CN213879291U

CN213879291U - 一种自动功率补偿的便携式插排

Info

Publication number: CN213879291U
Application number: CN202022967814.6U
Authority: CN
Inventors: 和思铭; 李伟觐; 曾文钰; 蒋笑立; 周思鹏; 肖新龙; 姚璇
Original assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS; Changchun Institute Technology
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2030-12-10

Abstract

本实用新型涉及一种自动功率补偿的便携式插排，由插孔、电流互感器、主控单片机、降压电路，可变电容值电路和补偿电路开关组成，市电进入插排后一路接火线孔零线孔，另一路与降压电路连接，降压电路连接主控单片机；主控单片机通过线路与互感器连接构成。通过单片机检控制可变电容值电路的等效电容值进行针对性补偿，从源头上减轻无效功率的产生和传输，降低的能源损耗；使用电设备全功率运行，降低设备运行时线损；通过改变可变电容值电路的等效电容值，能够满足家用电器的无功补偿，降低了用户用电成本，提高了居民用电的使用效率。该自动进行精细化功率补偿的便携式插排使用灵活方便，造价低廉。

Description

一种自动功率补偿的便携式插排

技术领域：

本实用新型涉及一种220V家用电器节能装置，具体是一种依靠可变电容值电路自动进行高精度功率补偿的便携式插排。

背景技术：

家用电器中由于存在感性元件使设备需要吸收无功功率，加大设备中的线路损耗，增加能源浪费，同时还使电器工作能力降低。以此问题最好的解决办法是进行无功补偿，而目前的家庭无功功率补偿方式基本都是在家庭进户线的位置安装一个补偿装置，直接对整个家庭的内部小电网进行调节，但这种补偿方式成本高，安装复杂，并且灵活性不高，不适合小家庭自主操作补偿，并且其补偿效果主要利于电网的运行，使设备高效能运行的效果并不明显。

CN202260003U公开了一种通过分组开关控制电源通断来减少功率损失的插排。

CN104701866A公开了一种高效自动无功补偿装置，但其主要针对于电网运行的功率补偿，其装置中采用的电容补偿模块和SVG动态补偿模块与我们的可变电容值电路模块在动态补偿方面不同与我们的电容可变电容值电路改变电容容值的方法，并且它提到，装置应当接在变压器与负载相连的线路之间。

CN2133086Y公开了一种无功自动补偿控制器，但其主要针对三相电电网系统运行的无功功率补偿，不适用于家用电器的无功功率补偿。

CN2417623Y公开了一种无功自动跟随补偿器，但其主要针对三相电电网系统运行的无功功率自动补偿，不适合家用电器的自动无功补偿。

CN209434885U公开了一种无功功率自动调节器，但此调节器主要针对于电网运行中的无功功率自动调节，不适合家用电器的无功补偿。

CN208890383U公开了一种无功功率自动补偿控制器，是针对电网的无功功率补偿，不适合家用电器的自主操作使用。

周灵锋,等公开了《基于STC89C52单片机控制的家庭无功功率智能补偿装置》.上海电机学院学报，2019，4.文章中提到了一种家庭自动补偿节能设备，主要是通过单片机控制电容与设备并联，但其补偿方式缺乏灵活性，并联电容的值只能通过更换电容来改变。

发明内容：

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种能提高补偿精度，同时使用方便灵活，依靠可变电容值电路的一种自动进行精细化功率补偿的便携式插排。

发明思想：单片机检测设备电路的电流与电压之间的相位角，再通计算无功补偿所需电容值，最后通过单片机输出控制信号控制可变电容值中的场效应管通断，以改变最后和设备电路并联的等效电容值，进而实现针对性补偿。

本实用新型的目是通过以下技术方案实现的：

一种自动功率补偿的便携式插排，是由插孔Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，电流互感器Ⅳ，主控单片机Ⅴ，降压电路Ⅵ，可变电容值电路Ⅶ和补偿电路开关Ⅷ组成，220V市电进入插排后一路通过线路c、线路d连接火线孔Ⅲ和零线孔Ⅱ，另一路通过降压电路Ⅵ分别与线路a、线路b相连，在220V市电火线与降压电路连接的线路上设有补偿电路开关Ⅷ；降压电路Ⅵ通过线路a和线路b连接主控单片机Ⅴ；主控单片机Ⅴ通过线路e和线路f与线路c上设有的互感器Ⅳ连接；单片机Ⅴ的引脚P1.0，P1.2，P1.3，P1.4，P1.5，P1.6，P1.7，P2.0和P2.1分别通过线路i，l，m，n，o，p，q，r和s一一对应连接可变电容值电路Ⅶ，可变电容值电路Ⅶ通过线路g与火线孔Ⅲ相连，线路h与零线孔Ⅱ连接构成。

有益效果：本实用新型通过单片机检测可变电容值电路的等效电容值，同时控制可变电容值电路的等效电容值对不同设备进行针对性补偿，从源头上减轻家庭无效功率的产生和传输，降低的能源损耗；使用电设备能够全功率运行，降低运行时设备中的线损；通过改变可变电容值电路的等效电容值，基本满足家用电器的无功补偿，降低了用户用电成本，提高了居民用电的使用效率。该自动进行精细化功率补偿的便携式插排使用灵活方便，造价低廉。

