專利名稱：控制風機電機的方法、裝置和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種控制電機的方法、裝置和系統(tǒng)，尤其涉及一種控制風機電機的方法、裝置和系統(tǒng)。
背景技術：
風機根據應用場合的要求，需要經常進行開、停操作，并且在運行過程中風機的運行負荷、吹風量大小也需要根據實際需要實時進行調整。目前，驅動風機的電機控制主要使用傳統(tǒng)的異步電動機的控制方法和裝置，而普通異步電動機的輸出功率恒定，而且一般運行時間長，開機、關機動作次數不頻繁，常見的異步電動機控制裝置內部設有定時器和接觸器，可以按照設定電機的起動、停止時間操作接觸器接通斷開觸點。有些控制裝置還具有保護裝置，通過對運行中電機的電壓電流進行監(jiān)測，當超出其額定電壓、電流值時，發(fā)出斷開接觸器觸點的操作從而避免電機損壞。在實現本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現風機電機的控制方法和裝置并非根據風機電機的工作特點而設計，無法根據風機負載的大小而自動調整電機運行狀態(tài)，從而造成電能的浪費，風機電機的工作狀態(tài)也不能保持穩(wěn)定。對于相關技術中存在的問題，現有技術中尚未有技術方案進行解決。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的是提供一種控制風機電機的方法、裝置和系統(tǒng)，以解決現有技術中的風機電機耗能大、運行不穩(wěn)定的問題。為了實現上述目的，根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種控制風機電機的方法。本發(fā)明提供的控制風機電機的方法包括獲取風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流；根據實時輸入電壓和實時輸入電流得出風機電機的功率因數；根據功率因數查詢預先保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值；按照控制電壓目標值來控制風機電機的輸入電壓。進一步地，功率因數與控制電壓關系表中包括多種類型的風機電機類型的功率因數與控制電壓之間的對應關系；在根據功率因數查詢預先保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值的步驟中還包括保存需要控制的風機電機類型，根據功率因數從功率因數與控制電壓關系表中獲取對應于需要控制的風機電機類型的功率因數的與控制電壓對應關系目標值。進一步地，該方法還包括根據風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流判斷風機電機的工作狀態(tài)；根據風機電機的工作狀態(tài)輸出報警信號或切斷電源指令。根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種控制風機電機的裝置。本發(fā)明提供的控制風機電機的裝置包括獲取模塊，用于獲取風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流；功率因數計算模塊，用于根據實時輸入電壓和實時輸入電流得出風機電機的功率因數；查詢模塊，用于根據功率因數查詢預先保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值；電壓控制模塊，用于按照控制電壓目標值來控制風機電機的輸入電壓。進一步地，該裝置還包括保存模塊，用于保存功率因數與控制電壓關系表，該功率因數與控制電壓關系表包括多種類型的風機電機的功率因數與控制電壓之間的對應關系； 查詢模塊還用于保存需要控制的風機電機類型；根據功率因數從功率因數與控制電壓關系表中獲取對應于需要控制的風機電機類型的控制電壓目標值。進一步地，該裝置還包括工作狀態(tài)判斷模塊，用于根據風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流判斷風機電機的工作狀態(tài)；保護信號輸出模塊，用于根據風機電機的工作狀態(tài)輸出報警信號或切斷電源指令。根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種控制風機電機的系統(tǒng)。本發(fā)明提供的控制風機電機的系統(tǒng)包括電源輸入端口、控制器、電源輸出端口、和交流調壓電路，其中，交流調壓電路串接在電源輸入端口和電源輸出端口之間，并與控制器連接，用于在控制器的控制下將來自電源輸入端口的電能通過電源輸出端口傳輸至風機電機；控制器與交流調壓電路連接，用于實時計算風機電機的功率因數，根據功率因數查詢預先保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值，按照控制電壓目標值向交流調壓電路發(fā)送控制信號。