本發(fā)明涉及電機(jī)技術(shù)，尤其涉及一種感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置和方法。

背景技術(shù)：

目前，我國在役10億臺(tái)電機(jī)，耗電占電網(wǎng)總負(fù)荷的60％，然而七成以上是在低于設(shè)計(jì)額定負(fù)荷30％-60％的欠負(fù)荷狀態(tài)下大馬拉小車的運(yùn)行，使30％或更高的用電被白白浪費(fèi)掉。僅5kw以上電機(jī)的總?cè)萘窟_(dá)6億kw，每年近四千億度(kw·h/a)以上的浪費(fèi)。隨電機(jī)變頻技術(shù)的普遍推廣應(yīng)用，對(duì)允許調(diào)速運(yùn)行設(shè)備如風(fēng)機(jī)水泵等的電機(jī)產(chǎn)生良好節(jié)電功效。然而占50％以上的工況要求恒速運(yùn)行的電機(jī)，如扶梯、傳送帶、沖床、車床、攪拌機(jī)、壓鑄機(jī)、球磨機(jī)等設(shè)備，其負(fù)載多變、且常有處于輕載或空載狀態(tài)的時(shí)段或周期。變頻器因其調(diào)頻變速特性故在恒速運(yùn)行或周期往復(fù)性瞬變運(yùn)行下無法實(shí)現(xiàn)節(jié)電或效果不理想，因而50％以上的應(yīng)用電機(jī)存在節(jié)電領(lǐng)域空白點(diǎn)。其應(yīng)用市場存在有兩千億度的節(jié)電空間，約1000億人民幣以上的市場空間(目前是節(jié)電的空白點(diǎn))；新技術(shù)1％～5％的市場推廣應(yīng)用即10-50億的市場。

異步電動(dòng)機(jī)空載、輕載時(shí)輸出功率減少，同時(shí)轉(zhuǎn)子銅耗pcu2隨之降低，但鐵耗pfe、風(fēng)摩損耗pm和雜散損耗ps基本不變。由于勵(lì)磁電流未變，定子銅耗pcu1降低較少，因此，電動(dòng)機(jī)效率和功率因數(shù)大為降低。同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)輕載運(yùn)行時(shí)，在某個(gè)頻率段電機(jī)定子電流會(huì)出現(xiàn)持續(xù)振蕩現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起驅(qū)動(dòng)器的過流保護(hù)，甚至?xí)斐晒β誓K的燒毀。而且此時(shí)電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩也存在振蕩，這將對(duì)電機(jī)軸以及與電機(jī)軸硬連接的其他機(jī)械設(shè)備造成損害，縮短設(shè)備壽命。在研究異步電動(dòng)機(jī)的降壓節(jié)能時(shí)，需輕載狀態(tài)下對(duì)電機(jī)功率因數(shù)檢測，傳統(tǒng)的功率因數(shù)的檢測，需要對(duì)電壓、電流的相位角進(jìn)行精確測量。

然而，目前尚無有效的可用于判定感應(yīng)電機(jī)輕載的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

