CN104752928A - 家用交直流混合供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种家用交直流电混合供电系统，其包括交流火线，负极零线，直流正极线，安全地线，直流供电电源，交流供电电源，若干个直流用电设备，其与负极零线、直流正极线、安全地线连接，若干个交流用电设备，其与交流火线、负极零线安全地线连接，以及若干个电器插座。本发明的家用交直流混合供电系统采用四线的结构形式，不仅使家用电器设备省去电源内部的AC-DC整流电路，而且当使用直流输出的新能源作为直流供电电源时，可省去其所需要的逆变并网过程，实现新能源向家用电器设备直接供电。因此，本发明的家用交直流混合供电系统减小了家用电器电源的体积，提高了电源的供电效率，降低了家用电器的制造成本。

Description

家用交直流混合供电系统
技术领域
本发明属于家庭供电技术领域，具体涉及一种家用交直流混合供电系统。
背景技术
目前家庭供电采用单相220V/50Hz、三相380V/50Hz单纯交流供电模式，而现代许多采用开关电源技术供电的家用电器设备，其供电前段均有一个AC-DC的整流电路，把交流电转化为直流电供用电设备使用。如果家庭供电方式可直接供直流电，则可以省去家用电器电源内部的AC-DC整流电路，这不仅可减小家用电器电源的体积，提高其供电效率，而且可以大大节约家用电器的制造成本。随着清洁能源如太阳能发电设备在家庭中的广泛应用，其发出的直流电常需要一个逆变并网过程，才能供应于现有的交流供电模式，这就增加了AC-DC电源逆变的环节，使供电系统复杂，供电成本提高，增大了电器电源的体积和能耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种家用交直流混合供电系统，解决了现有技术中的家用供电系统中需要配置AC-DC整流电路才能使用直流电及使用新能源直流发电设备产生的直流电需要并网逆变过程造成的家用供电系统复杂，供电成本高、电器电源的体积和能耗大的技术问题。
本发明采用的技术方案是，家用交直流混合供电系统，其包括交流火线，负极零线，正极直流线，安全地线，在负极零线和正极直流线之间的连接导线上设置有直流供电电源，在负极零线和交流火线之间的连接导线上设置有交流供电电源；若干个电器插座；若干个直流用电设备，直流用电设备通过直流用电设备插头与电器插座与负极零线、正极直流线、安全地线连接；若干个交流用电设备，交流用电设备通过交流用电设备插头和电器插座与交流火线、负极零线、安全地线连接。
本发明的特点还在于，
电器插座包括负极零线插孔、正极直流线插孔、安全地线插孔、交流火线插孔，其分别与负极零线、正极直流线、安全地线与交流火线连接，电器插座还包括插座外壳。
负极零线插孔竖向设置在电器插座的上侧，正极直流线插孔横向设置在电器插座的右侧，安全地线插孔竖向设置电器插座的下侧，交流火线插孔横向设置在电器插座的左侧。
直流用电设备插头包括第一负极零线金属插片，交流火线橡胶插片，第一安全地线金属插片，正极直流线金属插片，其分别与直流用电设备中的负极零线、交流火线、安全地线、正极直流线连接。
直流用电设备插头的第一负极零线金属插片竖向设置在直流用电设备插头的上侧，交流火线橡胶插片横向设置在直流用电设备插头的右侧，第一安全地线金属插片竖向设置在直流用电设备插头的下侧，正极直流线金属插片横向设置在直流用电设备插头的左侧。
交流用电设备插头包括第二负极零线金属插片、交流火线金属插片、第二安全地线金属插片、正极直流线橡胶插片，分别与交流用电设备中的负极零线、交流火线、安全地线、正极直流线连接。
交流用电设备插头的第二负极零线金属插片竖向设置在交流用电设备插头的上侧，交流火线金属插片横向设置在交流用电设备插头的右侧，第二安全地线金属插片竖向设置在交流用电设备插头的下侧，正极直流线橡胶插片横向设置在交流用电设备插头的左侧。
