CN111864906A - 具有无触点调节功能的智能节电设备 - Google Patents

Abstract

具有无触点调节功能的智能节电设备，涉及配电系统技术领域，包括卡块，所述安装环的正面固定连接有法兰块。该具有无触点调节功能的智能节电设备，集中了变压器绕组组合、无触点开关等先进的交流调压技术为一体，具有效率高、调节快、无机械运动部件、可靠性高、使用寿命长、适用范围广等特点。以组合的方式选择变压器绕组，用少量的自耦绕组数实现较多的电压调节档位，因而能够充分利用自偶绕组资源，稳压精度相对较高。单片机将所计算的输出电压曲线当时的理论值与检测到的输出电压实际值进行比较，通过无触点开关能将输出电压稳定在工作曲线上。无触点开关工作在全周波导通状态，无附加谐波产生，是真正绿色电源产品。

Description

具有无触点调节功能的智能节电设备

技术领域

本发明涉及配电系统技术领域，具体为具有无触点调节功能的智能节电设备。

背景技术

在配电系统的节电设备上应用双向可控硅无触点调节对电网无污染，换档过渡时间为微秒级，比常用的交流接触器的触点换档过渡时间快上千到上万倍。因而可以做到换档时主回路电压电流无间断、无电流冲击、无过电压现象。它的优点是十分明显的，无触点调节技术的高可靠智能节电设备，其调整精度可达±1％，节电率最高可达20％以上，并能大大延长电力设备的使用寿命。

双向可控硅无触点调压技术即采用自偶变压器线圈抽头和无触点器件组成的调压技术，通过无触点器件选择接通不同的自偶变压器抽头来调节输出电压，其主要特点是无触点器件为电压全周波导通，调压系统无附加谐波产生，因而对电网无污染，是绿色节能产品，此外，无触点的换档过渡时间为微秒级，比常用的交流接触器的触点换档过渡时间快上千到上万倍。因而可以做到调压换档时主回路电流无间断、无电流冲击、无过电压现象。

目前一些大学及企业研制或生产的无触点稳压器和节电器，采用的是电压零点换档技术，负载适应性较差，为防止错误地换档，有的产品在无触点回路中串联电阻或电感类的元件以限制换档带来的巨大电流冲击，保护无触点器件，提高产品的可靠性。而对于属于电感性非线性负载，就在这无触点“换档”的背后，存在着被一些大学及企业称为容易“炸管”的世界难题，他们曾投入大量人力和物力进行了攻关研究，但均以失败而告终，他们得出的结论就是在感性负载下无触点难以可靠地换档。

目前的节电器均是采用交流接触器控制换档的电磁调压节能产品，每台节电器的自偶线圈有三、四组抽头，通过接触器接通不同的抽头来调节输出电压。目前很多技术工程师认为节电产品中无触点产品是不可靠的，因此，现在市场上很少见到高可靠的无触点电磁调压的节能产品。

当前市场上绝大多数的电磁调压节能产品都是采用交流接触器换档调压的，由于触点动作的响应速度不够快，加上触头的过流能力有限，换档时存在的冲击电流常会引起接触器触头烧焊现象，使接触器不能分断，降低了产品的可靠性和使用寿命。因此，在运行中必须对触头进行经常的维护和更换，增加运行成本。

产品自身不可靠。主要原因是产品换档的关键技术没有过关，从理论上讲，在感性负载下，只要无触点器件质量过关，只要关键技术过关，无触点产品的寿命肯定比有触点产品的寿命长很多，如果采用有触点产品或关键技术未过关的无触点产品，对复杂多变的电网干扰信号不能进行准确地检测与判断，就会导致产品的可靠性很差。

为解决上述问题，发明者提出了具有无触点调节功能的智能节电设备，具备高档智能型稳压和符合节能要求的节能经济运行电压的优点。

发明内容

为实现上述高档智能型稳压和符合节能要求的节能经济运行电压的目的，本发明提供如下技术方案：具有无触点调节功能的智能节电设备，包括安装环、法兰块、法兰螺栓、接线块、调节区、限位块、驱动盘、限位槽、从动轮、拨杆、定位环、卡块。

上述结构的位置及连接关系如下：

所述安装环的正面固定连接有法兰块，所述法兰块的正面活动连接有法兰螺栓，所述安装环的正面固定连接有接线块，所述安装环的内部设置有调节区，所述调节区的正面固定连接有限位块，所述调节区的内部活动连接有驱动盘，所述驱动盘的内部开设有限位槽，所述驱动盘的外侧活动连接有从动轮，所述驱动盘的外侧固定连接有拨杆，所述调节区的内侧固定连接有定位环，所述从动轮的正面固定连接有卡块。