鑒于此，本發(fā)明提供了一種感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置和方法，以至少解決目前尚無有效的可用于判定感應(yīng)電機(jī)輕載的技術(shù)的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置，感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置包括主控制器、電源、雙向晶閘管電路、電流電壓采樣電路和觸發(fā)模塊；外界電網(wǎng)經(jīng)所述雙向晶閘管電路向電機(jī)提供穩(wěn)定的三相交流電，所述三相交流電通過所述雙向晶閘管電路進(jìn)行電路電壓的調(diào)控；外界電網(wǎng)還經(jīng)所述電源向所述主控制器供電；所述電流電壓采樣電路用于采集所述電機(jī)的正常工作參數(shù)，以及采集所述電機(jī)的待檢工作參數(shù)，所述電機(jī)的正常工作參數(shù)包括所述電機(jī)在正常工作狀態(tài)下的電流參數(shù)和電壓參數(shù)，所述電機(jī)的待檢工作參數(shù)包括所述電機(jī)在待檢狀態(tài)下的電流參數(shù)和電壓參數(shù)；所述主控制器用于根據(jù)所述電機(jī)的正常工作參數(shù)和待檢工作參數(shù)計(jì)算所述電機(jī)的當(dāng)前功率因數(shù)，利用所述當(dāng)前功率因數(shù)來判定所述電機(jī)的當(dāng)前負(fù)載狀態(tài)：當(dāng)所述當(dāng)前功率因數(shù)小于或等于0.2時(shí)判定所述電機(jī)處于空載狀態(tài)，而當(dāng)所述當(dāng)前功率因數(shù)大于0.2且小于0.55時(shí)判定所述電機(jī)處于輕載狀態(tài)；在判定所述電機(jī)處于空載狀態(tài)或輕載狀態(tài)時(shí)，根據(jù)所述正常工作參數(shù)和所述待檢工作參數(shù)計(jì)算所述雙向晶閘管電路的導(dǎo)通角的值，以根據(jù)該值來通過所述觸發(fā)模塊控制所述雙向晶閘管電路的導(dǎo)通角。

進(jìn)一步地，主控制器用于根據(jù)下式計(jì)算所述電機(jī)m的當(dāng)前功率因數(shù)其中，為額定功率因數(shù)；m為負(fù)載系數(shù)，且m等于所述電機(jī)(m)的當(dāng)前實(shí)際功率與額定功率之比，所述電機(jī)(m)的當(dāng)前實(shí)際功率根據(jù)所述電機(jī)(m)的待檢工作參數(shù)計(jì)算獲得；ku為調(diào)壓比，且ku等于減低的電壓與額定電壓之比，其中所述減低的電壓為當(dāng)前電壓與額定電壓之差，所述當(dāng)前電壓由所述待檢工作參數(shù)獲得；ee為額定空載電流與額定電流之比。

進(jìn)一步地，主控制器用于根據(jù)e計(jì)算所述雙向晶閘管電路的導(dǎo)通角θ的值；其中，α為所述雙向晶閘管電路的晶閘管觸發(fā)角；φ為所述電機(jī)的功率因數(shù)角，該功率因數(shù)角由所述當(dāng)前功率因數(shù)確定。

進(jìn)一步地，感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置還包括鍵盤、led燈顯示模塊和外部ram模塊，鍵盤、led燈顯示模塊和外部ram模塊分別連接主控制器1。

進(jìn)一步地，電流電壓采樣電路通過執(zhí)行電壓過零檢測和電流過零檢測來完成對(duì)電機(jī)m的正常工作參數(shù)以及待檢工作參數(shù)的采集。

進(jìn)一步地，電流電壓采樣電路通過執(zhí)行如下處理來完成電壓過零檢測：把采集到的輸入電壓轉(zhuǎn)換成同相位的第一矩形波，以將該第一矩形波送入主控制器的高速輸入端，該第一矩形波的下降沿作為觸發(fā)脈沖的基準(zhǔn)信號(hào)。

進(jìn)一步地，第一矩形波的下降沿還作為主控制器中定時(shí)器的開始信號(hào)。

進(jìn)一步地，電流電壓采樣電路通過執(zhí)行如下處理來完成電流過零檢測：將采集到的電流信號(hào)由電流互感器采集處理后轉(zhuǎn)換成第二矩形波，以將第二矩形波送入主控制器。

