行流量或壓力的調(diào)節(jié)，從而白白損失大量的電 能，功率越大的風(fēng)機(jī)、水泵，損失的電能越多。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種風(fēng)機(jī)水泵智能功效節(jié)能終端設(shè)備 (MD-FSL)，它綜合可編程技術(shù)、變頻技術(shù)、跟蹤調(diào)功技術(shù)、軟啟動技術(shù)、 動態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償技術(shù)，通過PID閉環(huán)控制，自動跟蹤負(fù)載的工作狀況， 實時調(diào)節(jié)供電功率，減少電能。一種風(fēng)機(jī)水泵智能功效節(jié)能終端設(shè)備包含主回路模塊、與主回路模塊 連接的、發(fā)出控制信號的控制回路模塊、與控制回路模塊連接的信號回路 模塊和用以顯示節(jié)電器狀態(tài)的顯示回路模塊。一種風(fēng)機(jī)水泵智能功效節(jié)能終端設(shè)備，該風(fēng)機(jī)水泵智能功效節(jié)能終端 設(shè)備的主回路模塊是由斷路器、接觸器、輸入濾波裝置、變頻器、輸出濾 波裝置組成。該風(fēng)機(jī)水泵智能功效節(jié)能終端設(shè)備的控制回路模塊包含微型斷路器、中間繼電器、可編程控制器(PLC)、人機(jī)界面、按鈕；信號回路模塊包 含現(xiàn)場傳感器、信號變送器、PID調(diào)節(jié)裝置；顯示回路模塊包含電壓表、 電流表、壓力(溫度、流量等)表、三相四線有功電能表、指示燈。本實用新型節(jié)電率可達(dá)20%-60%，能有效的防止機(jī)械磨損，延長電機(jī)使用 的壽命，瞬時態(tài)轉(zhuǎn)矩反映；并且采用最新一代IGBT功率模塊，最大載波 頻率達(dá)16kHz,靜音運(yùn)行。 一種風(fēng)機(jī)水泵智能功效節(jié)能終端設(shè)備具有瞬時 輸出電壓自動調(diào)整功能，能在輸入電網(wǎng)存在較大的波動時，輸出電壓也基 本保持不變；具有回升制動等功能，適應(yīng)各種應(yīng)用場合；其液晶屏帶有液 晶字符、圖形顯示，中、英文顯示方式隨時設(shè)定，人機(jī)界面友好；雙鍵盤 互動切換控制，本機(jī)、遠(yuǎn)程操作自由選擇；保護(hù)功能完善，具備電流限幅、 過壓失速保護(hù)、短路、過流、過載、過壓時，系統(tǒng)均能即時保護(hù)。


圖l表示節(jié)電器硬件組成圖；圖2表示風(fēng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的風(fēng)壓-風(fēng)量(H-Q)特性。
具體實施方式
l.根據(jù)圖1所示，該智能節(jié)電器是由主回路模塊、與主回路模塊連接 的、發(fā)出控制信號的控制回路模塊、與控制回路模塊連接的信號回路模塊 和用以顯示節(jié)電器狀態(tài)的顯示回路模塊。其中主回路模塊是由與電源連接的斷路器、與斷路器連接的接觸器、 與接觸器連接的輸入濾波裝置、與輸入濾波裝置連接的變頻器、與變頻器 連接的輸出濾波裝置組成。其中控制回路模塊是由與接觸器連接的微型斷路器、與微型電路器連 接的中間繼電器、與中間繼電器連接的PLC、與PLC連接的人機(jī)界面、 與人機(jī)界面相連的按鈕組成。其中信號回路模塊是由現(xiàn)場傳感器、與現(xiàn)場傳感器連接的信號變送 器、與信號變送器連接的PID調(diào)節(jié)裝置組成。
以及顯示回路模塊是由電壓表、電流表、壓力(溫度、流量等)表、 三相四線有功電能表、指示燈組成。2.調(diào)速節(jié)電風(fēng)機(jī)，是傳送氣體裝置。水泵，是傳送水或其它液體的裝置。就其結(jié) 構(gòu)和工作原理而言，兩者基本相同?，F(xiàn)先以風(fēng)機(jī)為例加以說明。采用MD-FSL對風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，屬于減少空氣動力的節(jié)電方法，它和 一般常用的調(diào)節(jié)風(fēng)門控制風(fēng)量的方法比較，具有明顯的節(jié)電效果。由圖2可以說明其節(jié)電原理圖2中，曲線(1)為風(fēng)機(jī)在恒定轉(zhuǎn)速nl下的風(fēng)壓一風(fēng)量(H—Q) 特性，曲線(2)為管網(wǎng)風(fēng)阻特性(風(fēng)門全開)。