作为优选，所述安装环与驱动盘形状均为环形且圆心在同一直线上，所述驱动盘的外侧设置有均匀分布的齿牙，该齿牙的规格与从动轮适配；所述从动轮共设置有六个且规格相同，三个从动轮均与驱动盘为参照呈均匀分布，并且均与驱动盘外侧的齿牙啮合。

作为优选，所述法兰块共设置有八个且规格相同，八个法兰块均匀分布在安装环的正面，每个法兰块的正面均活动连接有两个均匀分布的法兰螺栓。

作为优选，所述限位槽共设置有两个，其形状为半环形结构，两个限位槽的规格相同，且以驱动盘的圆心为参照呈对称分布，两个限位槽分别与两个限位块对应。

作为优选，所述定位环的形状为环形且与安装环的圆心在同一直线上，其材质采用柔性绝缘材料。

作为优选，所述卡块共设置有六个且规格均相同，其内侧形状为曲面状且曲面的圆心为同一点，六个卡块分别与六个从动轮对应且活动连接。

根据权利要求所述的具有无触点调节功能的智能节电设备，现提出无触点智能调节器调节方法，包括以下步骤：

S1、无触点智能交流稳压器以变压器T1、T2和无触点器件为核心；

S2、变压器T1有5个自耦绕组，用6个端子引出，单片机将所计算的输出电压曲线当时的理论值与检测到的输出电压实际值进行比较；

S3、确定双向可控硅S1～S8中的导通与闭合状态，在一定的条件下将控制信号输出到S1～S8中；

S4、从S3的步骤中选择T2的输入端接入变压器T1的工作匝数，从而将输出电压稳定在工作曲线上；

S5、将可控硅S11、S12、S21、S22组成输出执行单元，它们均受控于单片机；

S6、将S11和S12组成一个交流电子开关，与电源的旁路工作电连接；

S7、将S21和S22组成另一个交流电子开关，使其与控制稳压器的稳压输出电连接；

S8、若变压器两边共有M1个自耦绕组，中间共有M2个自耦绕组，为了合理地稳定输出电压，两边自耦绕组的匝数N1与中间各个自耦绕组的匝数N2相互关系的计算公式为：

N1＝(M2+1)×N

S9、自耦绕组的个数决定了输出电压可调节的档位数，个数越多输出电压可调节的档位数就越多，相对稳压精度就越高；共有(M1+M2)个自耦绕组的变压器，其电压调节档位数K的计算公式为：

K＝(M1+2)×(M2+1)－1

S10、设置5个自耦绕组的变压器，两边自耦绕组的匝数N1与中间各个自耦绕组的匝数N2的关系为N1＝4N2，输出电压可调节的档位数为K＝15；

S11、利用单片机智能模块ZN1(型号为MCT801A)根据检测单元1及检测单元2送来的信号，计算输出电压曲线当时的理论值，并与检测到的输出电压实际值进行比较，确定调压档位；

S12、通过P10～P17输出8路控制信号到光耦隔离与驱动电路DRV1～DRV8，由此输出信号到C1、C2、G1～G8；

S13、选择双向可控硅S1～S8中的2只导通；

S14、通过P18、P19输出2路控制信号到隔离与驱动电路DRV9～DRV10，由此输出信号到G11、G12、G21、G22；

S15、控制可控硅S11、S12、S21、S22导通或截止；

S16、设置附属单元，附属单元中有输入电压检测、输入电流检测、温度检测、输入装置、输出装置、指示装置以及通讯模块。

与现有技术及产品相比，本发明的有益效果是：

1、通过单片机能够实现过压保护、欠压保护、过温度保护、过电流保护、输出延时、输出关断、远程控制等功能。

2、集中了变压器绕组组合、无触点开关等先进的交流调压技术为一体，具有效率高、调节快、无机械运动部件、可靠性高、使用寿命长、适用范围广等特点。

3、以组合的方式选择变压器绕组，用少量的自耦绕组数实现较多的电压调节档位，因而能够充分利用自偶绕组资源，稳压精度相对较高。

4、在自耦变压器上增加一个次级绕组，对输入电压进行不对称补偿。

5、单片机将所计算的输出电压曲线当时的理论值与检测到的输出电压实际值进行比较，通过无触点开关能将输出电压稳定在工作曲线上。无触点开关工作在全周波导通状态，无附加谐波产生，是真正绿色电源产品。

