CN102570463A - 用于提高电源效率的设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于提高电源效率的设备和方法。根据本发明，由于用于提高扭转电磁波的设备与对负载提供电源的电源单元电绝缘，所述设备能够与诸如单相电力系统和三相电力系统的供电系统无关地使用，并且所述设备可减少诸如空气调节器和电冰箱的利用感应电动机的装置的功率消耗。

Description

用于提高电源效率的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于提高电源效率的设备和方法，更具体地涉及一种用于提高电源效率的设备和方法，其中通过对将电源单元和负载电连接的输电线施加扭转电磁波来提高电源效率。

背景技术

通过交流电驱动的负载所消耗的有效电功率P满足等式1。

[等式1]

(其中：V表示电压，I表示电流，表示功率因素)

根据等式1，通过减少电压或电流，负载消耗的电功率可被减少。

然而，不能减少电压，因为负载需要额定电压以正常操作。因此，应该减少提供给负载的电流，以便减少负载消耗的电功率。

用于确定提供给负载的电功率的量的因素是包括在提供给负载的电流中的谐波成分和过电压成分。

如图1所示，交流电(图1中示出为实线)与理想正弦波(图1中示出为虚线)的主要区别是由于谐波成分和过电压成分引起的，从而增加由负载消耗的电功率。

具体地，谐波成分引起由负载消耗的电功率增加，过电压成分引起负载故障。因此，包括在电流中的谐波成分应该被最小化，以便减少由负载消耗的电功率，过电压成分可被去除，以便防止负载损坏的故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于提高电源效率的设备和方法，其中通过对将电源单元和负载电连接的输电线施加扭转电磁波来提高电源效率。

为了实现本发明的上述目的，提供一种用于提高电源效率的设备，所述设备被连接到电源单元和负载，所述设备包括：扭转电磁波发生器，所述扭转电磁波发生器用于对将所述电源单元和所述负载电连接的输电线施加扭转电磁波，其中所述扭转电磁波发生器包括：上磁体和下磁体，所述上磁体和所述下磁体用于在其间产生磁场；一个或多个金属柱，所述一个或多个金属柱被安装在所述上磁体和所述下磁体之间；和导线，所述导线被连接到所述输电线，其中所述导线的第一端与所述下磁体绝缘，所述导线的第二端被连接到所述输电线，所述导线以Z字形通过一个或多个金属柱的第二端。

还提供一种用于减少负载消耗的功率的方法，所述方法包括：利用扭转电磁波发生器对输电线施加扭转电磁波，其中所述扭转电磁波发生器包括：用于在其间产生磁场的上磁体和下磁体；安装在所述上磁体和所述下磁体之间的一个或多个金属柱；和连接到所述输电线的导线；其中所述导线的第一端与所述下磁体绝缘，所述导线的第二端被连接到所述输电线，所述导线以Z字形通过一个或多个金属柱的第二端。

优选地，所述上磁体的N极面对所述下磁体的S极。

优选地，所述下磁体的磁力比所述上磁体的磁力强。

优选地，所述一个或多个金属柱的每一个的第一端被绕着所述上磁体设置，所述一个或多个金属柱的每一个的第二端被绕着所述下磁体设置。

优选地，所述扭转电磁波发生器还包括：上壳体，所述上壳体包括其中安装所述上磁体的第一磁体槽和其中插入一个或多个金属柱的每一个的所述第一端的第一柱槽；和下壳体，所述下壳体包括其中安装所述下磁体的第二磁体槽和其中插入一个或多个金属柱的每一个的所述第二端的第二柱槽。

优选地，所述下壳体包括其中插入所述导线的Z字形槽。

优选地，根据本发明的扭转电磁波发生器还包括滤波器单元，所述滤波器单元被电连接到所述输电线，以过滤施加到所述负载的过电压且减少包括于在所述输电线中流动的电流中的谐波。

