CN202231434U

CN202231434U - 智能节电器

Info

Publication number: CN202231434U
Application number: CN2011203654930U
Authority: CN
Inventors: 常仁中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2021-09-27

Abstract

本实用新型公开了一种智能节电器，它包括依次电连接的智能电力参数采集模块、可编程控制器、节电智能断路器、调零节能变压器，TSB调零节能变压器连接至用户设备；所述的可编程控制器还配备有触摸屏。智能节电器与传统的节电器比较具有很多优点。它具有自动监测电路中的电压、电流等参数并能根据不同的负载自动切换到最佳工作状态。使三相电路的电压和电流处于最佳状态，达到节电目的，集电磁平衡、自动补偿、自动稳压、滤波、各种电力参数监控等多功能于一体的节电装置。

Description

智能节电器

技术领域

本实用新型涉及一种节电器，特别是涉及一种智能节电器。

背景技术

伴随着席卷全球的经济一体化浪潮，中国的企业将面临更加激烈和残酷的国际竞争。通常情况下，市场竞争最直接的表现形式就是价格竞争，而价格竞争最终是要依靠企业的成本优势来进行支撑。因此在人力资源成本、科研开发成本、营销成本、生产原料成本、物流成本等诸多成本逐年呈上升态势而产品与服务又趋于同质化的今天，面对利润率的逐渐下滑，企业通常所能采取的对策是从加强市场开拓与严格控制成本两方面着手，相对而言，成本控制更易实施。

电能是维持一个企业正常生产的基本要素，其表现为成本最抽象和最直接的形式便是电费，而电费支出在不少企业的诸多成本支出中已经成为继原材料和人员工资之后的第三大成本。

对于企业来说，工厂节能改造最直接的就是能带来可观的经济利益，使企业运转的成本降低，利润达到最大化。企业用电量减少的同时，供电机构也减少电能的生产供应，减少不可再生能源(如煤炭)的使用，还大量降低了二氧化碳的排放和减缓人类环境的污染。综上所述，节能减排既有助于科学发展，又有利于为人类创造良好的生活环境，能够有效解决经济建设与环境保护之间的矛盾。

因此，节电器得到了广泛应用，但是传统节电器的控制部分中：控制单元、显示和电参数部分是分开独立的，这就造成了节电器内部线路十分复杂，故障率高，面板上需要多块仪表显示，记录电参数时容易出错。传统的节电器，没有PLC(一种可编程控制器)控制，节电模式和旁路模式切换时，是直接切换，节电断路器断开后旁路断路器再闭合，可能会出现将近1秒钟的瞬间断电，对负载会有瞬间的断电问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种智能节电器，该智能节电器能够有效消除谐波，提高功率因数，平衡相位，稳定电压，达到节能目的。

本实用新型的技术方案：为了解决上述技术问题，本实用新型包括依次电连接的智能电力参数采集模块、可编程控制器、节电智能断路器、调零节能变压器，调零节能变压器连接至用户设备；所述的可编程控制器还配备有触摸屏。

在所述的节电智能断路器和调零节能变压器上并联有旁路智能断路器。

所述的调零节能变压器的内部线圈加设有相位平衡绕组。

智能节电器与传统的节电器比较具有很多优点。它具有自动监测电路中的电压、电流等参数并能根据不同的负载自动切换到最佳工作状态。使三相电路的电压和电流处于最佳状态，达到节电目的，集电磁平衡、自动补偿、自动稳压、滤波、各种电力参数监控等多功能于一体的节电装置。

智能节电器功能具体如下：

1、在线有载调节功能：既可手动调节；也可以预先设置自动调节，无须专人操作管理。

2、有滤除谐波功能，减少无功损耗。

3、相位平衡功能：内部线圈增加了平衡相位的绕组。

4、现场安装时无需改变原有线路的控制状态，无需改变用户的用电习惯和使用方法。

5、可以在补偿电容的系统中运行，并有很好的节电效果。

6、安全环保，配备旁路系统，一旦出现故障自动切换。

智能节电器广泛用于电网降损改造和企业节电改造工程，市场需求极大，有着高度的适用性。智能型节电器能够自动跟踪设备的使用电流、电压，根据不同的电压输入值，输出最佳合理经济的工作电压，不同的用电情况自动调整输出匹配的电压，使所有设备始终处于经济运行的状态。

