家庭節電器的製作方法
2023-06-12 11:10:36
專利名稱：家庭節電器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及家庭節電器領域，具體為一種家庭節電器。
背景技術：
當前市場上銷售的家庭節電器，基本上都是將一定容量的補償電容並聯在線路上，而不判斷線路上是否需要補償，補償多少。家庭使用的感性負載，如家用空調、冰箱、洗衣機、抽油煙機、電磁爐等都是斷續使用的，如果在線路不需要補償時而進行過補償，就會使負載變成容性負載，同樣也會消耗無用功。
實用新型內容本實用新型目的是提供一種家庭節電器，以解決現有技術家庭節電器無法判斷線路是否需要補償的問題。為了達到上述目的，本實用新型所採用的技術方案為家庭節電器，所述家庭節電器包括有控制單元、交流電流信號採集單元、電壓信號採集單元、電容補償單元，控制單元包括型號為AT89C4051的單片機，所述單片機的VPP引腳通過電阻接地，VCC引腳接外部+5V電源，且VPP引腳與VCC引腳之間接有電容，單片機的XTALl引腳與XTAL2引腳之間接有晶振電路，單片機的GND引腳接地，Pl. 0引腳通過二極體接地，Pl. 0引腳還通過電阻接外部電源，所述交流電流信號採集單元的輸出接入單片機的Pl. 1引腳，電壓信號採集單元的輸出接單片機的Pl. 2引腳，單片機的Pl. 6引腳、Pl. 7 引腳分別接有電容補償單元；所述交流電流信號採集單元包括型號為AH3144E的單極霍爾元件，所述單極霍爾元件通過檢測「C」型磁環中是否感應到交流線路中電流的磁場變化，將單片機的Pl. 1腳信號從高電位下拉為低電平，促使單片機內部比較器輸出端P3. 6發生反轉；所述電壓信號採集單元包括型號為PC817的光耦合器，所述光耦合器兩輸入端分別通過二極體接入家庭用電線路中，且光耦合器兩輸入端的二極體方向相反，光耦合器兩輸入端之間還接有另一穩壓二極體，所述光耦合器一個輸出端接地，另一個輸出端與單片機的Pl. 2引腳連接，且光耦合器與單片機Pl. 2引腳連接的輸出端還通過上拉電阻接外部 +5V電源；所述電容補償單元包括兩個三極體，兩個三極體的發射極分別接地，其中第一個三極體集電極與第二個三極體基極連接，第一個三極體的基極、集電極分別各自通過電阻接外部電源，第二個三極體的集電極接有繼電器，所述繼電器的輸出上連接有補償電容，所述補償電容接入家庭用電線路中，所述單片機的Pl. 6引腳、Pl. 7引腳分別與各自接入的電容補償單元中第一個三極體的基極通過電阻連接。本實用新型能夠有效提高家庭用電的功率因數，並實時智能化檢測無功功率，實現自動補償，進而提高家用空調、冰箱、洗衣機、抽油煙機、電磁爐等感性負載的功率因數， 以達到節約用電的目的。
圖1為本實用新型節電器控制單元一電路原理圖。圖2為本實用新型交流電流信號採集單元電路原理圖。圖3為本實用新型交流電壓信號採集單元電路原理圖。圖4為本實用新型單片機Pl. 6引腳上的電容補償執行單元電路原理圖。圖5為本實用新型單片機Pl. 7引腳上的電容補償執行單元電路原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，家庭節電器包括有控制單元、交流電流信號採集單元、電壓信號採集單元、電容補償執行單元，控制單元包括型號為AT89C4051的單片機UOl，單片機UOl的VPP 引腳通過電阻ROl接地，VCC引腳接外部+5V電源，且VPP引腳與VCC引腳之間接有電容 CE01，單片機UOl的XTALl引腳與XTAL2引腳之間接有晶振電路，單片機UOl的GND引腳接地，Pl. 0引腳通過二極體DOl接地，Pl. 0引腳還通過電阻R02接外部電源，交流電流信號採集單元的輸出接入單片機UOl的Pl. 1引腳，電壓信號採集單元的輸出接單片機UOl的Pl. 2 引腳，單片機UOl的Pl. 6引腳、Pl. 7引腳分別接有電容補償單元。如圖2所示，交流電流信號採集單元包括型號為AH3144E的單極霍爾元件U04，單極霍爾元件U04通過檢測「C」型磁環中是否感應到交流線路中電流的磁場變化，將單片機的Pl. 1腳信號從高電位下拉為低電平，促使單片機內部比較器輸出端P3. 6發生反轉。如圖3所示，電壓信號採集單元包括型號為PC817的光耦合器U02，光耦合器U02 兩輸入端分別通過二極體D02、D03接入家庭用電線路中，且光耦合器U02兩輸入端的二極體D02、D03方向相反，光耦合器U02兩輸入端之間還接有另一穩壓二極體D04，光耦合器 U02—個輸出端接地，另一個輸出端與單片機UOl的Pl. 2引腳連接，且光耦合器U02與單片機UOl的Pl. 2引腳連接的輸出端還通過上拉電阻R04接外部+5V電源。如圖4所示，接入單片機UOl的Pl. 