CN103378750B - 电抗节电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电抗节电装置，至少包括第一电容器并接交流电，以储存电场能量，电抗器电性连接第一电容器，以转换电场能量成第一自感能量，二极管串接电抗器，以整流第一自感能量，变压器电性连接第一电容器，以转换电场能量成第二自感能量，可调式变压器电性连接变压器及第二电容器，以转换第二自感能量成第三自感能量，硅控整流器电性连接二极管及可调式变压器，以转换第一自感能量及第三自感能量成电动势，并将电动势输出至负载，本发明加装桥式整流电路，得以输出直流电，利用本发明可降低电怠性负载的耗竭电能，以提高整体效能品质。

Description

电抗节电装置

技术领域

本发明为一种节电装置，特别是一种电抗性节电装置。

背景技术

随着经济成长，国民所得提高与生活品质提升，家庭基本家电种类增多，除了增加电力的支出外，当然也增加了二氧化碳的排放，且在工业用电上，不论是钢铁、石化、水泥及造纸业，电能需求量也日渐增加，只是如此一来更是加速了能源危机，因为能源供应短缺或是价格上涨而影响经济，尤其是石油，电力或其他自然资源的短缺。能源危机通常会使得经济休克，很多突如其来的经济衰退通常就是由能源危机引起的。由于目前的能源危机使然，使得世界各国开始进行发展绿色能源，在这股绿能风潮带动下，如何提供更干净的绿色能源以及提供更省电的节电装置俨然成为全球绿能产业两大研发主流。

截至目前，市面上的节电装置，大多是以电器于预设时间内开机或关机来节省不必要的电力耗损，众所周知的节电装置通常是在电源延长线上设置一总开关，当电器不需使用时，使用者只要将总开关关闭，便可切断电器与外部电源的连接，由此达到节电效果，然而此类的节约电力装置都是必须靠使用人自行走到节约电力装置并按下开关方能达到节约电力的效果，而下次要使用时，又必须再次走到节约电力装置旁并按下开关方能重新与外部电源连接，如此一来，繁复的使用开关手续，也容易造成使用人在使用上的不方便，况且此类的节约电力装置，仅是利用使用人设定开关的方式，也难谓是真正具有节约电力效果。

有鉴于此，本发明人乃通过多年从事相关产业的开发经验，针对现有节电装置在使用上所面临的问题深入探讨，通过大量分析，并积极寻求解决之道，经过长期努力的研究与发展，终于成功的创作出一种具有电抗节电装置，可应用于各类的家电用品以及工业用电上的所有电阻性、电容性及电感性负载，以改善以上所述的缺失。

发明内容

本发明的主要目的，是在提供一种电抗节电装置，依据电抗器、变压器以及可调式变压器来产生磁电效应，可具有节约电力的作用，更可降低电怠性负载设备的耗竭电能，提高省电效率以节约能源，使整体效能品质提高。

本发明的又一目的，是在提供一种电抗节电装置，利用二极管对电抗器所释放的第一电动势进行整流，因此本发明可减少电动机电源输入的设备容量，同时亦可降低线路电流补偿功率，增加电抗整流特性优质化。

本发明的再一目的，是在提供一种电抗节电装置，加装第一电容器及第二电容器更可抵消部分的虚功率(KVAR)，以提升实功率(KW)，使功率因数(P.F)改善提高，亦可降低总功率(KVA)，广泛的应用范围可包含所有家电电器用品及工业用节约电力等负载相容，且本发明的电抗节电装置符合台电功率因数规范，不得低于80％的电流滞后功率因数规范。

本发明的另一目的，是在提供一种电抗节电装置，通过新增桥式整流电路，即可使电抗节电装置将交流电转输出直流电，因此本发明不但可应用交流性负载，还可用于直流性负载，且在新增桥式整流电路的同时，选用磁氧体电感的电抗器，可转换直流电最大效益，如此一来，本发明得以整合各项多功能供电系统，例如主动电力滤波器(A.P.E.)及功率因素校整(P.F.C.)，以便于何未来直流供电驱动及改善电力品质达到节能效果。

本发明的又一目的，是在提供一种电抗节电装置，可降低线路阻抗损失，使整体效能品质提高，由于线路电流降低，压降减少，故具备有更稳定的电力品质供应，可减少设备损失并延长寿命，并改善电压调整率，以提供所有用电设备的实际负载，当电抗节电装置于靠近总开关，电力效率值能提高，使用于分电盘开关配合负载情形，使整体电源的功率因数提高。