优选地，所述滤光器单元被串联连接在所述电源单元和所述负载之间，或所述滤光器单元、所述电源单元和所述负载并行连接。

优选地，一个或多个金属柱的每一个包括铜杆。

优选地，所述一个或多个金属柱包括彼此平行的六个铜杆，所述六个铜杆的第一端被设置在第一六边形的顶点处，所述六个铜杆的第二端被设置在第二六边形的顶点处。

优选地，施加到所述输电线的所述扭转电磁波具有与流经所述输电线的电子的频率相应的波长。

优选地，所述导线绕一个或多个金属柱的每一个盘绕且以Z字形通过一个或多个金属柱的所述第二端。

附图说明

图1是示出交流电的波形图。

图2是示意性地说明包括电源单元、负载和根据本发明用于提高电源效率的设备的电力系统。

图3是说明根据本发明的设备的框图。

图4a-4b是示意性地示出流经输电线的电子的图。

图5a是示出根据本发明的扭转电磁波发生器的透视图。

图5b是示出沿图5a的线A-A’剖开的扭转电磁波发生器的剖面图。

图5c是示出根据本发明的扭转电磁波发生器的上壳体的视图。

图5d是示出根据本发明的扭转电磁波发生器的下壳体的视图。

图6a是示出根据本发明实施例的扭转电磁波发生器的上壳体的视图，其中在上壳体中安装了导线。

图6b是示出根据本发明实施例的扭转电磁波发生器的下壳体的视图，其中在下壳体中安装了导线。

图7a到图7d是说明对于10kW负载的第一比较测试结果的曲线图。

图8a到图8d是说明以空气调节器为负载的第二比较测试结果的曲线图。

图9是示出根据本发明用于提高电源效率的方法的流程图。

具体实施方式

将参考附图详细描述根据本发明的提高电源效率的设备和方法。

图2是示意性地说明根据本发明的设备400的图，其中设备400被连接在电源单元100和负载200之间。

参考图2，根据本发明的设备400经由输电线300连接到电源单元100和负载200。

输电线300将电源单元100和负载200电连接以提供电流流动的路径。

下文中，参考图3更详细地描述根据本发明的设备400。

图3是说明根据本发明的设备400的框图。

参考图3，设备400包括扭转电磁波发生器410。另外，设备400可进一步包括滤波器单元420。

扭转电磁波发生器410对输电线300施加扭转电磁波。

流经输电线的交流电与正弦波类似，但是不同于标准正弦波。如图4a所示，流经输电线的交流电包括谐波成分和噪声成分。而且，交流电包括过电压成分，该过电压成分导致对负载不希望的影响。由于谐波、噪声和过电压成分，构成在输电线中流动的电流的电子的动能的一部分丢失作为热能。

当具有与流经输电线的电子的频率相应的扭转电磁波被施加到电子时，流经输电线的电子的势能增加。因此，如图4b所示，丢失的能量、也就是热能被转换为有效能量。

在图5a到图5d中示出根据本发明的产生扭转电磁波且将其结合到输电线的电磁波发生器410。

图5a是示出根据本发明的扭转电磁波发生器410的透视图，图5b是沿图5a的线A-A’剖开的扭转电磁波发生器410的剖面图。另外，图5c和图5d分别是示出根据本发明的扭转电磁波发生器410的上壳体和下壳体的视图，其中图5c和图5d中的(i)分别是示出上壳体和下壳体的正视图，图5c和图5d中的(ii)分别是示出上壳体和下壳体的后视图，图5c和图5d中的(iii)分别是示出沿图(i)的线A-A’剖开的上壳体和下壳体的剖面图。另外，图6a和图6b是示出根据本发明的扭转电磁波发生器410的下壳体的视图，其中导线被安装在下壳体中。

参考图5a到图5d，扭转电磁波发生器410包括上磁体520-1、下磁体520-2、一个或多个金属柱540和导线430。而且，扭转电磁波发生器410可进一步包括上壳体510-1和下壳体510-2。

上磁体520-1和下磁体520-2在扭转电磁波发生器410中产生磁场。优选地，上磁体520-1的N极面对下磁体520-2有S极。而且，下磁体520-2的磁力比上磁体520-1的磁力强。

