專利名稱：微電腦省電機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微電腦省電機(jī)控制器，屬于計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)控制裝置技術(shù)領(lǐng)域。
自從1964年第一次能源危機(jī)后，世界各國(guó)已覺(jué)醒到，能源對(duì)人類的影響至深且巨，因此無(wú)不從能源之開(kāi)發(fā)及節(jié)省能源之設(shè)備與材料著手，但能源的開(kāi)發(fā)曠日廢時(shí)，且成本高昂，非一蹴可成，于是節(jié)省能源就更加重要，有鑒于此，開(kāi)發(fā)此既穩(wěn)定且多功能的微電腦省電機(jī)控制器，俾使能普遍推廣應(yīng)用，達(dá)到節(jié)省電源的目的。
但現(xiàn)有技術(shù)中的類似產(chǎn)品存在著下列缺點(diǎn)—信號(hào)取樣采用類比式，使用一段時(shí)日后，會(huì)因組合元器件本身的材質(zhì)劣化及受外在環(huán)境變化如溫度、濕度等而受嚴(yán)重影響，致使功率因數(shù)值計(jì)算不正確。
—控制用電源采用傳統(tǒng)穩(wěn)壓式，抗干擾信號(hào)能力低，耐輸入電壓變化范圍窄，故障率高，且控制不穩(wěn)定。
—無(wú)周全之系統(tǒng)保護(hù)功能，當(dāng)功率因數(shù)有異常發(fā)生時(shí)，控制器無(wú)法立即判斷出，亦無(wú)法作出適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。
本實(shí)用新型的目的是在克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提供一種實(shí)時(shí)有效的微電腦省電機(jī)控制器；使負(fù)載電路的功率因數(shù)值作實(shí)時(shí)自動(dòng)的調(diào)整，始終趨近于1，以實(shí)現(xiàn)節(jié)電及多種保護(hù)功能。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種微電腦省電機(jī)控制器，其由中央處理單元100、三相不平衡信號(hào)檢測(cè)單元200、高電壓信號(hào)檢測(cè)單元300、突波信號(hào)檢測(cè)單元400、低電流信號(hào)檢測(cè)單元500、電壓信號(hào)檢測(cè)單元600、電流信號(hào)檢測(cè)單元700、鍵盤(pán)單元800、負(fù)載輸出控制單元900、告警信號(hào)輸出控制單元1000及顯示單元1100所組成，如

圖1所示，三相不平衡信號(hào)檢測(cè)單元200、高電壓信號(hào)檢測(cè)單元300、突波信號(hào)檢測(cè)單元400、低電流信號(hào)檢測(cè)單元500、電壓信號(hào)檢測(cè)單元600、電流信號(hào)檢測(cè)單元700及鍵盤(pán)單元800將其資料輸入至中央處理單元100，經(jīng)處理后再將其結(jié)果輸出送至負(fù)載輸出控制單元900、告警信號(hào)輸出控制單元1000及顯示單元1100輸出顯示，配合使用者的操作而達(dá)到節(jié)電功能。
本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)如下—信號(hào)采用石英晶體振蕩取樣，取樣之信號(hào)精確，且永久不變，確保功率因數(shù)值計(jì)算準(zhǔn)確，進(jìn)而真正達(dá)到省電的目的。
—控制采用交換式電腦專用電源，并加裝雙回路電源濾波器，抗干擾信號(hào)能力特別高，輸入電壓變化范圍可以達(dá)到±30％以上，足以應(yīng)付起伏不定之輸入電壓，確保控制器能在最優(yōu)良的狀態(tài)下工作。
—周全的系統(tǒng)保護(hù)功能，包括容抗充放電保護(hù)、電磁開(kāi)關(guān)保護(hù)、斷相保護(hù)或三相不平衡保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、低電流保護(hù)及諧波保護(hù)。
—完備的自我檢測(cè)判斷功能，包括中央處理單元異常、電壓或電流信號(hào)未輸入、容抗負(fù)載三相不平衡、電流信號(hào)輸入接反、系統(tǒng)電壓高于設(shè)定值等各項(xiàng)檢知功能。