本發(fā)明的另一方面還提供了一種感應(yīng)電機(jī)輕載判斷方法，感應(yīng)電機(jī)輕載判斷方法基于如上所述的感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置實(shí)現(xiàn)；感應(yīng)電機(jī)輕載判斷方法包括：在預(yù)處理階段，預(yù)先通過外界電網(wǎng)經(jīng)雙向晶閘管電路向電機(jī)提供穩(wěn)定的三相交流電，并使三相交流電通過雙向晶閘管電路進(jìn)行電路電壓的調(diào)控，利用電流電壓采樣電路采集電機(jī)的正常工作狀態(tài)參數(shù)，并將電機(jī)的正常工作狀態(tài)參數(shù)發(fā)送給主控制器保存，電機(jī)的正常工作參數(shù)包括電機(jī)在正常工作狀態(tài)下的電流參數(shù)和電壓參數(shù)；在檢測階段，通過電流電壓采樣電路采集電機(jī)的待檢工作參數(shù)，其中，電機(jī)的待檢工作參數(shù)包括電機(jī)在待檢狀態(tài)下的電流參數(shù)和電壓參數(shù)；通過所述主控制器根據(jù)所述電機(jī)的正常工作參數(shù)和待檢工作參數(shù)計(jì)算所述電機(jī)的當(dāng)前功率因數(shù)，利用所述當(dāng)前功率因數(shù)來判定所述電機(jī)的當(dāng)前負(fù)載狀態(tài)：當(dāng)所述當(dāng)前功率因數(shù)小于或等于0.2時(shí)判定所述電機(jī)處于空載狀態(tài)，而當(dāng)所述當(dāng)前功率因數(shù)大于0.2且小于0.55時(shí)判定所述電機(jī)處于輕載狀態(tài)；在判定所述電機(jī)處于空載狀態(tài)或輕載狀態(tài)時(shí)，根據(jù)正常工作參數(shù)和待檢工作參數(shù)計(jì)算雙向晶閘管電路的導(dǎo)通角的值，以根據(jù)該值來通過觸發(fā)模塊控制雙向晶閘管電路的導(dǎo)通角。

進(jìn)一步地，電機(jī)的當(dāng)前功率因數(shù)根據(jù)下式獲得：

其中，為額定功率因數(shù)；m為負(fù)載系數(shù)，且m等于所述電機(jī)(m)的當(dāng)前實(shí)際功率與額定功率之比，所述電機(jī)(m)的當(dāng)前實(shí)際功率根據(jù)所述電機(jī)(m)的待檢工作參數(shù)計(jì)算獲得；ku為調(diào)壓比，且ku等于減低的電壓與額定電壓之比，其中所述減低的電壓為當(dāng)前電壓與額定電壓之差，所述當(dāng)前電壓由所述待檢工作參數(shù)獲得；k0為額定空載電流與額定電流之比。

本發(fā)明的感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置和方法，用于進(jìn)行電機(jī)是否輕載運(yùn)行的判斷，并給出相應(yīng)的測控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確保不影響電機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，進(jìn)行節(jié)能判斷。

現(xiàn)有的檢測技術(shù)存在檢測精度和檢測方法的局限，相比于此，本發(fā)明通過采用集成器件(開發(fā)板和輔助電路)和虛擬儀器(labview和計(jì)算機(jī))相結(jié)合的檢測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的實(shí)時(shí)檢測，實(shí)時(shí)對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)是否輕載給出準(zhǔn)確判斷。本發(fā)明通過獲取數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和大量性，能夠保證較高的精度，并能夠給出準(zhǔn)確的判斷，以及有效避免輕載的危害。

本發(fā)明的感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置和方法，首先根據(jù)異步電機(jī)功率因數(shù)與負(fù)載率、晶閘管的觸發(fā)角等參數(shù)的分析，來判斷電機(jī)是否輕載。采用總線連接結(jié)構(gòu)，整個(gè)檢測結(jié)構(gòu)主要由電參數(shù)獲取模塊，主控板模塊，反饋模塊三部分構(gòu)成。此次設(shè)計(jì)根據(jù)晶閘管的自關(guān)斷特性，對(duì)電流過零點(diǎn)進(jìn)行檢測，通過比較器把電壓過零信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，獲取電參數(shù)。經(jīng)導(dǎo)線傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)主控板中，單片機(jī)作為主控制器最后通過觸發(fā)電路，調(diào)節(jié)電壓，最后在單片機(jī)中對(duì)電流和電壓進(jìn)行運(yùn)算，得到相應(yīng)的功率因數(shù)角。模糊控制技術(shù)是建立在模糊控制理論的基礎(chǔ)上的一門新興的控制技術(shù)，是在被控對(duì)象的模糊模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用控制器近似推理手段，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)控制的一種方法。它不依賴精確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)參數(shù)的變化不敏感，適應(yīng)性強(qiáng)，本發(fā)明將采用模糊控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制量的控制。

