本發(fā)明涉及電力設(shè)備控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電機(jī)是國民生產(chǎn)的主要原動力，每年消耗的電能占全國總發(fā)電量的65％至70％。電機(jī)一般有同步電機(jī)和異步電機(jī)兩種。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子均通電，因此具有相同的功率，使轉(zhuǎn)子與定子同步轉(zhuǎn)動。同步電機(jī)的功率因數(shù)一般較異步電機(jī)高，但這種電機(jī)的扭矩較小，在啟動時不能帶動較大的負(fù)載，而在啟動時能夠帶動的負(fù)載在達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)動后又會由于負(fù)載過小而導(dǎo)致功率因數(shù)交低。

而異步電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子之間沒有電的直接聯(lián)系，轉(zhuǎn)子的能量是由定子磁場感應(yīng)產(chǎn)生的，它是按照導(dǎo)體切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用這兩條原理工作的，因此異步電機(jī)具有較大的啟動扭矩，能夠帶動較大的負(fù)載。但異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不等于同步轉(zhuǎn)速，兩個轉(zhuǎn)速不能同步，并且電機(jī)轉(zhuǎn)速比同步轉(zhuǎn)速小，同步轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)速之差與同步轉(zhuǎn)速的比值為電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，由于轉(zhuǎn)子繞組的電阻和電抗基本不變，轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)都是隨轉(zhuǎn)差率下降而下降，轉(zhuǎn)差率逐漸變大，功率因數(shù)才逐步上升，當(dāng)負(fù)載超過額定值很多時，轉(zhuǎn)差率過大，電磁轉(zhuǎn)矩下降直至堵轉(zhuǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮起動等因素與機(jī)械設(shè)備配套使用時，通常選在電機(jī)額定負(fù)載50—80％，留有一定冗余量，而設(shè)備在實(shí)際工作中根本達(dá)不到設(shè)計(jì)功率，比如抽油機(jī)、球磨機(jī)等，電機(jī)長期輕載運(yùn)行，導(dǎo)致電機(jī)的功率因數(shù)進(jìn)一步降低。

另一方面，常因機(jī)器故障或機(jī)器檢修而需要控制電動機(jī)器停止運(yùn)行，通常情況下采用中控設(shè)備控制電動機(jī)器停機(jī)或者啟動。但是，停機(jī)后，當(dāng)維修人員在清理、檢修電動機(jī)器的過程中，由于溝通錯誤或中控室人員的誤操作等問題，極易導(dǎo)致在維修人員未離開維修設(shè)備的情況下，中控人員誤開機(jī)，而使維修人員受到傷害。

因此需要提供一種電機(jī)的控制系統(tǒng)來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)，該管控系統(tǒng)通過實(shí)時監(jiān)測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的位置以及負(fù)載情況合理控制輸入電壓和電流，能夠大幅提高電動機(jī)的功率因數(shù)，節(jié)約能源；另一方面添加的安全保護(hù)模塊能有效避免設(shè)備誤開機(jī)對人員的安全威脅，顯著提高了設(shè)備安全可靠性，整個系統(tǒng)管控準(zhǔn)確靈敏效率高、控制智能靈活耗能少，具有較高的使用價值和較廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)，包括：

主控模塊、電動機(jī)參數(shù)采集模塊、電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊、負(fù)載率調(diào)整模塊、安全保護(hù)模塊、電源模塊、存儲模塊、顯示報(bào)警模塊；

所述主控模塊用于處理電動機(jī)參數(shù)采集模塊、電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理后，對負(fù)載率調(diào)整模塊、安全保護(hù)模塊、存儲模塊、顯示報(bào)警模塊發(fā)出相應(yīng)的指令信號；

所述電動機(jī)參數(shù)采集模塊包括電流采集模塊、電壓采集模塊、電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置采集模塊和溫度傳感器；所述電動機(jī)參數(shù)采集模塊用于采集電動機(jī)的電壓、電流、電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息、溫度參數(shù)數(shù)據(jù)送入主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或者送入存儲模塊進(jìn)行存儲；

所述電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊包括電動機(jī)轉(zhuǎn)速采集模塊、電動機(jī)扭力采集模塊；所述負(fù)荷數(shù)據(jù)采集模塊用于采集電電動機(jī)的轉(zhuǎn)速以及扭力數(shù)據(jù)，送入主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到負(fù)載消耗功率，向負(fù)載率調(diào)整模塊發(fā)出指令信號，得到最佳電動機(jī)輸入電壓和電流；