—具備寬廣彈性的設(shè)定功能，包括功率因數(shù)值、過(guò)電壓百分比、低電流百分比、三相不平衡百分比等之?dāng)?shù)值皆可設(shè)定。
為了對(duì)本實(shí)用新型上述目的、方案及其功效作進(jìn)一步的實(shí)質(zhì)性了解，將結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式詳細(xì)說(shuō)明如下圖1為本實(shí)用新型之系統(tǒng)控制方框圖；圖2為本實(shí)用新型之三相不平衡信號(hào)檢測(cè)單元之方塊示意圖；圖3為本實(shí)用新型之高電壓信號(hào)檢測(cè)單元之方塊示意圖；圖4為本實(shí)用新型之突波信號(hào)檢測(cè)單元之方塊示意圖5為本實(shí)用新型之低電流信號(hào)檢測(cè)單元之方塊示意圖；圖6為本實(shí)用新型之電壓信號(hào)檢測(cè)單元之方塊示意圖；圖7為本實(shí)用新型之電流信號(hào)檢測(cè)單元之方塊示意圖；圖8為本實(shí)用新型之負(fù)載輸出控制單元之方塊示意圖；圖9為本實(shí)用新型之告警信號(hào)輸出控制單元之方塊示意圖；圖10為本實(shí)用新型之程序流程示意圖；圖11、12、13為本實(shí)用新型之詳細(xì)電路圖；圖14為本實(shí)用新型之功率向量關(guān)系示意圖。
以下就本系統(tǒng)控制方框示意圖之各單元作詳細(xì)之說(shuō)明如圖2所示，三相不平衡信號(hào)檢測(cè)單元200之作用在于檢測(cè)交流電路R、S、T三相匹配負(fù)載是否平衡，其中R相電流201經(jīng)202作電流-電壓(I-V)轉(zhuǎn)換后，至203作信號(hào)隔離，而由204作信號(hào)放大，到205作信號(hào)濾波之處理；S相電流211則經(jīng)由212、213、214、215之順序作如上相同之處理；T相電流221則經(jīng)由222、223、224、225之順序作如上相同之處理；經(jīng)由信號(hào)濾波205、215、225所輸出之信號(hào)送至230作差動(dòng)放大，再經(jīng)由231作信號(hào)比較及信號(hào)延遲之處理，然后輸出至中央處理單元100。如此則能檢測(cè)節(jié)電裝置內(nèi)之三相匹配是否平衡，其不平衡容許值可設(shè)定，當(dāng)三相不平衡達(dá)設(shè)定值時(shí)，表示系統(tǒng)容抗負(fù)載有異常，此時(shí)信號(hào)比較及信號(hào)延遲231將會(huì)延遲短暫時(shí)間后，立即送出信號(hào)至中央處理元100，中央處理單元100收到信號(hào)時(shí)會(huì)依序切離各段容抗負(fù)載、并禁止任何操作，以保護(hù)容抗不會(huì)因電壓過(guò)高而損壞。當(dāng)系統(tǒng)電壓回復(fù)正常一段時(shí)間后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)作。
如圖3所示，為本實(shí)用新型之高電壓信號(hào)檢測(cè)單元300之方塊示意圖系統(tǒng)電壓301經(jīng)降壓302后，再將信號(hào)濾波303，然后與預(yù)先設(shè)定之參考信號(hào)比較304，比較之結(jié)果若為系統(tǒng)電壓301之輸入過(guò)高時(shí)，則信號(hào)延遲305將會(huì)先延遲短暫時(shí)間后，立即將信號(hào)送給中央處理單元100，中央處理單元100收到信號(hào)時(shí)，會(huì)依序切離各段容抗負(fù)載，并禁止任何操作，以保護(hù)容抗不會(huì)因電壓過(guò)高而損壞。當(dāng)系統(tǒng)電壓回復(fù)正常一段時(shí)間后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)作。