为达上述的目的，本发明提供一种电抗节电装置，用以接收交流电，交流电具有电场能量，且电抗节电装置可电性连接负载，电抗节电装置至少包括第一电容器并接交流电，以储存电场能量，电抗器电性连接第一电容器，以接收并转换电场能量成第一自感能量，二极管串接电抗器，以对第一自感能量进行整流，再输出第一自感能量，变压器电性连接第一电容器，以接收并转换电场能量成一第二自感能量，第二电容器并接变压器，以储存第二自感能量，可调式变压器电性连接变压器及第二电容器，以接收并转换第二自感能量成第三自感能量，以及硅控整流器电性连接二极管及可调式变压器，以接收第一自感能量及第三自感能量，以输出电动势，其中硅控整流器及变压器电性连接负载时，可调式变压器可进行调整电动势。

实施时，所述硅控整流器具有一阳极、一阴极及一闸极，所述阳极串接所述二极管，且所述闸极电性连接所述可调式变压器，并利用第三自感能量以控制所述阴极及所述阳极的导通或截止状态。

实施时，，所述第一电容器及所述第二电容器为高功率电容器，所述二极管为高功率二极管，所述电抗器为高功率电抗器，所述变压器及所述可调式变压器为高功率变压器。

实施时，所述电抗器具有一铁心及一线圈，且所述铁心的材质为硅钢片。

实施时，所述电抗器为绕线型电感器、叠层型电感器、薄膜型电感器或磁氧体电感。

实施时，所述变压器及所述可调式变压器具有一铁心及一线圈，且所述铁心的材质为硅钢片。

实施时，所述负载为一交流性负载，电性连接所述阴极及所述变压器以形成回路，所述交流性负载可接收所述电动势。

实施时，所述交流性负载为电阻性负载、电感性负载或电容性负载。

实施时，更包括：一无熔丝开关，电性连接所述交流电、所述第一电容器及所述电抗器。

实施时，更包括：一桥式整流电路，电性连接所述阴极及所述第二电容器，以接收所述电动势，转换输出一直流电；以及

一第三电容器，电性连接所述桥式整流电路，以储存所述直流电。

实施时，所述桥式整流电路具有：

一第一双向硅控闸流体，具有一第一端子、一第二端子及一第一控制闸极；

一第一绝缘栅双极晶体管，具有一第一集极、一第一射极及一第二控制闸极，所述第一集极电性连接所述第一端子，所述第一射极电性连接所述第二端子，所述第二控制闸极电性连接所述第一控制闸极；

一第二双向硅控闸流体，具有一第三端子、一第四端子及一第三控制闸极，所述第三端子电性连接所述第二端子；

一第二绝缘栅双极晶体管，具有一第二集极、一第二射极及一第四控制闸极，所述第二集极电性连接所述第三端子，所述第二射极电性连接所述第四端子，所述第四控制闸极电性连接所述第三控制闸极，且所述第二集极电性连接所述第一射极；

一第三双向硅控闸流体，具有一第五端子、一第六端子及一第五控制闸极；

一第三绝缘栅双极晶体管，具有一第三集极、一第三射极及一第六控制闸极，所述第三集极电性连接所述第五端子，所述第三射极电性连接所述第六端子，所述第六控制闸极电性连接所述第五控制闸极；

