电机节能控制装置及系统

技术领域

本发明实施例涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机节能控制装置及系统。

背景技术

电机在工业设备中应用十分广泛，是消耗电能的“大户”。在全社会电能消耗中，有70％左右的电能耗费在工业领域，其中工业电机的电能消耗又占据整个工业领域用电的70％。随着国家节能减排的积极推行及高效节能电机补贴政策的逐步落实，工业设备中的电机如何减少电能消耗的问题解决，如何合理的进行电机控制，提高电机电能的高效利用，有效的节约电力资源亟待实现。

发明内容

本发明提供一种电机节能控制装置及系统，用以解决现有技术电机电能消耗量大的问题，实现合理控制电机，提高电机电能的利用率，有效的节约电力资源。

第一方面，本发明实施例提供了一种电机节能控制装置包括步进加压模块、延时模块、间歇供电模块、输出控制模块和飞轮；

延时模块与输出控制模块的控制端连接，步进加压模块与输出控制模块的电源端连接，输出控制模块的输出端与电机连接，步进加压模块用于为输出控制模块的电源端提供步进电压，延时模块用于在预设时间内控制输出控制模块为电机提供电源；

间歇供电模块与输出控制模块的控制端连接，间歇供电模块用于在预设时间后控制输出控制模块为电机提供间歇性电源；

飞轮与电机连接，电机用于在通电时带动飞轮转动，飞轮用于在电机断电时通过机械能带动电机转动。

进一步地，步进加压模块的步进加压时间小于预设时间。

进一步地，电机节能控制装置还包括交流-直流变换器；交流-直流变换器的输出端与延时模块和间歇供电模块连接，用于为延时模块和间歇供电模块供电。

进一步地，间歇供电模块包括时间间隔发生器，时间间隔发生器的电源输入端与交流-直流变换器的输出端连接，时间间隔发生器的输出端与输出控制模块的控制端连接。

进一步地，延时模块包括延时器和第一开关单元，延时器的输入端与交流-直流变换器的输出端连接，延时器的输出端与第一开关单元的控制端连接，第一开关单元的第一端和第二端串联于交流-直流变换器的输出端和输出控制模块的控制端之间，延时器用于在预设时间后控制第一开关单元断开交流-直流变换器的输出端和输出控制模块的控制端。

进一步地，第一开关单元包括开关管、继电器本体和常闭触点；

开关管的控制端与延时器的输出端连接，开关管的第一端与地端连接，开关管的第二端与继电器本体的第一端连接，继电器本体的第二端与延时器的输入端连接；常闭触点串联于交流-直流变换器的输出端和输出控制模块的控制端之间。

进一步地，输出控制模块包括光耦单元和第二开关单元；

光耦单元的输入端作为输出控制模块的控制端，光耦单元的输出端与第二开关单元的开关控制端连接，开关单元的输入端作为输出控制模块的电源端，开关单元的输出端作为输出控制模块的输出端，光耦单元用于为第二开关单元提供开关信号，第二开关单元用于控制电机的运转。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电机节能控制系统，包括电机和实现如第一方面中任一项的电机节能控制装置。

