閉環式系統智能節電器的製作方法

2023-06-14 06:26:56

專利名稱：閉環式系統智能節電器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及對交流用電設備系統的節電裝置，特別是涉及交流電 照明設備的一種智能節省有功電量和改善功率因數以及減少浪湧和抑制 諧波幹擾的系統節電裝置。
技術背景綜觀我國電網運行現況，電器設備只有工作在良好的電力環境下，才 能發揮其最大的工作效率。由於我國近年來突飛猛進的發展，用電量不 斷的增加、用電設備也不斷的增加和複雜化，用電的質量也不斷地受重視。電源變壓器的輸出電壓一般都高於額定值10%左右。過剩供給的電力使得用電設備時會產生額外的發熱現象，它不但造成電力浪費，還會 直接縮短機器本身的壽命。還有由於用電設備本身造成的電網功率因數低，無功功率增大的電量浪費；由於浪湧、高次諧波產生的電壓電流畸 變，使得用電設備的效率降低，就是電費增加了設備生產值卻沒有增加。 這幾種原因不僅白白浪費了電能，而且還造成用電設備電流增大所導至 設備發熱縮短壽命，甚至燒毀，這也是一筆資金浪費。又如燈具電器 一般處於用電高峰期的額定電壓或超壓範圍運作。以路燈為例，在下半 夜的用電低峰期，路燈隨著電壓上升而處於超壓環境下運作，既增加了 不必要的電能損耗，又會縮短路燈壽命。 實用新型肉容為解決現有技術的上述不足，本實用新型根據我國電力的實際情況， 最大限度地減小電力資源的浪費和儘量提高用電質量，通過由微處理器 進行實時動態精密檢測和監控被控量與給定值的偏差進行控制輸出合理 的電壓幅值，實現大功率不間斷小電流切換技術，並根據實際需要可選分時段控制方式、遠程計算機集中控制等方式，真.iF.實現系統智能化。 控制程序一經設定，設備將根據採取的數據和設定的程序自動調節負載 的電壓、電流和功率以及改善功率因數，達到節約用電的目的。為了到達上述目的，完成上述任務，本實用新型閉環式系統智能節 電器這樣實現。構造本實用新型閉環式系統智能節電器，包括機芯部分、濾波部分、 控制部分、保護部分、通信部分。機芯部分的內部結構相當於， 一組串聯電抗器聯接一個調壓節流非 相控式電磁變量器，附有一組作用於消減電網上浪湧、高次諧波的吸收補償迴路以及電壓不平衡補償的Z型繞組；濾波部分包括可以減少負載產生的電磁幹擾對電源影響的LC濾波電路；控制部分包括檢測單元、中央處理單元、執行機構、設定、顯示單 元、監控單元；檢測單元的輸出端分別與中央處理單元、設定、顯示單 元輸入端連接；設定的輸出端分別與中央處理單元、顯示單元的輸入端 連接；中央處理單元的輸出端分別與執行機構、顯示單元的輸入端連接; 執行機構釣輸出端分別與顯示單元、監控單元的輸入端連接；監控單元 的輸出端分別與中央處理單元、顯示單元的輸入端連接；保護部分包括具有故障自動旁路、過流旁路、過流旁路、過熱旁路、 負載超過額定時旁路的設置；通信部分包括具有通訊接口 。所述控制部分具有手動控制與自動控制兩種程序控制方式，所述兩 種程序方式可通過人機介面上的按紐進行轉換。手動控制在人機介面上設有具有斷電記憶功能的旁路，節電1，節 電2，節電3四個檔位開關，按下相應開關，對應輸出一個控制末端的 檔位開關信號。自動控制具有l檔返回值、l檔動作值、2檔返回值、2檔動作值、 3檔返回值、3檔動作值的設定，根據所述設定每個檔位的電壓範圍來自 動檢測電網用電參數以控制每個檔位的輸出。1檔返回值即電壓低於這個值返回旁路檔；1檔動作值即電壓超過這個值進入1檔；2檔返回值即電壓低於這個值返回1檔；2檔動作值即電壓超過這個值進入2檔；3檔返回值即電壓低於這個值返回2檔； 3檔動作值即電壓超過這個值進入3檔。中央處理單元為進行實時動態精密檢測、監控被控量與給定值的偏 差以控制輸出合理的電壓幅值、從而實現大功率不間斷小電流切換技術 的微處理器。