圖4為本實(shí)用新型之突波信號(hào)檢測(cè)單元400之方塊示意圖，此單元之功能在于檢測(cè)系統(tǒng)是否有突波，系統(tǒng)電壓401經(jīng)降壓402后，進(jìn)入信號(hào)比較403，并和預(yù)設(shè)之參考電壓作比較，當(dāng)有突波出現(xiàn)時(shí)，則本單元立即送出信號(hào)給中央處理單元100，中央處理單元100收到信號(hào)時(shí)，會(huì)讓其暫停各段容抗負(fù)載之運(yùn)作，以確保容抗不會(huì)于系統(tǒng)有突波時(shí)投入或退出，達(dá)到保護(hù)的目的。當(dāng)此信號(hào)消失短暫時(shí)間后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)作。
圖5為本實(shí)用新型之低電流信號(hào)檢測(cè)單元500之方塊示意圖系統(tǒng)電流501先經(jīng)502作電流-電壓(I-V)轉(zhuǎn)換，然后將信號(hào)放大503及信號(hào)濾波504，再和預(yù)設(shè)之參考值作信號(hào)比較505，最低電流值可設(shè)定，當(dāng)系統(tǒng)電流太低時(shí)，此單元會(huì)立即送出信號(hào)給中央處理單元100，中央處理單元收到信號(hào)時(shí)會(huì)依序切離各段容抗負(fù)載，以避免輸出不斷接通/關(guān)斷(ON/OFF)，可提高各元件之壽命，當(dāng)電流大于設(shè)定值后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)作。
圖6為本實(shí)用新型之電壓信號(hào)檢測(cè)單元600之方塊示意圖此單元主要在于抓取三相電壓R、S、T之任一相電壓601之電壓波形，將其降壓602，再與預(yù)設(shè)值作信號(hào)比較603，而后將其輸出提供給中央處理單元100，計(jì)算功率因數(shù)值。
圖7為本實(shí)用新型之電流信號(hào)檢測(cè)單元700之方塊示意圖本單元抓取與被檢測(cè)電壓同相之任一相電流701之電流波形(即需與電壓信號(hào)檢測(cè)單元600同相)，先作電流-電壓(I-V)轉(zhuǎn)換702，然后將信號(hào)隔離703，再與預(yù)設(shè)之參考值作信號(hào)比較704，再輸出至中央處理單元100，作為計(jì)算功率因數(shù)值。
本實(shí)用新型之鍵盤(pán)單元800符號(hào)包括自動(dòng)鍵按此鍵持續(xù)三秒鐘，系統(tǒng)跳至自動(dòng)操作模式。
手動(dòng)鍵按此鍵持續(xù)三秒鐘，系統(tǒng)跳至手動(dòng)操作模式。
遞增鍵手動(dòng)模式時(shí)按此鍵，會(huì)投入一段容抗，系統(tǒng)處于自動(dòng)模式時(shí)按此鍵無(wú)作用。
遞減鍵手動(dòng)模式時(shí)按此鍵，會(huì)退出一段容抗，當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)模式時(shí)按此鍵無(wú)作用。
查詢鍵按此鍵，顯示單元1100會(huì)閃爍顯示功率因數(shù)設(shè)定值三秒鐘。
圖8為本實(shí)用新型之負(fù)載輸出控制單元900的方塊示意圖，由中央處理單元100接收各輸入信號(hào)處理后輸出之信號(hào)需先作信號(hào)隔離901之處理，然后再控制信號(hào)繼電器(或固態(tài)繼電器SSR)902的導(dǎo)通與否，而后由各控制輸出接點(diǎn)組件903輸出。
圖9為本實(shí)用新型之告警信號(hào)輸出控制單元1000方塊示意圖，由中央處理單元100接收各輸入信號(hào)處理后輸出之信號(hào)需先作信號(hào)隔離1001之處理，然后再送至繼電器(或SSR)1002，而后由各輸出接點(diǎn)1003輸出，系統(tǒng)有錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)立即送出告警(ALARM)信號(hào)，告知使用者。
顯示單元1100可顯示功率因數(shù)值、錯(cuò)誤信息、及輸出信息等。
圖10為本實(shí)用新型之程序流程圖，圖11、圖12、圖13為本實(shí)用新型之詳細(xì)電路圖。因系本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的，故不再贅述。
以上所述為本實(shí)用新型之電路構(gòu)造工作原理說(shuō)明。以下將其省電原理說(shuō)明如下在日常使用的電源內(nèi)，設(shè)總功率為Pa，有效功率(或稱電阻性負(fù)載)為P，無(wú)效功率(可分為電感性及電容性負(fù)載)為Q，其三者間之關(guān)系為Pa＝P+jQ，其向量關(guān)系如圖14(a)所示，由本圖可見(jiàn)，P與Q相差90°，Pa的絕對(duì)值為
