CN105939019A - 三相平衡系统节电器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及三相平衡系统节电器，包括输入端与电网三相线连接的交叉型变压器、与该变压器输出端连接的零序分离变压器、FPGA单元及电流补偿电路，所述零序分离变压器将交叉型变压器输出端的零序电流分离，所述FPGA单元根据零序电流计算产生对应的补偿电流，再通过电流补偿电路反向补偿至与交叉型变压器输出端连接的负载。本发明采用交叉型变压器，其绕组相互之间交叉连接，通过互相补偿铁心的磁通量，最大限度的控制各相感应电动势的一致性，从而保持三相平衡；同时通过零序分离变压器将零序电流分离后，对负载进行补偿，最大限度得实现了节能。本发明还采用FPGA单元对零序电流进行控制管理，不仅线路较少，而且设计、安装灵活。

Description

三相平衡系统节电器
技术领域
本发明涉及三相平衡系统节电器。
背景技术
目前，供电部门为了补偿长途输送电力时的电压损耗，会向用电单位提供高于正常用电的电压；因此很多用电单位的三相电压因此会高于正常的380V，基本上在400V以上，这不但会对终端用户的用电设备产生不良影响，造成绝缘损害，降低了设备的使用寿命，而且亦会造成不必要的用电浪费。
在目前的低压电网中，三相不平衡电流是一种普遍存在的现象。低压电网通过 10/0.4KV 变压器，以三相四线制的方式提供居民用电。这些居民单相负载起初被平均分接在三相电上，达到一种平衡状态。然而在实际运行中，单相用户不可控的增容，瞬间大功率的负载接入以及单相负载用电的不同时性等，都是造成三相电流不平衡的原因。由于负载的运行可引起电网内电压和电流的不均衡，这种不均衡性带来的“相位差”会产生损耗并导致用电效率的下降和零序电流的增大，损坏绝缘，同时也降低了电器的效率，缩短了电器的使用寿命，严重时会导致电器设备不能正常工作。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种结构简单，安装灵活的三相平衡系统节电器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：三相平衡系统节电器，包括输入端与电网三相线连接的交叉型变压器、与该变压器输出端连接的零序分离变压器、FPGA 单元及电流补偿电路，所述零序分离变压器将交叉型变压器输出端的零序电流分离，所述FPGA 单元根据零序电流计算产生对应的补偿电流，再通过电流补偿电路反向补偿至与交叉型变压器输出端连接的负载。
作为优选，所述交叉型变压器的三个绕组分别与三根相线连接，三个初级绕组和三个次级绕组均采用上中下三段，其中上下两段缠绕在与相线对应的同一绕线柱上，中段缠绕在另一个绕线柱上，且中段的绕线方向与上下两段的绕线方向相反。
作为优选，第一个初级绕组和第一个次级绕组的上下两段缠绕在第一个绕线柱上，其中段缠绕在第二个绕线柱上；第二个初级绕组和第二个次级绕组的上下两段缠绕在第二个绕线柱上，其中段缠绕在第三个绕线柱上；第三个初级绕组和第三个次级绕组的上下两段缠绕在第三个绕线柱上，其中段缠绕在第一个绕线柱上。
作为优选，所述零序分离变压器的三个绕组分别与交叉型变压器输出端的三根相线连接，三个绕组中的每对初、次级绕组缠绕在两个不同的绕线柱上。
作为优选，第一个初级绕组缠绕在第一个绕线柱上，第一个次级绕组缠绕在第二个绕线柱上；第二个初级绕组缠绕在第二个绕线柱上，第二个次级绕组缠绕在第三个绕线柱上；第三个初级绕组缠绕在第三个绕线柱上，第三个次级绕组缠绕在第一个绕线柱上。
作为优选，FPGA 单元包括，
储存器，用于储存分离变压器输出的零序电流；
采集模块，用于采集储存器中的零序电流；
分析模块，用于分析采集模块采集的零序电流暂态分量各频带对应的能量；
处理器，根据分析模块的分析结果计算产生补偿电流；
控制器，用于将补偿电流输出至所述电流补偿电路。
从以上方案可知，本发明采用交叉型变压器，其绕组相互之间交叉连接，通过互相补偿铁心的磁通量，最大限度的控制各相感应电动势的一致性，从而趋于三相平衡；同时通过零序分离变压器将零序电流分离后，对负载进行补偿，最大限度得实现了节能。本发明还采用FPGA 单元对零序电流进行控制管理，不仅线路较少，而且设计、安装灵活。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中交叉型变压器的绕组结构示意图。
图3是本发明中零序分离变压器的绕组结构示意图。
具体实施方式
下面将结合图1、图2和图3详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
三相平衡系统节电器，包括输入端与电网三相线（即0.4KV侧）连接的交叉型变压器1、与该变压器输出端连接的零序分离变压器2、FPGA 单元3及电流补偿电路4，所述零序分离变压器将交叉型变压器输出端的零序电流分离，所述FPGA 单元根据零序电流计算产生对应的补偿电流，再通过电流补偿电路反向补偿至与交叉型变压器输出端连接的负载5。本发明首先通过交叉型变压器使得三相尽可能达到平衡，然后通过零序分离变压器和FPGA 单元，实现精确补偿零序电流的目的，不仅改善了三相不平衡的现象，而且达到了节电的目的。