進一步地，控制器包括測量電路、模數轉換器、存儲器、和微處理器，其中，測量電路，用于實時測量電源輸出端口的輸出電壓和輸出電流；模數轉換器，連接測量電路和微處理器，用于將輸出電壓和輸出電流轉換為數字信號然后傳送至微處理器；存儲器，連接微處理器，用于保存功率因數與控制電壓關系表；微處理器，用于根據數字信號計算得出風機電機的功率因數，以及根據功率因數查詢存儲器中保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值，并且按照控制電壓目標值向交流調壓電路發(fā)送控制信號。進一步地，控制器還包括設置接口，設置接口連接微處理器，用于接收并保存需要控制的風機電機類型；微處理器還包括用于根據功率因數從功率因數與控制電壓關系表中獲取對應于需要控制的風機電機類型的控制電壓目標值的部件。進一步地，該系統(tǒng)還包括第一接觸器，第一接觸器的觸點的第一端連接電源，第二端連接電源輸入端口，控制端連接微處理器；微處理器包括用于根據數字信號判斷風機電機的工作狀態(tài)，并根據風機電機的工作狀態(tài)向第一接觸器的控制端發(fā)送控制信號的部件。根據本發(fā)明的技術方案，實時監(jiān)測風機電機的運行電壓和運行電流以達到監(jiān)測風機電機的負荷變化情況，根據該負荷變化情況實時調整風機電機的運行電壓，使風機電機始終運行在最佳的運行狀態(tài)下，從而達到節(jié)省電能和延長設備使用壽命的目的，避免出現頻繁起動造成的電機過熱，輕載運行時電能利用效率低的情況，另外，本發(fā)明的技術方案還提供了對風機電機的過壓、欠壓、過載、過流、缺相等故障的綜合保護功能，能在保證風機電機穩(wěn)定、節(jié)能運行的同時，對意外故障進行監(jiān)控。


說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖1是根據本發(fā)明實施例的控制風機電機的方法的示意圖2是根據本發(fā)明實施例的風機電機工作電壓與工作電流的示意圖；圖3是根據本發(fā)明實施例的控制風機電機的裝置的示意圖；圖4是根據本發(fā)明實施例的控制風機電機的系統(tǒng)的示意圖；圖5是根據本發(fā)明實施例的控制風機電機的系統(tǒng)中控制器的示意圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。圖1是根據本發(fā)明實施例的控制風機電機的方法的示意圖，如圖1所示，該方法主要包括如下步驟步驟Sll 獲取風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流；步驟S13 根據實時輸入電壓和實時輸入電流得出風機電機的功率因數；步驟S15 根據功率因數查詢預先保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值；步驟S17 按照控制電壓目標值來控制風機電機的輸入電壓。風機電機屬于一種感性負載，在實現本發(fā)明的過程中，發(fā)明人研究發(fā)現風機電機的功率因數角隨感性負載大小變化。圖2是根據本發(fā)明實施例的風機電機工作電壓與工作電流的示意圖，在圖中，22為風機電機工作電壓，24為風機電機滿載運行時的工作電流， 26為風機電機空載運行時的工作電流。如圖2所示，風機電機空載時其功率因數角92約為80°，功率因數約為0. 17 ；而滿載時其功率因數角Q1SSCT左右，功率因數為0.87左右，因此根據功率因數可以確定風機電機的負荷大小。進一步可以根據試驗確定不同功率因數相應的工作電壓的最佳數值，并將功率因數和工作電壓最佳數值的對應關系做成表格形式，也就是制作功率因數與控制電壓關系表。在風機電機處于運行狀態(tài)時，通過電流和電壓得出功率因數，并查詢功率因數與控制電壓關系表得到負荷對應的最佳工作電壓，按照此最佳工作電壓來控制風機電機的輸入電壓，從而使風機電機始終處于最佳的工作狀態(tài)。功率因數與控制電壓關系表中可以包括多種類型風機電機的功率因數與控制電壓之間的對應關系，步驟S15可以包括保存需要控制的風機電機類型，根據功率因數從功率因數與控制電壓關系表中獲取對應于需要控制的風機電機類型的控制電壓目標值。風機電機的型號、類型不同，其功率因數與工作電壓的最佳數值的對應關系也不同，可以通過試驗將不同類型風機電機的功率因數與工作電壓的最佳數值的對應關系保存在一張功率因數與控制電壓關系表，進行控制之前，確定風機電機的類型，從功率因數與控制電壓關系表中獲取該類型風機電機的功率因數與電壓對應關系。