CN201146390Y - 电磁平衡节电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁平衡节电器，其主要包括：主回路电抗线圈串联在低压线路中；调压抽头线圈与主回路电抗线圈串联，由无励磁分接开关控制接通不同的抽头改变主回路电抗线圈两端电压，主回路电抗线圈利用“平衡控制变压系统”的特殊绕组，相互之间交叉组合，三相磁通交链互补，保证各相之间磁势的一致性，从而保持三相电压平衡，并且具有一个独立的三角形电抗滤波绕组，系统性的解决三相不平衡、谐波污染、电压波动等导致的低压电力系统电能浪费现象，提高低压系统电网运行效率。

Description

电磁平衡节电器

技术领域：

本实用新型技术是一种用于交流供电系统的节电器，与交流电网输配电相关，特别是与改善输电质量(调整过剩电压、降低起动电流、抑制谐波、提高功率因数和消除浪涌)相关。

背景技术：

随着工农业生产的飞速发展，人们生活水平不断提高，工农业用电及家庭生活用电成倍递增，造成电力系统用电负荷大幅度上升，供需矛盾突出，节约电能既可弥补电力供应的不足，又可大大节省工农业生产成本及家庭用电的费用，这是当今社会工农业生产发展和人们生活需要所共同关心的问题。

目前，现有的供电系统直接与负载连接，由于存在以下问题而使得负载的用电量很大，甚至影响负载的正常使用：

1.在三相电压幅值相等时，一般三相电压是平衡的，其各相电压矢量也相差120度。但在三相电压不平衡时，则产生负序电压和零序电压分量。从三相不平衡电压按对称分量法分解出的负序分量电压是一个反时针方向的向量，它可使电动机产生附加的反方向的制动力矩，如果要克服它并且按正方向保持原速度，就要加一倍的正序能量才能保持原速度，对于零序分量就是由于电压的不平衡产生电压中心点偏移而产生的电压或电流分量，它对电动机产生震动力矩和增大线圈漏磁通损耗。

2.由于供电系统中出现多种高次谐波分量，特别是靠近有大型整流负荷或大型多极水轮发电机附近的用户最为严重。高次谐波分量对电动机的损耗加大，对电度表或其他计量装置影响很大。

3.由于外供电网络存在有高次谐波干扰，以及企业内部由于自身设备及生产工艺产生的部分谐波畸变分量，在供电网络中叠加、循环又返回变压器，造成变压器损耗加大，温度上升，更重要的是破坏了供电网络质量，严重干扰企业用电设备特别是精密设备的运行。

4.在电力传送供应输送过程中，电力公司为了避免送电过程中的损耗及尖峰用电时造成末端用户电压过低，故会以较高的电压输送，因此用户实际所承受的电压会高于设备的额定电压，多余的电压不仅会损害电气设备，而且会造成用户不必要的电费支出。

5.在电力电网中，如果功率因数过低，使得输电线路存在相当数量的无功功率，这一方面增加了系统的损耗；另一方面减少了线路的压降，由于线路传送无功电流比较大，系统的线路电压损失相应增加，不利于系统电压的稳定。

电磁平衡节电器就是基于目前供电电网存在的问题所设计的一套适用于低压配电系统的节电器，系统完善的解决目前低压配电系统普遍存在的三相电压不平衡、瞬态浪涌、谐波含量过高、功率因数过低、过剩电压等现象。

发明内容：

本实用新型的目的在于针对以上问题提供一种利用电磁平衡技术，使供电电压趋于平衡，并且能改善供电线路中出现的过剩电压、谐波含量过高、功率因数过低、浪涌和瞬流等现象，达到最佳节电效果的节电器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电磁平衡节电器，在三柱日字铁芯上分别设置有六组电磁平衡线圈(A1，A2，B1，B2，C1，C2)和三相滤波线圈(L1，L2，L3)；六组电磁平衡线圈以正、反向混合串联耦合的方式连接成绕组，每相线圈绕组分别有一个线圈绕制在一个同相的磁柱上，另一线圈绕制在另一个异相的磁柱上，三个绕组引出调压线圈结成星型连接，以调整出线端((U、V、W))三相电压平衡及过剩电压；三相谐波吸收线圈连接成三角形，用于吸收三柱铁心产生的三次谐波，并通过外接电容C组成LC滤波电路，抑制电网中存在的谐波分量；通过励磁调节机构与调压线圈多组抽头之间连接调节系统电压；励磁调节机构由励磁开关控制仪控制，励磁开关控制仪采样供电电网电压及电流信号给控制仪核心器件单片机，单片机通过内部程序优化计算输出信号驱动励磁调节机构，可靠的调节供电电网质量，并调整LC滤波电路参数对系统谐波做到跟踪抑制，同时也可以用户根据电网实际情况，手动调节供电电网参数，提高供电质量。并且为了保证节电系统的可靠高质量运行，技术方案中还采用了ATS备自投装置及电容补偿器组C1-Cn，ATS备自投装置是一种大功率接触式双投开关，当电网电压低于设定值、负载电流大于额定值时，可以将节电器自动切换到旁路状态，不影响出线端(U、V、W)，保证系统正常供电；电容补偿器组C1-Cn并联在电磁平衡节电器出线端，自动跟踪电网运行时功率因数控制电容器组投切提高节电系统功率因数，与电磁平衡节电器综合提高系统节电率。

