CN105515008B - 一种适用于三相交流供电系统的增效稳压节电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及节电稳压装置领域，具体公开了一种适用于三相交流供电系统的增效稳压节电装置，其包括节能稳压电路和旁路电路，电磁装置、交流转换接触器、可控硅自动调整电压子电路、电污染吸收治理子电路、中心控制子电路、电压电流输入互感器子电路和电压电流输出互感器子电路。有益效果：本发明可起到节能，稳压，提升供电品质的效果，从而满足精密设备的用电需求，延长设备寿命，降低维护成本。

Description

一种适用于三相交流供电系统的增效稳压节电装置

技术领域

本发明涉及节电稳压装置领域，特别涉及一种适用于三相交流供电系统的增效稳压节电装置。

背景技术

电能作为现代文明的象征，已是全球使用量最大的能源之一。而如何高效的输送和使用电能已成为当今全球最关注的科技课题甚至是政治课题之一。如今，全球各国政府，各企业、各科研机构及各种有识之士都在积极运用多种先进科技手段来研究如何高效输送和使用电能，以缓解越演越烈的能源危机和环境污染的问题。

要高效输送和使用电能，需要解决的问题之一就是：如何从根本上解决电网的中电污染问题。电污染问题虽然看不见摸不着，但确确实实存在。电污染指的是一切供电和用电装置标准需求以外的电能就属于电污染，其也成为衡量电能品质好坏的标准。造成电污染原因主要有2个方面：第一，电力系统供电时，电力设备会产生“瞬流”和“浪涌”两种物理现象。一般情况下，交流正弦波应该是光滑的，但发生“瞬流”和“浪涌”现象时，正弦波形上就会有毛刺状波形，也就意味着出现了电污染；第二，当电输送到企业时，企业内部也会有1个小电网，而小电网内如果存在很多运行陈旧的电机会拉低输送效率。因电感性负载而引起的“瞬流”、“浪涌”、“谐波”，会在小电网里迂回徘徊，从而造成电能的浪费；

电污染的危害是多方面的。第一，电污染使电子元件寿命缩短或损坏，电感性设备的绕阻发热过快，绝缘性能降低，最终导致设备的快速老化甚至短路烧毁等；第二，影响电能品质，制约设备的使用。电污染会限制电能品质的提升，由于近年来随着非线性负载(如变频器，电焊机等)和精密设备的大量使用，用户对电能品质要求的越来越高，如何保证供电的高品质，不 受不良电力品质的影响便成为电力公司、工业界及相关研究机构共同重视的问题；第三，加大生产生活成本。事实上不管是工矿企业，还是平常人家，电表上的显示的用电数字并非实际需要的电量，里面有相当一部分是电污染浪费掉的。

另外，在节电稳压领域还存在5个制约着电能品质但切还难以解决的特殊问题：(1)瞬时或短时间内的电压过低(一般在用电峰时段，某些地方三相电压有时低于360伏)。(2)瞬时，短时间内电压过高(正常在谷时段，某些地方三相电压有时高于400伏)。(3)交流正弦波失真。(4)三相不平衡。(5)电压频率变动，不稳定。这些问题都给用电单位带来负面影响，造成很不必要电能资源浪费。

目前，现有技术中用于改善用电品质，提升电能输送和使用效率的典型节电方法有：

一是使用IC回路电压自动控制方式和变压器降压调节方式的方法。但该方法由于是采用电容器，电子零件控制复杂，易发生故障，养护成本高，应用率极低；采用变压器降压调节回路，会造成变压器的负荷较大，易发热，进而导致一部分电能转热能损失掉，有时不能节电反而会耗电。

二是台湾傅思华先生发明的增效节电装置(申请号为CN200410048164.8)。该设备虽能消除电源杂波，吸收谐波，平衡三相电源之相位与电压，改善供电品质，但其节电率不高，仅有4％至8％，如要使其节电率高只能调整降压线圈将其电压降低，然而当电压降低，供电系统恰好出现上述特殊问题(1)时，会造成整回路压降太大，电压太低，容易损害设备，影响生产，节电率低。

