[发明专利]低谐波智能节电器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机节电设备，尤其涉及一种利用低压变频技术使离心风机、水泵系统电动机处于最佳经济运行状态的低谐波智能节电器。

背景技术

在工农业生产中，离心风机和水泵广泛采用三相交流异步电动机作为驱动源，在实际中配套电动机的设计裕量较大，而电动机在额定转速下运行，为满足工艺需求，大都采用控制风机、水泵的风门(或阀门)开度来调节风量(或流量)，此时电机功率因数和效率低下，造成能量的极大浪费。目前利用变频技术调节电机的转速，从而改变电机的输入功率，使之处于较佳效率状态；但上述方法也带来了新的突出问题，根据低压变频器的结构和工作原理，由于它采用不可控整流方式，其输入电流中存在大量的5次、7次、11次等谐波频率分量，对电网及周围用电设备产生严重干扰；当前解决该问题普遍采用的办法是在变频器输入端串联交流电抗器和输入滤波器，或被动式地在被干扰设备的电源输入端加装隔离变压器或滤波设备；虽然这些措施对部分谐波频率分量有削弱或抑制作用，但由于滤波设备和输入交流电抗器大多都是购买市场上的成品，而这种滤波设备主要针对1KHz以上的谐波频率才有效果，对于低次谐波没有作用；输入电抗器也仅能将原谐波含量的低次分量降低约50％左右，对电网和系统用电设备的干扰仍然较为严重，因此它们抑制谐波的能力受到局限。

发明内容

本发明的目的是提供一种低谐波智能节电器，它克服了现有变频节电设备使用中的的不足，能解决输入电流中大量存在的5次、7次、11次等低次谐波分量造成的电网污染问题，实现低谐波、低干扰。

为实现上述目的，本发明低谐波智能节电器采用的技术方案如下：

一种低谐波智能节电器，其特征在于包括谐波抑制单元、滤波单元、节电控制单元和市电旁路单元，谐波抑制单元、滤波单元和节电控制单元依次串联在三相交流电源配电线上，其中，

所述谐波抑制单元的输入端与三相交流电源连接，用于抑制节电控制单元产生的回馈电网的高次谐波；

所述滤波单元的输入端与谐波抑制单元的输出端连接，用于滤除节电控制单元输入端的低次谐波；

所述节电控制单元的输出端与电动机的三相交流电源输入端连接，用于实现对电动机的变频节电控制；

所述市电旁路单元跨接在三相交流电源与电动机的三相交流电源输入端之间，用于实现市电旁路功能。

其中，

所述节电控制单元包括：

中央控制器，实现变频节电控制的核心单元；

输入电流采样单元和输入电压采样单元，连接在节电控制单元电源输入端的配电线上，分别用于采样低谐波智能节电器输入端的电流和电压并反馈给中央控制器处理；

整流单元，连接在三相交流电源配电线上，对三相交流电源进行整流后输出；

功率单元，其电源输入端与整流单元的一路整流输出连接，其输出端与电动机的三相交流电源输入端连接；

输出电流采样单元和输出电压采样单元，连接在节电控制单元电源输出端的配电线上，分别用于采样低谐波智能节电器输出端的电流和电压并反馈给中央控制器处理；

保护电路，其输入端与中央控制单元的调频控制输出端连接；

SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉冲宽度调制)控制驱动单元，其控制输入端与保护电路的输出端连接，SPWM控制驱动单元的控制输出端与功率单元的控制输入端连接，控制功率单元实现变频功率输出；

电源单元，其输入端与整流单元的另一路整流输出连接，提供各单元电路的工作电源。

在正常情况下，该智能节电器运行在节电方式，当节电部分故障时可切换到市电旁路工作，减小因节电部分故障对生产的影响。在节电控制单元，采用最小谐波SPWM控制技术，控制单元根据5次、7次、11次等谐波的产生机理建立数学模型，控制单元根据由此模型产生的程序发出控制信号，通过SPWM控制驱动单元来控制功率单元中开关器件的导通规律，主动抑制削弱由于采用不可控整流所产生的谐波。该智能节电器在输入端设置了高次谐波抑制单元和低次谐波滤波单元，通过对谐波抑制单元中电抗元件参数和滤波器件中元件参数的优化组合，可以更好地对5次、7次、11次等低次谐波进行抑制和滤除，并且可以提高输入端的功率因数。