CN1937348A - 用户侧电网环保节电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用户侧电网环保节电装置，包括壳体，壳体有三相电压幅值及相位平衡节电装置、电压变送器、可编程控制器PLC、数字驱动模块、电磁式调压设备、无源滤波器；电压变送器的输入端接三相交流电源，其输出端接可编程控制器PLC输入端，PLC输出端连接数字驱动模块；数字驱动模块输出端分别连接电磁式调压设备和三相电压幅值及相位平衡节电装置；电磁式调压设备输入端连接三相交流电源；三相电压幅值及相位平衡节电装置的输出端连接无源滤波器。本发明有益效果是：能将适合负载需要的经济实用的电压输出到负载上，不产生谐波；减少三相不平衡度；消除负载产生谐波功能，减少损耗，环保电网。具有自动及手动调节的的功能，电效率一般8％－45％。
Description
技术领域
本发明涉及的是消除电网污染提高用电质量，并节约用电的用户侧电网环保节电装置。
背景技术
当前，很多用电场所电网污染比较严重，其主要表现在以下几个方面。①.电压波动大，有的用电场所电压波动超过10％，其结果是电能浪费及用电器寿命大大缩短。②.由于大功率用电设备，例如大电机的起动电流是额定电流的7到8倍，起动时瞬间电流很大及电感性负载拉闸时，瞬态电流不能突变，在用电回路里将产生很大的电势，电网的高电压脉冲时有发生，经常造成耐压较低的用电设备损坏。③.由于我国对电网的环保法律和发达国家相比还不够完善，对用电设备产生的高次谐波污染没有处罚规范，随着变频设备及中，高频设备等的广泛应用，有的用电场所的谐波污染特别严重，其结果轻者是造成计算机系统工作不正常，重者是造成计算机系统的损坏，谐波污染还造成电力拖动系统中电动机出力下降，铜损及铁损增大，电机发热，出力减少，浪费电能，严重时还会造成拖动控制系统的故障和损坏。④.各行各业电能浪费极为严重，例如，电压偏高，照明负载的耗电量将以二次方的比例增加，电压过于偏低，电动机的出力将下降，导致电流增大，耗电量将增大，甚至烧毁电机，等等。⑤.目前国内外的电磁式大功率带载调压设备均为泡在变压器油里的滑动接头带载调压开关，它接在变压器后端，根据电网电压的变化，不断电改变变压器的分接头，以改变变压器的二次侧电压，以改善供电质量。它的优点是正弦波输出，缺点是占地面积大，调节范围小(即，380V±8％)，使用寿命短，价格高，使用维护不方便。⑥.目前国内外的节电设备有的采用可控硅移相及PWM脉宽调制方式来调整及稳定电压，其自身就是一个谐波发生器，不管怎样滤波，谐波总滤不干净，对电网将产生干扰；有的节电产品虽采用电磁部份，但不具备带载调压功能，调压必须断电，用户根本无法使用；并且，目前国内外的节电设备均不具备减少三相不平衡的功能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种不仅具备减少三相不平衡的功能，还具有大功率带载调压稳压功能、滤波和浪涌电压吸收功能的用户侧电网环保节电装置。
解决上述技术问题的技术方案是：
一种用户侧电网环保节电装置，所述该装置包括壳体，壳体内设置有三相电压幅值及相位平衡节电装置，壳体内还设置有：电压变送器、可编程控制器PLC、数字驱动模块、电磁式调压设备、无源滤波器；其中电压变送器的输入端连接三相交流电源A、B、C，其输出端连接可编程控制器PLC模拟量的输入端，可编程控制器PLC开关量的输出端连接数字驱动模块；数字驱动模块输出端分别连接电磁式调压设备和三相电压幅值及相位平衡节电装置的输入端；电磁式调压设备中的A相绕组、B相绕组、C相绕组的输入端分别连接三相交流电源A、B、C；三相电压幅值及相位平衡节电装置的输出端连接与负载连接的无源滤波器。
本发明的有益效果是：本发明具备以下功能；
(1)本发明具备大功率带载调压功能，能将适合负载需要的经济实用的电压输出到负载上。电磁式调压设备采用了电磁方式来调节输出电压，且设计时，只使用磁化曲线的线性段，所以电磁式调压设备输出的是正弦波，该设备输出正弦波，不能产生任何谐波。
(2)用户侧电网环保及节电设备具有减少三相不平衡度的功能。
(3)用户侧电网环保及节电设备具有消除负载产生谐波的功能，减少损耗，环保电网。