6引腳的電容補償執行單元包括兩個三極體 Q01、Q02，兩個三極體Q01、Q02的發射極分別接地，其中第一個三極體QOl集電極與第二個三極體Q02基極連接，第一個三極體QOl的基極、集電極分別各自通過電阻R06、R07接外部電源，第二個三極體Q02的集電極接有繼電器K01，繼電器KOl的輸出上連接有補償電容 C03，補償電容C03接入家庭用電線路中，單片機UOl的Pl. 6引腳與第一個三極體QOl的基極通過電阻R08連接。如圖5所示。接入單片機UOl的Pl. 7引腳的電容補償執行單元包括兩個三極體 Q03、Q004，兩個三極體Q03、Q004的發射極分別接地，其中第一個三極體Q03集電極與第二個三極體Q004基極連接，第一個三極體Q03的基極、集電極分別各自通過電阻R09、RlO接外部電源，第二個三極體Q004的集電極接有繼電器K02，繼電器K02的輸出上連接有補償電容C04，補償電容C04接入家庭用電線路中，單片機UOl的Pl. 7引腳與第一個三極體Q03 的基極通過電阻Rll連接。本實用新型中，首先要測量家庭用電線路中電壓、電流之間的相位差Φ，因為家庭用電中，一般只有兩種一種為純電阻型負載，如電飯鍋、電熱水器、電熱毯等；另一種為感性負載，如家用空調、冰箱、洗衣機、抽油煙機、電磁爐等。眾所周知電阻型負載功率因數為1. 0，而電感型負載，功率因數一般都低，只有0. 8左右，這時就需要檢測出電流滯後於電壓相位差的多少，來進行電容的補償。交流電有正負半周，當電壓在正半周過零點時，通過高低壓光電隔離，使單片機Pl. 2腳採集到電壓信號後，單片機內部TO計時器開始計時，一直等到單片機內部比較器輸出端P3. 6由高電平變為低電平時，停止計時，此計時時間的大小與相位差成正比。當計數為零時，即表示負載為純電阻型，不需要進行電容補償；當計數值越大，補償電容投入越多。交流電流的檢測沒有採用體積龐大的電流互感器，因為此節電器僅需要採集正半周電流過零點時的信號，所以選用體積小的單極霍爾開關採集電流相位傳感器，當「C」狀的磁環中有交流電流產生的變化磁場時，單片機的Pl. 1腳將採集到單極霍爾開關輸出變化信號，促使單片機內部比較器輸出端P3. 6發生反轉，基於此計時時間的多少，單片機進行邏輯判斷，是否進行電容補償，補償量多少，先補償的先切除，後補償的延時切除。
權利要求1.家庭節電器，所述家庭節電器包括有控制單元、交流電流信號採集單元、電壓信號採集單元、電容補償單元，控制單元包括型號為AT89C4051的單片機，所述單片機的VPP引腳通過電阻接地，VCC引腳接外部+5V電源，且VPP引腳與VCC引腳之間接有電容，單片機的 XTALl引腳與XTAL2引腳之間接有晶振電路，單片機的GND引腳接地，Pl. 0引腳通過二極體接地，Pl. 0引腳還通過電阻接外部電源，所述交流電流信號採集單元的輸出接入單片機的 Pl. 1引腳，電壓信號採集單元的輸出接單片機的Pl. 2引腳，單片機的Pl. 6引腳、Pl. 7引腳分別接有電容補償單元；所述交流電流信號採集單元包括型號為AH3144E的單極霍爾元件，所述單極霍爾元件通過檢測「C」型磁環中是否感應到交流線路中電流的磁場變化，將單片機的Pl. 1腳信號從高電位下拉為低電平，促使單片機內部比較器輸出端P3. 6發生反轉；所述電壓信號採集單元包括型號為PC817的光耦合器，所述光耦合器兩輸入端分別通過二極體接入家庭用電線路中，且光耦合器兩輸入端的二極體方向相反，光耦合器兩輸入端之間還接有另一穩壓二極體，所述光耦合器一個輸出端接地，另一個輸出端與單片機的 Pl. 2引腳連接，且光耦合器與單片機Pl. 2引腳連接的輸出端還通過上拉電阻接外部+5V電源；所述電容補償單元包括兩個三極體，兩個三極體的發射極分別接地，其中第一個三極體集電極與第二個三極體基極連接，第一個三極體的基極、集電極分別各自通過電阻接外部電源，第二個三極體的集電極接有繼電器，所述繼電器的輸出上連接有補償電容，所述補償電容接入家庭用電線路中，所述單片機的Pl. 6引腳、Pl. 7引腳分別與各自接入的電容補償單元中第一個三極體的基極通過電阻連接。
專利摘要本實用新型公開了一種家庭節電器，包括有控制單元，以及接入控制單元的交流電流信號採集單元、交流電壓信號採集單元、電容補償控制單元，控制單元由單片機構成，交流電流信號採集單元由單極霍爾開關構成，電壓信號採集單元由光耦合器構成，電容補償執行單元由三極體和繼電器構成。本實用新型能夠有效提高家庭用電的功率因數，並實時智能化檢測無功功率，實現自動補償，進而提高家用空調、冰箱、洗衣機、抽油煙機、電磁爐等感性負載的功率因數，以達到節約用電的目的。
文檔編號G01R15/22GK202142863SQ20112022301
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者李祖軍, 梁秀滄, 羅來偉 申請人:六安天時節能科技服務有限公司