智能节电器适用于额定电压220V至1KV之的电压范围，从电力供电源头到用电负载全面实现电抗滤波、稳压、限流等达到节电目的。

总之，本实用新型是一种工作于低压配电系统中的设备保护和节电控制的智能节电器，通过面板操作和先进的微电脑控制技术，对负载用电情况进行实时监控，自动节电及保护，广泛应用于机关学校、矿山冶金、化工化肥、商场宾馆、石油橡胶、钢铁水泥、造纸印刷等行业。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图示意图；

图2是本实用新型变压器线圈示意图；

图3是智能电力参数采集模块与调零节能变压器的电气连接示意图；

图4是可编程控制器的电气原理示意图；

图5是节电旁路与节电主回路之间的电气工作原理示意图。

附图中的电气元件符号含义如下：

TA-电流互感器；QF-断路器；KM-交流接触器；FR-变压器热保护器；KA-小型继电器；SA-急停按钮；SQ-二位旋钮；H-指示灯；HL-警铃；

X1-手动/自动；X2-节电/旁路；X3-急停；X4-2档工作；X5-3档工作；X6-4档工作；X7-变压器温度达到80℃；X8-变压器温度达到120℃；X9-节电运行；X10-节电故障；X11-旁路运行；X12-旁路故障；；

Y1-2档工作中；Y2-3档工作中；Y3-4档工作中；Y4-节电闭合；Y5-节电断开；Y6-旁路闭合；Y7-旁路断开；Y8-节电指示；Y9-旁路指示；Y10-变压器过热指示；Y11-故障警铃。

以上，X1-X12表示输入；Y1-Y11表示输出。

具体实施方式

本实用新型的实施例1：

电路系统中存在以下能量损耗因素：

1、谐波的存在

谐波与系统功率因数的关系，如下：

如果不考虑位移，那功率因数和谐波的关系如下表：

THD描述的是电压或电流波形与正弦波之间的波形差异：畸变，而

是描述电压与电流之间的相位差异。他们都表现为虚功在线路中的流动，不是实际对负载做功。

电容补偿柜是用来调节

的，因为一般用电负载主要呈感性，在感性线路中并联电容器，可以使得

接近1。但电容器不能解决谐波THD问题。这就是为什么调节电容时，功率因数提高了，但谐波没有减少甚至增大的原因。因此，谐波要用电抗器、滤波器等元器件才能减小。

那为什么并联电容

提高了而谐波会增大呢？

电力供电线路(电源)部分基本都是由无源器件组成的，如变压器、配电柜、功率因因数补偿电容、电缆等，这些元件构成了一个无源网络。电路外特性呈现阻抗特性，也有固有谐振频率。并联功率因数补偿电容，就会改变供电线路的阻抗特性，其固有谐振频率就会变化，假设供电线路的固有频率正好落在某次谐波的频率点上，如3次谐波，150Hz，那么，3次谐波因为谐振关系而大大增强，其它次谐波并没有减小，总THD就会增大。

总之，要适当消除谐波，才能真正解决功率因素提高，达到节能的目的。而减小甚至消除谐波，功率因素会提高，用电设备的有效功率会提高。如果只是一味地消除谐波，负载的工况会改变，其他的电力参数会相应变化，节能效果并不明显。

2、变压器负载三相平衡的问题

电压不平衡导致数倍的电流不平衡；导致电动机中逆扭矩增加使温度上升，效率降低，损失增加，产生震动，输出节减等影响；各相之间的不平衡会缩短机器的使用寿命，增加设备的维修成本；断路器容许电流的余量减少，负载变更时或负载交替时发生超载、短路；中性线中流入过大的不平衡电流。

三相负载不平衡将增加变压器的损耗；三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件温升增高。

采用三相四线制供电方式，由于用户较为分散，线路较长，如果三相负荷不平衡，将直接增加电能在线路的损耗：当三相负荷平衡时线损最小；当一相负荷重，两相负荷轻的情况下线损增量较小。