此外，在本發(fā)明中，以晶閘管組成的變壓變流裝置，解決了傳統(tǒng)電能變換裝置中存在的能耗大、效率低和裝置笨重的問題，簡化了操作過程。

通過以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些以及其他優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。

附圖說明

本發(fā)明可以通過參考下文中結(jié)合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所有附圖中使用了相同或相似的附圖標(biāo)記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的詳細(xì)說明一起包含在本說明書中并且形成本說明書的一部分，而且用來進(jìn)一步舉例說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和解釋本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中：

圖1是示意性地示出本發(fā)明的感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置的一個(gè)示例的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是示意性地示出本發(fā)明的感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置的另一個(gè)示例的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是示意性地示出本發(fā)明的感應(yīng)電機(jī)輕載判斷方法的一個(gè)示例性處理的流程圖；

圖4是示出功率因數(shù)特性曲線的示意圖；

圖5是示出反饋環(huán)節(jié)原理的示意圖；

圖6是示出本發(fā)明的本發(fā)明的感應(yīng)電機(jī)輕載判斷方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的流程示意圖。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，附圖中的元件僅僅是為了簡單和清楚起見而示出的，而且不一定是按比例繪制的。例如，附圖中某些元件的尺寸可能相對(duì)于其他元件放大了，以便有助于提高對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解。

具體實(shí)施方式

在下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會(huì)隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對(duì)得益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。

在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置，感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置包括主控制器、電源、雙向晶閘管電路、電流電壓采樣電路和觸發(fā)模塊；外界電網(wǎng)經(jīng)所述雙向晶閘管電路向電機(jī)提供穩(wěn)定的三相交流電，所述三相交流電通過所述雙向晶閘管電路進(jìn)行電路電壓的調(diào)控；外界電網(wǎng)還經(jīng)所述電源向所述主控制器供電；所述電流電壓采樣電路用于采集所述電機(jī)的正常工作參數(shù)，以及采集所述電機(jī)的待檢工作參數(shù)，所述電機(jī)的正常工作參數(shù)包括所述電機(jī)在正常工作狀態(tài)下的電流參數(shù)和電壓參數(shù)，所述電機(jī)的待檢工作參數(shù)包括所述電機(jī)在待檢狀態(tài)下的電流參數(shù)和電壓參數(shù)；所述主控制器用于根據(jù)所述電機(jī)的正常工作參數(shù)和待檢工作參數(shù)計(jì)算所述電機(jī)的當(dāng)前功率因數(shù)，利用所述當(dāng)前功率因數(shù)來判定所述電機(jī)的當(dāng)前負(fù)載狀態(tài)：當(dāng)所述當(dāng)前功率因數(shù)小于或等于0.2時(shí)判定所述電機(jī)處于空載狀態(tài)，而當(dāng)所述當(dāng)前功率因數(shù)大于0.2且小于0.55時(shí)判定所述電機(jī)處于輕載狀態(tài)；在判定所述電機(jī)處于空載狀態(tài)或輕載狀態(tài)時(shí)，根據(jù)所述正常工作參數(shù)和所述待檢工作參數(shù)計(jì)算所述雙向晶閘管電路的導(dǎo)通角的值，以根據(jù)該值來通過所述觸發(fā)模塊控制所述雙向晶閘管電路的導(dǎo)通角。

圖1給出了本發(fā)明的感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置的一個(gè)示例的結(jié)構(gòu)圖。

如圖1所示，感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置包括主控制器1、電源2、雙向晶閘管電路3、電流電壓采樣電路4和觸發(fā)模塊5。主控制器1例如采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。

