智能化磁電可逆匹配式節電裝置的製作方法

2023-08-06 22:46:01

專利名稱：智能化磁電可逆匹配式節電裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電氣設備節能領域，具體提供一種用於電動機、風機、水 泵及電氣照明和電器設備的自控調壓型的智能化磁電可逆匹配式節電裝置。
背景技術：
在當今的現代化建設中，電力已經成為社會發展的基礎和支持產業，發展 電力和節約電能是兩項長期並存的基本國策。但是在電力供電輸送過程中，為 避免送電過程中的電路損耗，要以較高的電壓傳送以確保用電設備達到額定電 壓，由於電力供應的匹配差異，因此用戶的用電設備的實際承受電壓往往要高 於額定電壓，同時由於供電高峰時用電量較大，又造成末端用戶電壓降低，為 確保用電高峰時系統正常工作，就要求變壓器輸出電壓值高於用電設備的額定 電壓。這些就造成了用電設備的實際用電量和電源供電量之間的能量不匹配狀 況，特別是當用電設備處於空載、輕載時，這種能量不匹配狀況將更為突出。 導致其電源供電功率往往要高於用電設備的實際負荷功率，甚至在用電設備處 於重載和滿載的條件下時，這種能量的不匹配狀態亦然存在，因而都存在著明 顯的能源浪費。
為解決上述用電設備的電能浪費問題，到目前為止，已經出現了多種類型 的節電技術和節電設備，如電容補償、星角轉換調壓、自藕變壓器降壓，可控 矽調壓，電抗器調壓、逆變調壓、脈寬調製降低等一系列的節電技術。但是上 述這些節電技術都無法解決用電設備在下列情況下運行時的節電問題，艮口
1、 用電設備如電動機、風機、水泵、燈具和電器等在重載、滿載和超載
(負載分別為70%以上，90-100%, 101-120%時)條件下運行時；
2、 用電設備如電動機、風機、水泵的運行功率因數在0.7-0.98條件下運 行時；
3、 恆定負載條件下用電設備在重載、滿載和超載條件下運行時。 發明內容
本實用新型的後的是設計一種可使用電設備在上述三種情況下運行時，實
現有效的有功節電效率的節電裝置，它可以使電源供電功率、用電設備的額定 功率和其實際負載功率達到最佳的能量匹配狀態，使電源供電功率和用電設備
的實際消耗功率達到合理的最佳匹配值，從而可以達到有效的具有經濟價值的 節能效果。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是
一種智能化磁電可逆匹配式節電裝置，包括機箱，在機箱的上部安裝有空 氣開關，電感器，電流數字轉換器，信息處理器，信息控制處理器，同步輸入 器，交流接觸器和+5V電源；在機箱的中部安裝有計算機控制器CPU、可控矽 和回饋器；在機箱的下部安裝有三相磁電轉換裝置；其中，所述信息處理器、 信息控制處理器、同步輸入器和+5V電源分別連接計算機控制器CPU,所述三 相磁電轉換裝置連接信息控制處理器，並通過信息控制處理器連接計算機控制 器CPU，所述電感器通過電流數字轉換器連接信息處理器，並連接計算機控制 器CPU，所述電感器串接於交流接觸器和磁電轉換裝置之間，所述磁電轉換裝 置通過可控矽連接負載，串接的交流接觸器、電感器和磁電轉換裝置上還並接 有回饋器。
計算機控制器CPU由電源電路、與其相耦合的信號放大電路和與放大管基 極相連的電壓電流控制電路構成，所述計算機控制器CPU通過輸出電路接口連 接可控矽。
兩個並接的信息處理器連接計算機控制器CPU，所述信息處理器分別通過 對應的電流數字轉換器和電感器連接，所述電感器串接於交流接觸器和三相磁 電轉換裝置之間。
