智能三相節電保護控制器的製作方法
2023-10-29 11:06:02
專利名稱：智能三相節電保護控制器的製作方法
技術領域：
本發明屬於節電保護設備領域，尤其是一種智能三相節電保護控制器。
背景技術：
現有用電系統中均存在著電力垃圾和過剩能耗問題，不僅造成了電能資源的浪費，甚至會導致用電設備的損壞。用電系統中的電力垃圾主要包括瞬變、浪湧、諧波等，這些電力垃圾將使用電系統的用電效率嚴重下降，並對用電設備產生嚴重的衝擊破壞作用；過剩能耗主要體現用電系統中的供電電壓高於用電設備的額定電壓，一方面造成電力資源的浪費，另一方面對用電設備產生不良影響，降低設備的使用壽命。因此，無論是過剩能耗還是電力垃圾都是將用電系統中不需要的電能轉換為熱能、機械能或其他形式的能量被浪費掉。
為了避免上述問題，在一個用電系統或用電設備中有必要安裝節電保護裝置，其目的是1.清除瞬變、浪湧、諧波等電力垃圾，提高功率因數節電；2.調節過剩能耗實現節電的目的。目前，中外市場上的節電產品按電學原理大致可分為五大類型，即系統型、濾波補償型、調壓型、變頻器和電磁型。各類型的主要功能如下，系統型抑制瞬變浪湧、提高末端功率因數；濾波補償型濾除或補償諧波和補償無功；調壓型降低用電系統或用電設備超過額定電壓以上的過剩能耗；電磁型平衡三相用電系統，減少零序電流。各類型的節電器均有其各自的功能特性，同時也存在各自的局限性，若僅使用任何一種類型的節電器想要達到對一個用電系統或用電設備的最佳節電保護效果是根本不可能實現的；若將多種類型的節電器同時用在一個用電系統或用電設備上，又造成用戶的投資成本較高，增加了用戶在節能、節電方面的成本。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、電力垃圾綜合治理效果好且適用於多種電壓等級用電系統和用電設備的智能三相節電保護控制器。
本發明解決其技術問題是採取以下技術方案實現的 一種智能三相節電保護控制器，包括三相火線、零線和地線輸入端子，其特徵在於三相火線、地線輸入端子連接瞬變浪湧抑制單元的輸入端，瞬變浪湧抑制單元的輸出端、零線輸入端子連接調壓三相平衡單元的輸入端，調壓三相平衡單元的輸出端連接諧波補償單元的輸入端，諧波補償單元的輸出端連接負載； 在瞬變浪湧抑制單元輸出端和調壓三相平衡單元之間的每相火線均通過一轉換開關連接並聯在零線上的兩個接觸器，該兩個接觸器與火線和零線的連接關係是 (1)一個接觸器的第一常開觸點串聯在諧波補償單元和負載之間的火線上，第二常開觸點與另外兩相火線連接的轉換開關對應的接觸器的第二常開觸點並聯後再串聯在諧波補償單元和負載之間的零線上； (2)另一個接觸器的第一常開觸點並聯在調壓三相平衡單元輸入端和負載輸入端的零線上，第二常開觸點並聯在調壓三相平衡單元輸入端和負載輸入端的火線上。
而且，在三相火線輸入端子和瞬變浪湧抑制單元輸入端之間的火線上還連接有檢測及顯示單元。
而且，所述檢測及顯示單元由連接在每相火線上的電流互感器、A/D轉換單元、微處理器單元和顯示單元組成，每個電流互感器的輸出端均連接A/D轉換單元的輸入端，A/D轉換單元的輸出端連接微處理器單元的輸入端，微處理器單元的輸出端連接顯示單元。
而且，所述的A/D轉換單元由三組採樣電阻和運算放大器連接構成，所述的採樣電阻採用的是1206精密電阻，所述的運算放大器採用的是AD8604晶片。
而且，所述瞬變浪湧抑制單元為壓敏電阻或瞬變浪湧抑制器件。