6、能动态调整输出电压的稳压值，因而能用于节能设备，取代现有的有严重谐波污染的SCR型相控调压和接触器档位调节。

7、能适应阻性、感性、容性、高强度气体放电灯等各种负载，通过对电压电流信号的检测与数字处理，能在计算机软件上显示功率因数、视在功率、有功功率、节能率等。

8、内嵌快速工作程序、全档位快速自动循环测试程序、自动延时节能定时器等，方便生产检验。

9、在单片机中采用FLASH或EEPROM之类的存储器保存数据，设定的工作参数在停电的情况下仍然不会丢失。

10、通过使用通讯模块，可以方便地进行远程控制或集中监控；可以远程查看或更改输出电压曲线以及其它工作参数。

附图说明

图1为本发明连接结构主视图；

图2为本发明图1中各结构运动轨迹示意图；

图3为本发明卡块、从动轮和安装环连接结构示意图；

图4为本发明图3中各结构运动轨迹示意图；

图5为本发明安装环、调节区、限位块和定位环连接结构示意图；

图6为本发明驱动盘、从动轮、拨杆和卡块连接结构示意图；

图7为本发明图6中各结构运动轨迹示意图；

图8为本发明主电路调压原理图；

图9为本发明单片机控制与驱动电路原理方框图。

图中：1、安装环；2、法兰块；3、法兰螺栓；4、接线块；5、调节区；6、限位块；7、驱动盘；8、限位槽；9、从动轮；10、拨杆；11、定位环；12、卡块；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9：

该具有无触点调节功能的智能节电设备，包括安装环1、法兰块2、法兰螺栓3、接线块4、调节区5、限位块6、驱动盘7、限位槽8、从动轮9、拨杆10、定位环11、卡块12

上述各结构的位置及连接关系如下：

安装环1的正面固定连接有法兰块2，法兰块2的正面活动连接有法兰螺栓3，法兰块2和法兰螺栓3可保证连接时的稳定性，安装环1的正面固定连接有接线块4，安装环1的内部设置有调节区5，调节区5可在改装自使用时，为活动组件提供足够的调节空间，使其操作更加方便；调节区5的正面固定连接有限位块6，限位块6可对驱动盘7的位置进行限位，防止其脱离正常的运动轨迹，保证该装置在调节时的准确性；调节区5的内部活动连接有驱动盘7，驱动盘7的内部开设有限位槽8，驱动盘7的外侧活动连接有从动轮9，驱动盘7的外侧固定连接有拨杆10，调节区5的内侧固定连接有定位环11，从动轮9的正面固定连接有卡块12，卡块12可在该装置使用时将线圈线缆固定，保证变压器线圈抽头与无触点器件连接处的稳定。

其中：

a、安装环1与驱动盘7形状均为环形且圆心在同一直线上，驱动盘7的外侧设置有均匀分布的齿牙，该齿牙的规格与从动轮9适配；从动轮9共设置有六个且规格相同，三个从动轮9均与驱动盘7为参照呈均匀分布，并且均与驱动盘7外侧的齿牙啮合。

b、法兰块2共设置有八个且规格相同，八个法兰块2均匀分布在安装环1的正面，每个法兰块2的正面均活动连接有两个均匀分布的法兰螺栓3。

c、限位块6固定连接在调节区5的内部，共设置有规格相同的两个，其形状均为曲面块状结构，两个限位块6以调节区5的圆心为参照呈对称分布，其尺寸与限位槽8的尺寸适配。

其中：

d、限位槽8共设置有两个，其形状为半环形结构，两个限位槽8的规格相同，且以驱动盘7的圆心为参照呈对称分布，两个限位槽8分别与两个限位块6对应。

e、定位环11的形状为环形且与安装环1的圆心在同一直线上，其材质采用柔性绝缘材料。

f、卡块12共设置有六个且规格均相同，其内侧形状为曲面状且曲面的圆心为同一点，六个卡块12分别与六个从动轮9对应且活动连接。

在使用时，初始状态下，六个卡块12分别与六个从动轮9对应连接，此时不对驱动盘7施加外力，即六个卡块12处于初始状态，相互远离。当需要对变压器线圈抽头与无触点器件连接时，将线圈抽头插入定位环11的内部，无触点器件的接线端插入定位环11另一端的内部，并使二者位于定位环11的中部，保持二者接触。

此时通过拨杆10逆时针转动驱动盘7，由于从动轮9共设置有三个且规格相同，三个从动轮9均与驱动盘7为参照呈均匀分布，并且均与驱动盘7外侧的齿牙啮合，所以此时六个从动轮9被驱动盘7带动并同步同向转动。由于卡块12共设置有六个且规格均相同，其内侧形状为曲面状且曲面的圆心为同一点，六个卡块12分别与六个从动轮9对应且活动连接，所以此时六个卡块12开始同步向驱动盘7的中心方向转动，并利用其自身形状对变压器线圈抽头与无触点器件接线端进行固定。