进一步地，电机节能控制系统还包括保护装置；

保护装置与电机节能控制装置连接，用于对电机节能控制装置进行保护。

进一步地，电机节能控制系统，还包括空气开关；

空气开关的输入端与电网输电线路连接，空气开关的输出端与保护装置连接；空气开关用于控制电网输电线路和保护装置的导通或关断。

本实施例的技术方案，通过延时模块控制输出控制模块将步进加压模块产生的电压信号传输给电机，使电机可以在逐渐递增的电压信号下启动，直至电机在等于市电电压值的电压信号下正常转动。由此，避免了直接给电机加市电电压信号，导致电机的启动电流过大，对电网产生一定的冲击发生电网波动的现象。此外，在预设时间内，延时模块给输出控制模块提供有效的第一控制信号，控制输出控制模块开通电压信号传输通道，为电机供电，使电机在电压信号下转动。在预设时间后，延时模块停止提供第一控制信号控制输出控制模块开通电压信号传输通道，间歇供电模块通过给输出控制模块提供间歇性有效的第二控制信号，控制输出控制模块不断地开通和闭合电压信号传输通道，从而使输出控制模块的输出端为电机提供间歇性的电压信号，使电机在间歇性的电压信号下转动。在一个周期内，当输出控制模块的输出端为电机提供电压信号时，飞轮在电机的带动下转动，存储机械能，当输出控制模块的输出端不为电机提供电压信号时，飞轮存储的机械能释放，带动电机转动，使电机能够正常工作。由此，可以使电机充分地利用电能资源，提高电机对电能的利用率，有效的节约了电力资源，解决了现有技术中电机电能消耗量大的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电机节能控制装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种电机节能控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的交流-直流变换器电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种电机节能控制装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种电机节能控制装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的延时模块的电路图的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种电机节能控制装置的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种电机节能控制系统的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种电机节能控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种电机节能控制装置的结构示意图，图1为本发明实施例提供的一种电机节能控制装置的结构示意图。如图1所示，该电机节能控制装置包括步进加压模块110、延时模块120、间歇供电模块130、输出控制模块140和飞轮150；延时模块120与输出控制模块140的控制端A连接，步进加压模块110与输出控制模块140的电源端B连接，输出控制模块140的输出端C与电机160连接，步进加压模块110用于为输出控制模块140的电源端B提供步进电压，延时模块120用于在预设时间内控制输出控制模块140为电机160提供电源；间歇供电模块130与输出控制模块140的控制端A连接，间歇供电模块130用于在预设时间后控制输出控制模块140为电机160提供间歇性电源；飞轮150与电机160连接，电机160用于在通电时带动飞轮150转动，飞轮150用于在电机160断电时通过机械能带动电机160转动。

具体地，步进加压模块110可以产生按照预设时间逐步递增的电压信号，该电压信号包括多个不同电压值的电压信号，可以在预设时长内由0v达到市电电压值(例如220V/380V)，之后一直保持等于市电电压值的电压信号输出。输出控制模块140主要包括三个端口,分别为控制端A、电源端B和输出端C。其中，输出控制模块140的电源端B，用于接收步进加压模块110传输给输出控制模块140的电压信号；输出控制模块140的输出端C，可以输出流入输出控制模块140的电压信号；输出控制模块140的控制端A，可以接收延时模块120和/或间歇供电模块130发送的控制信号，当输出控制模块140的控制端A接收到延时模块120和/或间歇供电模块130发送的控制信号时，输出控制模块140便会开通输出控制模块140内部的电压信号传输通道。延时模块120和间歇供电模块130可以同时给输出控制模块140的控制端A发送控制信号，由于延时模块120在预设时间内给输出控制模块140的控制端A发送的第一控制信号是一直有效的控制信号，与此同时间歇供电模块130给输出控制模块140的控制端A发送的第二控制信号是间歇性的有效控制信号，进而在预设时间内，延时模块120和间歇供电模块130同时给输出控制模块140的控制端A发送控制信号时，延时模块120发送的第一控制信号会覆盖间歇供电模块130发送的第二控制信号。由此，延时模块120可以在预设时间内给输出控制模块140的控制端A发送的第一控制信号，可以控制输出控制模块140开通电压信号传输通道。在预设时间后，延时模块120停止提供第一控制信号控制输出控制模块140开通电压信号传输通道，间歇供电模块130通过给输出控制模块140提供间歇性有效的第二控制信号，控制输出控制模块140不断地开通和闭合电压信号传输通道。飞轮150可以在电机160接收电压信号进行转动时，储存部分电机160转化的机械能。延时模块120与输出控制模块140的控制端A连接，可以给输出控制模块140的控制端A发送第一控制信号，控制输出控制模块140在延时模块120的预设时间内开通电压信号传输通道。与此同时，步进加压模块110与输出控制模块140的电源端B连接，给输出控制模块140的电源端B输送电压信号，当电压信号值与市电电压值相等时，便给输出控制模块140的电源端B输送等于市电电压值的电压信号。在延时模块120的预设时间内，输出控制模块140的电压信号传输通道处于打开状态，输出控制模块140的输出端C与电机160连接，输出控制模块140便可以将步进加压模块110产生的电压信号通过输出模块的输出端C传送给电机160，控制电机160在电压信号下进行转动。在预设时间后，延时模块120停止提供第一控制信号控制输出控制模块140开通电压信号传输通道，间歇供电模块130与输出控制模块140的控制端A连接，间歇供电模块130为控制输出控制模块140提供间歇性有效的第二控制信号，控制输出控制模块140不断地开通和关闭电压信号传输通道，从而使输出控制模块140的输出端C为电机160提供间歇性的电压信号，使电机160在间歇性的电压信号下转动。飞轮150与电机160连接，在一个周期内，当输出控制模块140的输出端C为电机160提供电压信号时，电机160带动飞轮150进行转动，此时飞轮150会储存一部分的机械能；当输出控制模块140的输出端C不为电机160提供电压信号时，此时飞轮150会将存储的机械能释放出来，从而飞轮150会带动电机160进行转动，使电机能够正常工作。