本实用新型技术的应用原理是：通过三相绕组的特殊连接，磁通量相互之间通过日字形铁芯相互耦合，三相磁通交链互补，保证各相之间磁势平衡，从而保持三相电压平衡；利用耦合的三角形线圈与电容组成系统滤波电路，消除供电系统奇次谐波分量；采用模拟数字电子技术，采样供电系统瞬时电流电压信号给单片机，根据电网的负载率，单片机优化计算输出电压调节信号驱动励磁调节机构，系统的调节供电电压偏差，并调整LC滤波电路参数对系统谐波做到跟踪抑制，使低压系统在稳态电压下合理运行。功率因数方面，采用无功功率自动补偿技术投切电容器组，与电磁平衡节电器系统全面的提高的系统功率因数。

本实用新型的节电器具有下述优点：

1、电磁平衡节电器可以有效地调整三相过剩电压，使电网电源与负荷实现完全匹配，保证系统高效经济运行；

2、电磁平衡节电器可以有效地平衡三相电压，将供电系统的三相电压不平衡度降到最低，保证用电设备安全、稳定、可靠运行，延长用电设备使用寿命，降低设备故障率；

3、降低电动机的起动电流，缓解电机起动时所产生的过大电流对电网的冲击；

4、提高功率因数，降低线损和变压器损耗，满足供电系统对功率因数的考核要求；

5、净化电网，消除供电系统存在的高次谐波，减少由高次谐波所产生的附加损耗，抑制供电系统的电压波动及由此引起的闪变现象，从而消除谐波和闪变对仪器设备产生的干扰，避免电力电容设备过负荷运行，更重要的是可保证电能电子计量仪器的计量不受干扰，实现准确计量；

附图说明：

以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明：

图1为本实用新型节电器结构原理示意图；

图2为节电器内部的三角形线圈接线示意图；

图3为节电器励磁机构机械传动结构示意图；

图4为槽轮拨杆结构示意图；

图5为槽轮主轴触头结构示意图；

在图中，1-日字形铁芯，2-电磁平衡线圈A1，3-电磁平衡线圈C2，4-电压调节线圈A3，5-三相滤波线圈L1，6-电磁平衡线圈B1，7-电磁平衡线圈A2，8-电压调节线圈B3，9一三相滤波线圈L2，10-电磁平衡线圈C1，11-电磁平衡线圈B2，12-电压调节线圈C3，13-三相滤波线圈L3，14-电容C，15-电容补偿器组，16-电动机，17-蜗轮、涡杆、减速机构，18-拐臂，19-拉伸弹簧，20-拨杆，21-槽轮，22-静触头，23-动触头。

具体实施方式：

如图1所示，在三柱铁芯上分别设置有三相平衡线圈(A1，A2，B1，B2，C1，C2)、调压线圈(A3，B3，C3)组成，其中三相平衡绕组即A相绕组、B相绕组、C相绕组，A相绕组包括A1、A2两个线圈，B相绕组包括B1、B2两个线圈，C相绕组包括C1、C2两个线圈，各相第二组线圈分别依次与其他异相相互耦合，即A2线圈绕制在B相铁芯上，B2线圈绕制在C相铁芯上，C2线圈绕制在A相铁芯上，以这种方式三相平衡线圈绕组之间交链互补，构成Z字形连接，三相磁通通过日字形铁芯相互耦合，保证三相供电电压的平衡性，调压线圈由平衡线圈引出，同时引出多组调压抽头，通过励磁机构来调节抽头位置，形成星型连接调节供电电压。ATS备自投装置是一种大功率接触式双投开关，当电网电压低于设定值、负载电流大于额定值时，可以将节电器自动切换到旁路状态，不影响出线端(U、V、W)，保证系统正常供电；电容器组C1-Cn并联在低压电网出线端，采用自动补偿的方式对低压系统进行无功功率自动补偿，提高节电系统功率因数，与电磁平衡节电器综合提高系统节电率。

