CN104078980A - 能选择及稳定输出电压的节电系统 - Google Patents

Abstract

一种能选择及稳定输出电压的节电系统，包括一多输出电压变压器、一调压控制器、多个电压选择开关及至少一个负载控制器，多输出电压变压器的初级绕组侧通过多個分接头开关，连接至一输入电压，同一时间，每相仅有一个分接头开关呈导通状态，其次级绕组侧设有多条输出引线，以产生多个不同电压值的输出电压，该调压控制器能改变所述分接头开关的状态，使输出电压符合默认的电压值，所述电压选择开关分别连接至负载与所述输出引线间，同一时间，一个负载仅接收一条输出引线的输出电压，各该负载控制器的输入端与输出端分别连接至负载及各该电压选择开关，其根据负载的工作状态，切换各该电压选择开关，以改变传送至负载的输出电压的电压值。

Description

能选择及稳定输出电压的节电系统

技术领域

本发明是关于节电系统，尤指一种能侦测输入电压的实际电压值，而适当地调整初级绕组侧与次级绕组侧间的线圈匝数比，使输出电压符合预期的电压值，且能根据每一个负载的运转情况，调整供应适当电压至各个负载的节电装置。

背景技术

随着国内工、商产业的蓬勃发展，促使企业对能原的需求量大增，主要原因在于业者于建造工厂、机房或商用建筑(如：百货公司、量贩店)时，除了生产或工作所需的机台之外，其它如：冷气机、照明设备、电梯…等设备，亦会采用较多的数量，以能提供工作人员或民众更良好的使用环境。但实际情况中，无论是机台、冷气机或照明设备…等设备，皆不可能时时处于满载运作的状态下，而可能随着时间(如：上班时间、午夜)或人数变化，使其处于轻载运作或空载运作，因此，当设备并非处于满载运作的情况下，仍接收到满载运作所需的工作电压时，不仅是一种浪费能源的不良情况，且会造成业者的生产与营业成本大增。

另，除前述情况之外，一般言，电力公司(如：中国的台湾电力公司)在供应电力予业者时，其所供应的供电电压(service voltage)会具有一变动率，因此，设备所接收到的实际电压值可能会超过额定电压(ratedvoltage)，进而对设备造成损坏，举例而言，对于电动机(或称马达)的设备，当其接收到的电压较额定电压高时，会造成起动电流增加及转矩增大等情形，在长时间运转之下，不仅会使其内的电容器等相关零件的使用寿命缩短，甚至发生因运转所产生的高热而烧毁，故，为使设备能正常操作，设备业者通常于制造设备时，会预留安全裕度，以能容许供电电压所发生的变动率，此举，不仅提高设备的装设成本，且常造成电能浪费，此外，当供电电压的变动率超过设备的安全裕度时，势必仍会造成设备损坏。

承上所述可知，目前业者普遍面临的电力问题有二，其一是供电电压的变动率，会造成设备于运转时，所接收到的电压并非是在安全裕度内的电压(即，非容许的工作电压)，造成设备于不适当的工作电压下运转，容易发生损坏或工作质量不良等问题；其二是设备的工作状态(如：满载、轻载、空载)改变时，其所接收到的工作电压并未改变，造成了电能浪费。

目前来说，电力的计算标准是采用电功率(Electric power)，其中电功率更包括视在功率(apparent power)、有效功率(real power)与无效功率(reactive power)，所谓的视在功率是设备所接收的电压(V)与电流(I)的乘积；有效功率则是设备于工作时所使用的电压(V)与电流(I)的乘积，再乘以cosθ，前述θ为电压(V)与电流(I)的相位差；无效功率则是设备于工作的电压(V)与电流(I)的乘积，再乘以sinθ；查，电力公司(如：中国的台湾电力公司)在供应电力予业者时，其所提供的电功率为视在功率，但消费者所支付的电费则是以有效功率作为计算基础，因此，若业者能够依设备的工作状态，调整设备的工作电压，使之能有效降低有效功率的产生，进而节省业者的电费支出，电力公司亦可降低其整体的总发电量。

故，如何针对前述电力问题，设计出一种崭新的节电系统，以能对输入电压及输出电压进行调整，令设备不仅能持续获取稳定的工作电压，并能根据自身的工作状态接收不同的工作电压，以大幅减少业者不必要的电费支出，即成为本发明在此亟欲探讨的一重要课题。