外界電網(wǎng)經(jīng)雙向晶閘管電路3向電機(jī)m提供穩(wěn)定的三相交流電，三相交流電通過雙向晶閘管電路3進(jìn)行電路電壓的調(diào)控；外界電網(wǎng)還經(jīng)電源2向主控制器1供電，例如可以提供正負(fù)12v或正5v電壓。電機(jī)m例如為異步電機(jī)。

電流電壓采樣電路4用于采集電機(jī)m的正常工作參數(shù)，以及采集電機(jī)m的待檢工作參數(shù)，電機(jī)m的正常工作參數(shù)包括電機(jī)m在正常工作狀態(tài)下的電流參數(shù)和電壓參數(shù)，電機(jī)m的待檢工作參數(shù)包括電機(jī)m在待檢狀態(tài)下的電流參數(shù)和電壓參數(shù)。

主控制器1用于根據(jù)電機(jī)m的正常工作參數(shù)和待檢工作參數(shù)來計(jì)算電機(jī)m的當(dāng)前功率因數(shù)利用當(dāng)前功率因數(shù)來判定所述電機(jī)m的當(dāng)前負(fù)載狀態(tài)：當(dāng)當(dāng)前功率因數(shù)小于或等于0.2時(shí)判定電機(jī)m處于空載狀態(tài)，而當(dāng)當(dāng)前功率因數(shù)大于0.2且小于0.55時(shí)判定電機(jī)m處于輕載狀態(tài)。

此外，正常工作狀態(tài)下(定負(fù)載時(shí))的功率因數(shù)0.7-0.9之間，例如可以穩(wěn)定在0.8附近。

這樣，在判定電機(jī)m處于空載狀態(tài)或輕載狀態(tài)時(shí)，主控制器1可以根據(jù)正常工作參數(shù)和待檢工作參數(shù)計(jì)算雙向晶閘管電路3的導(dǎo)通角的值，以根據(jù)該值來通過觸發(fā)模塊5控制雙向晶閘管電路3的導(dǎo)通角。

例如，可以根據(jù)下式來計(jì)算電機(jī)m的當(dāng)前功率因數(shù)

其中，為額定功率因數(shù)；m為負(fù)載系數(shù)，且m等于所述電機(jī)(m)的當(dāng)前實(shí)際功率與額定功率之比，所述電機(jī)(m)的當(dāng)前實(shí)際功率根據(jù)所述電機(jī)(m)的待檢工作參數(shù)計(jì)算獲得；ku為調(diào)壓比，且ku等于減低的電壓與額定電壓之比，其中所述減低的電壓為當(dāng)前電壓與額定電壓之差，所述當(dāng)前電壓由所述待檢工作參數(shù)獲得；k0為額定空載電流與額定電流之比。

此外，可以根據(jù)θ＝π-α-φ計(jì)算所述雙向晶閘管電路(3)的導(dǎo)通角θ的值；其中，α為所述雙向晶閘管電路(3)的晶閘管觸發(fā)角；φ為所述電機(jī)(m)的功率因數(shù)角，該功率因數(shù)角由所述當(dāng)前功率因數(shù)確定。

圖2給出了本發(fā)明的感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置的另一個(gè)示例。

如圖2所示，感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置除了包括圖1所示的主控制器1、電源2、雙向晶閘管電路3、電流電壓采樣電路4和觸發(fā)模塊5之外，還包括鍵盤6、led燈顯示模塊7和外部ram模塊8，其中，鍵盤6、led燈顯示模塊7和外部ram模塊8分別連接主控制器1。

根據(jù)一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，電流電壓采樣電路4可以通過執(zhí)行電壓過零檢測和電流過零檢測來完成對(duì)電機(jī)m的正常工作參數(shù)以及待檢工作參數(shù)的采集。

例如，電流電壓采樣電路4可以通過執(zhí)行如下處理來完成電壓過零檢測：把采集到的輸入電壓轉(zhuǎn)換成同相位的第一矩形波，以將該第一矩形波送入主控制器1的高速輸入端(即his)。該第一矩形波的下降沿作為觸發(fā)脈沖的基準(zhǔn)信號(hào)，此外，也可以作為主控制器1中定時(shí)器的開始信號(hào)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，電流電壓采樣電路4可以通過執(zhí)行如下處理來完成電流過零檢測：將采集到的電流信號(hào)由電流互感器采集處理后轉(zhuǎn)換成第二矩形波，以將第二矩形波送入主控制器1。