所述徽處理器包括採樣運算單元及程序控制單元所述採樣運算單元的輸入端經過總開關QF與進線電源R、 S、 T連接；進線電源R、 S、 T經過總開關QF的另一路進入Lal、 Lbl、 Lcl電 感線圈往U、 V、 W端輸出，線圈La2、 Lb2、 Lc2的Na3、 Nb3、 Nc3 端通過旁路接觸器KM1與電源輸出U、V、 W端分別連接，KM2、KM3、 KM4為檔位接觸器，三組線圈形成星型接法，形成一個使鐵芯產生磁通 輸出的電勢閉合迴路；所述程序控制單元輸出開關信號以分別推動執行旁路接觸器KM1、 節電1接觸器KM2、節電2接觸器KM3、節電3接觸器KM4; KM5為 具用保護輸出確保末端用電不受影響的電容接觸器，其 端連接地線， 另--端連接KA2、 KA3、 KA4; KA1、 KA2、 KA3、 KA4是對應KM1、 KM2、 KM3、 KM4的中間繼電器。所述程序控制單元輸出開關信號以分別推動執行旁路指示Hl、節電 指示H2、故障指示H3。與現有技術相比，本實用新型具有以下特點-1、節能效果更好機芯部份附有一組Z型補償繞組，作用於消減電 網上浪湧、高次諧波(3、 5、 7次)的吸收補償迴路以及電壓不平衡的 補償，繞組上的同時所產生的磁通交匯在同一個整體的鐵芯上，使得三 相鐵心柱上電磁勢相互平衡，平衡後的感應電動勢平均分配到三相繞組 上，使輸出的電壓得到平衡。此外電網上的浪湧、高次諧波及電壓電流 的相位差由線圈和鐵心相互感應，經吸收補償迴路處理之後，用電電網 的質量得到了很大的提高無功損耗。2、內部旁路當節電器旁通時，線圈La2、 Lb2、 Lc2的Na3、 Nb3、 Nc3端與電源輸出U、 V、 W端分別連接(KM1閉合)，作用在於當電流通過鐵芯時不會產生磁通電勢，可以把它看成線圈處於開路狀態，所以此時鐵芯不會工作。由於線圈Lal、 Lbl、 Lcl的內阻非常小，可以看 成是旁通，又保證了輸出電流的連續性，確保轉換時末端不斷電。3、運行更安全本實用新型採取有全方位的保護措施， 一但有故 障時系統會自動旁路，而且不會使末端有斷電現象。

圖1為本實用新型的控制部分的方框圖； 圖2為本實用新型機芯部分的電路示意圖； 圖3為本實用新型濾波部分的電路示意圖；圖4為微處理器之採樣運算單元與有關元件的電路連接示意圖； 圖5為微處理器之程序控制單元與有關元件的電路連接示意圖。
具體實施方式
圖中R S T進線電源，U V W電源輸出端，QF總開關， Lal、 Lbl、 Lcl、 La2、 Lb2、 Lc2 、 La3、 Lb3、 Lc3電感線圈， Nal、 Nbl、 Ncl、 Na2、 Nb2、 Nc2、 Na3、 Nb3、 Nc3 接觸端點， KM1旁路接觸器，KM2、 KM3、 KM4切換接觸器(檔位接觸器)， KM5電容接觸器，KA1、 KA2、 KA3、 KA4中間繼電器，Hl旁路指示，H2節電指示， H3故障指示，Cl、 C2、 C3 電容器。 下面，結合附圖，介紹本實用新型的具體實施方式
。機芯部分如圖2所示，機芯內部結構相當於， 一組串聯電抗器聯接 一個調壓節流非相控式電磁變量器，附有一組Z型繞組作用於消減電網 上浪湧、高次諧波(3、 5、 7次)的吸收補償迴路以及電壓不平衡的補 償，繞組上的同時所產生的磁通交匯在同一個整體的鐵芯上，使得三相 鐵心柱上電磁勢相互平衡，平衡後的感應電動勢平均分配到三相繞組上， 使輸出的電壓得到平衡。此外電網上的浪湧、高次諧波及電壓電流的相 位差由線圈和鐵心相互感應，經吸收補償迴路處理之後，用電電網的質 量得到了很大的提高。由於節電器機芯採用了進口特殊的材料和製作工 藝，空載損耗小於0.05%，絕緣等級H級別。濾波部分如圖3所示，電感L和電容C組成相當於-個LC濾波電 路，根據EMC濾波器原理，它可以有效地消減電網上浪湧和諧波分量， 其原因是減少或削弱了浪湧和諧波帶來存在而造成的無功功率消耗，從 面達到節電的目的，因為是裝在系統電源(或線路)的前端，因此可以 減少負載產生的電磁幹擾對電源的影響，從而減少了系統無功功率的傳 輸。