上磁体520-1被安装在上壳体510-1的磁体槽550-1中，下磁体520-2被安装在下壳体510-2的磁体槽550-2中。上磁体520-1和下磁体520-2可被分别固定在磁体槽550-1和磁体槽550-2中，如果需要，利用诸如粘合剂的固定手段进行上述固定。

一个或多个金属柱540被安装在上磁体520-1和下磁体520-2之间。

具体地，一个或多个金属柱540中的每一个的第一端被绕着上磁体520-1设置，一个或多个金属柱540中的每一个的第二端被绕着下磁体520-2设置。特别地，一个或多个金属柱540中的每一个的第一端被插入上壳体510-1的柱槽530-1中，一个或多个金属柱540中的每一个的第二端被插入柱槽530-2中。一个或多个金属柱540中的每一个的第一端和一个或多个金属柱540中的每一个的第二端可分别被固定在柱槽530-1和柱槽530-2中，如果需要，利用诸如粘合剂的固定手段进行上述固定。

一个或多个金属柱540中的每一个可包括但不限于铜杆。

图5中示出的扭转电磁波发生器410包括一个或多个金属柱540，所述金属柱包括彼此平行的六个铜杆。六个铜杆的第一端被以六个铜杆的第一端形成第一六边形的方式布置，六个铜杆的第二端被以六个铜杆的第二端形成第二六边形的方式布置。即六个铜杆的第一端被设置在第一六边形的顶点，六个铜杆的第二端被设置在第二六边形的顶点。然而，一个或多个金属柱540可被布置成形成六边形之外的多边形。例如，四个铜杆可被设置在四边形的顶点，八个铜杆可被设置在八边形的顶点。

导线430被连接到输电线300。具体地，如图6a所示，导线430的第一端与下磁体520-2绝缘，导线430的第二端被连接到输电线300。另外，导线430以Z字形通过一个或多个金属柱540的第二端。在一个实施例中，如图6b所示，导线430可绕一个或多个金属柱540中的每一个盘绕且以Z字形通过一个或多个金属柱540的第二端。

上壳体510-1包括上磁体520-1被安装于其中的磁体槽550-1和一个或多个金属柱540中的每一个的第一端被插入于其中的柱槽530-1。

下壳体510-2包括下磁体520-2被安装于其中的磁体槽550-2和一个或多个金属柱540中的每一个金属柱的第二端被插入于其中的柱槽530-2。

另外，下壳体510-2包括导线430被插入其中的Z字形槽560。如图6a所示，被插入Z字形槽560中的导线430的第一端与下磁体520-2绝缘，导线430的第二端延伸以与输电线300连接。

上磁体520-1和下磁体520-2分别被插入上壳体510-1和下壳体510-2中，具有插入其中的上磁体520-1和下磁体520-2的上壳体510-1和下壳体510-2通过一个或多个金属柱540结合以构成扭转电磁波发生器410。导线430可被安装在下壳体520-1的表面上或插入在下壳体510-2的Z字形槽中。

导线430的第二端被连接到输电线300以施加通过扭转电磁波发生器410产生的扭转电磁波。

参考回图3，根据本发明的设备400可进一步包括滤波器单元420。滤波器单元420被电连接到输电线300以过滤施加到负载200上的过电压成分且减少包括于在输电线300中流动的电流中的谐波成分。优选地，滤波器单元420被串联连接在电源单元100和负载200之间，或滤波器420、电源单元100和负载200并行连接。通常，滤波器420可由诸如闸流晶体管的元件体现。由于过滤过电压成分和减少谐波成分的滤波器单元420对于本领域技术人员而言是公知的，其详细描述被省略。

根据本发明的设备400的扭转电磁波发生器410可被安装于输电线300的每一个。例如，在四线三相电力系统的情况下，可为除了N电线外的三个电线的每一个安装扭转电磁波发生器410。也可以为除了N电线外的三个电线的每一个安装滤波器单元420。