在由空氣開關、交流接觸器、磁電轉換裝置和可控矽串接構成的三相電源 供電系統中，所述回饋器分別對應並接於三相磁電轉換裝置和交流接觸器之 間。
磁電轉換裝置和信息控制處理器相連接後，再和計算機控制器CPU相連接， 計算機控制器CPU再通過可控矽和磁電轉換裝置相連接，組成三相電源供電線
路的動力控制部分的節能控制迴路。
在原有線路結構不變、只更換電子元器件的額定值和連接導線的規格的情
況下，其工作電壓可以在380V、 660V、 1140V至10KV的電力系統中進行節能 控制。
本實用新型的智能化磁電可逆匹配式節電裝置根據用電設備在不同工作 狀態下負載變化情況，即瞬時實際負載量和電源的實際供電量，和預先設置的 用電設備的額定功率的相應參數，利用計算機的高度智能化控制技術，按照磁 能、電能和動態功率的相互轉換原理，輔助釆用有功功率和無功功率的雙向補 償技術，實現電源供電量和用電設備的實際消耗功率的能量可逆匹配，並使這 種匹配效果達到合理的最佳能量匹配關係，從而有效地實現用電設備的節能。
當電流通過磁電轉換裝置時，其產生的磁電變化的信號經信息控制處理器
對該信號處理後送至計算機控制器CPU，計算機控制器CPU依照軟體程序對此
信號處理後送至可控矽，改變可控矽的輸出電壓和電流，實現負載大時電壓電 流增大，負載小時電壓電流減小的控制效果，從而達到節電的目的。 當電流流過電感器時，產生的感應電流和感應電壓經過信息處理器處理後
送至計算機控制器CPU，產生相應的正常工作電壓，此時計算機控制器CPU不 送出控制動作電壓，當A、 B、 C三相電壓出現故障時，如斷相、過流情況發生 時，則信息處理器產生的感應電壓和電流發生變化，計算機控制器CPU接收到 故障信號後，便輸出相應的處理信號，使整個系統停止工作，速度可以達到毫 秒級，使電機得以保護。此時，計算機控制器CPU可以同時發送故障信號到達 指示燈，則相應的故障指示燈亮。
磁電轉換裝置是根據電能和磁能相互轉換和電感儲能的原理，實現磁電能 量的相互轉換和隨機匹配的。當電源供電功率大於甚至遠大於負載的實際消耗 功率時，計算機控制器CPU可以根據可控矽的信息和相應數據測定負載的實際 消耗功率，並將這一控制信息通過信息控制處理器處理後反饋到磁電轉換裝置 中，以便使磁電轉換裝置輸出同負載達到最佳匹配效果的電壓和電流，而同時 將多餘的電能通過回饋器自動回饋到電源電路中去，這種匹配效果適用於電動 機的變負載、恆負載和重載、滿載和超載的運行狀態，也適用於功率因數較高 (0.7-0.98)的電動機。同樣也適用於線路功率因數較高的處於重載、滿載和 超載範圍內的電氣照明系統及電氣設備。
由磁電轉換裝置和信息控制處理器及計算機控制器CPU、可控矽TRIAC組 成的迴路中，由於磁電轉換裝置中採用了智能LPD技術，不僅使自身的磁電轉 換中不產生任何高次諧波的汙染，而且還可以同時消除系統中原有的諧波汙 染，從而實現對供電線路電能質量的最佳優化處理，其三相電源輸出均為標準 的正弦波形，極大地提高了電能質量。
磁電轉換裝置中採用了反峰電壓的儲能技術，其特點是當反峰電壓達到一 定量時，其極性將由負極變為正極，從而使多餘的電能沿著回饋器的線路自動 回饋到電源線路中去，同時利用電磁轉換和電感儲能原理，實現了節電裝置上 下端的雙向補償功能，不僅對供電線路的功率因數進行無功補償，在減少線路 功率損耗的同時，對負載端的用電設備也進行了無功補償，從而大大提高了用 電設備的無功節電率。
本實用新型的智能化磁電可逆匹配式節電裝置本身運行所需的電源則是