該控制風機電機的方法還可以包括，根據風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流判斷風機電機的工作狀態(tài)；根據風機電機的工作狀態(tài)輸出報警信號或切斷電源指令。例如，工作電壓超過風機電機額定電壓的30%時，可以認定風機電機處于過壓狀態(tài)；工作電壓低于額定電壓的30%時，可以認定風機電機處于欠壓狀態(tài)；負載電流超過設定電流時， 可以認定風機電機處于過流狀態(tài)，負載電流超過設定過載電流1分鐘時，可以認定風機電機處于過載狀態(tài)，出現一相或兩相電壓消失的情況，可以認為風機電機處于缺相狀態(tài)。根據不同的異常狀態(tài)，選擇輸出報警信號或者切斷電源的指令。
圖3是根據本發(fā)明實施例的控制風機電機的裝置的示意圖，如圖3所示，該裝置 30主要包括獲取模塊31，用于獲取風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流；功率因數計算模塊32，用于根據實時輸入電壓和實時輸入電流得出風機電機的功率因數；查詢模塊 33，用于根據功率因數查詢預先保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值; 電壓控制模塊34，用于按照控制電壓目標值來控制風機電機的輸入電壓。該控制風機電機的裝置30還包括保存模塊(圖中未示出)，用于保存功率因數與控制電壓關系表，該功率因數與控制電壓關系表包括多種類型的風機電機的功率因數與控制電壓之間的對應關系；查詢模塊33還可以用于保存需要控制的風機電機類型；根據功率因數從功率因數與控制電壓關系表中獲取對應于需要控制的風機電機類型的控制電壓目標值。該控制風機電機的裝置30還可以包括工作狀態(tài)判斷模塊35，用于根據風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流判斷風機電機的工作狀態(tài)；保護信號輸出模塊36，用于根據風機電機的工作狀態(tài)輸出報警信號或切斷電源指令。圖4是根據本發(fā)明實施例的控制風機電機的系統(tǒng)的示意圖，如圖4所示，該系統(tǒng)40 包括電源輸入端口 43、控制器46、電源輸出端口 48、和交流調壓電路45，其中，交流調壓電路45串接在電源輸入端口 43和電源輸出端口 48之間，并與控制器46 連接，用于在控制器46的控制下將來自電源輸入端口 43的電能通過電源輸出端口 48傳輸至風機電機49 ；控制器46與交流調壓電路45連接，用于實時計算風機電機的功率因數，根據功率因數查詢預先保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值，按照控制電壓目標值向交流調壓電路45發(fā)送控制信號。圖5是根據本實用新型實施例的控制風機電機的系統(tǒng)中控制器的示意圖，如圖5 所示，控制器46包括測量電路461、模數轉換器462、存儲器464、和微處理器463，其中，測量電路461，用于實時測量電源輸出端口 48的輸出電壓和輸出電流；模數轉換器462，連接測量電路461和微處理器463，用于將輸出電壓和輸出電流轉換為數字信號然后傳送至微處理器463 ；存儲器464，連接微處理器463，用于保存功率因數與控制電壓關系表；微處理器463，用于根據數字信號計算得出風機電機的功率因數，以及根據功率因數查詢存儲器464中保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值，并且按照控制電壓目標值向交流調壓電路發(fā)送控制信號?？刂破鬟€可以包括設置接口 465，設置接口 465連接微處理器463，用于接收并保存需要控制的風機電機類型；微處理器463還包括根據功率因數從功率因數與控制電壓關系表中獲取對應于需要控制的風機電機類型的控制電壓目標值的部件。設置接口 465還可以包括用于接收風機電機起動時間和起動電壓的參數的部件； 微處理器463還包含用于根據起動時間和起動電壓向交流調壓電路發(fā)送起動控制信號的部件，在風機電機49起動不進行軟起動控制而直接施加額定電壓起動時，起動電流可能達到額定電流的4 7倍，頻繁進行起動時，過電流會導致電機過熱，嚴重時會造成風機電機質量受損甚至燒壞電機。根據現場使用的情況，比如起動的頻率等，可以通過設置接口保存起動時間和起動電壓，并按照此起動時間和起動電壓緩慢起動，避免起動電流造成的危害。
