CN2574275Y

CN2574275Y - 多功能高效节电器

Info

Publication number: CN2574275Y
Application number: CN 02257664
Authority: CN
Inventors: 邵文俊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-05
Filing date: 2002-10-05
Publication date: 2003-09-17
Anticipated expiration: 2012-10-05

Abstract

一种多功能高效节电器，分为三相和单相两种，其中三相节电器由可升、降压的三相自耦变、三角线圈滤波回路和L、C滤波器组成，三角线圈回路为对应A、B、C三相绕组的三个同极性绕组a－x、b－y、c－z，并按A、B、C相位次序头尾串联构成三次谐波滤波器；L、C滤波器为对应五次或七次或十一次谐波的电容补偿及调谐滤波电路，该电路一端分别与自耦变压器A、B、C三相的输出端相连，另一端相互连接构成星形联接结构。在单相节电器中，自耦变压器采用单相结构，而三次、五次谐波滤波采用L、C滤波器。其特点是通过调压降低有功损耗；消除谐波降低用电设备的附加损耗，通过电容器兼顾无功补偿，提高功率因数，其节电效果显著，节电率一般在15～40％之间。

Description

多功能高效节电器

技术领域

本实用新型涉及一种用电器的多功能节电装置，具体涉及一种能适应配电网络的各种照明和动力设备负载的节电器，这种节电器更适合在带有谐波源的上述负载上使用。

背景技术

能源是实现我国四个现代化，建设有中国特色社会主义的重要物质基础，节约电能更是电力生产、供应企业、工矿企业和广大消费者共同关心的问题。从电厂和供电企业而言，降低煤耗、厂用电量和降低线损是主要的节能方向；而对各工矿企业和广大用电消费者而言，减少有功、无功消耗，减少电费支出实为消费者主要的节电途径。

随着现代化工业的高速发展，电力系统的非线性负载日益增多，如各种换流设备、变频电源、电力电子装置以及电弧炉、电气化铁道等非线性负载遍及全系统，其谐波含有为10～70％；而电视机、节能灯以及热泵、空调压缩机、电脑等家用电器的使用越来越广泛，其谐波含有为5～100％，甚至更高，这些非线性负载产生的谐波电流注入电网，使公用电网的电压波形产生畸变，严重地污染了电网环境，威胁着电网中的各种电气设备的安全经济运行。

国家相继颁布了《电力系统谐波管理暂行规定》和《电能质量公用谐波》二项法规，希望引起全社会的广泛重视，并能探索一条既节约有功功率损耗和在常规无功补偿的基础上，又能提出对谐波公害引起有功无功附加损耗的节能措施，以有利于国家，得益于民众。

本实用新型目的是提供一种既能节约电网和用户电能，又能消除和减低因谐波干扰而引起的电能消耗的多功能高效节电器。

发明内容

为达到上述目的，本实用新型按三相供电和单相供电要求分别提供技术方案是：

一种三相供电方式的多功能高效节电器，包括一个三相自耦变压器，自耦变压器A、B、C三相绕组上分别设有升、降压可调抽头；对应自耦变压器A、B、C三相绕组分别设置三个同极性绕组a-x、b-y、c-z，三个同极性绕组a-x、b-y、c-z按A、B、C相位次序头尾串联呈三角线圈回路，以此构成三次谐波滤波器。

上述技术方案的有关内容和变化解释如下：

1、上述方案中，为了消除或减少五次、七次或十一次谐波的附加损耗，可以在三相自耦变压器输出端设有对应五次或七次或十一次谐波或更高次谐波的电容补偿及调谐滤波电路，该电路由三个L、C滤波器构成，三个L、C滤波器的一端分别与自耦变压器A、B、C三相的输出端相连，另一端相互连接构成星形联接结构。

2、上述方案中，为了同时消除或减少五次和七次谐波的附加损耗，可以在三相自耦变压器输出端分别设有对应五次和七次谐波的两组电容补偿及调谐滤波电路，每组电路由三个L、C滤波器构成，三个L、C滤波器的一端分别与自耦变压器A、B、C三相的输出端相连，另一端相互连接构成星形联接结构。以此类推，为了同时消除或减少五次、七次和十一次谐波的附加损耗，可以在三相自耦变压器输出端分别设有对应五次、七次和十一次谐波的三组电容补偿及调谐滤波电路。

3、将三相自耦变压器、三角线圈回路与电容补偿及调谐滤波电路组合后，本节电器由带三次谐波滤波绕组的升、降压有功降损电路和具有无功补偿调谐滤波的电路组成。所述三相自耦变压器的每相绕组由公共绕组部分和串联绕组部分组成，并通过电磁感应耦合连接来传输电能。自耦变压器的串联绕组有功能调节抽头，分别为“升压”、“旁路”和“节电”，公共绕组上有I、II、III档电压调节抽头，以调节电压满足最佳节电工况和升压要求。