(4)用户侧电网环保及节电设备吸收浪涌，降低起动电流对电网的冲击，减少损耗。
(5)用户侧电网环保及节电设备应具有完善的电气保护功能。
(6)用户侧电网环保及节电设备具有自动及手动调节的的功能。
本发明节电效率一般8％-45％。
附图说明
图1是本发明电路连接框图；
图2是图1中A相绕组电路连接示意图；
图3是图1中B相绕组电路连接示意图；
图4是图1中C相绕组电路连接示意图；
图5是本发明的外形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
本发明提供一种用户侧电网环保节电装置，所述该装置包括壳体10，壳体10内设置有三相电压幅值及相位平衡节电装置5，壳体10内还设置有：电压变送器1、可编程控制器PLC2、数字驱动模块3、电磁式调压设备4、无源滤波器8；其中电压变送器1的输入端连接三相交流电源A、B、C，其输出端连接可编程控制器PLC 2模拟量的输入端，可编程控制器PLC 2开关量的输出端连接数字驱动模块3；数字驱动模块3输出端分别连接电磁式调压设备4和三相电压幅值及相位平衡节电装置5的输入端Z1、Z2、Z3；电磁式调压设备4中的A相绕组4-3、B相绕组4-2、C相绕组4-1的输入端分别连接三相交流电源A、B、C；三相电压幅值及相位平衡节电装置5的输出端Z4、Z5、Z6连接与负载6连接的无源滤波器8。负载6和电磁式调压设备4的零线O接三相交流电源的零线O端。
上述可编程控制器PLC 2模拟量的输入端I0，M0、I1，M1、I2，M2分别连接电压变送器1的输出端A1，A2、B1，B2、C1，C2；可编程控制器PLC 2开关量输入端I0.0和COM端之间串联市电/节电选择开关14和24v直流电源15；可编程控制器PLC2的三组开关量的输出端分别连接数字驱动模块3内三组固态继电器组7中可控硅20的控制级。
如图2-图4所示，可编程控制器PLC 2的三组开关量的输出端分别表示如下：第一组开关量的输出端是：Q0.0，Q0.1，Q0.2，Q0.3，Q0.4，Q0.5；第二组开关量的输出端是：Q1.0，Q1.1，Q1.2，Q1.3，Q1.4，Q1.5；第三组开关量的输出端是：Q2.0，Q2.1，Q2.2，Q2.3，Q2.4，Q2.5。
更具体的说明，可编程控制器PLC 2的三组开关量的输出端(Q0.0，Q0.1，Q0.2，Q0.3，Q0.4，Q0.5)、(Q1.0，Q1.1，Q1.2，Q1.3，Q1.4，Q1.5)、(Q2.0，Q2.1，Q2.2，Q2.3，Q2.4，Q2.5)分别连接数字驱动模块3中三个固态继电器组7中可控硅20的控制级。
所述数字驱动模块3中每个固态继电器组7最多包括6个反并联的可控硅20，在三组固态继电器组7中可控硅20一侧的三组主回路一端的连接结构分别是：
上述可控硅20一侧的第一组主回路的一端M1，M2，M3，M4，M5，M6分别连接电磁式调压设备4中A相绕组4-3的输出端F1，F2，F3，F4，F5，F6(即A相绕组4-3的抽头)。
上述可控硅20一侧的第二组主回路的一端M11，M12，M13，M14，M15，M16分别连接电磁式调压设备4中B相绕组4-2的输出端F11，F12，F13，F14，F15，F16(即B相绕组4-3的抽头)。
上述可控硅20一侧的第三组主回路的一端M21，M22，M23，M24，M25，M26分别连接电磁式调压设备4中C相绕组4-1的输出端F21，F22，F23，F24，F25，F26(即C相绕组4-3的抽头)。
上述三组固态继电器组7中可控硅20另一侧的三组主回路连接结构分别是：
上述可控硅20另一侧第一组主回路N1，N2，N3，N4，N5，N6的端点D1连接三相电压幅值及相位平衡节电装置5的输入端Z1。
上述可控硅20另一侧第二组主回路N11，N12，N13，N14，N15，N16的端点D2连接三相电压幅值及相位平衡节电装置5的输入端Z2。
上述可控硅20另一侧第三组主回路N21，N22，N23，N24，N25，N26的端点D3连接三相电压幅值及相位平衡节电装置5的输入端Z3。