而且，所述濾波補償單元為帶通濾波的無源濾波器、帶通濾波的有源濾波器、低通濾波的無源濾波器、低通濾波的有源濾波器、有源與無源組合的濾波器中的一種。
而且，所述調壓三相平衡單元由三相自耦變壓器、電壓互感器、A/D轉換單元、微處理器單元和伺服電機組成，三相自耦變壓器的輸入端連接三相火線和零線，三相自耦變壓器的輸出端連接的火線上分別連接三個電壓互感器的一次繞組，每個電壓互感器的二次繞組連接A/D轉換單元的輸入端，A/D轉換單元的輸出端連接微處理器單元的輸入端，微處理器單元的輸出端連接控制三相自耦變壓器電刷的伺服電機。
本發明的優點和積極效果是 1.本控制器中的瞬變浪湧抑制單元可以使用瞬變浪湧抑制元件或模塊化的控制器件，可有效抑制電網中的瞬變、浪湧等電力垃圾，保護設備不受其幹擾、損壞，並可有效降低這些電力垃圾所引起的用電系統能耗增加，提高整個用電系統的效率。
2.本控制器中的調壓三相平衡單元採用以自耦變壓器和微處理器為核心的電磁平衡調節技術，在調整電壓的同時使三相輸出電壓、電流趨於平衡和穩定，並對負載的電能質量和過剩電耗進行優化處理。
3.本控制器中的諧波補償單元可以是帶通濾波的無源濾波器、帶通濾波的有源濾波器、低通濾波的無源濾波器、低通濾波的有源濾波器、有源與無源組合的濾波器中的一種，使用該諧波和無功補償單元後可以很好的消除諧波對設備的危害，提高了功率因數。
4.本控制器中的檢測及顯示單元採用電流互感器實時對火線上的電流進行採樣，然後將該電流信號輸送至微處理器單元進行處理，然後通過LED或者LCD顯示出來，而且微處理器單元還可以與上位PC機進行通訊以實現良好的人機互動性。
5.本控制器中還設置有轉換開關，該轉換開關與不同的接觸器連接以實現不同電路的切換，設置該轉換開關和接觸器後使本控制器的使用更加靈活，其工作方式多樣，更便於用戶的使用。
6.本控制器中採用瞬變浪湧抑制單元、調壓三相平衡單元和諧波補償單元對瞬變、浪湧、諧波、無功及過剩能耗進行綜合治理，使各單元優勢互補、疊加節電，能使用電系統或用電設備的有功功率的節電率高達10～50％，無功功率的節電率10％以上，視在功率的節電率在15％以上，末端功率因數提高10％以上，電力垃圾(包括諧波、瞬變、浪湧)的清除率80％以上。
7.本發明將系統型、濾波補償型、調壓型、電磁型節電保護裝置的優點集於一身，其綜合治理效果好，降低了節電成本，同時避免了在安裝過程中需要對多臺節電設備進行的安裝調試，節省了人力、物力、財力及時間的損耗。使本發明可廣泛應用於小到家庭、辦公室，大到廠礦、企業、機關單位的用電系統以及小到電腦、電視，大到上千千瓦的用電設備，且適用於多種電壓等級的用電系統和用電設備。
圖1是本發明的電路方框圖； 圖2是檢測及顯示單元的電路方框圖； 圖3是調壓三相平衡單元的電路方框圖。
具體實施例方式 本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明並不限於具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬於本發明保護的範圍。
一種智能三相節電保護控制器，如圖1～3所示，包括三相火線A、B和C、零線N和地線E輸入端子，三相火線A、B和C、地線E輸入端子連接瞬變浪湧抑制單元的輸入端，瞬變浪湧抑制單元的輸出端、零線N輸入端子連接調壓三相平衡單元的輸入端，調壓三相平衡單元的輸出端連接諧波補償單元的輸入端，諧波補償單元的輸出端連接負載。