一第四双向硅控闸流体，具有一第七端子、一第八端子及一第七控制闸极，所述第七端子电性连接所述第六端子；以及

一第四绝缘栅双极晶体管，具有一第四集极、一第四射极及一第八控制闸极，所述第四射极电性连接所述第三电容器，所述第八控制闸极电性连接所述第七控制闸极。

实施时，所述负载是一直流性负载，电性连接所述第三电容器以形成回路，所述直流性负载可接收所述直流电。

实施时，所述直流性负载为电阻性负载、电感性负载或电容性负载。

本发明的有益效果在于：利用本发明可降低电怠性负载的耗竭电能，以提高整体效能品质。

底下通过具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为本发明的电抗节电装置电路图；

图2为本发明新增无熔丝开关的电抗节电装置电路示意图；

图3为本发明新增桥式整流电路的电抗节电装置电路示意图。

附图标记说明：10-电抗节电装置；12-第一电容器；14-电抗器；16-二极管；20-变压器；22-第二电容器；23-硅控整流器；24-可调式变压器；26-负载；28-无熔丝开关；30-桥式整流电路；32-第三电容器；34-第一双向硅控闸流体；36-第一绝缘栅双极晶体管；38-第二双向硅控闸流体；40-第二绝缘栅双极晶体管；42-第三双向硅控闸流体；44-第三绝缘栅双极晶体管；46-第四双向硅控闸流体；48-第四绝缘栅双极晶体管；50-负载；A-阳极；K-阴极；G-闸极；T₁-第一端子；T₂-第二端子；T₃-第三端子；T₄-第四端子；T₅-第五端子；T₆-第六端子；T₇-第七端子；T₈-第八端子；C₁-第一集极；C₂-第二集极；C₃-第三集极；C₄-第四集极；E₁-第一射极；E₂-第二射极；E₃-第三射极；E₄-第四射极；G₁-第一控制闸极；G₂-第二控制闸极；G₃-第三控制闸极；G₄-第四控制闸极；G₅-第五控制闸极；G₆-第六控制闸极；G₇-第七控制闸极；G₈-第八控制闸极。

具体实施方式

关于本发明的实施方式及其所欲解决的问题、解决问题的技术手段及对照先前技术的功效，在搭配参考图式的详细说明中，得以一一呈现。

本发明的实施方式首先参阅图1，以说明本发明的电抗节电装置电路图，如图所示，本发明揭示一种电抗节电装置10，用以接收交流电，交流电具有电场能量，且电抗节电装置可电性连接负载，电抗节电装置10至少包括第一电容器12并接交流电，以储存电场能量，电抗器14电性连接第一电容器12，以接收并转换电场能量成第一自感能量，二极管16串接电抗器14，以对第一自感能量进行整流，再输出第一自感能量，变压器20电性连接第一电容器12，以接收并转换电场能量成第二自感能量，第二电容器22并接变压器20，以储存第二自感能量，可调式变压器24电性连接变压器20及第二电容器22，以接收并转换第二自感能量成第三自感能量，硅控整流器23具有阳极A、阴极K及闸极G，且阳极A串接二极管16以接收第一自感能量，硅控整流器23的闸极G电性连接可调式变压器24以接收第三自感能量，且硅控整流器23可利用第三自感能量以控制阴极K及阳极A的导通或截止状态，此硅控整流器23导通时，可由阴极K输出电动势，至少一交流性负载26，电性连接阴极K及变压器20以形成回路，交流性负载26可接收电动势，且可调式变压器24可进行调整电动势。

如上所述，其中第一电容器12及第二电容器22为高功率电容器，二极管16为高功率二极管。电抗器14为高功率电抗器，而此高功率电抗器是一种能将电能通过自感能量的形式储存起来的被动电子元件，当有电场能量通过时，会从电场能量流过方向的右边产生自感能量，电抗器14具有铁心及线圈，且铁心的材质为硅钢片，以增加电阻性、降低保磁力与改善磁性稳定使得其磁通的饱和密度能提高，电抗器14可为绕线型电感器、叠层型电感器或薄膜型电感器。硅控整流器23具有小电流(电压)控制大电流(电压)作用，并体积小、轻、功耗低、效率高、开关迅速的优点。变压器20及可调式变压器24为高功率变压器，并具有铁心及线圈，且铁心的材质为硅钢片，交流性负载26可为电阻性负载、电感性负载或电容性负载，电阻性负载例如是白炽灯、电热丝。电感性负载例如是电磁设备、如交流电机、变压器或电感器。电容性负载例如是电容器。

接续，参阅图2，以说明本发明新增无熔丝开关的电抗节电装置电路示意图，如图所示，本发明于此揭示无熔丝开关28，电性连接交流电、第一电容器12以及电抗器14，其中无熔丝开关28，为一种过电流保护的装置，用于室内或工业配线上使用的总开关与分电流控制开关，是一种有效的保护负载的重要元件，主要用作短路保护和防止负载严重超载，工业机器上的负载保护也会指定使用断路器做为保护装置之一。

接续，参阅图3，以说明本发明新增桥式整流电路的电抗节电装置电路示意图，如图所示，本发明于此揭示一种新增桥式整流电路30的电抗节电装置10，其中桥式整流电路30电性连接阴极K及第二电容器22，接收电动势，以转换输出直流电，以及第三电容器32电性连接桥式整流电路30，以储存直流电。