而有效功率P在電源中無(wú)法消除，因此無(wú)法改變，但一般用電戶尤其是工業(yè)用戶均為線圈類負(fù)載較多，故Q值會(huì)較高，而趨于電感性無(wú)功功率，謂之Q，如圖14(b)所示，由此圖可知，當(dāng)QC(電容性無(wú)效功率)與QL(電感性無(wú)效功率)一樣大或極接近時(shí)，則無(wú)效功率Q=QL-QC=··0]]>
那么Pa=P+jQ=··P+jO=··P]]>由此可知，我們就能降低Q的付出，而僅僅消耗有效功率P及一點(diǎn)點(diǎn)的無(wú)效功率Q值而已，如此不但減少Q(mào)的損失，同時(shí)也提高了電源使用效率，當(dāng)然最重要的是已達(dá)到真正省電的目的，一般而言，若Q越大，則節(jié)電效果越能顯現(xiàn)。
由上述之節(jié)電原理可明確得知，如果測(cè)得為QL值，然后匹配等量之QC值，即能有效達(dá)到省電的目的，而QL可使用一般改善功率因數(shù)用之電容即可補(bǔ)償。
在節(jié)電過(guò)程中，功率因數(shù)cosθ(以下簡(jiǎn)稱功因)的計(jì)算是重要的，因cos0°＝1，cos90°＝0，而cos為0°之意義表示未消耗無(wú)效功率Q虛功值，如圖14(C)所示，或QL＝QC；cos為90°之意義表示未消耗有效功率P，僅消耗QL如圖14(d)所示，在實(shí)際用電場(chǎng)合，cos為0°或90°的情況極少存在，實(shí)際用電場(chǎng)合通常會(huì)消耗一部分的P及一部分的Q，因此，如能使QL＝QC，或使QL盡量等于QC，也就是讓功因角θ盡量等于0°，換言之，讓功因值趨近于1，就愈能達(dá)到省電的效果，這也就是本實(shí)用新型之主要功能。
本實(shí)用新型是經(jīng)由硬件線路，精確地抓取電壓及電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)的轉(zhuǎn)換、濾波、比較而得到潔凈之信號(hào)，然后分別通過(guò)前述之處理途徑，送入中央處理單元100，再由中央處理單元100計(jì)算出功因值，此值即為本實(shí)用新型之節(jié)電依據(jù)，若此值在設(shè)定值之下，中央處理單元會(huì)逐段的投入電容，以增加QC值，并提高功因值，直到功因值提升到設(shè)定值內(nèi)為止；若是實(shí)際功因值在負(fù)設(shè)定值之外，表示QC大于QL，則中央處理單元會(huì)自動(dòng)逐段退出電容，以降低QC值，直到功因值提升到設(shè)定值內(nèi)為止。
以上的節(jié)電方式，只要啟動(dòng)本裝置后，便周而復(fù)始的運(yùn)作，即隨時(shí)在作有效的自動(dòng)節(jié)電匹配，加上完備的保護(hù)功能，實(shí)為用戶之最佳節(jié)電裝置。
權(quán)利要求1.一種微電腦省電機(jī)控制器，其由中央處理單元(100)、三相不平衡信號(hào)檢測(cè)單元(200)、高電壓信號(hào)檢測(cè)單元(300)、突波信號(hào)檢測(cè)單元(400)、低電流信號(hào)檢測(cè)單元(500)、電壓信號(hào)檢測(cè)單元(600)、電流信號(hào)檢測(cè)單元(700)、鍵盤(pán)單元(800)、負(fù)載輸出控制單元(900)、告警信號(hào)輸出控制單元(1000)及顯示單元(1100)所組成，其特征在于三相不平衡信號(hào)檢測(cè)單元、高電壓信號(hào)檢測(cè)單元、突波信號(hào)檢測(cè)單元、低電流信號(hào)檢測(cè)單元、電壓信號(hào)檢測(cè)單元及鍵盤(pán)單元將處理后之信號(hào)輸出送至中央處理單元，供作運(yùn)算及判斷之資料，中央處理單元依據(jù)計(jì)算機(jī)程序之流程作邏輯運(yùn)算，而將其結(jié)果輸出送至負(fù)載輸出控制單元、告警信號(hào)輸出控制單元及顯示單元，上述各單元的信號(hào)取樣采用石英晶體振蕩；控制器采用交換式電腦專用電源，并加裝雙回路電源濾波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于所述之三相不平衡信號(hào)檢測(cè)單元(200)，R.S.T.