在瞬變浪湧抑制單元輸出端和調壓三相平衡單元之間的每相火線均通過一轉換開關連接並聯在零線上的兩個接觸器，火線A上連接轉換開關SW1、火線B上連接轉換開關SW2，火線C上連接轉換開關SW3，與轉換開關SW1相對應的接觸器是KM1和KM4，與轉換開關SW2相對應的接觸器是KM2和KM5，與轉換開關SW3相對應的接觸器是KM3和KM6，由於上述轉換開關對應的接觸器與火線和零線的連接方式相同，下面以火線A上連接的轉換開關SW1以及與其對應的KM1和KM4為例進行說明。
轉換開關SW1、接觸器KM1和KM4與火線A和零線N的連接關係是 1.轉換開關SW1的靜觸點連接火線A，其動觸點用於連接接觸器KM1和KM4。
2.接觸器KM1的第一常開觸點KM11串聯在諧波補償單元和負載之間的火線A上，第二常開觸點KM12與火線B和火線C連接的轉換開關SW2和SW3對應的接觸器KM2和KM3的第二常開觸點KM22和KM32並聯後再串聯在諧波補償單元和負載之間的零線N上； 3.接觸器KM4的第一常開觸點KM41並聯在調壓三相平衡單元輸入端和負載輸入端的零線N上，第二常開觸點KM42並聯在調壓三相平衡單元輸入端和負載輸入端的火線A上。
由此可知，轉換開關SW1、SW2和SW3的動觸點分別與接觸器KM1、KM2和KM3相接觸時，調壓三相平衡單元和諧波補償單元投入使用，當轉換開關SW1、SW2和SW3的動觸點分別與接觸器KM4、KM5和KM6相接觸時，不使用調壓三相平衡單元和諧波補償單元。
為了更好的對運行參數、工作狀態進行監控，在三相火線輸入端子和瞬變浪湧抑制單元輸入端之間的火線上還連接有檢測及顯示單元。該檢測及顯示單元如圖2所示，由連接在每相火線上的電流互感器、A/D轉換單元、微處理器單元和顯示單元組成，每個電流互感器的輸出端均連接A/D轉換單元的輸入端，A/D轉換單元的輸出端連接微處理器單元的輸入端，微處理器單元的輸出端連接顯示單元。其中，A/D轉換單元由三組採樣電阻和運算放大器連接構成，採樣電阻採用的是1206精密電阻，運算放大器採用的是AD8604晶片。
瞬變浪湧抑制單元為壓敏電阻或瞬變浪湧抑制器件，該單元分別連接在三相火線A、B和C與地線E之間，該瞬變浪湧抑制單元可以使用壓敏電阻，也可以使用P6KE260A或1.5K260A或5KP浪湧抑制器件，對瞬變浪湧進行抑制，在本實施例中，瞬變浪湧抑制單元使用的是壓敏電阻(RV) 調壓三相平衡單元如圖3所示，由三相自耦變壓器、電壓互感器、A/D轉換單元、微處理器單元和伺服電機組成，三相自耦變壓器的輸入端連接三相火線和零線，三相自耦變壓器的輸出端連接的火線上分別連接三個電壓互感器的一次繞組，每個電壓互感器的二次繞組連接A/D轉換單元的輸入端，A/D轉換單元的輸出端連接微處理器單元的輸入端，微處理器單元的輸出端連接控制三相自耦變壓器電刷的伺服電機。三相自耦變壓器的輸出電壓與給定電壓經過比較後得到一偏差電壓值，通過微處理器單元的運算調節，微處理器單元輸出一控制電壓和驅動信號驅動三相自耦變壓器電刷的伺服電機，使三相自耦變壓器的輸出電壓接近給定值，完成調壓和三相平衡。
濾波補償單元為帶通濾波的無源濾波器、帶通濾波的有源濾波器、低通濾波的無源濾波器、低通濾波的有源濾波器、有源與無源組合的濾波器中的一種。本實施例中使用的是由DSP為核心，使用PWM脈衝信號進行控制的三相電壓型有源濾波器。上述各種類型的濾波器均為現有技術，在此對其組成及與線路的連接不做詳細描述。
本發明的技術參數如表1 表1智能三相節電保護控制器的技術參數