附图说明：

图1为一种自动功率补偿的便携式插排结构图

图2为一种自动功率补偿的便携式插排电路结构图

图3为图1中市电进入插排以及降压模块线路连接图

图4为附图1中插孔电路连接图

图5为附图1中主控单片机线路连接图

图6为附图1中可变电容值电路连接图

图7为一种自动功率补偿的便携式插排电路图

图8为一种自动功率补偿的便携式插排运行流程图

Ⅰ接地插孔，Ⅱ零线插孔，Ⅲ火线插孔，Ⅳ互感器，Ⅴ主控单片机，Ⅵ降压电路，Ⅶ可变电容值电路，Ⅷ补偿电路开关，

a、b为单片机供电线路；c为火线，d为零线；e、f为单片机的电压电流测量信号输入线路；g为可变电容连接火线插孔Ⅲ线路，h为可变电容连接零线插孔Ⅱ线路；单片机Ⅴ的引脚P1.0、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7、P2.0和P2.1通过线路i、j、k、l、m、n、o、p、q、r和s一一对应连接，控制场效应管的通断状态；M1，M2，M3，M4为电容火线端控制场效应管，M5，M6，M7为电容串联控制场效应管；M8，M9，M10为并联控制场效应管；M11为电容放电控制场效应管；C1－C4为补偿电容。

具体实施方式：

下面结合附图和实例对本实用新型进行进一步说明

用单片机检测设备电路的电流与电压之间的相位角，再通过无功补偿公式计算补偿所需电容值，最后通过单片机输出控制信号控制可变电容值中的场效应管通断，以改变最后和设备电路并联的等效电容值。

单片机不断监测设备电路的电压与电流值的相位角，当相位角偏离过大时，便自动计算补偿最合适的电容值，并且通过可变电容值电路中控制场效应管的通断来控制并联进设备电路的电容值。电容值由场效应管的通断形成特殊的电容串并联关系加以改变。

如图1所示，一种自动功率补偿的便携式插排，具体结构分为四个部分，220V线路进入插排以及降压模块部分，插排插孔电路部分，MSP430f449单片机电路部分，可变电容值电路部分，其中含有三插孔Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，互感器Ⅳ，主控单片机Ⅴ，降压电路Ⅵ，可变电容值电路Ⅶ,自动补偿电路开关Ⅷ。220V电进入插排后直接与火线插孔Ⅲ与零线插孔Ⅱ相连,同时220V线路也与自动补偿电路开关Ⅷ相连，再经降压电路Ⅵ降压后给单片机Ⅴ供电，单片机Ⅴ通过检测设备电路中的电压电流信号，计算补偿电容值，再控制可变电容值电路Ⅶ进行补偿。

如图2所示，220V市电经两路，一路直接给插孔供电，另一路经降压模块给单片机供电，插孔的电流电压信号再输送给单片机，单片机根据插孔的信号控制电容串并联电路对接入插孔的设备进行补偿。

本实用新型所用单片机为MSP430f449，在装配前将运行程序写入单片机，并固化。

功率补偿插排运行如图7所示。运行开始，单片机Ⅴ初始化，当接入设备的功率因数偏离预定值即满足既定情况，程序便进入预定情况，单片机Ⅴ检测必要数据，单片机Ⅴ将数据带入数学模型进行计算，得出最合适的电容值并控制场效应管通断改变可变电容值电路Ⅶ中各个电容间的串并联关系，使最后与设备并联的电容值逼近最适电容值。若最后运行效果不满足预定值便重新测量计算,功率因数满足预定值则等待30秒，若30秒内功率因数未变化，则等待一分钟后重新测定一次，若仍无变化则三分钟后重新测定一次，若仍无变化，则系统进入休眠状态，以达到节能的目的。

具体使用时，当设备接入插排开始工作，单片机通过线路X5，X6检测设备的电流电压波形进而计算出电路功率因数，通过预先设置好的数学模型算出补偿电容值，计算完成后，使用引脚P1.0，P1.2，P1.3，P1.4，P1.5，P1.6，P1.7，P2.0和P2.1通过控制线路i、j、k、l、m、n、o、p、q、r和s控制可变电容值电路中场效应管的通断，进而改变整套电路等效的电容值，如图6所示。在初始化情况下单片机Ⅴ默认通过控制线路将所有场效应管均关断，当需要C1与C2并联时，单片机Ⅴ使用引脚P2.1，P2.0,P1.3,P1.2通过线路s，r，l，k将M1，M2，M8，M9四个场效应管接通，C1与C2即为并联状态(上述控制引脚，线路与场效应管一一对应)。当需要C1与C2串联时，在初始化情况下单片机Ⅴ默认通过控制线路将所有场效应管均关断，此时单片机Ⅴ控制引脚P2.1，P2.0,P1.5,P1.2通过线路s，r，ok将M1，M2，M5，M9四个场效应管接通，C1和C2即为串联状态，其他情况同理(上述控制引脚，线路与场效应管一一对应)。补偿后单片机Ⅴ通过探测的设备电路电流电压信号计算补偿后的功率因数值，若其满足设定值则保持电容间串并联情况，不满足则重新计算补偿所需电容值，重复上述步骤。

Claims

1.一种自动功率补偿的便携式插排，是由插孔Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，电流互感器Ⅳ，主控单片机Ⅴ，降压电路Ⅵ，可变电容值电路Ⅶ和补偿电路开关Ⅷ组成，其特征在于,市电进入插排后一路通过线路c、线路d连接火线孔Ⅲ和零线孔Ⅱ，另一路通过降压电路Ⅵ分别与线路a和线路b连接，在市电火线与降压电路连接的线路上设有补偿电路开关Ⅷ，降压电路Ⅵ通过线路a和线路b连接主控单片机Ⅴ；主控单片机Ⅴ通过线路e和线路f与线路c上设有的互感器Ⅳ连接；单片机Ⅴ的引脚通过信号线一一对应连接可变电容值电路Ⅶ，可变电容值电路Ⅶ通过线路g与火线孔Ⅲ相连，线路h与零线孔Ⅱ连接构成。