由小型變壓器提供的+5V的直流電源，同時供給計算機控制器和信息控制處理 器和指示燈等的工作運行，其自身空載功耗僅為3W，空載電流0.2A，接地電 阻不大於4 Q 。
在原有線路結構不變、只更換電子元器件的額定值和連接導線的規格的情 況下，其工作電壓可以在380V、 660V、 1140V至10KV的電力系統中進行節能 控制。
與現有技術相比，本實用新型的智能化磁電可逆匹配式節電裝置通過電子 線路板的計算機高度智能化控制技術，實現了磁電轉換裝置和可控矽的電路輸 出控制，使得加在用電設備上的電壓和電流能實時的跟隨用電設備的實際負荷 的變化而得到調節，當用電設備的實際負荷很小時，加在其上的電壓和電流亦 可降低到最小，反之，當負荷增大時，供電電壓和電流也隨之增大，同時通過 電子線路板上的可逆匹配控制系統，信息控制處理器及磁電轉換裝置的控制回 路，不僅使電源供電功率和用電設備實際消耗功率達到最佳匹配效果，實現了 主體供電系統的關鍵部分節能。同時利用對電感儲能的精確控制，實現了電能、 磁能和動態功率相互轉換中的動態雙向補償，使得電能在用電設備上的損耗， 如電動機上的銅損、鐵損和磁損進一歩減少，實現了本項技術的第二個環節的 節能，而且通過磁電轉換裝置實現的電能和磁能的相互轉換中的正弦波不發生 任何畸變，其輸出仍為標準的正弦波形，不僅可以消除系統中原有的諧波，還 可以使本系統中不再產生新的諧波，實現了本項技術中的第三個環節的節能。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1為一種智能化磁電可逆匹配式節電裝置的總體結構示意圖2為一種智能化磁電可逆匹配式節電裝置的基本線路及控制原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，但不作為對本實 用新型的限定。
如附圖1所示， 一種智能化磁電可逆匹配式節電裝置，包括機箱l，在機
箱l的上部安裝有空氣開關2，電感器3，電流數字轉換器4，信息處理器5， 信息控制處理器6，同步輸入器7，交流接觸器8和+5V電源9;在機箱1的中 部安裝有計算機控制器CPUIO、可控矽11和回饋器12;在機箱1的下部安裝 有三相磁電轉換裝置13;其中，所述信息處理器5、信息控制處理器6、同步 輸入器7和+5V電源9分別連接計算機控制器CPUIO，所述三相磁電轉換裝置 13連接信息控制處理器6，並通過信息控制處理器6連接計算機控制器CPUIO， 所述電感器3通過電流數字轉換器4連接信息處理器5，並連接計算機控制器 CPUIO，所述電感器3串接於交流接觸器8和磁電轉換裝置13之間，所述磁電 轉換裝置13通過可控矽11連接負載，串接的交流接觸器8、電感器3和磁電 轉換裝置13上還並接有回饋器12。
計算機控制器CPU10由電源電路、與其相耦合的信號放大電路和與放大管 基極相連的電壓電流控制電路構成，所述計算機控制器CPU10通過輸出電路接 口連接可控矽11。
兩個並接的信息處理器5連接計算機控制器CPUIO，所述信息處理器5分 別通過對應的電流數字轉換器4和電感器3連接，所述電感器3串接於交流接 觸器8和三相磁電轉換裝置13之間。
在由空氣開關2、交流接觸器8、磁電轉換裝置13和可控矽11串接構成 的三相電源供電系統中，所述回饋器12分別對應並接於三相磁電轉換裝置13 和交流接觸器8之間。
磁電轉換裝置13和信息控制處理器6相連接後，再和計算機控制器CPU10 相連接，計算機控制器CPU10再通過可控矽11和磁電轉換裝置13相連接，組 成三相電源供電線路的動力控制部分的節能控制迴路。