所述負(fù)載率調(diào)整模塊包括變壓器模塊和電流變送器模塊；所述負(fù)載率調(diào)整模塊根據(jù)主控模塊發(fā)出的指令信號，改變供給轉(zhuǎn)子的電流以及電壓，進(jìn)而增大轉(zhuǎn)子的負(fù)載率；

所述安全保護(hù)模塊包括用電保護(hù)模塊和制動模塊；所述用電保護(hù)模塊用于根據(jù)主控模塊發(fā)出的指令或者負(fù)載數(shù)據(jù)發(fā)生異常超過閾值時，及時斷開系統(tǒng)的電流輸出或者輸入；所述制動模塊包括制動控制模塊和制動器檢測模塊，所述制動控制模塊與所述制動器檢測模塊連接，根據(jù)所述制動器檢測模塊所測得的信號判斷電動機(jī)工作狀態(tài)對電動機(jī)提供制動保護(hù)；所述安全保護(hù)模塊達(dá)到了保護(hù)電動機(jī)不受損害以及防止人身安全事故的發(fā)生；

所述電源模塊包括市電模塊、交直流變換電路、蓄電池模塊、充放電保護(hù)模塊、變壓器模塊、穩(wěn)壓穩(wěn)流模塊；所述電源模塊用于向電動機(jī)參數(shù)采集模塊、電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊、負(fù)載率調(diào)整模塊、安全保護(hù)模塊、存儲模塊、顯示報(bào)警模塊提供所需要的穩(wěn)壓市電或直流電

所述存儲模塊用來存儲電動機(jī)參數(shù)采集模塊、電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)以及預(yù)先設(shè)置的控制程序或信息，以供主控模塊調(diào)用；

所述顯示報(bào)警模塊用來實(shí)時顯示電動機(jī)參數(shù)采集模塊、電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)數(shù)據(jù)超過閾值時，可以根據(jù)情況分為不同的危險(xiǎn)等級，并發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信號。

優(yōu)選地，所述主控模塊為dsp、fpga、arm微處理器中的一種。

優(yōu)選地，所述電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置采集模塊為霍爾位置傳感器。

優(yōu)選地，所述主控模塊接收所述霍爾位置傳感器感測的信號，并根據(jù)該信號估算轉(zhuǎn)子電角度，根據(jù)角度大小向負(fù)載率調(diào)整模塊發(fā)出相應(yīng)控制信號。

優(yōu)選地，所述電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)還包括接線轉(zhuǎn)換模塊；所述接線轉(zhuǎn)換模塊用于接收主控模塊發(fā)出的控制信號將電動機(jī)的轉(zhuǎn)子與電源進(jìn)行斷開或接通，斷開時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子不通電，這時電機(jī)相當(dāng)于異步電動機(jī)；閉合時電動機(jī)的轉(zhuǎn)子與電源形成閉合回路，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子通電，此時電動機(jī)相當(dāng)于同步電動機(jī)。

優(yōu)選地，所述存儲模塊包括隨機(jī)存儲器模塊、sd卡模塊、usb接口模塊，所述隨機(jī)存儲器模塊用于與主控模塊的配合使用以增加內(nèi)存和數(shù)據(jù)處理的速度，所述sd卡模塊用于長時間存儲采集的各種數(shù)據(jù)，所述usb接口模塊方便導(dǎo)出復(fù)制數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述顯示報(bào)警模塊包括電子顯示屏、語音播報(bào)模塊、報(bào)警燈以及報(bào)警呼叫器。

優(yōu)選地，所述顯示報(bào)警模塊中的電子顯示屏可根據(jù)工作環(huán)境的光照度自動調(diào)節(jié)亮度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

（1）本發(fā)明的一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)的控制器模塊采用了soc微處理器、fpga、arm中的一種微處理器，其功耗較小、可靠性性較高、編程簡單、效率較高、價格較低、數(shù)據(jù)處理速度較快，能夠有效提高管控系統(tǒng)的靈敏度和可靠性，降低的能耗，節(jié)約了資源。

（2）本發(fā)明的一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)通過電動機(jī)參數(shù)采集模塊、電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊，同時采集電流、電壓以及轉(zhuǎn)子位置信息，進(jìn)而得到轉(zhuǎn)子的電角度信息，負(fù)載率調(diào)整模塊能夠通過這些信息對轉(zhuǎn)子的電流以及電壓進(jìn)行調(diào)整，增大轉(zhuǎn)子的負(fù)載率，進(jìn)而提高電機(jī)的功率因數(shù)。