三是中国陈家欣先生发明的三相交流供电系统的节电器(申请号为：CN200610044971.1)该节电器，其能够根据供电品质自动吸收浪涌和谐波，三相不平衡保护，自动控制调整电压，改善供电品质，节电率在8％至25％。但该技术方案控制复杂，且都是电子，电容，电感产品回路控制，很容易出 故障，自动控制调整电压电路，没有补偿升压功能，只是在原供电电压高度降低升高跳动，如当供电系统出现上述特殊问题(1)时，节电器没法工作，压降再低时、也会损害用电设备。其自动控制调整电压电路调节电压用多组交流接触器，每五伏升，降自动跳动，自动调压时出现灯管闪烁，压升压降太大，也影响精密仪器设备的工作，故不能普及使用。

综上所述，上述方案中均不能从根本解决上述供电品质所涉及的5个特殊问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供了一种适用于三相交流供电系统的增效稳压节电装置，其融合了电磁和可控硅技术，可根据供电品质自动阻止和吸收“浪涌”，“瞬流”，“谐波”等瞬态畸变，自动平衡电压相位角，自动电压补偿，调整稳定电压，从而达到吸收治理电污染，提高供电品质的的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案：一种适用于三相交流供电系统的增效稳压节电装置，包括节能稳压电路和旁路电路，电磁装置、交流转换接触器、可控硅自动调整电压子电路、电污染吸收治理子电路、中心控制子电路、电压电流输入互感器子电路和电压电流输出互感器子电路；

电磁装置与交流电源串联，设置在节能稳压电路前端；

交流转换接触器与交流电源串联，设置在节能稳压电路的两端；

可控硅自动调整电压子电路与交流电源并联，设置在节能稳压电路的中间，接受中心控制子电路的指令进行变压补偿；

电污染吸收治理子电路为高压箝位电路，与交流电源并联，设置在节能稳压电路的末端，接受中心控制子电路的指令来保持交流电正弦波波形稳定；

中心控制子电路设置在节能稳压电路中间，其输入端与电压电流输出互感器子电路和电压电流输入互感器子电路相连接，输出端与稳压电路和交流转换接触器相连接；

电压电流输出互感器子电路和电压电流输入互感器子电路对电路中电流、电压所发生突变信息的数据进行采集，并将数据传送到中心控制子电路，由中心控制子电路对用户设备运行性能和状态进行分析，并据此向可控硅自动调整电压子电路和电污染吸收治理子电路发出指令，进行调控。

进一步优化的方案中，旁路电路为电磁原理节电回路，其输入端与交流电源相连接，输出端与交流转换接触器相连接，当中心控制子电路采集到节能稳压电路出现故障信息时，即发出指令使交流接触器自动转换旁路电路工作。

进一步优化的方案中，电磁装置串联节能稳压电路中，其输入端为输入电源，输出端连接交流转换接触器；电磁装置包括3个柱状空心永磁铁氧铁芯、6个高频扼流圈，阻波陷波线圈和3个相位调整线圈，阻波陷波线圈匝数至少3组，相位调整线圈匝数为5组。

进一步优化的方案中，电压电流输入互感器子电路包括电压电流输入互感器和输入模块转换器；电压电流输入互感器在测量到电路中数据后，传送至输入模块转换器中进行数据转换，再传送到中心控制子电路进行处理。

进一步优化的方案中，电压电流输出互感器子电路包括电压电流输出互感器和输出模块转换器电压电流输出互感器在测量到电路中数据后，传送至输出模块转换器中进行数据转换，再传送到中心控制子电路进行处理。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