本发明的发明人已对根据本发明的设备400的性能进行了各种测试。

在第一比较测试中，通过在有、无设备400的情况下对10kW负载施加约385V的电压进行测试。

图7a到图7d是说明在有、无设备400的情况下对10kW负载进行第一比较测试的结果的曲线图，其中示出电压(V)、电流(A)、有效电功率(kW)和能量(kWh)。

参考图7a到图7d，由于当设备400被安装时消耗的电流减少，与设备400不被安装的情况相比，有效电功率和能量减少。在表1中概述了在图7a到图7d中示出的电压、电流、有效电功率和能量。

[表1]

	电压(V)	电流(A)	有效电功率(kW)	能量(kWh)	减少率(％)
						无设备400	386.4	13.4	8.4	8.5	-
有设备400	385.4	11.3	7.1	7.2	14.84

参考图1，其中安装了设备400的电功率的消耗与不安装设备400的情况相比减少了14.84％。

在第二比较测试中，通过在有、无设备400的情况下对空气调节器施加约380V的电压进行测试。

图8a到图8d是说明在有、无设备400的情况下第二比较测试结果的曲线图，其中空气调节器被用作负载，其中示出电压(V)、电流(A)、有效电功率(kW)和能量(kWh)。

参考图8a到图8d，由于当设备400被安装时消耗的电流减少，与不安装设备400的情况相比，有效电功率和能量减少。在表2中概述了图8a到图8d中示出的电压、电流、有效电功率和能量。

[表2]

电压(V)

电流(A)

有效电功率(kW)

能量(kWh)

减少率(％)

无设备400	380.6	5.08	2.15	0.35	-
						有设备400	380.8	4.09	1.83	0.30	14.2

参考表2，其中安装设备400时电功率的消耗与不安装设备400的情况相比少14.2％。

根据本发明的发明人进行的各种测试，当负载是感应电动机时通过安装设备400减少的电功率量最大。考虑在空气调节器的压缩机中频繁使用感应电动机的事实，能够急剧降低在消耗大量电功率的诸如空气调节器的装置中消耗的电功率。

下文中，更详细地描述根据本发明用于提高电源效率的方法。

图9是示出根据本发明用于提高电源效率的方法的流程图。

参考图9，准备扭转电磁波发生器(S110)，该扭转电磁波发生器包括用于在其间产生磁场的上磁体和下磁体、安装在上磁体和下磁体之间的一个或多个金属柱和连接到输电线的导线。

导线的第一端与下磁体绝缘，导线以Z字形通过一个或多个金属柱的第二端。上文中参考图5a到图6a描述了扭转电磁波发生器的部件。因此，省略其详细描述。

之后，导线的第二端被连接到输电线以对其施加扭转电磁波(S130)。

之后，电源单元通过施加功率驱动负载(S150)。当在驱动负载的同时扭转电磁波被施加到输电线时，在输电线中的行进的电子流被提高，从而减少由负载消耗的电流。因此，负载消耗的电功率减少。

根据本发明的用于提高电源效率的设备和方法具有以下优势。

由于根据本发明用于提高电源效率的设备和方法与对负载提供电源的电源单元电绝缘，可以与通过电源单元提供的电流和电压无关地使用该设备和方法。

另外，由于根据本发明的设备可仅由磁体、金属柱和导线构造，设备可被容易以低成本制造。

而且，由于能够与诸如单相电力系统和三相电力系统的供电系统无关地使用根据本发明的用于提高电源效率的设备和方法，该设备和方法不需要根据供电系统重新设计。

另外，由于根据本发明的用于提高电源效率的设备和方法表现对于诸如感应电动机的负载的高性能，诸如空气调节器和电冰箱的装置的功率消耗可被减少。

虽然已经参考本发明的优选实施例特别示出和描述了本发明，本领域技术人员应该理解在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种形式和细节的变化。

Claims (16)

