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安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電機是國民生產(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％。電機一般有同步電機和異步電機兩種。同步電機的轉(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。同步電機的功率因數(shù)一般較異步電機高，但這種電機的扭矩較小，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，并且電機轉(zhuǎn)速比同步轉(zhuǎn)速小，同步轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)速之差與同步轉(zhuǎn)速的比值為電機的轉(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)。在實際應(yīng)用中，考慮起動等因素與機械設(shè)備配套使用時，通常選在電機額定負(fù)載50—80％，留有一定冗余量，而設(shè)備在實際工作中根本達不到設(shè)計功率，比如抽油機、球磨機等，電機長期輕載運行，導(dǎo)致電機的功率因數(shù)進一步降低。

另一方面，常因機器故障或機器檢修而需要控制電動機器停止運行，通常情況下采用中控設(shè)備控制電動機器停機或者啟動。但是，停機后，當(dāng)維修人員在清理、檢修電動機器的過程中，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，而使維修人員受到傷害。

因此需要提供一種電機的控制系統(tǒng)來解決上述問題。

技術(shù)實現(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安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)，該管控系統(tǒng)通過實時監(jiān)測電動機轉(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的功率因數(shù)，節(jié)約能源；另一方面添加的安全保護模塊能有效避免設(shè)備誤開機對人員的安全威脅，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安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)，包括：

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

所述主控模塊用于處理電動機參數(shù)采集模塊、電動機負(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、安全保護模塊、存儲模塊、顯示報警模塊發(fā)出相應(yīng)的指令信號；

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

所述電動機負(fù)荷參數(shù)采集模塊包括電動機轉(zhuǎn)速采集模塊、電動機扭力采集模塊；所述負(fù)荷數(shù)據(jù)采集模塊用于采集電電動機的轉(zhuǎn)速以及扭力數(shù)據(jù)，送入主控模塊進行數(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，進而增大轉(zhuǎn)子的負(fù)載率；

所述安全保護模塊包括用電保護模塊和制動模塊；所述用電保護模塊用于根據(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工作狀態(tài)對電動機提供制動保護；所述安全保護模塊達到了保護電動機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參數(shù)采集模塊、電動機負(fù)荷參數(shù)采集模塊、負(fù)載率調(diào)整模塊、安全保護模塊、存儲模塊、顯示報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參數(shù)采集模塊、電動機負(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；

所述顯示報警模塊用來實時顯示電動機參數(shù)采集模塊、電動機負(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等級，并發(fā)出相應(yīng)報警信號。

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的轉(zhuǎn)子與電源進行斷開或接通，斷開時，電動機的轉(zhuǎn)子不通電，這時電機相當(dāng)于異步電動機；閉合時電動機的轉(zhuǎn)子與電源形成閉合回路，電動機的轉(zhuǎn)子通電，此時電動機相當(dāng)于同步電動機。

優(yōu)選地，所述存儲模塊包括隨機存儲器模塊、sd卡模塊、usb接口模塊，所述隨機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，所述顯示報警模塊包括電子顯示屏、語音播報模塊、報警燈以及報警呼叫器。

優(yōu)選地，所述顯示報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安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)通過電動機參數(shù)采集模塊、電動機負(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行調(diào)整，增大轉(zhuǎn)子的負(fù)載率，進而提高電機的功率因數(shù)。

（3）本發(fā)明的一種提高電動機安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)的安全保護模塊，包括用電保護模塊和制動模塊，能夠有效避免設(shè)備誤開機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?；蛘呷藶樾枰獣r及時自動斷開電流輸出，最大程度的保護了人身財產(chǎn)安全。

（4）本發(fā)明的一種提高電動機安全節(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轉(zhuǎn)速采集模塊、電動機扭力采集模塊，能夠及時實時有效的采集到負(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)整模塊控制電動機輸入電壓和電流的大小。

（5）本發(fā)明的一種提高電動機安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)采用的顯示報警模塊包括電子顯示屏、語音播報模塊、報警燈以及報警呼叫器，能夠使工作人員直觀的掌握到電動機的相關(guān)參數(shù)，報警系統(tǒng)能夠及時有效的引起人們的注意，并能根據(jù)危險等級進行語音播報和鳴笛警報，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。這時電機相當(dāng)于異步電機，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，進而使轉(zhuǎn)子帶動負(fù)載轉(zhuǎn)動。在電機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。此時電機相當(dāng)于同步電機，但其所帶動的負(fù)載比普通的同步電機所能帶動的負(fù)載要大，因此能夠使電機的功率因數(shù)較普通的同步電機和異步電機更高。

（7）本發(fā)明的一種提高電動機安全節(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)正常運行，大大提高了系統(tǒng)的抗風(fēng)險性。

附圖說明

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

圖1為本發(fā)明的一種提高電動機安全節(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安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)的電動機參數(shù)采集模塊和電動機負(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安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)的電源模塊示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，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施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

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

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

所述主控模塊1用于處理電動機參數(shù)采集模塊2、電動機負(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、安全保護模塊5、存儲模塊7、顯示報警模塊8發(fā)出相應(yīng)的指令信號；

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

所述電動機負(fù)荷參數(shù)采集模塊3包括電動機轉(zhuǎn)速采集模塊31、電動機扭力采集模塊32；所述負(fù)荷數(shù)據(jù)采集模塊3用于采集電電動機的轉(zhuǎn)速以及扭力數(shù)據(jù)，送入主控模塊1進行數(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，進而增大轉(zhuǎn)子的負(fù)載率；

所述安全保護模塊5包括用電保護模塊和制動模塊；所述用電保護模塊用于根據(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工作狀態(tài)對電動機提供制動保護；所述安全保護模塊5達到了保護電動機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用于向電動機參數(shù)采集模塊2、電動機負(fù)荷參數(shù)采集模塊3、負(fù)載率調(diào)整模塊4、安全保護模塊5、存儲模塊7、顯示報警模塊8提供所需要的穩(wěn)壓市電或直流電

所述存儲模塊7用來存儲電動機參數(shù)采集模塊2、電動機負(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；

所述顯示報警模塊8用來實時顯示電動機參數(shù)采集模塊2、電動機負(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等級，并發(fā)出相應(yīng)報警信號。

本實施例中主控模塊1為arm微處理器。

本實施例中電動機轉(zhuǎn)子位置采集模塊23為霍爾位置傳感器。

本實施例中主控模塊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。

本實施例中電動機安全節(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的轉(zhuǎn)子與電源進行斷開或接通，斷開時，電動機的轉(zhuǎn)子不通電，這時電機相當(dāng)于異步電動機；閉合時電動機的轉(zhuǎn)子與電源形成閉合回路，電動機的轉(zhuǎn)子通電，此時電動機相當(dāng)于同步電動機。

本實施例中存儲模塊7包括隨機存儲器模塊、sd卡模塊、usb接口模塊，所述隨機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)。

本實施例中顯示報警模塊8包括電子顯示屏、語音播報模塊、報警燈以及報警呼叫器。

本實施例中顯示報警模塊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安全節(jié)能性能的管控系統(tǒng)通過實時監(jiān)測電動機轉(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的功率因數(shù)，節(jié)約能源；另一方面添加的安全保護模塊能有效避免設(shè)備誤開機對人員的安全威脅，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，實用性高，具有較高的實用價值和廣泛地應(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現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實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施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(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施方式。