三组固态继电器组7中可控硅20另一侧的三组主回路(N1，N2，N3，N4，N5，N6)、(N11，N12，N13，N14，N15，N16)、(N21，N22，N23，N24，N25，N26)的三个端点D1、D2、D3分别连接三相电压幅值及相位平衡节电装置5的输入端Z1、Z2、Z3。
所述电磁式调压设备4中A相绕组4-3、B相绕组4-2、C相绕组4-1的输入端F1、F11、F21(F1、F11、F21既是输入端，又是输出端)和零线O之间分别连接压敏电阻R1、R11、R21。
在壳体10面板上设置有数字电压表11、节电指示灯12、市电指示灯13和市电/节电选择开关14，其数字电压表11接在三相交流电源A、B相之间；节电及市电指示灯12、13串联24v直流电源15后接在可编程控制器PLC2中开关量输出端的Q0.6，Q0.7上。
所述电磁式调压设备4是一个付边具有多个抽头的自耦变压器。
本发明的可编程控制器PLC2为外购件，选用德国西门子公司S7系列产品。
本发明的电压变送器1是外购件的定型产品，电压变送器1是将交流电压转变成直流DC4-20mA送PLC2。
本发明的数字驱动模块3为外购件，型号选用3CT300A/1200V。数字驱动模块3的内部由反并联的可控硅组成固态继电器组7，该数字驱动模块3由PLC输出量控制，经固态继电器组7连接到电磁式调压设备4，起到调节输出电压作用。
本发明的三相电压幅值及相位平衡补偿节电装置5是一项专利技术，该专利号ZL97 2 31168.8，专门对三相交流电压幅值进行相位平衡补偿节电作用。
下面对本发明的作用进行说明。
本发明由于用户侧的供电系统的电磁式调压设备4采用了电磁方式来调节输出电压，且设计时，只使用磁化曲线的线性段，所以电磁式调压设备4输出的是正弦波，因此不产生任何谐波。稳压功能由PLC自适应控制软件来实现，由PLC的开关量输出控制三组固态继电器组7中可控硅20的通断，来改变输出电压，将适合负载需要的经济实用的电压输出到负载6上。
另外，由于本发明中的电磁式调压设备4的电磁绕组本身具有电流不能突变的电感效应，再并联压敏电阻R1，故能吸收浪涌，降低起动电流对电网的冲击，减少损耗.
本发明选用专利号为ZL97231168.8，名称为三相电压幅值及相位平衡节电装置5，因此本发明具备三相不平衡度的平衡补偿功能。
由于本发明电路中串联接入了市场有售的无源滤波器8，因此能消除负载产生谐波，减少损耗，环保电网功能。
本发明具有用户侧电网自动及手动调节的的功能。由PLC的自适应控制软件来实现自动及手动调节功能，可以使市电/节电选择开关14接通进入节电运行状态；也可以使市电/节电选择开关14断开时进入市电运行状态。市电/节电切换过程是由可编程控制器PLC控制，这样可以减少切换时的扰动。
本发明适用的负载类别为电阻型负载、电阻电感混合型负载、反电势负载。本发明的负载可选用如下几种类型：
1)照明型：应用于各种照明灯俱(含各种气体发光灯)。应用照明型PLC 2的自适应控制软件控制照明灯在需要的照度电压下运行
2)照明动力型：应用于照明和动力混合布线的场合。指在回路中包括照明灯和动力设备，PLC按照现场实际情况设计照明动力型PLC的自适应控制软件。
3)动力型：应用于电力拖动的场合。
4)路灯型：应用于各种场合的路灯及外景照明。应用路灯型PLC的自适应控制软件控制人和车流量较大时和天冈黑人眼不适应时，为保证安全采用市电压。运行方式，当人和车流量逐步减少和人眼逐步适应时，进入自动节电运行状态，深夜时自定进入半载运行状态。
本发明照明型的节电效率一般为18％-25％，。
本发明照明动力型的节电效率一般为15％-20％。
本发明动力型的节电效率一般为8％-12％。
本发明路灯的节电效率一般为35％-45％。
下面对本发明操作方法进行说明。
用户侧电网环保节电装置操作极其简单，无需操作人员干预，它根据外网电压波动及负载的变化，自动将电压稳定在用户需要的数值上并自动减小三相的不平衡，起到节电的效果。
(1)接通电源后，数字电压表显示当前电网电压值。
(2)用户需要市电运行时将面板上的选择按钮拨到市电档既可，这时系统自动切换到市电运行，不需断电，切换过程也不会断电。