发明内容

有鉴于目前尚未有任何节电系统，能够在稳定输出电压时，尚根据各个负载的运作情况，调整输出至各个负载的输出电压，常造成业者支出不必要的电力成本，故，发明人经过长久努力研究与实验，终于开发设计出本发明的一种能选择及稳定输出电压的节电系统，以期通过本发明而能提供一种更佳的节电系统，以使业者能减少电费支出，且能对节能减碳尽一份心力。

本发明的一目的，是提供一种能选择及稳定输出电压的节电系统，主要能根据负载的工作状态，调整输出至负载的电压值，且能因应输入电压的变动而进行对应调整，使输出电压具有稳定的数值，该节电系统包括一多输出电压变压器、一调压控制器、多个电压选择开关与至少一个负载控制器，其中该多输出电压变压器包括一初级绕组侧(primary side)、多个分接头开关及一次级绕组侧(secondary side)，该初级绕组侧设有多条抽头(tap)引线，各该抽头引线是分别通过各该分接头开关连接至一输入电压，且同一时间，每相仅有一个分接头开关是呈导通状态，其余分接头开关则呈断开状态，又，该次级绕组侧设有多条输出引线，以产生多个不同电压值的输出电压，可分别输出至不同的负载(如：冷气机、工具机、空压机…等)，另，该调压控制器的输入端连接至该多输出电压变压器，以侦测该输入电压的实际电压值，并据以改变所述分接头开关的导通或断开状态，以使输出电压的电压值符合默认的数值，再者，各该电压选择开关分别连接至各该负载与所述输出引线间，且同一时间，一个负载仅能接收到一条输出引线的输出电压，各该负载控制器的输出端及输入端是分别连接至各该负载及各该电压选择开关，其会侦测各该负载的工作状态(如：满载、轻载、空载)，且切换各该电压选择开关，进而改变传送至各该负载的输出电压的电压值。如此，通过本发明的节电系统的设计，当输入电压不稳定时，通过改变所述分接头开关的导通或断开状态，即可使该次级绕组侧所产生的输出电压保持在业者默认的数值，又，当各该负载控制器侦测到部份负载呈满载、轻载或空载的工作状态时，尚能通过切换各该电压选择开关所输送的输出电压，以降低业者的整体电力效耗，进而节省电费支出。

附图说明

为便审查员能对本发明目的、技术特征及其功效，做更进一步的认识与了解，以下结合实施例及附图，详细说明如下，其中：

图1是本发明的节电系统的示意图；及

图2是本发明的负载控制器的架构示意图。

具体实施方式

本发明是一种能选择及稳定输出电压的节电系统，请参阅图1所示，该节电系统1包括一多输出电压变压器11、一调压控制器13、多个电压选择开关15及多个负载控制器17，在一较佳实施例中，该多输出电压变压器11是为一自耦变压器(即，具有一个线组的变压器)，主要在于同容量的自耦电压器与隔离变压器(即，具有两个线组的变压器)相较之下，不仅自耦变压器的尺寸较小，且损耗或造价均小于隔离变压器，有助于降低业者的生产成本，惟，虽然图1是以自耦变压器的电路方式绘制，但在本发明的其它实施例中，业者亦能够依产品需求，采用各种适合的变压器作为多输出电压变压器11，合先陈明。

承上，复请参阅图1所示，该多输出电压变压器11，包括一初级绕组侧111(primary side)、一次级绕组侧113(secondary side)及多个分接头开关115(如图1的虚框中所示)，其中该初级绕组侧111设有多条抽头(tap)引线112，各该抽头引线112是分别通过各该分接头开关115，连接至一输入电压Vin，当不同的分接头开关115各自呈导通状态时，是会改变初级绕组侧111与次级绕组侧113间的线圈匝数比，进而会改变次级绕组侧113的输出电压V₁-V_n的电压值上下限，如此，当输入电压Vin不稳定时，业者即可使各该分接头开关115呈导通状态，以将输出电压V₁-V_n控制于默认的电压值上，进而达到稳定输出电压的功效，举例而言，当输入电压Vin的电压值为110伏特时，输出电压V₁为2200伏特，但当输入电压Vin的电压值为120伏特时，输出电压V₁则为2400伏特，此时，业者即可改变各个分接头开关115的导通或断开状态，使得输出电压V₁仍保持于2200伏特，以使负载19能接收到正确的工作电压。又，为达到前述功效，在同一时间中，每相仅会有一个分接头开关115是呈导通状态，其余分接头开关115则呈断开状态，以避免该多输出电压变压器11的输出电压V₁-V_n偏离业者的预期值过远。