本实施例的技术方案，通过延时模块控制输出控制模块将步进加压模块产生的电压信号传输给电机，使电机可以在逐渐递增的电压信号下启动，直至电机在等于市电电压值的电压信号下正常转动。由此，避免了直接给电机加市电电压信号，导致电机的启动电流过大，对电网产生一定的冲击发生电网波动的现象。此外，在预设时间内，延时模块给输出控制模块提供有效的第一控制信号，控制输出控制模块开通电压信号传输通道，为电机供电，使电机在电压信号下转动。在预设时间后，延时模块停止提供第一控制信号控制输出控制模块开通电压信号传输通道，间歇供电模块通过给输出控制模块提供间歇性有效的第二控制信号，控制输出控制模块不断地开通和闭合电压信号传输通道，从而使输出控制模块的输出端为电机提供间歇性的电压信号，使电机在间歇性的电压信号下转动。在一个周期内，当输出控制模块的输出端为电机提供电压信号时，飞轮在电机的带动下转动，存储机械能，当输出控制模块的输出端不为电机提供电压信号时，飞轮存储的机械能释放，带动电机转动，使电机能够正常工作。由此，可以使电机充分地利用电能资源，提高电机对电能的利用率，有效的节约了电力资源，解决了现有技术中电机电能消耗量大的问题。

可选地，步进加压模块的步进加压时间小于预设时间。

其中，步进加压模块首先按照预设的步进加压时间产生逐步递增的电压信号，该电压信号包括多个不同电压值的电压信号，在步进加压时间内由0v达到市电电压值(例如220V/380V)，之后一直保持等于市电电压值的电压信号输出。预设时间是指延时模块控制给输出控制模块的控制端发送的第一控制信号，控制输出模块开通电压信号传输通道的时间。此外，在延时模块的预设时间内，输出控制模块的电压信号传输通道处于打开状态，步进加压模块的步进加压时间小于延时模块的预设时间，可以使输出控制模块将步进加压模块在步进加压时间内产生的电压信号传送给电机当启动电机步进电压信号达到市电电压值后，电机启动完成并可以在等于市电电压值的电压信号控制下转动一定的时间，使电机转动速率更加平稳。例如，步进加压时间为5s，延时模块的预设时间为15s，则延时模块控制输出控制模块的电压信号传输通道打开15s，输出控制模块便可以将步进加压模块在步进加压时间5s内产生的电压信号传送给电机，控制电机在电压信号下进行启动。5s后输出控制模块将步进加压模块产生的市电电压值的电压信号输出给电机，使电机在市电电压值的电压信号控制下平稳转动10s。

图2为本发明实施例提供的另一种电机节能控制装置的结构示意图，如图2所示，可选地，电机节能控制装置还包括交流-直流变换器170；交流-直流变换器170的输出端与延时模块120和间歇供电模块130连接，用于为延时模块120和间歇供电模块130供电。

其中，交流-直流变换器170是指将交流电转换成直流电的一种电源设备，也就是一种开关电源。交流-直流变换器170一般通过二极管整流电路或开关电路将交流电转换成直流电。图3为本发明实施例提供的交流-直流变换器电路的结构示意图，如图3所示，交流-直流变换器170的输入端171输入交流电，交流-直流变换器170的输出端172输出直流电。示例性地，交流-直流变换器170的工作原理为：首先通过整流电路将市电220V的交流电转换为12V的脉冲直流电，再通过滤波电路将12V的脉冲直流电中的交流成分滤除，减少交流成分并增加直流成分，最后通过稳压电路采用负反馈技术对整流后的12V直流电压再进行进一步的稳定。延时模块120和间歇供电模块130均需要直流电源供电，进而采用交流-直流变换器170可以简单方便地满足延时模块120和间歇供电模块130的供电需求。