第一负极零线金属插片，第一安全地线金属插片、正极直流线金属插片为铜材质。
第二负极零线金属插片、交流火线金属插片、第二安全地线金属插片为铜材质。
本发明的有益效果是：本发明的家用交直流混合供电系统采用四线的结构形式，不仅使家用电器设备省去电源内部AC-DC整流电路，而且使广为直流输出的新能源可省去其所需要的逆变并网过程，实现新能源向家用电器设备直接供电，减小了家用电器电源的体积，提高了电源的供电效率，降低了家用电器的制造成本。本发明的家用交直流混合供电系统既可以承载直流电也可以承载交流电，电器设备可以根据自身的用电性质，选择不同的供电方式，增强了电器设备的对供电方式的可选择性。另外，本发明的交直流共同传输的模式提高了家庭电网的电能传输密度。
附图说明
图1是本发明的家用交直流混合供电系统结构示意图；
图2是本发明的家用交直流混合供电系统的电器插座结构图；
图3是本发明的家用交直流混合供电系统的直流用电设备电器插头示意图；
图4是本发明的家用交直流混合供电系统的交流用电设备电器插头示意图。
图中，1.直流供电电源，2.交流供电电源，3.交流火线，4.负极零线，5.正极直流线，6.安全地线，7.电器插座，8.直流用电设备插头，9.直流用电设备，10.交流用电设备，11.交流用电设备插头，12.负极零线插孔，13.正极直流线插孔，14.安全地线插孔，15.交流火线插孔，16.插座外壳，17.第一负极零线金属插片，18.交流火线橡胶插片，19.第一安全地线金属插片，20.正极直流线金属插片，21.第二负极零线金属插片，22.交流火线金属插片，23.第二安全地线金属插片，24.正极直流线橡胶插片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的家用交直流混合供电系统包括交流火线3，负极零线4，正极直流线5，安全地线6，在负极零线4和正极直流线5之间的连接导线上设置有300V直流供电电源1，在负极零线4和交流火线3之间的连接导线上设置有220V/50Hz交流供电电源2；若干个电器插座7；若干个直流用电设备9，直流用电设备9通过直流用电设备插头8与电器插座7与负极零线4、正极直流线5、安全地线6连接；若干个交流用电设备10，交流用电设备10通过交流用电设备插头11和电器插座7与交流火线3、负极零线4、安全地线6连接；
参见图2，电器插座7包括负极零线插孔12、正极直流线插孔13、安全地线插孔14、交流火线插孔15，分别与负极零线4、正极直流线5、安全地线6与交流火线3连接，电器插座7还包括插座外壳16；负极零线插孔12竖向设置在电器插座7的上侧，正极直流线插孔13横向设置在电器插座7的右侧，安全地线插孔14竖向设置电器插座7的下侧，交流火线插孔15横向设置在电器插座7的左侧。
参见图3，直流用电设备插头8包括第一负极零线金属插片17，交流火线橡胶插片18，第一安全地线金属插片19，正极直流线金属插片20，分别与直流用电设备9中的负极零线、交流火线、安全地线、正极直流线连接。直流用电设备插头的第一负极零线金属插片17竖向设置在直流用电设备插头8的上侧，交流火线橡胶插片18横向设置在直流用电设备插头8的右侧，第一安全地线金属插片19竖向设置在直流用电设备插头8的下侧，正极直流线金属插片20横向设置在直流用电设备插头8的左侧；第一负极零线金属插片17，第一安全地线金属插片19，正极直流线金属插片20均采用铜材质。
参见图4，交流用电设备插头11包括第二负极零线金属插片21，交流火线金属插片22，第二安全地线金属插片23，正极直流线橡胶插片24，分别与交流用电设备10中的负极零线、交流火线、安全地线、正极直流线连接；交流用电设备插头的第二负极零线金属插片21竖向设置在交流用电设备插头11的上侧，交流火线金属插片22横向设置在交流用电设备插头11的右侧，第二安全地线金属插片23竖向设置在交流用电设备插头11的下侧，正极直流线橡胶插片24横向设置在交流用电设备插头11的左侧；第二负极零线金属插片21、交流火线金属插片22、第二安全地线金属插片23均采用铜材质。