一是，解决了上述5个制约着电能品质但切还难以解决的特殊问题，做到输入电源、后面用电电源双重过滤处理，提升了供电品质。

二是，节电稳压电路和旁路电路都有节电功能，维修方便、使用寿命长。当节电电路零件有故障时，本节电稳压电路会自动转换旁路电路，从而使得节电稳压电路需要维修方便时，不必停电、不会影响生产。旁路电路为电磁原理节电回路，纯物理物质设计，没有电子配件，使用寿命长，可达30年以上，即使节电电路原件老化没用、旁路电路也能节电使用。

三是，提升了用电品质，使高精密度的仪器设备能够正常使用；自动调整、稳压反应速度为40毫秒以内，稳压精度±1％、三相可分调，输出电压不平衡度小于1％，保证每相输出电压的精度都不变。

四是，节电率高可达10％至35％，有效提高系统用电效率，达到了稳压节电、缓冲节电、降温节电、清洁节电、减容节电的目的。

附图说明

图1结构图

图2电磁节电装置的原理图

图3可控硅自动电压补偿子电路和可控硅自动调整电压子电路的原理图

图4电污染吸收治理子电路的原理图

图5电压电流输入互感器子电路的原理图

图6电压电流输出互感器子电路的原理图

图7有电污染，谐汲，浪涌，瞬流引起不正弦波的交流波形图。

图8去除电污染，谐汲，浪涌，瞬流后的正弦波交流波形图、

具体实施方式

下面结合附图1至附图3和具体实施方式对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

如附图1所示，一种适用于三相交流供电系统的增效稳压节能装置，包括节能稳压电路1和旁路电路2，节能稳压电路1包括电磁装置11、交流转换接触器12、可控硅自动补偿电压子电路13、可控硅自动调整电压子电路14、电污染吸收治理子电路15、中心控制子电路16、电压电流输入互感器子电路17和电压电流输出互感器子电路18。

电磁装置11与交流电源串联，设置在节能稳压电路1前端。交流转换接触器12与交流电源串联。

可控硅自动补偿电压子电路13与交流电源串联，设置在2个交流转换接触器12之间。

可控硅自动调整电压子电路14与交流电源并联，设置在节能稳压电路1的中间，接受中心控制子电路16的指令进行变压补偿。

电污染吸收治理子电路15为高压箝位电路，与交流电源并联，设置在节能稳压电路1的末端，接受中心控制子电路16的指令来保持交流电正弦波波形稳定。

中心控制子电路16设置在节能稳压电路1中间，其输入端与电压电流输入互感器子电路17和电压电流输出互感器子电路18相连接，其输出端与可控硅自动调整电压子电路14、电污染吸收治理子电路15和交流转换接触器12相连接。

电压电流输入互感器子电路17和电压电流输出互感器子电路18对电路中电流、电压所发生突变信息进行数据采集，并将前述数据传送到中心控制子电路16，由中心控制子电路16进行分析，从而对用户设备运行性能和状态做出判断，并据此向可控硅自动补偿电压子电路13、可控硅自动调整电压子电路14和电污染吸收治理子电路15发出指令，进行调控。

如附图1所示，在上述实施方式的基础上，旁路电路2为电磁原理节电回路，其输入端与交流电源相连接，输出端与交流转换接触器12相连接，当中心控制子电路16采集到节能稳压电路1出现故障信息时，即发出指令使交流接触器12自动转换旁路电路2工作。

如附图2所示，在上述实施方式的基础上，电磁装置11串联节能稳压电路1中，其输入端为输入电源，输出端连接交流转换接触器12。电磁装置11包括3个柱状空心永磁铁氧铁芯111、6个高频扼流圈112，3个相位调整线圈113，相位调整线圈113匝数为5组。