在原有線路結構不變、只更換電子元器件的額定值和連接導線的規格的情
況下，其工作電壓可以在380V、 660V、 1140V至10KV的電力系統中進行節能 控制。
以下結合附圖2給出一個最佳的實施例
本實用新型的智能化磁電可逆匹配式節電裝置可分為三大部分
第一部分，其一為信息檢測及控制電路部分，包括電感器HL1、 HL2、 HL3， 電流轉換器IAV1、 IBV1、 ICV1和IAV2、 IBV2、 ICV2及信息處理器(1)和信 息處理器(2)等，其二為信息的再處理和進一步控制部分，包括信息控制處 理器(3)及其相連接的工作迴路，其三為電源電路部分，其中分為動力電源 電路及控制電路電源兩部分，動力電源部分包括空氣開關A、 B、 C和交流接觸 器，控制電路電源即為低電電源部分，包括小型變壓器B及與之相連的兩個+5V 的直流電源，供給計算機控制器CPU，信息處理器(1)，信息處理器(2)和信 息控制處理器(3)及指示燈等低壓電路的運行。
第二部分，為計算機的控制部分及由其控制的電力輸出部分，包括計算機 控制器CPU及可控矽TRIAC。
第三部分是磁電轉換部分及匹配完成後的剩餘電能的回饋部分，包括磁電 轉換裝置L和回饋器等。
本實用新型的智能化磁電可逆匹配式節電裝置實現發明目的的方式如下
1、 當開啟空氣開關、接通三相電源後，整個系統即開始啟動並正常工作， 用電設備如電動機等開始運轉。
2、 當電流通過電感器HL1、 HL2、 HL3後產生感應電壓和電流，經過電流 轉換器IAV1、 IBV1、 ICV1和IAV2、 IBV2、 ICV2對信號轉換強化後，送至信息 處理器(1)和信息處理器(2)綜合處理後，將此信息傳輸至計算機控制器CPU, 產生相應的正常工作電壓，此時CPU不送出控制動作電壓。當A、 B、 C三相電 壓出現故障時，如斷相或過流，過壓情況發生時，則送至信息處理器(1)和 信息處理器(2)的感應電壓和電流即發生變化，CPU接收到這一故障信號後，
則輸出相應的控制信息，使整個系統停止工作，控制精度可以達到毫秒級，使 用電設備如電動機、燈具、電器等得以保護而不致被燒毀，而與此同時，CPU 將故障信號傳送至指示燈後，則故障指示燈亮，提示維修人員及時處理並排出 障礙。
3、 當電流經過磁電轉換裝置L時，即產生磁電變化的信號，這些信號傳 送至信息控制處理器(3)時，經過進一步的控制處理後送至計算機控制處理
器CPU，利用計算機智能化控制功能，CPU將信號處理後送至可控矽模塊TRIAC， 從而改變其輸出電壓和電流，亦即用電設備在重載時輸出相應的高電壓和大電 流，而當用電設備處於輕載或空載時則相應的減少輸出電壓和輸出電流。 其中，其可逆匹配過程是通過下述程序完成的。
在可控矽TRIAC根據計算機控制器CPU的指令對供給負載的電壓和電流實 時控制的同時，根據可控矽對負載大小的控制信息，同時又將這一信息返回至 計算機控制器CPU， CPU對這些信息進一步分析處理後，又返回輸送至信息控 制處理器(3)，信息控制處理器(3)對這一信息強化處理後，又將這一信息 返回至磁電轉換裝置L，使L在磁電能量轉換中，可輸出同負載功率相同的電 壓和電流，而將多餘的電能通過回饋器LAP1、 LBP2、 LCP3自動回饋到電源供 電線路中去，並以此實現了節電裝置的進一步節電效果。
本實用新型的智能化磁電可逆匹配式節電裝置的雙向補償功能是通過下 述程序實現的
