基于双闭环控制的电动机综合控制装置的制作方法

本发明涉及一种基于双闭环控制的电机软启动、节能及综合保护控制于一体的综合智能控制装置，对实现电机节能控制具有非常重要的意义。

背景技术：

异步电动机是工业领域最广泛使用的动力装置，也是主要的电能消耗者。变载运行的电机(如冶金、锻造、机械加工、油田等领域使用的轧钢机、摩擦压力机、锻锤、风机、剪板机、油田抽油机等设备)，因其效率和功率因数较低，存在很大的电能浪费。传统的变频、无功补偿和固定调压等节能技术无法解决变载的跟踪控制问题，因此为了提高异步电机的工作效率，发明了本装置，本发明具有变载节能、软启动及综合保护等功能。

本发明选择电流和功率因数作为控制参量，构建双闭环控制结构，引入模糊自整定pid控制算法，动态调整输入电压，实现对负载功率的非线性快速跟踪与匹配，从而减少无功功率，达到节能的目的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，如何采用电流和功率因数双闭环控制技术，将功率因数结合电流作为控制参量，通过模糊自整定pid控制算法，用于变载时，快速抑制电流波动，实现电流值的稳定控制，同时利用电流的设定值与测量值的比对计算电动机负载的大小，实现电动机负载的识别及自动跟踪，通过控制晶闸管的导通角，动态调整电动机的工作电压，实现负载功率快速匹配，达到节能的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于双闭环控制的电动机综 合控制装置，包括节能和不节能手动开关、三相交流接触器、电流表、电压表、异步电动机、三相电流互感器、可控硅组件、风机、电机核心控制板、面板控制电路、三相电源；三相电源的输出端与可控硅组件电源输入端连接；可控硅组件电源输出端与异步电动机的电源端连接，且将三相电流互感器分别串接在可控硅组件与异步电动机对应相连接线上；三相电流互感器的输出端与电机核心控制板的电流传感器对应端子连接，且将其中一相电流互感器的输出端再与电流表输入端连接；电压表的输入端与电机一相电源端连接；三相交流接触器的输出端及可控硅组件控制端分别与电机核心控制板的控制端连接；三相交流接触器的电源端与节能和不节能手动开关串联连接后再与可控硅组件电源输入端连接；面板控制电路的输入端与电机核心控制板控制接口连接；风机的输入端与可控硅组件电源输出端连接。

电机核心控制板，包括同步信号采集电路、输入光耦隔离电路、输出光耦隔离电路、主微处理器电路、辅助微处理器电路、可控硅驱动电路、功率因数角采集电路、电流采集电路、看门狗电路、远程启停控制电路、故障输出电路、正常运行输出电路；同步信号采集电路、输入光耦隔离电路、功率因数角采集电路、电流采集电路、看门狗电路的输出端分别主微处理器电路对应的i/o口连接；远程启停控制电路的输出端与输入光耦隔离电路的输入端连接；可控硅驱动电路及输出光耦隔离电路的输入端分别主微处理器电路对应的i/o口连接；输出光耦隔离电路的输出端分别故障输出电路和正常运行输出电路的输入端连接；辅助微处理器电路i/o口与主微处理器电路对应i/o口连接。

面板控制电路，包括按键电路、数码管显示电路、移位寄存器、接口 电路；按键电路的输出端与移位寄存器i/o口连接；数码管显示电路的输入端与移位寄存器i/o口连接；接口电路与移位寄存器的使能端连接。

采用电流和功率因数双闭环控制技术，将功率因数结合电流作为控制参量，通过模糊自整定pid控制算法，用于变载时，快速抑制电流波动，实现电流值的稳定控制，利用电流的设定值与测量值的比对计算电动机负载的大小，实现电动机负载的识别及自动跟踪，通过控制晶闸管的导通角，动态调整电动机的工作电压，实现负载功率快速匹配，达到节能的目的。