复请参阅图1所示，该次级绕组侧113设有多条输出引线114，由于各该输出引线114于次级绕组侧113中的位置并不相同，意即，每一个输出引线114具有不同的次级绕组侧113与初级绕组侧111的线圈匝数比，使得每条输出引线114所产生的输出电压V₁-V_n均不相同，如此，负载19便能依自身需求，而接收不同输出引线114所传送的输出电压V₁-V_n。在此特别一提者，图1所绘示的分接头开关115与输出引线114的数量相同，但仅为本发明的一实施态样，实际上，业者能依该多输出电压变压器11的容量与负载19需求，而分别减少或增加分接头开关115与输出引线114的数量，使分接头开关115与输出引线114两者的数量不同。

另，复请参阅图1所示，该调压控制器13的输入端是连接至该多输出电压变压器11，其能控制各个分接头开关115呈导通或断开状态，并能侦测该输入电压Vin的实际电压值，该调压控制器13内设有一电压目标值，当其判断出该输入电压Vin的实际电压值，是超过或低于该电压目标值时，其能据以改变所述分接头开关115的导通或断开状态，使得初级绕组侧111与次级绕组侧113间的线圈匝数比改变，以使输出电压V₁-V_n的电压值能位于业者默认的电压值上，以避免负载19接收到不正确的工作电压。再者，所述电压选择开关15(如图1的虚框中所示的每一个电压选择开关15)分别连接至各该负载19与所述输出引线114间，且同一时间，一个负载19所对应的多个电压选择开关15中，仅有一个电压选择开关15呈导通状态，其余电压选择开关15则呈断开状态，意即，各该负载19仅能够接收到一条输出引线114所传来的输出电压V₁-V_n，在该实施例中，一个负载19是连接至三个电压选择开关15，但同样不以此为限，且不同负载19所对应的多个电压选择开关15，能够电气连接至不同的输出引线114，以接收到不同的输出电压V₁-V_n，例如：图1左方的负载19能接收到输出电压V₁、V₃及V_n，右方的负载19则能接收到输出电压V₁、V₂及V₃。

复请参阅图1所示，在该实施例中，每一个负载19及其对应的各个电压选择开关15，皆分别连接至同一个负载控制器17的输出端及输入端，该负载控制器17能够侦测负载19的工作状态(如：满载、轻载、空载)，且能根据负载19的当前工作状态，切换各该电压选择开关15，使得负载19能够依当前工作状态接收到适合的输出电压V1-Vn，在本发明的各个实施例中，该负载控制器17除能够自行侦测负载19的工作状态之外(如图1的右方的负载控制器17与负载19的连接方式)，尚有其它实施方式，例如：该负载控制器17与负载19间尚设有一侦测模块18，其中该侦测模块18能够设置于负载19上，并取得该负载19当前的工作状态，以传送予负载控制器17；或者，该侦测模块18能够为单独的感测元件(如：温度传感器、光传感器、压力传感器…等)，且其能够侦测负载19的工作状态，并传送相关的侦测信号予负载控制器17，事先说明。请参阅图2所示，该负载控制器17包括一微处理器171、一内存单元173及一输出/入介面175，其中该微处理器171通过总线1711(如：数据总线(data bus)、地址总线(address bus)、控制总线(control bus))，分别连接至内存单元173与输出/入介面175，以传送或接指令，且该内存单元173尚安装有一程序1731，以供执行切换电压选择开关15的程序，该输出/入介面175则能够连接需要的感测元件(如：温度传感器、光传感器、压力传感器…等)与电压选择开关15，如此，微处理器171能够于执行该程序及接收到传感器后，为负载19选定能满足其需求且最省能的工作电压，进而通过输出/入介面175对电压选择开关15进行切换操作。惟，前述的负载控制器17仅为一实施例，业者能依产品需求，自行调整负载控制器17的元件架构，只要该负载控制器17能够根据负载19的工作状态，并切换电压选择开关15，即为本发明所述的负载控制器17，事先说明。