設置接口 465還可以包括用于接收并保存風機電機保護參數的部件；微處理器 463還包含用于根據數字信號按照風機電機保護參數判斷風機電機的工作狀態(tài)的部件。例如工作電壓超過過壓值時，可以認定風機電機處于過壓狀態(tài)；工作電壓低于欠壓值時，可以認定風機電機處于欠壓狀態(tài)；負載電流超過過流值時，可以認定風機電機處于過流狀態(tài)， 負載電流超過設定過載值1分鐘時，可以認定風機電機處于過載狀態(tài)，具體的過壓值、欠壓值、過流值、過載值、過載時間等參數均可以通過設置接口保存，從而達到保護值靈活配置的效果。該控制風機電機的系統(tǒng)40還包括第一接觸器42，第一接觸器42的觸點的第一端連接電源41，第二端連接電源輸入端口 43，第一接觸器42的控制端連接微處理器463 ；微處理器463還包括根據風機電機的工作狀態(tài)向第一接觸器42的控制端發(fā)送控制信號的部件。出現嚴重故障如過壓、斷相時，微處理器463可以發(fā)出斷開電源的控制信號，第一接觸器42的觸點斷開，使風機電機49斷開電源，從而避免嚴重的后果，在正常運行的情況下，第一接觸器42的觸點是常閉的。該控制風機電機的系統(tǒng)40還包括報警裝置47，該報警裝置47連接微處理器463， 微處理器463還包括用于根據風機電機49的工作狀態(tài)向報警裝置47發(fā)出報警信號的部件。該報警裝置可以包括聲音報警裝置、燈光報警裝置、遠程報警裝置等，出現一般故障如欠壓、過載時，微處理器463可以發(fā)出報警信號。交流調壓電路45可以包括反向并聯(lián)的第一晶閘管和第二晶閘管，第一晶閘管的控制端和第二晶間管的控制端分別連接控制器46。交流調壓電路45也可以包括雙向晶閘管，雙向晶閘管的控制端連接控制器46。顯然交流調壓電路45還可以使用其它的電力電子變流電路，比如IGBT交直交變流電路等。該控制風機電機的系統(tǒng)40還包括第二接觸器44，第二接觸器44的觸點的第一端連接電源輸入端口 43，第二端連接電源輸出端口 48，第二接觸器44的控制端連接控制器 46 ；控制器46包括用于檢測控制器46自身和交流調壓電路45的工作狀態(tài)的部件，和用于根據控制器和交流調壓電路的工作狀態(tài)向第二接觸器44的控制端發(fā)出控制信號的部件。 在控制器46和交流調壓電路45自檢出現異常或者風機電機不需要控制的情況下，控制器 46可以發(fā)出閉合第二接觸器44觸點的控制信號，使電能直接通過第二接觸器44向風機電機49供電，這樣的設置可以在不影響風機電機49工作的情況，對交流調壓電路45和控制器46進行檢修或者更換。在正常運行的狀態(tài)下，第二接觸器44的觸點是常開的。根據本發(fā)明的技術方案，實時監(jiān)測風機電機的運行電壓和運行電流以達到監(jiān)測風機電機的負荷變化情況，根據該負荷變化情況實時調整風機電機的運行電壓，使風機電機始終運行在最佳的運行狀態(tài)下，從而達到節(jié)省電能和延長設備使用壽命的目的，避免出現頻繁起動造成的電機過熱，輕載運行時電能利用效率低的情況，另外，本發(fā)明的技術方案還提供了對風機電機的過壓、欠壓、過載、過流、缺相等故障的綜合保護功能，能在保證風機電機穩(wěn)定、節(jié)能運行的同時，對意外故障進行監(jiān)控。顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結合。 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種控制風機電機的方法，其特征在于，包括獲取風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流；根據所述實時輸入電壓和實時輸入電流得出風機電機的功率因數；根據所述功率因數查詢預先保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值；按照所述控制電壓目標值來控制風機電機的輸入電壓。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率因數與控制電壓關系表包括多種類型風機電機的功率因數與控制電壓之間的對應關系；根據所述功率因數查詢預先保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值的步驟包括保存需要控制的風機電機類型，根據所述功率因數從所述功率因數與控制電壓關系表中獲取對應于所述需要控制的風機電機類型的控制電壓目標值。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括根據所述風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流判斷風機電機的工作狀態(tài)；根據風機電機的工作狀態(tài)輸出報警信號或切斷電源指令。