此外，本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種感應(yīng)電機(jī)輕載判斷方法，感應(yīng)電機(jī)輕載判斷方法基于如上所述的感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置實(shí)現(xiàn)；感應(yīng)電機(jī)輕載判斷方法包括：在預(yù)處理階段，預(yù)先通過外界電網(wǎng)經(jīng)雙向晶閘管電路向電機(jī)提供穩(wěn)定的三相交流電，并使三相交流電通過雙向晶閘管電路進(jìn)行電路電壓的調(diào)控，利用電流電壓采樣電路采集電機(jī)的正常工作狀態(tài)參數(shù)，并將電機(jī)的正常工作狀態(tài)參數(shù)發(fā)送給主控制器保存，電機(jī)的正常工作參數(shù)包括電機(jī)在正常工作狀態(tài)下的電流參數(shù)和電壓參數(shù)；在檢測階段，通過電流電壓采樣電路采集電機(jī)的待檢工作參數(shù)，其中，電機(jī)的待檢工作參數(shù)包括電機(jī)在待檢狀態(tài)下的電流參數(shù)和電壓參數(shù)；通過所述主控制器根據(jù)所述電機(jī)的正常工作參數(shù)和待檢工作參數(shù)計(jì)算所述電機(jī)的當(dāng)前功率因數(shù)，利用所述當(dāng)前功率因數(shù)來判定所述電機(jī)的當(dāng)前負(fù)載狀態(tài)：當(dāng)所述當(dāng)前功率因數(shù)小于或等于0.2時(shí)判定所述電機(jī)處于空載狀態(tài)，而當(dāng)所述當(dāng)前功率因數(shù)大于0.2且小于0.55時(shí)判定所述電機(jī)處于輕載狀態(tài)；在判定所述電機(jī)處于空載狀態(tài)或輕載狀態(tài)時(shí)，根據(jù)正常工作參數(shù)和待檢工作參數(shù)計(jì)算雙向晶閘管電路的導(dǎo)通角的值，以根據(jù)該值來通過觸發(fā)模塊控制雙向晶閘管電路的導(dǎo)通角。

如圖3所示，感應(yīng)電機(jī)輕載判斷方法開始后，預(yù)先執(zhí)行預(yù)處理步驟，即圖3所示的步驟一。

在預(yù)處理階段(即步驟一)，預(yù)先通過外界電網(wǎng)經(jīng)雙向晶閘管電路3向電機(jī)m提供穩(wěn)定的三相交流電，并使三相交流電通過雙向晶閘管電路3進(jìn)行電路電壓的調(diào)控，利用電流電壓采樣電路4采集電機(jī)m的正常工作狀態(tài)參數(shù)，并將電機(jī)m的正常工作狀態(tài)參數(shù)發(fā)送給主控制器1保存，電機(jī)m的正常工作參數(shù)包括電機(jī)m在正常工作狀態(tài)下的電流參數(shù)和電壓參數(shù)。

然后，執(zhí)行步驟二-步驟五，即檢測階段。

在步驟二中，通過電流電壓采樣電路4采集電機(jī)m的待檢工作參數(shù)，其中，電機(jī)m的待檢工作參數(shù)包括電機(jī)m在待檢狀態(tài)下的電流參數(shù)和電壓參數(shù)。然后，執(zhí)行步驟三。

在步驟三中，通過主控制器1根據(jù)電機(jī)m的正常工作參數(shù)和待檢工作參數(shù)計(jì)算電機(jī)m的當(dāng)前功率因數(shù)，利用當(dāng)前功率因數(shù)來判定電機(jī)m當(dāng)前負(fù)載狀態(tài)：當(dāng)當(dāng)前功率因數(shù)小于或等于0.2時(shí)判定電機(jī)m處于空載狀態(tài)，而當(dāng)當(dāng)前功率因數(shù)大于0.2且小于0.55時(shí)判定電機(jī)m處于輕載狀態(tài)。