图4为本发明实施例提供的另一种电机节能控制装置的结构示意图，如图4所示，间歇供电模块130包括时间间隔发生器131，时间间隔发生器131的电源输入端与交流-直流变换器170的输出端连接，时间间隔发生器131的输出端与输出控制模块140的控制端A连接。

其中，时间间隔发生器131通过产生脉冲信号，通过脉冲信号的占空比来控制时间间隔发生器131内的继电器通断电时间，从而控制继电器的常开开关按照脉冲信号的占空比进行打开和闭合，进而使时间间隔发生器131产生间歇性有效的第二控制信号。交流-直流变换器170的输出端与时间间隔发生器131的电源输入端连接，可以为时间间隔发生器131提供直流电源，使时间间隔发生器131能够产生间歇性有效的第二控制信号。时间间隔发生器131的输出端与输出控制模块140的控制端A连接，可以将时间间隔发生器131产生的间歇性有效的第二控制信号传输给输出控制模块140的控制端A。具体地，交流-直流变换器170给时间间隔发生器131提供直流电源，使时间间隔发生器131通过产生时间间隔的脉冲信号，当脉冲信号为高电平时，时间间隔发生器131内的继电器通电，从而控制继电器的常开开关闭合，使交流-直流变换器170输入的直流电通过时间间隔发生器131的输出端输出给输出控制模块140的控制端A，从而控制输出控制模块140开通电压信号传输通道，给电机160提供电压信号。当脉冲信号为低电平时，时间间隔发生器131内的继电器断电，从而控制继电器的常开开关打开，使交流-直流变换器170输入的直流电无法通过时间间隔发生器131的输出端输出给输出控制模块140的控制端A，从而无法控制输出控制模块140开通电压信号传输通道，给电机160提供电压信号。这里需要说明的是，上述过程仅是示例性地示出了时间间隔发生器的工作过程，在其他实施例中，技术人员可根据需求使用时间间隔发生器中继电器的常闭触点，也可达到上述控制效果，本公开实施例对此不进行限制。

图5为本发明实施例提供的另一种电机节能控制装置的结构示意图，如图5所示，延时模块120包括延时器121和第一开关单元122，延时器121的输入端与交流-直流变换器170的输出端连接，延时器121的输出端与第一开关单元122的控制端连接，第一开关单元122的第一端和第二端串联于交流-直流变换器170的输出端和输出控制模块140的控制端A之间，延时器121用于在预设时间后控制第一开关单元122断开交流-直流变换器170的输出端和输出控制模块140的控制端A。

具体地，延时器121可以包括55定时芯片，具有定时的作用，在预设时间过后可以输出反馈信号。其中，继续参考图5，延时器121的输入端与交流-直流变换器170的输出端连接，当延时器121在接收到交流-直流变换器170输出的直流电时，便会开始计时。延时器121的输出端与第一开关单元122的控制端连接，当延时器121计时时间等于预设时间时，延时器121的输出端会给第一开关单元122的控制端发送反馈信号。延时器121输出的反馈信号可以控制第一端和第二端串联于交流-直流变换器170的输出端和输出控制模块140的控制端A之间的第一开关单元122，控制第一开关单元122断开交流-直流变换器170的输出端和输出控制模块140的控制端A，从而停止给输出控制模块140的控制端A发送第一控制信号，进而使输出控制模块140闭合电压信号传输通道，停止给电机160提供电压信号。

具体地，图6为本发明实施例提供的延时模块的电路图的结构示意图，如图6所示，第一开关单元122包括开关管123、继电器本体124和常闭触点125；开关123管的控制端与延时器121的输出端连接，开关管123的第一端与地端连接，开关管123的第二端与继电器本体124的第一端连接，继电器本体124的第二端与延时器121的输入端连接；常闭触点125串联于交流-直流变换器170的输出端①和输出控制模块140的控制端A之间。