如圖1所示，控制部分主要由電網電量檢測單元、中央處理單元、 執行機構以及監控單元和顯示單元部分組成。用電電量檢測部分檢測到 電網和負載情況變換成數據送到中央處理單元經過精密計算和基準對比 之後發出指令使執行機構接到指令後瞬間做出反應，去控制輸出很理想 的高質量的電壓電流來滿足用電設備。程自製具有兩種方式l手動控制，2自動控制，可通過人機介面 上的按紐轉換。要求在人機介面上實現所有的控制。具有斷電記憶功能，斷電來電後首先是旁路狀態，經過一段設定的延時時間後才進入斷電前 的運行狀態，控制操作前需要先輸入密碼確認，手動方式下自動無效， 自動方式下手動無效。手動控制人機介面上有四個檔位開關旁路，節電l，節電2，節 電3，在手動方式下直接按相應開關，對應輸出一個開關信號來控制末 端的檔位。自動控制根據設定每個檔位的電壓範圍，自動檢測電網用電參數 來控制每個檔位的輸出，而且每次進檔和退檔都要通過一定的時間延時 後才能動作，這個時間可以任意設定。l檔返回值電壓低於這個值返回旁路檔l檔動作值電壓超過這個值進入l檔2檔返回值電壓低於這個值返回l檔2檔動作值電壓超過這個值進入2檔3檔返回值電壓低於這個值返回2檔3檔動作值電壓超過這個值進入3檔圖4所示為微處理器之採樣運算單元與有關元件的電路連接即一次線控制，進線電源R、 S、 T經過總開關QF進入Lal、 Lbl、 Lcl電感線 圈往U、 V、 W端輸出，當節電器旁通吋，線圈La2、 Lb2、 Lc2的Na3、 Nb3、 Nc3端與電源輸出U、 V、 W端分別連接(KM1閉合)，作用於 當電流通過鐵芯時不會產生磁通電勢，可以把它看成線闍處於開路狀態， 所以此時鐵芯不會工作。由於線圈Lal、 Lbl、 Lcl的內阻非常小，可以 看成是旁通，又保證了輸出電流的連續性，確保轉換時末端不斷電。當節電器節電時旁路接觸器KM1斷開，檔位接觸器KM2、 KM3、 KM4跟據設定分別閉合，三組線圈形成星型接法，形成一個閉合迴路使鐵芯產 生磁通輸出電勢。KM2、 KM3、 KM4為切換接觸器，由克希荷夫電流定 律可知，KM2、 KM3、 KM4切換時電流遠小於負載電流。圖5所示為微處理器之程序控制單元與有關元件的電路連接即二次線控制由程序控制單元輸出一組開關信號去推動執行接觸器，接觸器KM1、 KM2、 KM3、 KM4分別為旁路、節電l、節電2、節電3。 KM^ 為電容接觸器，KA1、 KA2、 KA3、 KA4是對應KM1、 KM2、 KM3、 KM4的中間繼電器。KM5為保護輸出，當檔位接觸器發生故障斷開後 確保節電器處於旁路狀。Hl、 H2、 H3分別為旁路指示、節電指示、 故障指示。保護部分故障自動旁路在節電狀態下，如果運行接觸器發生故障斷開時， 延時3秒後自動旁路；過流旁路當電流達到了設定值時自動旁路；過 熱旁路當機芯溫度達到設定的溫度時旁路；負載超過額定時旁路。人機介面顯示1)顯示運行狀態，2)三相相電壓，3)三相線電壓， 4)三相電流，5)零序電流，6)總有功功率，7)總無功功率，8)視在 功率，9)平均功率因數，10)頻率，11) 1一31次諧波分量，12)有功 電能，13)無功電能，14)記錄24小時的電流和電壓，15故障監控。通信部分節電器的通訊接口為模式，通訊協議採國際標準的 MODBUS協議，棊本數據結構符合通用標準。通訊速率有300、 1200、2400、 4800、 9600、 19200bps，支持組網連接，可以通過有線或GPRS、 CDMA等無線通訊網絡監控。