在電機(jī)m未處于輕載狀態(tài)且未處于空載狀態(tài)時(shí)，返回步驟二繼續(xù)檢測；若判定電機(jī)m處于空載狀態(tài)或輕載狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行步驟四。

在步驟四中，根據(jù)正常工作參數(shù)和待檢工作參數(shù)計(jì)算雙向晶閘管電路3的導(dǎo)通角的值。然后，執(zhí)行步驟五。

在步驟五中，根據(jù)步驟四中計(jì)算的雙向晶閘管電路3的導(dǎo)通角的值，通過觸發(fā)模塊5控制雙向晶閘管電路3的導(dǎo)通角。然后，返回步驟二繼續(xù)檢測。

其中，各步驟的具體處理過程可以參考上文所描述的感應(yīng)電機(jī)輕載判斷裝置中的相應(yīng)處理過程，這里不再贅述。

優(yōu)選實(shí)施例

電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)不同的負(fù)載率，效率和功率因數(shù)的數(shù)值是變化的，在額定負(fù)載率左右，可達(dá)到最高運(yùn)行效率和較高的功率因數(shù)。但是隨著負(fù)載率的降低，電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)都不同程度降低。電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，定子電流為無功磁化電流，功率因數(shù)低，一般在0.2以下。負(fù)載增加后，定子電流有功分量也增加，所以功率因數(shù)隨負(fù)載的增加而提高，在滿載附近接近最大值，額定功率因數(shù)功率因數(shù)特性曲線如圖4所示。所以本設(shè)計(jì)通過檢測功率因數(shù)來判斷負(fù)載的狀態(tài)，以及主控制器分析并作出處理，輸出觸發(fā)脈沖，控制雙向晶閘管的導(dǎo)通角，達(dá)到降壓節(jié)能的目的。

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，輸入量功率因數(shù)穩(wěn)定在0.8左右，在這種情況下，可以達(dá)到較為理想的節(jié)能效果。

(1)電參數(shù)獲取模塊

外界電網(wǎng)給異步電機(jī)一個(gè)穩(wěn)定三相交流電，三相交流電通過雙向晶閘管電路，進(jìn)行電路電壓的調(diào)控，得到電機(jī)的正常工作狀態(tài)參數(shù)，再人為操作電機(jī)輕載，經(jīng)電流電壓采樣電路，獲取輕載時(shí)的電流和電壓參數(shù)。

晶閘管(即上文所述雙向晶閘管電路)的導(dǎo)通是靠觸發(fā)電路(即上文所述觸發(fā)模塊)完成的，因此觸發(fā)電路觸發(fā)的時(shí)序的準(zhǔn)確性直接影響著測控系統(tǒng)的工作狀況，要求其穩(wěn)定性要很高。

觸發(fā)脈沖的電壓和電流必須大于相應(yīng)的晶閘管的門極觸發(fā)電壓和電流，才能保證晶閘管的可靠工作。同時(shí)，觸發(fā)脈沖的幅值和前沿上升的坡度也會(huì)影響晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間。因此脈沖功率放大環(huán)節(jié)的作用就是使輸出脈沖能滿足晶閘管門極觸發(fā)的需要，保證晶閘管的可靠導(dǎo)通，本實(shí)施例所設(shè)計(jì)的觸發(fā)電路采樣兩個(gè)三極管組成放大電路，把由高速輸出口hsoo輸出的觸發(fā)脈沖放大。

電流電壓采樣電路

電壓過零檢測和電流過零檢測參見下文描述。

(2)主控板模塊

選取80c196kb單片機(jī)，作為控制電路(即上文所述主控制器1)的核心，具有很高的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，運(yùn)算速度高，此外芯片還集成了更為豐富的外設(shè)裝置，包括：振蕩器和時(shí)鐘發(fā)生器；定時(shí)/計(jì)數(shù)器；標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出口；全雙工異步和同步串行輸入aft出口；監(jiān)視定時(shí)器(watchdog)，用于提高系統(tǒng)抗干擾能力；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器；高速輸入/輸出器(hsio)或事件處理器陣列(epa)；脈寬調(diào)制輸出；波形發(fā)生器。