1.一种用于提高电源效率的设备，所述设备被连接到电源单元和负载，所述设备包括：

扭转电磁波发生器，所述扭转电磁波发生器用于对将所述电源单元和所述负载电连接的输电线施加扭转电磁波，其中所述扭转电磁波发生器包括：

上磁体和下磁体，所述上磁体和下磁体用于在其间产生磁场；

一个或多个金属柱，所述一个或多个金属柱被安装在所述上磁体和所述下磁体之间；和

导线，所述导线被连接到所述输电线，

其中所述导线的第一端与所述下磁体绝缘，所述导线的第二端被连接到所述输电线，所述导线以Z字形通过一个或多个金属柱的第二端。

2.如权利要求1所述用于提高电源效率的设备，其特征在于，所述上磁体的N极面对所述下磁体的S极。

3.如权利要求1所述用于提高电源效率的设备，其特征在于，所述下磁体的磁力比所述上磁体的磁力强。

4.如权利要求1所述用于提高电源效率的设备，其特征在于，所述一个或多个金属柱的每一个的第一端被绕着所述上磁体设置，所述一个或多个金属柱的每一个的第二端被绕着所述下磁体设置。

5.如权利要求4所述用于提高电源效率的设备，其特征在于，所述扭转电磁波发生器还包括：

上壳体，所述上壳体包括其中安装所述上磁体的第一磁体槽和其中插入一个或多个金属柱的每一个的所述第一端的第一柱槽；和

下壳体，所述下壳体包括其中安装所述下磁体的第二磁体槽和其中插入一个或多个金属柱的每一个的所述第二端的第二柱槽。

6.如权利要求5所述用于提高电源效率的设备，其特征在于，所述下壳体包括其中插入所述导线的Z字形槽。

7.如权利要求1所述用于提高电源效率的设备，还包括滤波器单元，所述滤波器单元被电连接到所述输电线，以过滤施加到所述负载的过电压且减少包括于在所述输电线中流动的电流中的谐波。

8.如权利要求7所述用于提高电源效率的设备，其特征在于，所述滤光器单元被串联连接在所述电源单元和所述负载之间，或所述滤光器单元、所述电源单元和所述负载并行连接。

9.如权利要求1所述用于提高电源效率的设备，其特征在于，所述负载包括感应电动机。

10.如权利要求1所述用于提高电源效率的设备，其特征在于，所述一个或多个金属柱的每一个包括铜杆。

11.如权利要求1所述用于提高电源效率的设备，其特征在于，所述一个或多个金属柱包括彼此平行的六个铜杆，所述六个铜杆的第一端被设置在第一六边形的顶点处，所述六个铜杆的第二端被设置在第二六边形的顶点处。

12.如权利要求1所述用于提高电源效率的设备，其特征在于，施加到所述输电线的所述扭转电磁波具有与流经所述输电线的电子的频率相应的波长。

13.如权利要求1所述用于提高电源效率的设备，其特征在于，所述导线绕一个或多个金属柱的每一个盘绕且以Z字形通过一个或多个金属柱的所述第二端。

14.一种用于减少负载消耗的功率的方法，所述方法包括：

利用扭转电磁波发生器对输电线施加扭转电磁波，其中所述扭转电磁波发生器包括：用于在其间产生电磁场的上磁体和下磁体；安装在所述上磁体和所述下磁体之间的一个或多个金属柱；和连接到所述输电线的导线；其中所述导线的第一端与所述下磁体绝缘，所述导线的第二端被连接到所述输电线，所述导线以Z字形通过一个或多个金属柱的第二端。

15.如权利要求14所述用于减少负载消耗的功率的方法，其特征在于，所述扭转电磁波发生器还包括：

上壳体，所述上壳体包括其中安装所述上磁体的第一磁体槽和其中插入一个或多个金属柱的每一个的所述第一端的第一柱槽；和

下壳体，所述下壳体包括其中安装所述下磁体的第二磁体槽和其中插入一个或多个金属柱的每一个的所述第二端的第二柱槽。

16.如权利要求15所述用于减少负载消耗的功率的方法，其特征在于，所述下壳体包括其中插入所述导线的Z字形槽。

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