如图附图3所示，在上述实施方式的基础上，可控硅自动补偿电压子电路13包括隔离变压器、SCR模块、CPU中心控制核心。

可控电路包括电压自动补偿子电路13，调整稳压回路，主要采用最新DSP运算计量芯片技术、快速交流采样技术、有效校正，电流过零切换和快速补 偿稳压技术结合一起，主要由隔离变压器、SCR模块、CPU中心控制核心，实现了全无触点控制、使回路安全、高效、节能、精密。

如附图4所示，在上述实施方式的基础上，电污染吸收治理子电路15包括相线之间、相线零线之间压敏电阻元件151、电感元件152、电容元件153和保险管元件154。

压敏电阻元件151具有瞬态高电压抑制功能，防止电路中瞬时电压过高或因电污染造成的瞬态高频电压对用电设备的损坏。电感元件152和电容元件153具有阻止、过滤谐波，瞬流，浪涌作用。

保险管元件154起保护电路的作用，当压敏电阻元件151、电感元件152和电容元件153被击穿，电路短路时，保险管元件154自动断开。

电污染吸收治理子电路15具的工作原理：当电压瞬间高于某一设定值时，压敏电阻元件151阻值迅速下降，导通大电流，保护回路用电设备。当电压低于压敏电阻设定士作电压值时，其阻值极高，近乎开路，故不影响用电设备的正常工作。电感元件152、电容元件153具有阻止、过滤谐波，瞬流，浪涌的作用，保险管元件154在此电路中起兜底保护作用，当压敏电阻元件151、电感元件152、电容元件153击穿短路时保险管元件154自动断开。

如附图5所示：在上述实施方式的基础上，电压电流输入互感器子电路17包括电压电流输入互感器171和输入模块转换器172；电压电流输入互感器171在测量到电路中数据后，传送至输入模块转换器172中进行数据转换，再传送到中心控制子电路16进行处理。

如附图6所示：在上述实施方式的基础上，电压电流输出互感器子电路18包括电压电流输出互感器181和输出模块转换器182电压电流输出互感器181在测量到电路中数据后，传送至输出模块转换器182中进行数据转换，再传送到中心控制子电路16进行处理。

如附图5和附图6所示：电压电流输入互感器子电路17和电压电流输出互感器子电路16包括电压采用线路和电流采样线路，该2种采样线路为三相 取样电路，与零线之间串有可控硅自动补偿电压子电路13，可控硅自动调整稳压子电路14、还串有可自动转换旁路电路2的2个交流转换接触器12，所述可控硅自动补偿电压子电路13，可控硅自动调整电压子电路14、交流转换接触器12输入端与中心控制子电路16输出端相连接，中心控制子电路16根据采集的数据分折统计后，如果发现回路的输入和输出电压低于或高于设定值时，即命令可控硅自动补偿电压子电路13，可控硅自动调整电压子电路14立即工作，校正稳定电压，使之在最佳状态设定值输出。如果采集到电子配件电路、节能稳压电路1内部出现故障(包括电子产品、可控硅的击穿、烧毁)、三相交流电路缺相、三相极不平衡等信息时，中心控制子电路16即命令2个交流转换接触器12自动转换旁路电路2。

如附图7所示，电力系统供电时，电力设备会产生“瞬流”和“浪涌”两种物理现象。一般情况下，交流正弦波应该是光滑的，但发生“瞬流”和“浪涌”现象时，正弦波形上就会有毛刺状波形，也就意味着出现了电污染。

附图8所示，通过技术方案的治理，交流正弦波恢复成造成的光滑波形。

相对于现有的技术方案，本发明具有以下优点：

一是，解决了上述5个制约着电能品质但还难以解决的特殊问题，做到输入电源、后面用电电源双重过滤处理，提升了供电品质。

二是，节电稳压电路和旁路电路都有节电功能，维修方便、使用寿命长。当本节电稳压电路1电路零件出现故障时，本节电稳压电路1会自动转换旁路电路2，从而使得节电稳压电路需要维修方便时，不必停电、不会影响生产。旁路电路2为电磁原理节电回路，纯物理物质设计，没有电子配件，使用寿命长，即使节电稳压电路原件老化没用、旁路电路也能节电使用。