假設(shè)風(fēng)機(jī)工作在A點效率最高，此時風(fēng)壓為H2，風(fēng)量為Q1，軸功率 N1與Q1、 H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH20Q1表示。如果生產(chǎn) 工藝要求，風(fēng)量需要從Q1減至Q2，這時用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法相當(dāng)于增加管 網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線(3)，系統(tǒng)由原來的工況點A變到新的 工況點B運(yùn)行。從圖中看出，風(fēng)壓反而增加，軸功率與面積BH10Q2成 正比。顯然，軸功率下降不大。如果采用MD-FSL內(nèi)置的變頻控制方式， 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由nl降到n2，根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，畫出在轉(zhuǎn)速n2風(fēng)量(Q—H)特性，如曲線(4)所示?？梢娫跐M足同樣風(fēng)量Q2的情況下， 風(fēng)壓H3大幅度降低，功率N3隨著顯著減少，用面積CH30Q2表示。節(jié) 省的功率AN- (Hl-H3) xQ2，用面積BH1H3C表示。顯然，節(jié)電的經(jīng)濟(jì) 效果是十分明顯的。由流體力學(xué)可知，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速的平方 成正比，軸功率N與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。采用MD-FSL進(jìn)行調(diào)速，當(dāng) 風(fēng)量下降到80°/。時，轉(zhuǎn)速也下降到80%，而軸功率N將下降到額定功率 的51.2%,如果風(fēng)量下降到60%，軸功率N可下降到額定功率的21.6%,當(dāng)然 還需要考慮由于轉(zhuǎn)速降低會引起的效率降低及附加控制裝置的效率影響 等.即使這樣,這個節(jié)電數(shù)字也是很可觀的,因此在裝有風(fēng)機(jī)水泵的機(jī)械中, 采用轉(zhuǎn)速控制方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量，在節(jié)電上是個最有效的方法。
同理，水泵的節(jié)電原理也可由圖2說明許多用泵場合都需在維持恒壓的情況下改變給水量(流量Q)從左圖可知當(dāng)流量Ql降至Q2若不改變水泵轉(zhuǎn)速，揚(yáng)程將升至B工作點，其 功率可用1^2*(52來計算，對應(yīng)面積BH20Q2。原A工作點功率Q1*HT圖 上面積AHTOQl，兩者所耗功率變化不大，如果我們降低轉(zhuǎn)速至(2)即 可節(jié)電Q2^H2—Q2*HT=Q2 (H2—HT)，圖DBH2HT的面積即是節(jié)電值。 再如流量變至Q3若仍以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，所需功率Q3*H1，浪費(fèi)能量為 FCH1HT。與風(fēng)機(jī)節(jié)電原理相同水泵電機(jī)輸出功率正比于轉(zhuǎn)速三次方關(guān)系，用 MD-FSL進(jìn)行調(diào)速，流量下降，可保持恒壓HT若轉(zhuǎn)速下降至額定轉(zhuǎn)速的 80%,軸功率下降至額定功率的51.2。/。,流量下降至Q3,若使揚(yáng)程恒定，可使 轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的70%，此時軸功率是額定值的34.3%，節(jié)電達(dá)65.7%，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。3. 軟起動節(jié)電通常感應(yīng)電動機(jī)采用直接接入電網(wǎng)起動的方法，電動機(jī)的起動電流為 額定時的5 7倍不僅損耗大，對電網(wǎng)沖擊也大，機(jī)械磨損，振動都大，如 果用MD-FSL控制電機(jī)起動，可以將起動電流限制到1.2倍額定電流下， 這樣起動耗電大大降低，既不沖擊電網(wǎng)，又不沖擊機(jī)械。4. 輕載降壓節(jié)電任何利用交流感應(yīng)電動機(jī)作為電力傳動方式的生產(chǎn)機(jī)械，電動機(jī)的功 率是按最大負(fù)荷期額定負(fù)荷選擇的。