如图2所示，独立的三角形线圈(L1，L2，L3)与平衡线圈绕组(A1，A2，B1，B2，C1，C2)相互之间耦合，用于吸收供电系统的三次谐波分量，与外接电容C构成LC滤波电路，可消除供电系统的某几次谐波分量。

如图3、图4、图5所示，励磁开关内电动机(16)从励磁开关控制仪获得指令后转动，经两级蜗轮减速机构(17)减速，蜗轮在转动过程中，铆在蜗轮上的圆柱销推动拐臂(18)转动，使拉伸弹簧(19)逐步拉伸储能，弹簧机构过死点释放，带动拨杆(20)转动，使槽轮(21)转过一个等分。联接在槽轮上的主轴带动动触头组从一个分接位置切换到相邻分接位置。同时，装在主轴上的指示杆也随主轴转过一个相应的位置角度，通过位置指示回路在控制器上显示开关所处的工作位置。

本实用新型所述的励磁开关主要用来控制励磁机构，其控制原理是通过精密霍尔传感器采样供电系统电流、电压信号给单片机，经单片机优化计算，根据电网负载情况，调节供电系统过剩电压，并且根据此时电网谐波情况调整LC滤波电路参数对系统谐波做到跟踪抑制。霍尔传感器与单片机组成闭环调节系统，随电网质量及负载情况的变化迅速调整电网参数，使电网趋于稳态方式下运行。

本实用新型所述的电磁平衡节电器适用于低压配电系统，安装在电力变压器之后，用户负载之前，串联在低压供电线路中，使整个低压供电系统在节电模式下优化运行。

本实用新型节电器不仅对供电系统具有明显的节能作用，还可以明显的改善电网的质量，消除电网中的过剩电压、抑制谐波、过滤浪涌和瞬流等现象。以上对节电器的实施方式是说明性的并不是限制性的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，所有变化和修改都在本实用新型技术范围之内。

Claims (5)

1、一种电磁平衡节电器，它包括三个磁柱的日字形铁芯、六个电磁平衡线圈绕组、调压线圈绕组、LC滤波电路、ATS备自投装置、电容补偿组、励磁调节机构及励磁开关控制仪所组成，其特征在于：电磁平衡节电器的铁芯采用日字形铁芯，在三柱日字铁芯上分别设置有六组电磁平衡线圈为A1，A2，B1，B2，C1，C2和三相滤波线圈为L1，L2，L3；六组电磁平衡线圈以正、反向混合串联耦合的方式连接成绕组，每相线圈绕组分别有一个线圈绕制在一个同相的磁柱上，另一线圈绕制在另一个异相的磁柱上，三个绕组引出调压线圈结成星型连接，以调整三相电压平衡及过剩电压；三相谐波吸收线圈连接成三角形，并通过外接电容C组成LC滤波电路，通过励磁调节机构及励磁开关控制仪，采样供电电网电压及电流信号给控制仪核心器件单片机，单片机通过内部程序优化计算输出信号驱动励磁调节机构从而调节绕组参数，并调整LC滤波电路参数，同时也可以由用户根据电网实际情况，采用手动调节供电电网参数。

2、根据权力要求1所述的电磁平衡节电器，其特征在于：电磁平衡线圈绕组包括A相绕组、B相绕组、C相绕组，A相绕组包括A1、A2两个线圈，B相绕组包括B1、B2两个线圈，C相绕组包括C1、C2两个线圈，各相第二组线圈分别依次与其他异相相互耦合，即A2线圈绕制在B相铁芯上，B2线圈绕制在C相铁芯上，C2线圈绕制在A相铁芯上，以这种线圈间正、反向混合串联耦合的方式连接成绕组，每相线圈绕组分别有一个线圈绕制在一个同相的磁柱上，另一线圈绕制在另一个异相的磁柱上。

3、根据权力要求1所述的电磁平衡节电器，其特征在于：三个调压线圈绕组A3，B3，C3引出多组抽头结成星型连接，每相绕组的首端接三相电源中的一相，通过励磁调节机构调节与多组调压线圈抽头相连接，组成多种不同星型连接方式与调节三相电压输出。

4.根据权力要求1所述的电磁平衡节电器，其特征在于：LC滤波电路中三相滤波线圈L1，L2，L3与三相电磁平衡节电器六个线圈绕组A1，A2，B1，B2，C1，C2相互耦合，形成一组独立的三角形线圈。

5、根据权力要求1所述的电磁平衡节电器，其特征在于：励磁调节机构，它由快速传动机构、主轴及控制器所构成，通过励磁开关控制仪，采样电网电压电流信号通过单片机内部程序优化计算输出控制信号驱动励磁机构。

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