（3）本發(fā)明的一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)的安全保護(hù)模塊，包括用電保護(hù)模塊和制動模塊，能夠有效避免設(shè)備誤開機(jī)對維修人員的安全威脅，顯著提高了設(shè)備安全可靠性，同時能夠在負(fù)載發(fā)生異常或者人為需要時及時自動斷開電流輸出，最大程度的保護(hù)了人身財(cái)產(chǎn)安全。

（4）本發(fā)明的一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)中設(shè)置的負(fù)荷數(shù)據(jù)采集模塊包括電動機(jī)轉(zhuǎn)速采集模塊、電動機(jī)扭力采集模塊，能夠及時實(shí)時有效的采集到負(fù)荷所需功率大小，及時反饋給控制器模塊，用以通過負(fù)載率調(diào)整模塊控制電動機(jī)輸入電壓和電流的大小。

（5）本發(fā)明的一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)采用的顯示報(bào)警模塊包括電子顯示屏、語音播報(bào)模塊、報(bào)警燈以及報(bào)警呼叫器，能夠使工作人員直觀的掌握到電動機(jī)的相關(guān)參數(shù)，報(bào)警系統(tǒng)能夠及時有效的引起人們的注意，并能根據(jù)危險(xiǎn)等級進(jìn)行語音播報(bào)和鳴笛警報(bào)，大大提高了整個系統(tǒng)的功能和效率。

（6）本發(fā)明的一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)中的接線轉(zhuǎn)換模塊，能使轉(zhuǎn)子自身不通電，只有定子通電。這時電機(jī)相當(dāng)于異步電機(jī)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)定子的磁場并在閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而使轉(zhuǎn)子帶動負(fù)載轉(zhuǎn)動。在電機(jī)的啟動階段電流通常是額定電流的幾倍，而當(dāng)負(fù)載開始轉(zhuǎn)動后電流會快速下降。當(dāng)電流恢復(fù)到電機(jī)的額定電流范圍之內(nèi)后再將轉(zhuǎn)子與電源形成閉合回路。此時電機(jī)相當(dāng)于同步電機(jī)，但其所帶動的負(fù)載比普通的同步電機(jī)所能帶動的負(fù)載要大，因此能夠使電機(jī)的功率因數(shù)較普通的同步電機(jī)和異步電機(jī)更高。

（7）本發(fā)明的一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)的電池模塊包括市電模塊和蓄電池模塊，能夠在停電或者電力異常情況下保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，大大提高了系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)性。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明的一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)的電動機(jī)參數(shù)采集模塊和電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊的示意圖；

圖3為本發(fā)明的一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)的電源模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1-3所示本實(shí)施例的一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)，包括：

主控模塊1、電動機(jī)參數(shù)采集模塊2、電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊3、負(fù)載率調(diào)整模塊4、安全保護(hù)模塊5、電源模塊6、存儲模塊7、顯示報(bào)警模塊8；

所述主控模塊1用于處理電動機(jī)參數(shù)采集模塊2、電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊3采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理后，對負(fù)載率調(diào)整模塊4、安全保護(hù)模塊5、存儲模塊7、顯示報(bào)警模塊8發(fā)出相應(yīng)的指令信號；

所述電動機(jī)參數(shù)采集模塊2包括電流采集模塊21、電壓采集模塊22、電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置采集模塊23和溫度傳感器24；所述電動機(jī)參數(shù)采集模塊2用于采集電動機(jī)的電壓、電流、電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息、溫度參數(shù)數(shù)據(jù)送入主控模塊1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或者送入存儲模塊7進(jìn)行存儲；

所述電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊3包括電動機(jī)轉(zhuǎn)速采集模塊31、電動機(jī)扭力采集模塊32；所述負(fù)荷數(shù)據(jù)采集模塊3用于采集電電動機(jī)的轉(zhuǎn)速以及扭力數(shù)據(jù)，送入主控模塊1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到負(fù)載消耗功率，向負(fù)載率調(diào)整模塊發(fā)出指令信號，得到最佳電動機(jī)輸入電壓和電流；