而工作時絕大部分不能滿載運(yùn)行，電 動機(jī)工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載很小，也會有很多時間輕載運(yùn)行，由電 機(jī)設(shè)計和運(yùn)行特性可以知道，電動機(jī)只有運(yùn)行在滿載時才是效率最高、功 率因數(shù)最佳狀況,輕載時造成許多不必要的電能損耗。MD-FSL采用檢測負(fù) 載大小的方法，根據(jù)負(fù)載的減少，適當(dāng)降低定子電壓可以提高效率，這是 因為當(dāng)輕載、空載時定子電流有功分量很小，而主要是勵磁的無功電流， 因此COS( 很低，而空載損耗中占主要成份的是定子滿電壓的鐵損耗，一 點沒有減少，所以效率很低。如果輕載時適當(dāng)降低定子電壓，見電機(jī)定子 感應(yīng)電勢公式U1-E1=4.44F1N1KN1 Cm其中U1—定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；KN1由于輕載、空載時定子電流 很小，可以忽略定子繞組的漏阻抗壓降，所以U1-E1，當(dāng)其他條件不變時， 降低定子電壓U1，則Cm比例下降,也即勵磁無功電流IM也成比例下降， 這樣定子電流中的無功分量減少了， COSG就提高了，適當(dāng)控制可以接近 最佳值。另外，其他條件不變，定子鐵耗PFel=pFeINx(Ul/UIN)2其中pFd一定子鐵耗；pFeIN—定子額定鐵耗；UIN—定子額定端電壓?？梢钥闯?，隨著U1下降，PFd以平方比例迅速下降，這樣輕載、空 載時占主要損耗的鐵耗大量減少，使電機(jī)的運(yùn)行效率大大提高，這就是輕 載降壓節(jié)電的道理。5.提升功率因數(shù)節(jié)電因MD-FSL內(nèi)置了功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，可以功率因數(shù)大幅度提高，這 樣可以節(jié)省很大的無功損耗， 一般可節(jié)省30%左右，企業(yè)中的大容量設(shè)備 后，MD-FSL可以增加不少新設(shè)備而不需擴(kuò)容。
權(quán)利要求1. 一種風(fēng)機(jī)水泵智能功效節(jié)能終端設(shè)備，其特征在于包含主回路模塊、與主回路模塊連接的、發(fā)出控制信號的控制回路模塊、與控制回路模塊連接的信號回路模塊和用以顯示節(jié)電器狀態(tài)的顯示回路模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)水泵智能功效節(jié)能終端設(shè)備，其特征在 于主回路模塊包含與電源連接的斷路器、與斷路器連接的接觸器、與接觸 器連接的輸入濾波裝置、與輸入濾波裝置連接的變頻器、與變頻器連接的 輸出濾波裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)水泵智能功效節(jié)能終端設(shè)備，其特征在 于控制回路模塊包含與接觸器連接的微型斷路器、與微型斷路器連接的中 間繼電器、與中間繼電器連接的可編程控制器、與可編程控制器連接的人 機(jī)界面裝置、與人機(jī)界面裝置相連的按鈕。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)水泵智能功效節(jié)能終端設(shè)備，其特征在 于信號回路模塊包含現(xiàn)場傳感器、與現(xiàn)場傳感器連接的信號變送器、與信 號變送器連接的PID調(diào)節(jié)裝置。
專利摘要本實用新型涉及風(fēng)機(jī)水泵智能功效節(jié)能終端設(shè)備，該智能功效節(jié)能終端設(shè)備是由主回路、與主回路連接的控制回路、與控制回路連接的信號回路以及顯示回路組成，其可以通過可編程技術(shù)、變頻技術(shù)、跟蹤調(diào)功技術(shù)、軟啟動技術(shù)、動態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償技術(shù)，通過PID閉環(huán)控制，自動跟蹤負(fù)載的工作狀況，實時調(diào)節(jié)供電功率，減少電能消耗。
文檔編號F04D27/00GK201215099SQ20082010472
公開日2009年4月1日 申請日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者洪 楊 申請人:明大動力(北京)能源科技有限公司