本发明中正极直流线标称截面面积的选取原则如下：正极直流线主要负责承载直流用电设备和直流供电电源中的直流电，与直流供电电源、直流用电设备和负极零线形成回路。首先在家庭电路中应选择铜材质或铝材质的导线，其次因为正极直流线主要是承载直流电流，所以需要根据直流电网中的电压和电气设备的最大有功功率确定正极直流线P的标称截面面积。正极直流线P承载的最大承载电流为ID的表达式为：
I D = Σ P 1 U D - - - ( 1 ) ;
其中，UD为直流供电电源1的电压，为300V，ΣP1为所有直流用电设备的最大有功功率之和。
结合铝导线和铜导线载流量的经验计算公式，可以得出正极直流线的标称截面面积SD(mm2)：
交流火线的标称截面面积选取原则如下：交流火线主要负责承载交流用电设备和交流供电电源中交流电，与交流供电电源，交流用电设备和负极零线形成回路。首先在家庭电路中应选择铜材质或铝材质的导线，其次因为交流火线主要是承载交流电流，所以需要根据交流供电电源中的电压和电气设备的最大有功功率确定交流火线的标称截面积。交流火线L承载的最大电流为IA的表达式为：
其中，UA为交流电压源2的电压，为220V/50Hz，所有家庭交流用电设备的最大有功功率之和为ΣP2，为功率因数。
结合铝导线和铜导线载流量的经验计算公式，可以得出交流火线L的标称截面SA(mm2)：
安全地线的标称截面面积的选取原则如下：
安全地线可以防止突然来电对人体的伤害，防治设备漏电，起到保护电气设备和人身安全的作用。选取安全地线，首先家庭传输电路选择铜材质或铝材质的安全地线，其次需要确定安全地线的标称横截面积，安全地线的横截面面积必须满足短路电流的需求，且最小不得小于25平方毫米(按铜材质需求)，由铝导线和铜导线作为安全地线的经验理论：如果交流火线和正极直流线选取的标称截面面积不足16mm2，则安全地线的规格同交流火线和正极直流线中的较大者；如果交流火线和正极直流线选取的标称截面积大于或等于16mm2，则安全地线的标称截面积SPE为：
S PE = ( S A + S D ) 2 - - - ( 7 ) .
负极零线标称截面积的选取原则如下：
负极零线的选取应考虑交流电与直流电的相互叠加原理，交流电通交流火线和负极零线线进行传输，直流电同过正极直流线和负极零线N进行传输，从而两者的总电流I总同时流过线，负极零线N的标称截面面积会发生变化。在安全载流量的考虑下，单根导线比多根导线并行相比，单根导线可取较高的载流量，而且导线在承载电流时会有集肤效应，如果交流火线和正极直流线选取的标称截面面积不足16mm2，则负极零线的规格同交流火线和正极直流线中的较大者。如果交流火线和正极直流线选取的标称截面积大于或等于16mm2，则负极零线N的标称截面积SN为：
S N = ( S A + S D ) 2 - - - ( 8 ) ;
本发明的家用交直流混合供电系统的工作原理如下：本发明由交流火线、负极零线、正极直流线和安全地线组成，四路线并行铺设，在需要设置电器插座的地方，四条线路并联电器插座的相对应插孔。根据用电设备自身的用电性质选择连接相应的插头，由正极直流线和负极零线进行直流电的传输，直流用电设备通过直流用电设备插头插入电器插座，正极直流线与直流供电电源，直流用电设备和负极零线形成回路，安全地线作为安全电路使用，实现了直流电的供应。交流火线和负极零线进行交流电的传输，交流用电设备通过交流用电设备插头插入电器插座，交流火线与交流供电电源，交流用电设备和负极零线形成回路，安全地线作为安全电路使用，实现了交流电的供应。