本发明的交叉型变压器的三个绕组分别与三根相线R、S、T连接，三个初级绕组和三个次级绕组均采用上中下三段，其中上下两段缠绕在与相线对应的同一绕线柱上，中段缠绕在另一个绕线柱上，且中段的绕线方向与上下两段的绕线方向相反；可见，该变压器应用高能电磁转换原理，采用电磁移相技术，利用三柱铁芯绕线柱嵌入式绕组线圈，即三相依次分别缠有按Z字型排列的串联线圈，并产生正反方向的磁束，从而达到趋于三相平衡的目的。
具体来说第一个初级绕组和第一个次级绕组的上下两段缠绕在第一个绕线柱上，其中段缠绕在第二个绕线柱上；第二个初级绕组和第二个次级绕组的上下两段缠绕在第二个绕线柱上，其中段缠绕在第三个绕线柱上；第三个初级绕组和第三个次级绕组的上下两段缠绕在第三个绕线柱上，其中段缠绕在第一个绕线柱上。这种交叉式的绕组结构可使负荷中产生的零相分电流的相位相互对立，使磁势相互抵消，从而使零序电流的增长减少。因此负荷中产生的零序及高次谐波电流通过零序电流减少，利用自动变换原理使电流重新流向负载；只有正常的工作相的分电流通过零线，防止了零线上大量的零序及高次谐波电流通过；使电压和电流的相位差自动调整，达到了改善功率因数的效果。
本发明的零序分离变压器的三个绕组分别与交叉型变压器输出端的三根相线连接，三个绕组中的每对初、次级绕组缠绕在两个不同的绕线柱上。该变压器可在不产生扼流的状态下分离三相线上的零序电流，从而达到较好的分离效果。具体来说，第一个初级绕组缠绕在第一个绕线柱上，第一个次级绕组缠绕在第二个绕线柱上；第二个初级绕组缠绕在第二个绕线柱上，第二个次级绕组缠绕在第三个绕线柱上；第三个初级绕组缠绕在第三个绕线柱上，第三个次级绕组缠绕在第一个绕线柱上。
本发明的FPGA 单元3包括储存器31、采集模块32、分析模块33、处理器34和控制器35，所述储存器储存分离变压器输出的零序电流；再由采集模块采集储存器中的零序电流信息；分析模块根据采集模块采集的信息分析零序电流暂态分量各频带对应的能量；处理器根据分析模块的分析结果计算产生与零序电流相等的补偿电流；最后由控制器将补偿电流输出至所述电流补偿电路，补偿电路反向补偿至载。本发明通过FPGA 单元对零序电流进行处理，并可产生相应的补偿电流，从而以简单的集成部件实现了电流补偿，达到节能的目的。
本发明的节电器可根据工况量身定制，对症下药；可针对整个电力系统一次性改善三相不平衡,高次谐波,冲击电流,过剩电压等四大电力浪费要素，使其尽可能少地流回变压器（进而造成二次浪费）；且对用户的生产工艺、产品质量和产量没有影响，使用范围广泛。本发明的节电器的节电率可以达到8％～20％，半永久性使用寿命，寿命长达30年，自身损耗低于0.3％，可改善电网电力品质,有效保护用电设备。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.三相平衡系统节电器，其特征在于：包括输入端与电网三相线连接的交叉型变压器、与该变压器输出端连接的零序分离变压器、FPGA 单元及电流补偿电路，所述零序分离变压器将交叉型变压器输出端的零序电流分离，所述FPGA 单元根据零序电流计算产生对应的补偿电流，再通过电流补偿电路反向补偿至与交叉型变压器输出端连接的负载。
2.根据权利要求1所述三相平衡系统节电器，其特征在于：所述交叉型变压器的三个绕组分别与三根相线连接，三个初级绕组和三个次级绕组均采用上中下三段，其中上下两段缠绕在与相线对应的同一绕线柱上，中段缠绕在另一个绕线柱上，且中段的绕线方向与上下两段的绕线方向相反。
3.根据权利要求2所述三相平衡系统节电器，其特征在于：第一个初级绕组和第一个次级绕组的上下两段缠绕在第一个绕线柱上，其中段缠绕在第二个绕线柱上；第二个初级绕组和第二个次级绕组的上下两段缠绕在第二个绕线柱上，其中段缠绕在第三个绕线柱上；第三个初级绕组和第三个次级绕组的上下两段缠绕在第三个绕线柱上，其中段缠绕在第一个绕线柱上。
4.根据权利要求1所述三相平衡系统节电器，其特征在于：所述零序分离变压器的三个绕组分别与交叉型变压器输出端的三根相线连接，三个绕组中的每对初、次级绕组缠绕在两个不同的绕线柱上。
5.根据权利要求4所述三相平衡系统节电器，其特征在于：第一个初级绕组缠绕在第一个绕线柱上，第一个次级绕组缠绕在第二个绕线柱上；第二个初级绕组缠绕在第二个绕线柱上，第二个次级绕组缠绕在第三个绕线柱上；第三个初级绕组缠绕在第三个绕线柱上，第三个次级绕组缠绕在第一个绕线柱上。
6.根据权利要求1所述三相平衡系统节电器，其特征在于：FPGA 单元包括，
储存器，用于储存分离变压器输出的零序电流；
采集模块，用于采集储存器中的零序电流；
分析模块，用于分析采集模块采集的零序电流暂态分量各频带对应的能量；
处理器，根据分析模块的分析结果计算产生补偿电流；
控制器，用于将补偿电流输出至所述电流补偿电路。
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