其中桥式整流电路30具有第一双向硅控闸流体34，具有第一端子T₁、第二端子T₂及第一控制闸极G₁，第一绝缘栅双极晶体管36，具有第一集极C₁、第一射极E₁及第二控制闸极G₂，第一集极C₁电性连接第一端子T₁，第一射极E₁电性连接第二端子T₂，第二控制闸极G₂电性连接第一控制闸极G₁，第二双向硅控闸流体38，具有第三端子T₃、第四端子T₄及第三控制闸极G₃，第三端子T₃电性连接第二端子T₂，第二绝缘栅双极晶体管40，具有第二集极C₂、第二射极E₂及第四控制闸极G₄，第二集极C₂电性连接第三端子T₃，第二射极E₂电性连接第四端子T₄，第四控制闸极G₄电性连接第三控制闸极G₃，且第二集极C₂电性连接第一射极E₁，第三双向硅控闸流体42，具有第五端子T₅、第六端子T₆及第五控制闸极G₅，第三绝缘栅双极晶体管44，具有第三集极C₃、第三射极E₃及第六控制闸极G₆，第三集极C₃电性连接第五端子T₅及第一集极C₁，第三射极E₃电性连接第六端子T₆及阴极K，第六控制闸极G₆电性连接第五控制闸极G₅，第四双向硅控闸流体46，具有第七端子T₇、第八端子T₈及第七控制闸极G₇，第七端子T₇电性连接第六端子T₆，以及第四绝缘栅双极晶体管48，具有第四集极C₄、第四射极E₄及第八控制闸极G₈，第四集极C₄电性连接第七端子T₇，第四射极E₄电性连接第三电容器32，第八控制闸极G₈电性连接第七控制闸极G₇，至少一直流性负载50，电性连接第三电容器32以形成回路，直流性负载50可接收直流电。此时电抗器14可选用磁氧体电感，可转换直流电最大效益，而直流性负载50可为电阻性负载、电感性负载或电容性负载。

依据以上说明及图1、图2及图3所揭示的技术内容，本发明的电抗节电装置10可具有节约电力的作用，为有效的省电创作，更可降低电怠性负载的耗竭电能，提高省电效率，节约能源。可减少负载电源输入的设备容量，同时亦可降低线路电流，补偿功率，增加电抗整流特性优质化。更可降低线路阻抗损失，使负载整体效能品质提高。由于线路电流降低，压降减少，故具备有更稳定的电力品质供应，可减少设备损耗并延长负载的使用寿命。电抗节电装置于靠近总开关，电力效率值能提高，使用于分电盘开关配合负载情形，以改善电压调整率，使整体电源的功率数提高。部分电力监控系统，配有自动控制的功率因数调整器，因此电抗节电装置10以符合台电功率因数规范，不得低于80％的电流滞后功率因数规范。

当交流性负载26为感应电动机时，感应电动机的定子、转子间留有空气隙，但是免转差率加大摩擦卡住，经负载后，产生激辞电流大而降低功率因数，更适合使用本发明的电抗节电装置10。整合各项多功能供电系统，如主动电力滤波器(Active Power Filter，APE)及功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)，符合未来直流供电驱动及改善电力品质达到节能效果。

电抗节电装置10通过新增桥式整流电路30，则可使电抗节电装置10应用于例如是直流电动机的直流性负载50。

电抗节电装置10加装第一电容器12及第二电容器22可抵消部分的虚功率(KVAR)，以提升实功率(KW)，使功率因数(P.F)改善提高，亦可降低总功率(KVA)，广泛的应用范围包含所有家电电器用品及工业用节约电力等装置相容。

虽然，本发明前述的实施例揭露如上，然其并非用以限订本发明。在不脱离本发明的精神和范围内所为的更动与润饰，均属于本发明专利范围的主张。关于本发明所界定的专利范围请参考所附的请求项。

Claims (13)