为方便说明，复请参阅图1所示，兹以图1最右方的电压选择开关15、负载控制器17及负载19为例，其中该负载19是为冷气机，且电气连接三个电压选择开关15，各个电压选择开关15分别电气连接输出电压V₁-V₃，又，输出电压V₁为满载电压、输出电压V₂为轻载电压、输出电压V₃为空载电压，该负载控制器17设有一温度传感器，以能侦测室内温度，且内建有一满载温度值与一空载温度值，当室内的人数较多，造成室内温度超过该负载控制器17所设定的满载温度值时，该负载控制器17会使对应输出电压V₁的电压选择开关15呈导通状态，其余电压选择开关15则呈断状态，使得负载19能接收到输出电压V₁的电压值，并进行工作；又，当室内的人数较少，造成室内温度低于该负载控制器17所设定的空载温度值时，该负载控制器17会使对应输出电压V₃的电压选择开关15呈导通状态，其余电压选择开关15则呈断状态，使得负载19能接收到输出电压V₃的电压值，并进行工作；如此，在各个负载19处于不同的工作状态之下，仅会接收到对应工作状态的输出电压V₁-V_n，以避免负载19仅需空载电压时，仍接收到满载电压，造成电力浪费。

在此声明，图1及前述实施例中，虽然是以一个负载控制器17连接至一个负载19及一组电压选择开关15(即，三个电压选择开关15)为例，进行说明，但在本发明的其它实例中，业者能够仅设有一个负载控制器17，且该负载控制器17能够连接至多个负载19及多组电压选择开关15，以使各该负载19同一时间仅接收到一个输出电压V₁-V_n，此外，本发明的调压控制器13与负载控制器17尚能分别通过一接口装置(图中未示)，与对应元件(如：多输出电压变压器11、电压选择开关15)相连接，事先说明。如此，通过本发明的节电系统1的整体设计，当输入电压Vin不稳定时，通过改变所述分接头开关115的导通或断开状态，即可使初级绕组侧111与次级绕组侧113间的线圈匝数比改变，进而使该次级绕组侧113所产生的输出电压保持在业者默认的电压值，令负载19不会工作于不正确的电压值上，有效提高负载19的用电效率。又，当各该负载控制器17侦测到部份负载19呈满载、轻载或空载的工作状态时，其会通过切换各该电压选择开关15所输送的输出电压V₁-V_n，使得各个负载19均能接收到足以保持正常工作状态且最省能的电压值，而不会在空载或轻载的工作状态下，接收到满载电压的情形，大幅降低业者所消耗的电能成本。

按，以上所述，仅是本发明的较佳实施例，惟，本发明所主张的权利范围，并不局限于此，凡是熟悉该项技术人士，依据本发明所揭露的技术内容，可轻易思及的等效变化，均应属不脱离本发明的权利要求保护范畴。

Claims (4)

1.一种能选择及稳定输出电压的节电系统，包括：

一多输出电压变压器，包括一初级绕组侧、多个分接头开关及一次级绕组侧，其中该初级绕组侧设有多条抽头引线，各该抽头引线分别通过各该分接头开关，连接至一输入电压，且同一时间，每相仅有一个分接头开关呈导通状态，其余分接头开关则呈断开状态，在各该分接头开关分别呈导通状态的情况下，会改变该初级绕组侧与次级绕组侧间的线圈匝数比，该次级绕组侧设有多条输出引线，以产生多个不同电压值的输出电压；

一调压控制器，连接至该多输出电压变压器，以侦测该初级绕组侧的输入电压的实际电压值，且能据以改变所述分接头开关的导通或断开状态，以调整各该输出电压的电压值；

多个电压选择开关，所述电压选择开关分别连接至各个负载与所述输出引线间，且同一时间，一个负载所对应的所述电压选择开关中，仅一个电压选择开关呈导通状态，其余电压选择开关呈断开状态；及

至少一负载控制器，分别连接至各该负载及所述电压选择开关，其会侦测各该负载的工作状态，据以切换各该电压选择开关，以改变传送至各该负载装置的输出电压的电压值。

2.如权利要求1所述的能选择及稳定输出电压的节电系统，其中该调压控制器内设有一电压目标值，其在判断出该初级绕组侧的输入电压的实际电压值超过或低于该电压目标值的状态下，能据以改变所述分接头开关的导通或断开状态。

3.如权利要求2所述的能选择及稳定输出电压的节电系统，尚包括一侦测模块，其中该负载控制器是通过该侦测模块而间接连接至该负载，该侦测模块能取得该负载当前的工作状态，并传送予该负载控制器。

4.如权利要求3所述的能选择及稳定输出电压的节电系统，其中该多输出电压变压器为一自耦变压器。