權利要求1. 閉環式系統智能節電器，包括機芯部分、濾波部分、控制部分、保護部分、通信部分，其特徵在於機芯部分的內部結構相當於，一組串聯電抗器聯接一個調壓節流非相控式電磁變量器，附有一組作用於消減電網上浪湧、高次諧波的吸收補償迴路以及電壓不平衡補償的Z型繞組；濾波部分包括可以減少負載產生的電磁幹擾對電源影響的LC濾波電路；控制部分包括檢測單元、中央處理單元、執行機構、設定、顯示單元、監控單元；檢測單元的輸出端分別與中央處理單元、設定、顯示單元輸入端連接；設定的輸出端分別與中央處理單元、顯示單元的輸入端連接；中央處理單元的輸出端分別與執行機構、顯示單元的輸入端連接；執行機構的輸出端分別與顯示單元、監控單元的輸入端連接；監控單元的輸出端分別與中央處理單元、顯示單元的輸入端連接；保護部分包括具有故障自動旁路、過流旁路、過流旁路、過熱旁路、負載超過額定時旁路的設置；通信部分包括具有通訊接口。
2、 根據權利要求l所述的閉環式系統智能節電器，其特徵在於控 制部分具有手動控制與自動控制兩種程序控制方式，所述兩種程序方式 可通過人機介面上的按紐進行轉換。
3、 根據權利要求2所述的閉環式系統智能節電器，其特徵在於手動控制在人機介面上設有具有斷電記憶功能的旁路，節電1，節電2，節電3四個檔位開關，按下相應開關，對應輸出一個控制末端的 檔位開關信號；自動控制具有l檔返回值、l檔動作值、2檔返回值、2檔動作值、 3檔返回值、3檔動作值的設定，根據所述設定每個檔位的電壓範圍來自 動檢測電網用電參數以控制每個檔位的輸出。
4、根據權利要求3所述的閉環式系統智能節電器，其特徵在於-1檔返回值即電壓低於這個值返回旁路檔；1檔動作值即電壓超過這個值進入1檔；2檔返回值即電壓低於這個值返回1檔；2檔動作值即電壓超過這個值進入2檔；3檔返回值即電壓低於這個值返回2檔；3檔動作值即電壓超過這個值進入3檔。
5、 根據權利要求1所述的閉環式系統智能節電器，其特徵在於 中央處理單元為進行實時動態精密檢測、監控被控量與給定值的偏差以 控制輸出合理的電壓幅值、從而實現大功率不間斷小電流切換技術的微 處理器。
6、 根據權利要求5所述的閉環式系統智能節電器，其特徵在於-微處理器包括採樣運算單元及程序控制單元。
7、 根據權利要求6所述的閉環式系統智能節電器，其特徵在於-所述採樣運算單元的輸入端經過總開關QF與進線電源R、 S、 T連接；進緣電源R、 S、 T經過總開關QF的另一路進入Lal、 Lbl、 Lcl電感線圈往U、 V、 W端輸出，線圈La2、 Lb2、 Lc2的Na3、 Nb3、 Nc3 端通過旁路接觸器KM1與電源輸出U、 V、 W端分別連接，KM2、 KM3、 KM4為檔位接觸器，三組線圈形成星型接法，形成一個使鐵芯產生磁通 輸出的電勢閉合迴路；所述程序控制單元輸出開關信號以分別推動執行旁路接觸器KM1 、 節電1接觸器KM2、節電2接觸器KM3、節電3接觸器KM4; KM5為具有保護輸出確保末端用電不受影響的電容接觸器，其一端連接地線， 另一端連接KA2、 KA3、 KA4; KA1、 KA2、 KA3、 KA4是對應KM1、 KM2、 KM3、 KM4的中間繼電器。
8、根據權利要求6所述的閉環式系統智能節電器，其特徵在於 所述程序控制單元輸出開關信號以分別推動執行旁路指示Hl、節電指示 H2、故障指示H3。
專利摘要閉環式系統智能節電器，涉及一種交流用電設備系統的節電裝置，特別是涉及交流電照明設備的一種智能節省有功電量和改善功率因數以及減少浪湧和抑制諧波幹擾的系統節電裝置。結構中包括機芯部分、濾波部分、控制部分、保護部分、通信部分，機芯部分的內部結構相當於一組串聯電抗器聯接一個調壓節流非相控式電磁變量器，附有一組Z型繞組，濾波部分包括LC濾波電路，控制部分包括檢測單元、中央處理單元、執行機構、設定、顯示單元、監控單元，保護部分包括具有故障自動旁路、過流旁路、過流旁路、過熱旁路、負載超過額定時旁路的設置；通信部分包括具有通訊接口。具有節能效果更好、內部旁路、運行更安全特點。
文檔編號H02J3/01GK201091054SQ20072011913
公開日2008年7月23日 申請日期2007年3月27日 優先權日2007年3月27日
發明者劉愛民 申請人:劉愛民