1.一种电抗节电装置，其特征在于，用以接收一交流电，所述交流电具有一电场能量，且所述电抗节电装置电性连接一负载，所述电抗节电装置至少包括：

一第一电容器，并接所述交流电，以储存所述电场能量；

一电抗器，电性连接所述第一电容器，以接收并转换所述电场能量成一第一自感能量；

一二极管，串接所述电抗器，以对所述第一自感能量进行整流，再输出所述第一自感能量；

一变压器，电性连接所述第一电容器，以接收并转换所述电场能量成一第二自感能量；

一第二电容器，并接所述变压器，以储存所述第二自感能量；

一可调式变压器，电性连接所述变压器及所述第二电容器，以接收并转换所述第二自感能量成一第三自感能量；以及

一硅控整流器，电性连接所述二极管及所述可调式变压器，以接收所述第一自感能量及所述第三自感能量，以输出一电动势，其中所述硅控整流器及所述变压器电性连接所述负载时，所述可调式变压器进行调整所述电动势。

2.根据权利要求1所述的电抗节电装置，其特征在于，所述硅控整流器具有一阳极、一阴极及一闸极，所述阳极串接所述二极管，且所述闸极电性连接所述可调式变压器，并利用第三自感能量以控制所述阴极及所述阳极的导通或截止状态。

3.根据权利要求1所述的电抗节电装置，其特征在于，所述第一电容器及所述第二电容器为高功率电容器，所述二极管为高功率二极管，所述电抗器为高功率电抗器，所述变压器及所述可调式变压器为高功率变压器。

4.根据权利要求1所述的电抗节电装置，其特征在于，所述电抗器具有一铁心及一线圈，且所述铁心的材质为硅钢片。

5.根据权利要求1所述的电抗节电装置，其特征在于，所述电抗器为绕线型电感器、叠层型电感器、薄膜型电感器或磁氧体电感。

6.根据权利要求1所述的电抗节电装置，其特征在于，所述变压器及所述可调式变压器具有一铁心及一线圈，且所述铁心的材质为硅钢片。

7.根据权利要求2所述的电抗节电装置，其特征在于，所述负载为一交流性负载，电性连接所述阴极及所述变压器以形成回路，所述交流性负载接收所述电动势。

8.根据权利要求7所述的电抗节电装置，其特征在于，所述交流性负载为电阻性负载、电感性负载或电容性负载。

9.根据权利要求1所述的电抗节电装置，其特征在于，更包括：一无熔丝开关，电性连接所述交流电、所述第一电容器及所述电抗器。

10.根据权利要求2所述的电抗节电装置，其特征在于，更包括：一桥式整流电路，电性连接所述阴极及所述第二电容器，以接收所述电动势，转换输出一直流电；以及

一第三电容器，电性连接所述桥式整流电路，以储存所述直流电。

11.根据权利要求10所述的电抗节电装置，其特征在于，所述桥式整流电路具有：

一第一双向硅控闸流体，具有一第一端子、一第二端子及一第一控制闸极；

一第一绝缘栅双极晶体管，具有一第一集极、一第一射极及一第二控制闸极，所述第一集极电性连接所述第一端子，所述第一射极电性连接所述第二端子，所述第二控制闸极电性连接所述第一控制闸极；

一第二双向硅控闸流体，具有一第三端子、一第四端子及一第三控制闸极，所述第三端子电性连接所述第二端子；

一第二绝缘栅双极晶体管，具有一第二集极、一第二射极及一第四控制闸极，所述第二集极电性连接所述第三端子，所述第二射极电性连接所述第四端子，所述第四控制闸极电性连接所述第三控制闸极，且所述第二集极电性连接所述第一射极；

一第三双向硅控闸流体，具有一第五端子、一第六端子及一第五控制闸极；

一第三绝缘栅双极晶体管，具有一第三集极、一第三射极及一第六控制闸极，所述第三集极电性连接所述第五端子，所述第三射极电性连接所述第六端子，所述第六控制闸极电性连接所述第五控制闸极；

一第四双向硅控闸流体，具有一第七端子、一第八端子及一第七控制闸极，所述第七端子电性连接所述第六端子；以及

一第四绝缘栅双极晶体管，具有一第四集极、一第四射极及一第八控制闸极，所述第四射极电性连接所述第三电容器，所述第八控制闸极电性连接所述第七控制闸极。

12.根据权利要求10所述的电抗节电装置，其特征在于，所述负载是一直流性负载，电性连接所述第三电容器以形成回路，所述直流性负载接收所述直流电。

13.根据权利要求12所述的电抗节电装置，其特征在于，所述直流性负载为电阻性负载、电感性负载或电容性负载。