當電源接通時，電流即瞬間通過磁電轉換裝置L，此時磁電轉換裝置L在 第一時間內即開始儲能，隨著通電時間的延長，這種儲能效果便會不斷提高， 利用L，信息控制處理器(3)計算機控制器CPU及可控矽TRIAC的控制迴路， 在利用CPU的補償控制信號，首先通過可控矽TRIAC的輸出對負載(如電動機) 的有功功率和無功功率進行補償，同時再逆向通過交流接觸器和空氣開關對供 電線路進行有功功率和無功功率的補償，因而使供電線路和用電設備的有功功 率因數和無功功率因數都得到明顯提高。
以上所述的實施例，只是本實用新型較優選的具體實施方式
的一種，本領 域的技術人員在本實用新型技術方案範圍內進行的通常變化和替換都應包含 在本實用新型的保護範圍內。
權利要求1、一種智能化磁電可逆匹配式節電裝置，包括機箱，其特徵在於，在機箱的上部安裝有空氣開關，電感器，電流數字轉換器，信息處理器，信息控制處理器，同步輸入器，交流接觸器和+5V電源；在機箱的中部安裝有計算機控制器CPU、可控矽和回饋器；在機箱的下部安裝有三相磁電轉換裝置；其中，所述信息處理器、信息控制處理器、同步輸入器和+5V電源分別連接計算機控制器CPU，所述三相磁電轉換裝置連接信息控制處理器，並通過信息控制處理器連接計算機控制器CPU，所述電感器通過電流數字轉換器連接信息處理器，並連接計算機控制器CPU，所述電感器串接於交流接觸器和磁電轉換裝置之間，所述磁電轉換裝置通過可控矽連接負載，串接的交流接觸器、電感器和磁電轉換裝置上還並接有回饋器。
2、 根據權利要求1所述的一種智能化磁電可逆匹配式節電裝置，其特徵 在於，所述計算機控制器CPU由電源電路、與其相耦合的信號放大電路和與放 大管基極相連的電壓電流控制電路構成，所述計算機控制器CPU通過輸出電路 接口連接可控矽。
3、 根據權利要求1所述的一種智能化磁電可逆匹配式節電裝置，其特徵 在於，所述兩個並接的信息處理器連接計算機控制器CPU，所述信息處理器分 別通過對應的電流數字轉換器和電感器連接，所述電感器串接於交流接觸器和 三相磁電轉換裝置之間。
4、 根據權利要求1所述的一種智能化磁電可逆匹配式節電裝置，其特徵在 於，在由空氣開關、交流接觸器、磁電轉換裝置和可控矽串接構成的三相電源供 電系統中，所述回饋器分別對應並接於三相磁電轉換裝置和交流接觸器之間。
5、 根據權利要求1所述的一種智能化磁電可逆匹配式節電裝置，其特徵 在於，所述磁電轉換裝置和信息控制處理器相連接後，再和計算機控制器CPU 相連接，計算機控制器CPU再通過可控矽和磁電轉換裝置相連接，組成三相電 源供電線路的動力控制部分的節能控制迴路。
專利摘要本實用新型屬於電氣設備節能領域，具體提供一種用於電動機、風機、水泵及電氣照明和電器設備的自控調壓型的智能化磁電可逆匹配式節電裝置。其結構包括機箱，在機箱的上部安裝有空氣開關，電感器，電流數字轉換器，信息處理器，信息控制處理器，同步輸入器，交流接觸器和+5V電源，在機箱的中部安裝有計算機控制器CPU、可控矽和回饋器，在機箱的下部安裝有三相磁電轉換裝置。本實用新型的一種智能化磁電可逆匹配式節電裝置使電源供電量和用電設備的實際耗電量達到最佳的能量匹配效果，並將多餘的電能節餘下來後通過回饋器自動回饋到電源電路中去，從而達到節約電能的目的。
文檔編號G05F1/46GK201045646SQ20062016007
公開日2008年4月9日 申請日期2006年11月27日 優先權日2006年11月27日
發明者何勳碧, 王遂德 申請人:北京市康特理化高技術公司