電壓、電流過零點(diǎn)信號(hào)要送入單片機(jī)的高速輸入輸出端口，hsio-hsi3為高速輸入通道，cpu通過它們可以同時(shí)接收4個(gè)來自外部的脈沖信號(hào)，并且隨時(shí)記錄脈沖信號(hào)中高、低電平的出現(xiàn)時(shí)間。hsoo-hso1為高速輸出通道，能夠產(chǎn)生和輸出寬度與周期均可調(diào)節(jié)的脈沖波(亦稱pwm波)。

因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)為感性負(fù)載，當(dāng)電壓過零后尚需一個(gè)延遲角電流才過零，其夾角即為功率因數(shù)角。電壓過零檢測就是把輸入電壓轉(zhuǎn)換成同相位的矩形波(即上文所述第一矩形波)，送入單片機(jī)(即上文所述主控制器1)的高速輸入端hsi，此矩形波(即上文所述第一矩形波)的下降沿既是觸發(fā)脈沖的基準(zhǔn)信號(hào)，又可作為單片機(jī)軟件定時(shí)器的開始信號(hào)。電流過零檢測是把由電流信號(hào)由互感器采集處理后轉(zhuǎn)換成矩形波(即上文所述第二矩形波)，然后送入單片機(jī)的高速輸入端hsi，單片機(jī)由記錄的電壓和電流過零時(shí)間得到一個(gè)功率因數(shù)角。

節(jié)能控制中對(duì)功率因數(shù)角的檢測，是實(shí)現(xiàn)調(diào)壓估算的關(guān)鍵，通過判斷功率因數(shù)角的大小，可以改變晶閘管的導(dǎo)通角a的大小，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。對(duì)功率因數(shù)角檢測的精確性是保證調(diào)壓節(jié)能效果的重要環(huán)節(jié)。

晶閘管電路(即上文所述雙向晶閘管電路)

針對(duì)晶閘管調(diào)壓控制的一相等效電路可知(圖中未示出)，用zl表示電機(jī)一相的等效阻抗，us表示電網(wǎng)的相電壓，ul表示晶閘管輸出電壓?？刹捎孟率接?jì)算晶閘管的導(dǎo)通角θ：

其中，α為晶閘管的觸發(fā)角，為電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)角，即zl的阻抗角。

θ角的大小決定了晶閘管的輸出電壓，即加在電機(jī)端口的電壓。

鍵盤及顯示電路設(shè)計(jì)

鍵盤及顯示電路主要的功能是使操作人員能對(duì)節(jié)能控制器初始設(shè)定進(jìn)行修改，并對(duì)節(jié)能控制器的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，由于對(duì)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的相關(guān)參數(shù)可以進(jìn)行靈活設(shè)置，使節(jié)能控制器具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。

(3)反饋環(huán)節(jié)

參考圖1、圖2和圖5，流經(jīng)雙向晶閘管電路中的電信號(hào)，經(jīng)電流電壓采樣電路，傳送給主控板，反過來主控板對(duì)電參數(shù)進(jìn)行分析，通過觸發(fā)電路再作用雙向晶閘管電路，確保電路的正常運(yùn)行，避免高電壓，高電流燒壞電機(jī)的情況。整體處理流程可以參考圖6。

盡管根據(jù)有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是受益于上面的描述，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，在由此描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以設(shè)想其它實(shí)施例。此外，應(yīng)當(dāng)注意，本說明書中使用的語言主要是為了可讀性和教導(dǎo)的目的而選擇的，而不是為了解釋或者限定本發(fā)明的主題而選擇的。因此，在不偏離所附權(quán)利要求書的范圍和精神的情況下，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。對(duì)于本發(fā)明的范圍，對(duì)本發(fā)明所做的公開是說明性的，而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定。