鉴于前述能量损耗因素，本实用新型采用了以下技术方案，它包括依次电连接的智能电力参数采集模块、可编程控制器、节电智能断路器、调零节能变压器，调零节能变压器连接至用户设备；所述的可编程控制器还配备有触摸屏。在所述的节电智能断路器和调零节能变压器上并联有旁路智能断路器。该调零节能变压器可以直接采用市售的调零变压器，比如TSB型号的调零变压器，并且在该调零节能变压器的内部线圈上加设相位平衡绕组。

整个智能节电器由PLC智能控制(PLC是一种可编程控制器)，PLC控制KM1、KM2、KM3，分别对应调零变压器的三个档位。通过编程，可以设置成自动，也可以手动控制。并且PLC可以做时间延时、定时、计数、计时等很多功能。调零节能变压器的调压抽头通过PLC编程设置在感应回路线圈上。主回路线圈在附图3中有：A1B1C1、A2B2C2、A3B3C3，感应回路线圈在调零变压器内部。PLC与触摸屏、智能电力参数采集模块的通讯皆为RS-485通讯(RS-485是PLC与输入模块之间的通讯方式)，通讯端口为D型接口，信号线的端头也是D型接口。智能电力参数采集模块采集用户的实时用电参数，RS-485通讯传输给PLC，PLC扫描信号，储存参数，并进行分析、计算，然后以RS-485通讯方式根据要求作出相应输出，把相关数据显示在触摸屏上；同时也可根据实际情况控制智能断路器的断开或闭合。结合了面板操作和微电脑控制技术。面板操作就是通过触摸屏操作，微电脑控制技术就是使用PLC智能监控，无须人工操作，当然触摸屏的主要功能是显示参数及信号，同时可以人工手动操作。PLC控制，可以在程序里做延时设计，也就是节电断路器延迟1秒断开，旁路断路器已经闭合，旁路断路器已闭合后，节电断路器再断开，这样对负载的供电就不会有间断了，克服了传统的节电器在节电模式和旁路模式切换时，对负载会有瞬间的断电问题。

当输入加到R-S-T端(R-S-T端见图2所示，以及图3所示的TSB调零节能变压器部分)时，电压即加入到各组线圈上，从串联线圈与并联线圈间输出电压。由于串联线圈中的激磁线圈所产生的磁通，是经由各相激磁线圈所产生的磁通交汇在同一个三柱型铁芯中，这会使得三相铁芯柱上的磁势得到平衡，在磁势数量上也大致相等，因此在输出端的电压与电流得到平衡，三相数据也大致相等，且电压会稳定在所设定的目标值上。

一般情况下，采用智能节电器可以有效针对常见的电力浪费产生抑制的效果，节电率可达5％-15％，电流断路器的容许范围可提高15％以上。提升用电效率，减少无效电力，稳定电流，延长负载设备使用寿命。本设备直接的节电效果可以来自以下几方面：

A、滤除高次谐波

电网中真正有效的电能由稳定的主频率正弦波所传递，但在近代电网中，越来越多的各式干扰，会产生高次谐波。高次谐波不仅会导致无效的电力成本，更会引起线路和设备不正常发热，提高铜、铁损，降低设备使用年限。本设备通过增加平衡绕组，有效滤除高次谐波，同时还可以缓冲电网中电压和电流的瞬变，进而大幅提高电力效率。

B、平衡相位

保持各相位电流、电压平衡，消除零序电流，降低电网传输损耗，减少负载承受之无效功率，进而减少电力成本，改善电网质量，并延长设备使用寿命。

三相电流的分布，趋于平衡，零序电流大幅降低。

C、稳定电压

运用自动滤波电抗整流技术，即当电压稳定无波动的时候，也就是显示出来的是电压稳定在380V一个恒定的值，就会使电能优质化，消除电污染，削减无效电力，让电力达到最大有效利用率，因为用电设备在额定电压工作，工作效率比较高，符合用电设备设计时的理想工作环境。

装机后电压的稳定性大幅提高，因而可以精准的将无效电能滤波去除，而不会影响到负载之正常运转；

D、改善功率因数

去除谐波，可对负载提供无功补偿电流，以提高功率因子2％-4％，并可改善长距离传输电能之损耗，有效节省电能。

本实用新型具有以下特点：

特点一：将智能控制仪与电参数显示系统有效地结合在一起，成为集电参数显示、控制、电能计量、保护等多功能的一体化控制模块。

智能节电器的控制部分是模块化结构，线路简单，电参数、显示和控制单元一体化，由电路板连接，集成在体积仅为(20cm×10cm×10cm)的小盒子里，所有电参数的显示是由一块液晶屏幕完成，记录时方便快捷，故障率低。