所述負(fù)載率調(diào)整模塊4包括變壓器模塊和電流變送器模塊；所述負(fù)載率調(diào)整模塊根據(jù)主控模塊發(fā)出的指令信號，改變供給轉(zhuǎn)子的電流以及電壓，進(jìn)而增大轉(zhuǎn)子的負(fù)載率；

所述安全保護(hù)模塊5包括用電保護(hù)模塊和制動模塊；所述用電保護(hù)模塊用于根據(jù)主控模塊發(fā)出的指令或者負(fù)載數(shù)據(jù)發(fā)生異常超過閾值時，及時斷開系統(tǒng)的電流輸出或者輸入；所述制動模塊包括制動控制模塊和制動器檢測模塊，所述制動控制模塊與所述制動器檢測模塊連接，根據(jù)所述制動器檢測模塊所測得的信號判斷電動機(jī)工作狀態(tài)對電動機(jī)提供制動保護(hù)；所述安全保護(hù)模塊5達(dá)到了保護(hù)電動機(jī)不受損害以及防止人身安全事故的發(fā)生；

所述電源模塊6包括市電模塊61、交直流變換電路62、蓄電池模塊63、充放電保護(hù)模塊64、變壓器模塊65、穩(wěn)壓穩(wěn)流模塊66；所述電源模塊6用于向電動機(jī)參數(shù)采集模塊2、電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊3、負(fù)載率調(diào)整模塊4、安全保護(hù)模塊5、存儲模塊7、顯示報(bào)警模塊8提供所需要的穩(wěn)壓市電或直流電

所述存儲模塊7用來存儲電動機(jī)參數(shù)采集模塊2、電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊3采集到的數(shù)據(jù)以及預(yù)先設(shè)置的控制程序或信息，以供主控模塊1調(diào)用；

所述顯示報(bào)警模塊8用來實(shí)時顯示電動機(jī)參數(shù)采集模塊2、電動機(jī)負(fù)荷參數(shù)采集模塊3采集到的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)數(shù)據(jù)超過閾值時，可以根據(jù)情況分為不同的危險(xiǎn)等級，并發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信號。

本實(shí)施例中主控模塊1為arm微處理器。

本實(shí)施例中電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置采集模塊23為霍爾位置傳感器。

本實(shí)施例中主控模塊1接收所述霍爾位置傳感器感測的信號，并根據(jù)該信號估算轉(zhuǎn)子電角度，根據(jù)角度大小向負(fù)載率調(diào)整模塊4發(fā)出相應(yīng)控制信號。

本實(shí)施例中電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)還包括接線轉(zhuǎn)換模塊；所述接線轉(zhuǎn)換模塊用于接收主控模塊發(fā)出的控制信號將電動機(jī)的轉(zhuǎn)子與電源進(jìn)行斷開或接通，斷開時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子不通電，這時電機(jī)相當(dāng)于異步電動機(jī)；閉合時電動機(jī)的轉(zhuǎn)子與電源形成閉合回路，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子通電，此時電動機(jī)相當(dāng)于同步電動機(jī)。

本實(shí)施例中存儲模塊7包括隨機(jī)存儲器模塊、sd卡模塊、usb接口模塊，所述隨機(jī)存儲器模塊用于與主控模塊的配合使用以增加內(nèi)存和數(shù)據(jù)處理的速度，所述sd卡模塊用于長時間存儲采集的各種數(shù)據(jù)，所述usb接口模塊方便導(dǎo)出復(fù)制數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例中顯示報(bào)警模塊8包括電子顯示屏、語音播報(bào)模塊、報(bào)警燈以及報(bào)警呼叫器。

本實(shí)施例中顯示報(bào)警模塊8中的電子顯示屏可根據(jù)工作環(huán)境的光照度自動調(diào)節(jié)亮度。

本發(fā)明的一種提高電動機(jī)安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)通過實(shí)時監(jiān)測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的位置以及負(fù)載情況合理控制輸入電壓和電流，能夠大幅提高電動機(jī)的功率因數(shù)，節(jié)約能源；另一方面添加的安全保護(hù)模塊能有效避免設(shè)備誤開機(jī)對人員的安全威脅，顯著提高了設(shè)備安全可靠性，整個系統(tǒng)管控準(zhǔn)確靈敏效率高、控制智能靈活耗能少，大大提高了電力設(shè)備智能水平。該系統(tǒng)具有開放式、模塊化的特點(diǎn)，實(shí)用性高，具有較高的實(shí)用價值和廣泛地應(yīng)用前景。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。