其中，开关管123可以控制继电器的通断。继电器本体可以控制常闭触点的通断。开关管123的控制端与延时器121的输出端连接，当开关管123导通时，开关管123的第一端与地端连接，可以构成通路使信号流通。开关管123的第二端与继电器本体124的第一端连接，继电器本体124的第二端与延时器121的输入端连接。当延时器121在预设时间过后输出反馈信号发送给开关管123的控制端，使开关管导通。延时器121的输入端连接交流-直流变换器170的输出端①，继电器本体124的第二端与延时器121的输入端连接，也就是继电器本体124的第二端与交流-直流变换器170的输出端①连接。当开关管导通时，继电器本体124、开关管123及地可以形成通路，交流-直流变换器170的输出端①输出的直流电源会流过由继电器本体124、开关管123和地形成的通路。此时，继电器本体124通电会控制常闭触点打开。常闭触点125串联于交流-直流变换器170的输出端①和输出控制模块140的控制端A之间，进而使交流-直流变换器170的输出端①和输出控制模块140的控制端A之间的连接断开，从而停止给输出控制模块140的控制端A发送第一控制信号，进而使输出控制模块140闭合电压信号传输通道，停止给电机160提供电压信号。

图7为本发明实施例提供的另一种电机节能控制装置的结构示意图，如图7所示，输出控制模块140包括光耦单元141和第二开关单元142；光耦单元141的输入端作为输出控制模块140的控制端A，光耦单元141的输出端与第二开关单元142的开关控制端连接，第二开关单元142的输入端作为输出控制模块140的电源端B，第二开关单元142的输出端作为输出控制模块140的输出端C，光耦单元141用于为第二开关单元142提供开关信号，第二开关单元142用于控制电机160的运转。

其中，光耦单元141是把发光器件(例如发光二极体)和光敏器件(例如光敏三极管)组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。当电信号送入光电耦单元的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，无电流产生。光耦单元141的输入端作为输出控制模块140的控制端A与延时模块120和间歇供电模块130连接，可以接收延时模块120或间歇供电模块130给光耦单元141提供的控制信号。光耦单元141的输出端与第二开关单元142的开关控制端连接，可以给第二开关单元142的开关控制端提供开关信号。第二开关单元142的输入端作为输出控制模块140的电源端B与步进加压模块110连接，可以接收步进加压模块110产生的电压信号。第二开关单元142的输出端作为输出控制模块140的输出端C与电机160连接，可以给电机160提供电压信号。当延时模块120和/或间歇供电模块130给光耦单元141提供控制信号时，光耦单元141的发光二极体通过电流发光，光耦单元141的光敏元件受到光照后产生电流，通过光耦单元141的输出端输出开关信号，传输给第二开关电源的开关控制端，控制第二开关单元142开通电压传输通道，将步进加压模块110产生的电压信号传送给电机160控制电机160转动。当延时模块120和/或间歇供电模块130不给光耦单元141提供控制信号时，光耦单元141的发光二极体不会发光，光耦单元141的光敏元件无光照不会产生电流，光耦单元141的输出端无法给第二开关电源的开关控制端输出开关信号，无法控制第二开关单元142开通电压传输通道，进而无法将步进加压模块110产生的电压信号传送给电机160控制电机160转动。

本发明实施例还提供一种电机节能控制系统包括电机和上述实施例中任一项的电机节能控制装置。电机节能控制系统包括本发明任意实施例提供的电机节能控制装置，因此具有本发明实施例提供的电机节能控制装置的有益效果，此处不再赘述。

图8为本发明实施例提供的一种电机节能控制系统的结构示意图，如图8所示，电机节能控制系统还包括保护装置180；保护装置180与电机节能控制装置连接，用于对电机节能控制装置进行保护。

其中，保护装置180主要用于电力系统中，通过对电流、电压、频率等电能参数进行保护，从而达到稳定系统的目的。例如，保护装置180可以采用发电机过流过压保护器，该保护器采用集中控制，具有过流保护、过压保护以及欠压保护等功能，并且精确度高，稳定性可靠。

图9为本发明实施例提供的另一种电机节能控制系统的结构示意图，如图9所示，电机节能控制系统还包括空气开关190；空气开关190的输入端与电网输电线路连接，空气开关190的输出端与保护装置180连接；空气开关190用于控制电网输电线路和保护装置180的导通或关断。

其中，空气开关190可以用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。空气开关190输入端与电网输电线路连接，空气开关190输出端与保护装置180连接；当空气开关闭合，电网输电线路的电源可以供给保护装置180及与保护装置180连接的电机节能控制装置。由此，空气开关190的功能相当于闸刀开关控制整个电机节能控制系统的运行。此外，空气开关190还具有过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，可以在一定程度上保护整个系统，也是整个系统中的一种重要的保护电器。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。