上述结构及过程请参阅图1-7。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.具有无触点调节功能的智能节电设备，包括安装环(1)，其特征在于：所述安装环(1)的正面固定连接有法兰块(2)，所述法兰块(2)的正面活动连接有法兰螺栓(3)，所述安装环(1)的正面固定连接有接线块(4)，所述安装环(1)的内部设置有调节区(5)，所述调节区(5)的正面固定连接有限位块(6)，所述调节区(5)的内部活动连接有驱动盘(7)，所述驱动盘(7)的内部开设有限位槽(8)，所述驱动盘(7)的外侧活动连接有从动轮(9)，所述驱动盘(7)的外侧固定连接有拨杆(10)，所述调节区(5)的内侧固定连接有定位环(11)，所述从动轮(9)的正面固定连接有卡块(12)。

2.根据权利要求1所述的具有无触点调节功能的智能节电设备，其特征在于：所述安装环(1)与驱动盘(7)形状均为环形且圆心在同一直线上，所述驱动盘(7)的外侧设置有均匀分布的齿牙，该齿牙的规格与从动轮(9)适配；所述从动轮(9)共设置有六个且规格相同，三个从动轮(9)均与驱动盘(7)为参照呈均匀分布，并且均与驱动盘(7)外侧的齿牙啮合。

3.根据权利要求1所述的具有无触点调节功能的智能节电设备，其特征在于：所述法兰块(2)共设置有八个且规格相同，八个法兰块(2)均匀分布在安装环(1)的正面，每个法兰块(2)的正面均活动连接有两个均匀分布的法兰螺栓(3)。

4.根据权利要求1所述的具有无触点调节功能的智能节电设备，其特征在于：所述限位块(6)固定连接在调节区(5)的内部，共设置有规格相同的两个，其形状均为曲面块状结构，两个限位块(6)以调节区(5)的圆心为参照呈对称分布，其尺寸与限位槽(8)的尺寸适配。

5.根据权利要求1所述的具有无触点调节功能的智能节电设备，其特征在于：所述限位槽(8)共设置有两个，其形状为半环形结构，两个限位槽(8)的规格相同，且以驱动盘(7)的圆心为参照呈对称分布，两个限位槽(8)分别与两个限位块(6)对应。

6.根据权利要求1所述的具有无触点调节功能的智能节电设备，其特征在于：所述定位环(11)的形状为环形且与安装环(1)的圆心在同一直线上，其材质采用柔性绝缘材料。

7.根据权利要求1所述的具有无触点调节功能的智能节电设备，其特征在于：所述卡块(12)共设置有六个且规格均相同，其内侧形状为曲面状且曲面的圆心为同一点，六个卡块(12)分别与六个从动轮(9)对应且活动连接。

8.根据权利要求1所述的具有无触点调节功能的智能节电设备，现提出无触点智能调节器调节方法，包括以下步骤，其特征在于：

S1、无触点智能交流稳压器以变压器T1、T2和无触点器件为核心；

S2、变压器T1有5个自耦绕组，用6个端子引出，单片机将所计算的输出电压曲线当时的理论值与检测到的输出电压实际值进行比较；

S3、确定双向可控硅S1～S8中的导通与闭合状态，在一定的条件下将控制信号输出到S1～S8中；

S4、从S3的步骤中选择T2的输入端接入变压器T1的工作匝数，从而将输出电压稳定在工作曲线上；

S5、将可控硅S11、S12、S21、S22组成输出执行单元，它们均受控于单片机；

S6、将S11和S12组成一个交流电子开关，与电源的旁路工作电连接；

S7、将S21和S22组成另一个交流电子开关，使其与控制稳压器的稳压输出电连接；

S8、若变压器两边共有M1个自耦绕组，中间共有M2个自耦绕组，为了合理地稳定输出电压，两边自耦绕组的匝数N1与中间各个自耦绕组的匝数N2相互关系的计算公式为：

N1＝(M2+1)×N

S9、自耦绕组的个数决定了输出电压可调节的档位数，个数越多输出电压可调节的档位数就越多，相对稳压精度就越高；共有(M1+M2)个自耦绕组的变压器，其电压调节档位数K的计算公式为：

K＝(M1+2)×(M2+1)－1

S10、设置5个自耦绕组的变压器，两边自耦绕组的匝数N1与中间各个自耦绕组的匝数N2的关系为N1＝4N2，输出电压可调节的档位数为K＝15；

S11、利用单片机智能模块ZN1(型号为MCT801A)根据检测单元1及检测单元2送来的信号，计算输出电压曲线当时的理论值，并与检测到的输出电压实际值进行比较，确定调压档位；

S12、通过P10～P17输出8路控制信号到光耦隔离与驱动电路DRV1～DRV8，由此输出信号到C1、C2、G1～G8；

S13、选择双向可控硅S1～S8中的2只导通；

S14、通过P18、P19输出2路控制信号到隔离与驱动电路DRV9～DRV10，由此输出信号到G11、G12、G21、G22；

S15、控制可控硅S11、S12、S21、S22导通或截止；

S16、设置附属单元，附属单元中有输入电压检测、输入电流检测、温度检测、输入装置、输出装置、指示装置以及通讯模块。

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