(3)用户需要节电运行时将面板上的选择按钮拨到节电档既可，这时系统自动切换到节电运行，不需断电，切换过程也不会断电。
(4)用户侧电网环保节电装置可靠性极高，万一控制器及PLC损坏，系统自动切换到市电运行，切换过程也不会断电。
(5)用户负载过载和短路，用户侧电网环保节电装置自动保护系统动作，自动切断电源，保护用电设备的安全。
本发明适用于用户侧，三相交流400V或6000V供电回路，负载容量为10kw到6000kw。
单相交流220V供电回路，负载容量为5kw到300kw。
Claims (6)
1.一种用户侧电网环保节电装置，所述该装置包括壳体(10)，壳体(10)内设置有三相电压幅值及相位平衡节电装置(5)，其特征在于，壳体(10)内还设置有：电压变送器(1)、可编程控制器PLC(2)、数字驱动模块(3)、电磁式调压设备(4)、无源滤波器(8)；其中电压变送器(1)的输入端连接三相交流电源A、B、C，其输出端连接可编程控制器PLC(2)模拟量的输入端，可编程控制器PLC(2)开关量的输出端连接数字驱动模块(3)；数字驱动模块(3)输出端分别连接电磁式调压设备(4)和三相电压幅值及相位平衡节电装置(5)的输入端(Z1、Z2、Z3)；电磁式调压设备(4)中的A相绕组(4-3)、B相绕组(4-2)、C相绕组(4-1)的输入端分别连接三相交流电源A、B、C；三相电压幅值及相位平衡节电装置(5)的输出端(Z4、Z5、Z6)连接与负载(6)连接的无源滤波器(8)。
2.根据权利要求1中所述的用户侧电网环保节电装置，其特征在于，所述可编程控制器PLC(2)模拟量的输入端I0，M0、I1，M1、I2，M2分别连接电压变送器(1)的输出端A1，A2、B1，B2、C1，C2；可编程控制器PLC(2)开关量输入端I0.0和COM端之间串联市电/节电选择开关(14)和24v直流电源(15)；可编程控制器PLC(2)的三组开关量的输出端(Q0.0，Q0.1，Q0.2，Q0.3，Q0.4，Q0.5)、(Q1.0，Q1.1，Q1.2，Q1.3，Q1.4，Q1.5)、(Q2.0，Q2.1，Q2.2，Q2.3，Q2.4，Q2.5)分别连接数字驱动模块(3)内三个固态继电器组(7)中可控硅(20)的控制级。
3.根据权利要求1或2中所述的用户侧电网环保节电装置，其特征在于，所述数字驱动模块(3)中每个固态继电器组(7)最多包括6个反并联的可控硅(20)，在三组固态继电器组(7)中可控硅(20)一侧的三组主回路(M1，M2，M3，M4，M5，M6)、(M11，M12，M13，M14，M15，M16)、(M21，M22，M23，M24，M25，M26)的一端分别连接电磁式调压设备(4)中A相绕组(4-3)、B相绕组(4-2)、C相绕组(4-1)的输出端(F1，F2，F3，F4，F5，F6)、(F11，F12，F13，F14，F15，F16)、(F21，F22，F23，F24，F25，F26)；三组固态继电器组(7)中可控硅(20)另一侧的三组主回路(N1，N2，N3，N4，N5，N6)、(N11，N12，N13，N14，N15，N16)、(N21，N22，N23，N24，N25，N26)的三个端点D1、D2、D3分别连接三相电压幅值及相位平衡节电装置(5)的输入端(Z1、Z2、Z3)。
4.根据权利要求1或2中所述的用户侧电网环保节电装置，其特征在于，所述电磁式调压设备(4)中A相绕组(4-3)、B相绕组(4-2)、C相绕组(4-1)的输入端和零线0之间分别连接压敏电阻R1、R11、R21。
5.根据权利要求1中所述的用户侧电网环保节电装置，其特征在于，在壳体(10)面板上设置有数字电压表(11)、节电指示灯(12)、市电指示灯(13)和市电/节电选择开关(14)，其数字电压表(11)接在三相交流电源A、B相之间；节电及市电指示灯(12、13)串联24v直流电源(15)后接在可编程控制器PLC(2)中开关量输出端的Q0.6，Q0.7上。
6.根据权利要求1中所述的用户侧电网环保节电装置，其特征在于，所述电磁式调压设备(4)是一个付边具有多个抽头的自耦变压器。
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