采用将控制仪与电参数显示有效地结合在一起，即PLC和触摸屏显示形成一体化多功能的智能控制仪，智能控制仪是一种具有可编程功能、遥测、遥信、遥控、自动控制、电能累加、实时时钟、LCD显示、数字通讯等功能为一体的智能三相综合电力测控仪表，它集数字化、智能化、网络化于一身，使测量过程及数据分析处理实现自动化，减少误动作和故障，能够全面替代电量变送器、电度表、数显仪表、数据采集器、记录分析仪等仪器。通过智能控制单元来监测系统的实时动态，并将状态信息传送出去。触摸屏上显示工作状态、电能参数等一系列参数，减少很多仪表的使用(例如电压表、电流表等)，可将众多参数在一起显示出来，看来起来方便，便于操作，另外，很多仪表是指针，这样精度不够高，而触摸品上显示出来的是数字，精度相对高，更加直观。

在技术上可实现平衡三相输出，有过压、欠压、过流等保护功能，内部有精细调节、实现最佳配置、快速响应，有效实现节电保护双重效能。

特点二：通过PLC编程，节电器通过调整主体变压器感应回路线圈，可实现电压的无闪断调控并稳压输出。

传统节电器对主体变压器进行变压调整时，由于调压抽头在主回路上，所以调整主回路线圈时有瞬间断电现象，切换时会对使用设备造成不良影响，甚至导致设备停机或报警。智能节电器对主体变压器(主体变压器是指用户原本的变压器，将变电站输送过来的10KV的电压降压至380V，但考虑到线路负载，所以一般变压器出线端的电压会达到390V，甚至400V，偏高。因为客户安装变压器会考虑到以后设备的增添，用电量的增加，所以安装变压器的容量、电压都会考虑到余量)进行电流电压调整时，调整的是感应回路线圈(该调整方式在PLC中预先编程即可)，主回路线圈一直保持接通，也就做到了调整电流电压主回路不断电，在节电器切换时不会影响使用设备的正常工作。由于感应回路线圈中的电流很小，所以智能节电器大大减小了控制电流，更加安全节约，同时提高了设备的使用寿命。其外部接线很简单，根据设备的输入、输出标示接线即可，程序内部需要编程，实现自动分析参数、根据实际情况输出，调零节电变压器有三个档位的输入，每个档位对应的变压器内部的线圈绕制都不同，也就是说每个档位输出的电压都不同，就像电风扇的档位，每个档位工作的风量都不一样。因为用户的主体变压器出线端电压不一样，有的达到400V，就要大档位稳压；有的是390V，用小档位稳压；有的是380V，而且三相平衡，波动很小，那么无需智能节电器，因为节点空间极小，实际电能参数十分理想，设备安装简洁，运行稳定可靠。

特点三：运用自动滤波电抗整流技术，将输入的电压予以优质化，消除电污染，削减无效电力，让电力达到最大有效利用率。采用微电子软硬件技术、微型传感技术将其智能化，实现低压自动检测，减少线路无功电流，降低线路损耗使功率因数在0.9以上，此部分提高节电率3％-4％。

特点四：节电器可通过节电和旁路两种状态的切换即时反映节电率，节电率随时可以直观看到，不需要因测试节电率要安装有功计量电表和要很长的时间，电能自动计量和储存。节电和旁路装置还可以在设备一旦出现故障时能自动切换到原来控制回路工作，确保生产的安全。

Claims

1.一种智能节电器，其特征在于：它包括依次电连接的智能电力参数采集模块、可编程控制器、节电智能断路器、调零节能变压器，调零节能变压器连接至用户设备；所述的可编程控制器还配备有触摸屏。

2.根据权利要求1所述的智能节电器，其特征在于：在所述的节电智能断路器和调零节能变压器上并联有旁路智能断路器。

3.根据权利要求1所述的智能节电器，其特征在于：所述的调零节能变压器的内部线圈加设有相位平衡绕组。