4、上述方案中，电压调节按GB12325-90《电能质量供电电压允许偏差》要求设置，即380V电力用户±7％，220V电力用户-10％～+7％。设置调压抽头时自耦变压器线圈降压比在1＜K＜1.1，这样设置的自耦变压器绕组圈数，可以使用电设备在正常情况下获得最大节电效果。同时，采用自耦变压器系因其装置容量约为普通双圈变压器额定容量的(1-1/K)，从而大大降低了节电器成本，使消费者从中得到经济实惠。

5、上述方案中，所述三角线圈实际是一个三次谐波的滤波器，借助三角绕组为三次谐波电流形成了回路，从而抑制了三次谐波磁通和三次谐波电势的有害影响，它使磁通曲线和感应的一、二次电势曲线都接近正弦波形。

6、上述方案中，所述电容补偿及调谐滤波电路，既兼有无功补偿功能又兼有消除谐波功能。该电路在常规电容补偿技术基础上，兼取调谐电抗器与补偿电容器进行调谐滤波，以抑制五次或七次等谐波干扰，从而达到减少谐波附加损耗，改善电能品质的要求。

一种单相供电方式的多功能高效节电器，包括一个单相自耦变压器，自耦变压器的绕组上设有升、降压可调抽头，其输出端至少设有对应三次和五次谐波的两组电容补偿及调谐滤波电路，每组电路由L、C滤波器构成，L、C滤波器跨接在自耦变压器的输出端。

在单相节电器方案中，自耦变压器采用单相结构，而三次谐波滤波功能由电容补偿及调谐滤波电路来替代，即采用L、C滤波器构成三次、五次或七次等滤波电路，其中电容器兼顾无功补偿功能。本方案对单相用户来说同样达到有功降损、无功补偿的节电目的，但具体配置尤其是谐波次数的确定可以根据用户实际而定。

本实用新型工作原理是：第一，通过无功就地补偿原则，提高功率因数，减少电网无功需求，提高电网输送容量和用户用电装置容量，以降低电网线路损耗，达到节约电网和用户电能的目的；第二，在确保用电设备在正常使用工况下，通过自耦变压器调压手段来降低负载有功功率损耗，使用户节约电能；第三，借助有功降损自耦变压及无功补偿电路，实施三次谐波和五次或七次，甚至十一次、十三次等谐波滤波措施，以抑制和消除谐波公害，降低因波形畸变而造成的附加电能损耗。当节电器为三相电路结构时，其自耦变压器星形接线的中心线必须引出，这是改善三相负载电流不平衡，减少负序附加损耗的最佳手段。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果：

1、本实用新型能适应配电网络中各种照明和动力设备负载，其综合节电率一般在15～40％之间，即照明节电率约15～35％，动力设备轻空载时节电率达10～35％，上述节电率中包括因谐波干扰而造成约5～10％的附加能耗。由于本实用新型采取了各种节电技术方案，故节电率较高，节能效益显著，产品投资回报率较快，能给企业和用户带来丰厚的回报。

2、本实用新型采用降低有功功率损耗，提高功率因数和抑制与消除谐波干扰三项共有特征组合措施，从而达到了降损节能、释放容量，提高供电质量效果，在保证电器设备正常情况下，发挥了最大的功效。

3、本实用新型可以解决由于城网改造配电网首端用户电压偏高、晚间低谷电压过高而造成照明设备寿命降低，家电电器等设备过热，能耗增加等现象，以及未经农网改造的偏远山区线路未端用户因电网电压过低而无法正常启用家用电器的现象。

4、本实用新型在实际应用中，直接安装在计量电表的后面，串接在总开关和负载之间，在任何环境和条件下，不可能出现窃电行为。

5、本实用新型节电器采用新材料C型铁心和符合国标和IEC标准的自愈式电容器，自身损耗极小，只有千分之二以内，故节能效果显著，而且尽量少用或不用电子元件，节电器本身不产生谐波，属净化型的节电装置，故而确保节电器能可靠稳定的运行。本节电器降损措施还延长了照明设备的寿命，扩大了用户用电装置容量，节约了用户扩容费用和减少了照明设备更新费用。为此，本实用新型在节省电费开支的同时，还能节约其他不必要的费用。