權利要求
1、一種智能三相節電保護控制器，包括三相火線、零線和地線輸入端子，其特徵在於三相火線、地線輸入端子連接瞬變浪湧抑制單元的輸入端，瞬變浪湧抑制單元的輸出端、零線輸入端子連接調壓三相平衡單元的輸入端，調壓三相平衡單元的輸出端連接諧波補償單元的輸入端，諧波補償單元的輸出端連接負載；
在瞬變浪湧抑制單元輸出端和調壓三相平衡單元之間的每相火線均通過一轉換開關連接並聯在零線上的兩個接觸器，該兩個接觸器與火線和零線的連接關係是
(1)一個接觸器的第一常開觸點串聯在諧波補償單元和負載之間的火線上，第二常開觸點與另外兩相火線連接的轉換開關對應的接觸器的第二常開觸點並聯後再串聯在諧波補償單元和負載之間的零線上；
(2)另一個接觸器的第一常開觸點並聯在調壓三相平衡單元輸入端和負載輸入端的零線上，第二常開觸點並聯在調壓三相平衡單元輸入端和負載輸入端的火線上。
2、根據權利要求1所述的一種智能三相節電保護控制器，其特徵在於在三相火線輸入端子和瞬變浪湧抑制單元輸入端之間的火線上還連接有檢測及顯示單元。
3、根據權利要求2所述的一種智能三相節電保護控制器，其特徵在於所述檢測及顯示單元由連接在每相火線上的電流互感器、A/D轉換單元、微處理器單元和顯示單元組成，每個電流互感器的輸出端均連接A/D轉換單元的輸入端，A/D轉換單元的輸出端連接微處理器單元的輸入端，微處理器單元的輸出端連接顯示單元。
4、根據權利要求3所述的一種智能三相節電保護控制器，其特徵在於所述的A/D轉換單元由三組採樣電阻和運算放大器連接構成，所述的採樣電阻採用的是1206精密電阻，所述的運算放大器採用的是AD8604晶片。
5、根據權利要求1所述的一種智能三相節電保護控制器，其特徵在於所述瞬變浪湧抑制單元為壓敏電阻或瞬變浪湧抑制器件。
6、根據權利要求1所述的一種智能三相節電保護控制器，其特徵在於所述濾波補償單元為帶通濾波的無源濾波器、帶通濾波的有源濾波器、低通濾波的無源濾波器、低通濾波的有源濾波器、有源與無源組合的濾波器中的一種。
7、根據權利要求1所述的一種智能三相節電保護控制器，其特徵在於所述調壓三相平衡單元由三相自耦變壓器、電壓互感器、A/D轉換單元、微處理器單元和伺服電機組成，三相自耦變壓器的輸入端連接三相火線和零線，三相自耦變壓器的輸出端連接的火線上分別連接三個電壓互感器的一次繞組，每個電壓互感器的二次繞組連接A/D轉換單元的輸入端，A/D轉換單元的輸出端連接微處理器單元的輸入端，微處理器單元的輸出端連接控制三相自耦變壓器電刷的伺服電機。
全文摘要
本發明屬於一種智能三相節電保護控制器，包括三相火線、零線和地線輸入端子，三相火線、地線輸入端子連接瞬變浪湧抑制單元的輸入端，瞬變浪湧抑制單元的輸出端、零線輸入端子連接調壓三相平衡單元的輸入端，調壓三相平衡單元的輸出端連接諧波補償單元的輸入端，諧波補償單元的輸出端連接負載。本發明將系統型、濾波補償型、調壓型、電磁型節電保護裝置的優點集於一身，其綜合治理效果好，降低了節電成本，同時避免了在安裝過程中需要對多臺節電設備進行的安裝調試，節省了人力、物力、財力及時間的損耗，適用於多種電壓等級的用電系統和用電設備。
文檔編號H02J3/18GK101609990SQ20091006982
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月22日 優先權日2009年7月22日
發明者李文斌 申請人:李文斌