本发明的家用交直流混合供电系统采用四线的结构形式，不仅使家用电器设备省去电源内部AC-DC整流电路，而且使广为直流输出的新能源可省去其所需要的逆变并网过程，实现新能源向家用电器设备直接供电，减小了家用电器电源的体积，提高了电源的供电效率，降低了家用电器的制造成本。本发明的家用交直流混合供电系统既可以承载直流电也可以承载交流电，电器设备可以根据自身的用电性质，选择不同的供电方式，增强了电器设备的对供电方式的可选择性。另外，本发明的交直流共同传输的模式提高了家庭电网的电能传输密度。

Claims (9)

1.家用交直流混合供电系统，其特征在于，其包括交流火线(3)，负极零线(4)，正极直流线(5)，安全地线(6)，在负极零线(4)和正极直流线(5)之间的连接导线上设置有直流供电电源(1)，在负极零线(4)和交流火线(3)之间的连接导线上设置有交流供电电源(2)；若干个电器插座(7)；若干个直流用电设备(9)，直流用电设备(9)通过直流用电设备插头(8)与电器插座(7)与负极零线(4)、正极直流线(5)、安全地线(6)连接；若干个交流用电设备(10)，交流用电设备(10)通过交流用电设备插头(11)和电器插座(7)与交流火线(3)、负极零线(4)、安全地线(6)连接。
2.根据权利要求1所述的家用交直流混合供电系统，其特征在于，电器插座(7)包括负极零线插孔(12)、正极直流线插孔(13)、安全地线插孔(14)、交流火线插孔(15)，其分别与负极零线(4)、正极直流线(5)、安全地线(6)与交流火线(3)连接，电器插座(7)还包括插座外壳(16)。
3.根据权利要求2所述的家用交直流混合供电系统，其特征在于，负极零线插孔(12)竖向设置在电器插座(7)的上侧，正极直流线插孔(13)横向设置在电器插座(7)的右侧，安全地线插孔(14)竖向设置电器插座(7)的下侧，交流火线插孔(15)横向设置在电器插座(7)的左侧。
4.根据权利要求1所述的家用交直流混合供电系统，其特征在于，直流用电设备插头(8)包括第一负极零线金属插片(17)，交流火线橡胶插片(18)，第一安全地线金属插片(19)，正极直流线金属插片(20)，其分别与直流用电设备(9)中的负极零线、交流火线、安全地线、正极直流线连接。
5.根据权利要求4所述的家用交直流混合供电系统，其特征在于，直流用电设备插头(8)的第一负极零线金属插片(17)竖向设置在直流用电设备插头(8)的上侧，交流火线橡胶插片(18)横向设置在直流用电设备插头(8)的右侧，第一安全地线金属插片(19)竖向设置在直流用电设备插头(8)的下侧，正极直流线金属插片(20)横向设置在直流用电设备插头(8)的左侧。
6.根据权利要求1所述的家用交直流混合供电系统，其特征在于，交流用电设备插头(11)包括第二负极零线金属插片(21)、交流火线金属插片(22)、第二安全地线金属插片(23)、正极直流线橡胶插片(24)，分别与交流用电设备(10)中的负极零线、交流火线、安全地线、正极直流线连接。
7.根据权利要求6所述的家用交直流混合供电系统，其特征在于，交流用电设备插头的第二负极零线金属插片(21)竖向设置在交流用电设备插头(11)的上侧，交流火线金属插片(22)横向设置在交流用电设备插头(11)的右侧，第二安全地线金属插片(23)竖向设置在交流用电设备插头(11)的下侧，正极直流线橡胶插片(24)横向设置在交流用电设备插头(11)的左侧。
8.根据权利要求4所述的家用交直流混合供电系统，其特征在于，第一负极零线金属插片(17)，第一安全地线金属插片(19)、正极直流线金属插片(20)为铜材质。
9.根据权利要求6所述的家用交直流混合供电系统，其特征在于，第二负极零线金属插片(21)、交流火线金属插片(22)、第二安全地线金属插片(23)为铜材质。
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