附图说明

附图1为本实用新型三相节电器原理框图；

附图2为本实用新型以三相电路结构形式表示的电原理图；

附图3为本实用新型以三相电路结构形式表示的接线示意图；

附图4为本实用新型带三角绕组的滤波自耦变压器示意图；

附图5为本实用新型单相节电器原理框图；

附图6为本实用新型单相节电器电原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：参见附图1～附图4所示，一种三相供电方式的多功能高效节电器由三相断路器QF、熔断器FU1-3、电压表V1-3、指示灯HL1-3、带三次谐波滤波电路的三相调压自耦变压器TA和带调谐滤波电路的L、C无功补偿电路组成。自耦变压器A、B、C三相绕组上分别设有升、降压可调抽头。对应自耦变压器A、B、C三相绕组分别设置三个同极性绕组a-x、b-y、c-z，三个同极性绕组a-x、b-y、c-z按A、B、C相位次序头尾串联呈三角线圈回路，以此构成三次谐波滤波器。三相电源的输入端A、B、C分别经过三相断路器QF和熔断器FU1-3串接在三相自耦变压器的输入端，三个电压表V1-3跨接在线电压V_AB、V_BC、V_CA上，指示灯HL1-3分别连接于相线与零线之间，以监视电源的通断。输出电路B相接电流互感器，以电流表监视其输出电流，并采样控制电容器分组自动投切。输出端还并接了无功补偿调谐L、C滤波电路，该无功补偿调谐L、C滤波电路由对应五次和七次谐波两组构成，每组电路对应三相线路分成三路，每路由一个L、C滤波器、断路器QF和熔断器FU串联构成，每组电路中三个分路的一端分别与自耦变压器A、B、C三相的输出端相连，另一端相互连接构成星形联接结构。

为了保证用户电器设备能在正常工况下运行，又能最大限度的降低负载有功功率损耗，并能发挥自耦变压器的调压功能，三相自耦变压器串联绕组采取了升压、节电、旁路三个抽头输出，根据需要可选用手动或自动调节，自耦变压器降压比选用1＜K＜1.1，以满足电压质量要求，旁路输出为方便节电器的调试和切换时使用。自耦变压器公共线圈有三个调压抽头I、II、III档，通常应根据用户实际电压水平和波动幅度来调选使用，以达到最佳的节电效果。自耦变压器中三次谐波三角线圈系为创造一个吸收三次谐波电流的通路，以降低三次谐波磁势带来的附加损耗，其线圈圈数和电流等参数，可按三次谐波源(150周/秒)实测分量来进行设计。

本例无功电容器按功率因数来确定其电容量需求：

补偿电容器的分组数，可按实际负荷的变动情况，由常规产品控制器分组投切。

调谐电抗器为消除谐波源和降低电容器合闸涌流而进行配置。该电抗器在50周工频时，L、C无功补偿电路呈容性，向电网或用户输送电容电流，在调谐频率时，即谐波分量频率五次谐波或七次、十一次、十三次、……时，其X_L5＝X_C5、X_L7＝X_C7、……、X_Ln＝X_Cn，即某次谐波调谐时，L、C无功补偿电路呈阻性，且阻值很小，从而达到了吸收某次谐波分量的目的。由于一般谐波源集中在谐波量较大的三次、五次、七次、十一次，故常规调谐时，采用二阶调谐已经足够，低压配电网络因该短路容量相对较小，故谐波干扰远没有高压电网及高压用户谐波源那么严重。

无功补偿装置电容量和投切分组的选用，以及谐波源谐波次数、分量多少的设置，要准确测算、合理配置、统筹考虑，以获得最佳的技术经济效果。

实施例二：参见附图5和图6所示，一种单相供电方式的多功能高效节电器，由断路器QF、熔断器FU、指示灯HL、单相自耦变压器和带调谐滤波电路的L、C无功补偿电路组成。在单相节电器方案中，自耦变压器采用单相结构，而三次谐波滤波功能由电容补偿及调谐滤波电路来替代，即采用L、C滤波器构成三次、五次滤波电路，其中电容器兼顾无功补偿功能。其它与三相节电器中的一相相似，这里不重复描述。

Claims

1、一种多功能高效节电器，包括一个三相自耦变压器，其特征在于：自耦变压器A、B、C三相绕组上分别设有升、降压可调抽头；对应自耦变压器A、B、C三相绕组分别设置三个同极性绕组a-x、b-y、c-z，三个同极性绕组a-x、b-y、c-z按A、B、C相位次序头尾串联呈三角线圈回路，以此构成三次谐波滤波器。

2、根据权利要求1所述的多功能高效节电器，其特征在于：所述自耦变压器输出端设有对应五次或七次或十一次或更高次谐波的电容补偿及调谐滤波电路，该电路由三个L、C滤波器构成，三个L、C滤波器的一端分别与自耦变压器A、B、C三相的输出端相连，另一端相互连接构成星形联接结构。

3、根据权利要求1所述的多功能高效节电器，其特征在于：所述自耦变压器输出端分别设有对应五次和七次谐波的两组电容补偿及调谐滤波电路，每组电路由三个L、C滤波器构成，三个L、C滤波器的一端分别与自耦变压器A、B、C三相的输出端相连，另一端相互连接构成星形联接结构。

4、根据权利要求1所述的多功能高效节电器，其特征在于：所述自耦变压器输出端分别设有对应五次、七次和十一次谐波的三组电容补偿及调谐滤波电路，每组电路由三个L、C滤波器构成，三个L、C滤波器的一端分别与自耦变压器A、B、C三相的输出端相连，另一端相互连接构成星形联接结构。

5、一种多功能高效节电器，包括一个单相自耦变压器，其特征在于：自耦变压器的绕组上设有升、降压可调抽头，其输出端至少设有对应三次和五次谐波的两组电容补偿及调谐滤波电路，每组电路由L、C滤波器构成，L、C滤波器跨接在自耦变压器的输出端。