本发明的积极效果是：(1)由于采用了电流和功率因数双闭环控制，并配合模糊自整定pid算法，使电机快速地进行负载功率跟踪，从功率识别到稳定输出的响应时间小于100ms，可以满足冶金、锻造、机械加工等领域变载电机的节能需求，使本发明的适用范围更广；(2)由于采用变载跟踪技术使电机输出功率与负载功率准确匹配，提高了电机效率，节电率可达15-50％；(3)利用电流设定值与测量值比对，计算电动机负载的大小，实现电动机负载的自动识别，使本发明适用于1-315kw异步电机的节能控制。(4)本发明集成了变载降压节能、软启动、电机综合保护等功能，性价比高。

附图说明

图1为实施例1的基于双闭环控制的电动机综合控制装置原理结构图。

图2为实施例1的电机核心控制板原理结构图。

图3为实施例1的面板控制电路原理结构图。

具体实施方式

如附图1所示，基于双闭环控制的电动机综合控制装置，包括节能和 不节能手动开关、三相交流接触器、电流表、电压表、异步电动机、三相电流互感器、可控硅组件、风机、电机核心控制板、面板控制电路、三相电源；三相电源的输出端与可控硅组件电源输入端连接；可控硅组件电源输出端与异步电动机的电源端连接，且将三相电流互感器分别串接在可控硅组件与异步电动机对应相连接线上；三相电流互感器的输出端与电机核心控制板的电流传感器对应端子连接，且将其中一相电流互感器的输出端再与电流表输入端连接；电压表的输入端与电机一相电源端连接；三相交流接触器的输出端及可控硅组件控制端分别与电机核心控制板的控制端连接；三相交流接触器的电源端与节能和不节能手动开关串联连接后再与可控硅组件电源输入端连接；面板控制电路的输入端与电机核心控制板控制接口连接；风机的输入端与可控硅组件电源输出端连接。

如附图2所示，电机核心控制板，包括同步信号采集电路、输入光耦隔离电路、输出光耦隔离电路、主微处理器电路、辅助微处理器电路、可控硅驱动电路、功率因数角采集电路、电流采集电路、看门狗电路、远程启停控制电路、故障输出电路、正常运行输出电路；同步信号采集电路、输入光耦隔离电路、功率因数角采集电路、电流采集电路、看门狗电路的输出端分别主微处理器电路对应的i/o口连接；远程启停控制电路的输出端与输入光耦隔离电路的输入端连接；可控硅驱动电路及输出光耦隔离电路的输入端分别主微处理器电路对应的i/o口连接；输出光耦隔离电路的输出端分别故障输出电路和正常运行输出电路的输入端连接；辅助微处理器电路i/o口与主微处理器电路对应i/o口连接。

如附图3所示，面板控制电路，包括按键电路、数码管显示电路、移位寄存器、接口电路；按键电路的输出端与移位寄存器i/o口连接；数码 管显示电路的输入端与移位寄存器i/o口连接；接口电路与移位寄存器的使能端连接。

采用电流和功率因数双闭环控制技术，将功率因数结合电流作为控制参量，通过模糊自整定pid控制算法，用于变载时，快速抑制电流波动，实现电流值的稳定控制，利用电流的设定值与测量值的比对计算电动机负载的大小，实现电动机负载的识别及自动跟踪，通过控制晶闸管的导通角，动态调整电动机的工作电压，实现负载功率快速匹配，达到节能的目的。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于双闭环控制的电动机综合控制装置，包括节能和不节能手动开关、三相交流接触器、电流表、电压表、异步电动机、三相电流互感器、可控硅组件、风机、电机核心控制板、面板控制电路、三相电源；本装置选择电流和功率因数作为控制参量，构建双闭环控制结构，引入模糊自整定PID控制算法，动态调整输入电压，实现对负载功率的非线性快速跟踪与匹配，从而减少无功功率，达到节能的目的。

技术研发人员：成友贤;朱设华;季立新
受保护的技术使用者：南通威尔电机有限公司
技术研发日：2016.03.04
技术公布日：2017.09.12