4.一種控制風機電機的裝置，其特征在于，包括獲取模塊，用于獲取風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流；功率因數計算模塊，用于根據所述實時輸入電壓和實時輸入電流得出風機電機的功率因數；查詢模塊，用于根據所述功率因數查詢預先保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值；電壓控制模塊，用于按照所述控制電壓目標值來控制風機電機的輸入電壓。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括保存模塊，用于保存所述功率因數與控制電壓關系表，所述功率因數與控制電壓關系表包括多種類型的風機電機的功率因數與控制電壓之間的對應關系；所述查詢模塊還用于保存需要控制的風機電機類型；根據所述功率因數從所述功率因數與控制電壓關系表中獲取對應于所述需要控制的風機電機類型的控制電壓目標值。
6.根據權利要求4或5所述的裝置，其特征在于，還包括工作狀態(tài)判斷模塊，用于根據所述風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流判斷風機電機的工作狀態(tài)；保護信號輸出模塊，用于根據風機電機的工作狀態(tài)輸出報警信號或切斷電源指令。
7.—種控制風機電機的系統(tǒng)，其特征在于，包括電源輸入端口、控制器、電源輸出端口、 和交流調壓電路，其中，所述交流調壓電路串接在所述電源輸入端口和所述電源輸出端口之間，并與所述控制器連接，用于在所述控制器的控制下將來自所述電源輸入端口的電能通過所述電源輸出端口傳輸至風機電機；所述控制器與所述交流調壓電路連接，用于實時計算風機電機的功率因數，根據所述功率因數查詢預先保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值，按照所述控制電壓目標值向所述交流調壓電路發(fā)送控制信號。
8.根據權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括測量電路、模數轉換器、存儲器、和微處理器，其中，所述測量電路，用于實時測量所述電源輸出端口的輸出電壓和輸出電流；所述模數轉換器，連接所述測量電路和所述微處理器，用于將所述輸出電壓和輸出電流轉換為數字信號然后傳送至所述微處理器；所述存儲器，連接所述微處理器，用于保存功率因數與控制電壓關系表；所述微處理器，用于根據所述數字信號計算得出風機電機的功率因數，以及根據所述功率因數查詢存儲器中保存的所述功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值，并且按照所述控制電壓目標值向所述交流調壓電路發(fā)送控制信號。
9.根據權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還包括設置接口，所述設置接口連接所述微處理器，用于接收并保存需要控制的風機電機類型；所述微處理器還包括用于根據所述功率因數從所述功率因數與控制電壓關系表中獲取對應于所述需要控制的風機電機類型的控制電壓目標值的部件。
10.根據權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一接觸器，所述第一接觸器的觸點的第一端連接電源，第二端連接所述電源輸入端口，控制端連接所述微處理器；所述微處理器包括用于根據所述數字信號判斷風機電機的工作狀態(tài)，并根據所述風機電機的工作狀態(tài)向所述第一接觸器的控制端發(fā)送控制信號的部件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種控制風機電機的方法、裝置和系統(tǒng)，用以解決現有技術中的風機電機耗能大、運行不穩(wěn)定的問題。該方法包括獲取風機電機的實時輸入電壓和實時輸入電流；根據實時輸入電壓和實時輸入電流得出風機電機的功率因數；根據功率因數查詢預先保存的功率因數與控制電壓關系表得出控制電壓目標值；按照控制電壓目標值來控制風機電機的輸入電壓。采用本發(fā)明的技術方案，有助于使風機電機始終運行在最佳的運行狀態(tài)下，從而達到節(jié)省電能和延長設備使用壽命的目的。
文檔編號H02P27/02GK102522946SQ201210003570
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權日2012年1月6日
發(fā)明者李永倫, 楊葛靈, 梁文凱, 章序文, 顧瑞榮, 高山松 申請人:中國神華煤制油化工有限公司, 中國神華煤制油化工有限公司上海研究院, 神華集團有限責任公司