三是，提升了用电品质，使高精密度的仪器设备能够正常使用；自动调整、稳压反应速度为40毫秒以内，稳压精度±1％、三相可分调，输出电压不平衡度小于1％，，如附图7和附图8所示，可有效消除““瞬流”，浪涌”，“谐波”等瞬态畸变，保证每相输出电压的精度都不变。

四是，节电率高可达10％至35％，有效提高系统用电效率，达到了稳压。

由技术常识可知，本技术方案可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (3)

1.一种适用于三相交流供电系统的增效稳压节电装置，包括节能稳压电路(1)和旁路电路(2)，所述节能稳压电路(1)包括电磁装置(11)、交流转换接触器(12)、可控硅自动补偿电压子电路(13)、可控硅自动调整电压子电路(14)、电污染吸收治理子电路(15)、中心控制子电路(16)、电压电流输入互感器子电路(17)和电压电流输出互感器子电路(18)；所述电磁装置串联节能稳压电路中，其输入端为输入电源，输出端连接交流转换接触器；所述交流转换接触器(12)与交流电源串联；所述可控硅自动补偿电压子电路(13)与交流电源串联，设置在2个交流转换接触器(12)之间；所述可控硅自动调整电压子电路(14)与交流电源并联，接受中心控制子电路(16)的指令进行变压补偿；所述电污染吸收治理子电路(15)为高压箝拉电路，与交流电源并联，接受中心控制子电路(16)的指令来保持交流电正弦波波形稳定；所述中心控制子电路(16)其输入端与电压电流输入互感器子电路(17)和电压电流输出互感器子电路(18)相连接，其输出端与可控硅自动调整电压子电路(14)、电污染吸收治理子电路(15)和交流转换接触器(12)相连接；所述电压电流输入互感器子电路(17)和电压电流输出互感器子电路(18)对电路中电流、电压所发生突变信息进行数据采集，并将前述数据传送到中心控制子电路(16)，由中心控制子电路(16)进行分析，从而对用户设备运行性能和状态做出判断，并据此向可控硅自动补偿电压子电路(13)、可控硅自动调整电压子电路(14)和电污染吸收治理子电路(15)发出指令，进行调控；所述旁路电路(2)的输入端与交流电源相连接，输出端与交流转换接触器(12)相连接，当中心控制子电路(16)采集到节能稳压电路(1)出现故障信息时，即发出指令使交流接触器(12)自动转换旁路电路(2)工作；

其特征在于：所述电污染吸收治理子电路(15)包括相线之间、相线零线之间的压敏电阻元件(151)、电感元件(152)、电容元件(153)和保险管元件 (154)；

所述压敏电阻元件(151)具有瞬态高电压抑制功能，防止电路中瞬时电压过高或因电污染造成的瞬态高频电压对用电设备的损坏；

电感元件(152)和电容元件(153)具有阻止和过滤谐波，瞬流，浪涌作用；所述保险管元件(154)起保护电路的作用，当压敏电阻元件(151)、电感元件(152)和电容元件(153)被击穿时，保险管元件(154)自动断开。

2.根据权利要求1所述的增效稳压节电装置，其特征在于：所述电压电流输入互感器子电路(17)包括电压电流输入互感器(171)和输入模块转换器(172)；所述电压电流输入互感器(171)在测量到电路中数据后，传送至输入模块转换器(172)中进行数据转换，再传送到中心控制子电路(16)进行处理。

3.根据权利要求1所述的增效稳压节电装置，其特征在于：所述电压电流输出互感器子电路(18)包括电压电流输出互感器(181)和输出模块转换器(182)，所述电压电流输出互感器(181)在测量到电路中数据后，传送至输出模块转换器(182)中进行数据转换，再传送到中心控制子电路(16)进行处理。