三相電流(201，211，221)經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換(202，212，222)后作信號(hào)隔離(203，213，223)、再經(jīng)信號(hào)放大(204，214，224)、和作信號(hào)濾波(205，215，225)之處理、該濾波后之信號(hào)輸入至差動(dòng)放大(230)、再經(jīng)信號(hào)比較和信號(hào)延遲(231)之處理，然后輸出至中央處理單元(100)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于所述之高電壓信號(hào)檢測(cè)單元(300)將系統(tǒng)電壓(301)降壓(302)后，作信號(hào)濾波(303)，然后和預(yù)設(shè)的參考信號(hào)比較(304)，比較的結(jié)果當(dāng)系統(tǒng)電壓過(guò)高時(shí)，則經(jīng)信號(hào)延遲(305)短暫時(shí)間后立即將信號(hào)送給中央處理單元(100)，以致依序切離各段容抗負(fù)載。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于所述之突波信號(hào)檢測(cè)單元(400)將系統(tǒng)電壓(401)降壓(402)后，進(jìn)入信號(hào)比較(403)并與預(yù)設(shè)參考電壓作比較，當(dāng)有突波發(fā)生時(shí)，可輸出信號(hào)給中央處理單元(100)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于所述之低電流信號(hào)檢測(cè)單元(500)，先將系統(tǒng)電流信號(hào)(501)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)(502)，再將信號(hào)放大(503)及信號(hào)濾波(504)，而后與預(yù)設(shè)的參考值作信號(hào)比較(505)，可設(shè)定最低電流值當(dāng)系統(tǒng)電流過(guò)低時(shí)，立即輸出信號(hào)給中央處理單元(100)，其依序切離各容抗負(fù)載。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于所述之電壓信號(hào)檢測(cè)單元(600)，可抓取三相電壓R.S.T.之任一相電壓(601)，先降壓(602)后，再與預(yù)設(shè)之電壓值作比較(603)，而后輸出信號(hào)至中央處理單元(100)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于所述之電流信號(hào)檢測(cè)單元(700)，可抓取與被檢測(cè)電壓波形同相之任一相電流(701)之電流波形，先將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)(702)，再作信號(hào)隔離(703)，然后與預(yù)設(shè)之參考值作信號(hào)比較(704)，而后輸出信號(hào)至中央處理單元(100)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種微電腦省電機(jī)控制器，其由中央處理單元、三相不平衡信號(hào)檢測(cè)單元、高電壓信號(hào)檢測(cè)單元、突波信號(hào)檢測(cè)單元、低電流信號(hào)檢測(cè)單元、電壓信號(hào)檢測(cè)單元、電流信號(hào)檢測(cè)單元、鍵盤(pán)單元、負(fù)載輸出控制單元、告警信號(hào)輸出控制單元及顯示單元所組成；其各單元電路相連接借助于中央處理單元與計(jì)算機(jī)程序之配合控制，可依負(fù)載之需要輸出適量的能量，以達(dá)到節(jié)電之功效。
文檔編號(hào)G06F1/32GK2258293SQ9620001
公開(kāi)日1997年7月23日 申請(qǐng)日期1996年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月22日
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