TW201345133A - 電抗節電裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電抗節電裝置，至少包括第一電容器並接交流電，以儲存電場能量，電抗器電性連接第一電容器，以轉換電場能量成第一自感能量，二極體串接電抗器，以整流第一自感能量，變壓器電性連接第一電容器，以轉換電場能量成第二自感能量，可調式變壓器電性連接變壓器及第二電容器，以轉換第二自感能量成第三自感能量，矽控整流器電性連接二極體及可調式變壓器，以轉換第一自感能量及第三自感能量成電動勢，並將電動勢輸出至負載，本發明加裝橋式整流電路，得以輸出直流電，利用本發明可降低電怠性負載的耗竭電能，以提高整體效能品質。

Description

電抗節電裝置

本發明為一種節電裝置，特別是一種電抗性節電裝置。

隨著經濟成長，國民所得提高與生活品質提昇，家庭基本家電種類增多，除了增加電力的支出外，當然也增加了二氧化碳的排放，且在工業用電上，不論是鋼鐵、石化、水泥及造紙業，電能需求量也日漸增加，只是如此一來更是加速了能源危機，因為能源供應短缺或是價格上漲而影響經濟，尤其是石油，電力或其他自然資源的短缺。能源危機通常會使得經濟休克，很多突如其來的經濟衰退通常就是由能源危機引起的。由於目前的能源危機使然，使得世界各國開始進行發展綠色能源，在這股綠能風潮帶動下，如何提供更乾淨的綠色能源以及提供更省電的節電裝置儼然成為全球綠能產業兩大研發主流。

截至目前，市面上的節電裝置，大多是以電器於預設時間內開機或關機來節省不必要的電力耗損，眾所周知的節電裝置通常是在電源延長線上設置一總開關，當電器不需使用時，使用者只要將總開關關閉，便可切斷電器與外部電源的連結，藉此達到節電效果，然而此類的節約電力裝置都是必須靠使用人自行走到節約電力裝置並按下開關方能達到節約電力的效果，而下次要使用時，又必須再次走到節約電力裝置旁並按下開關方能重新與外部電源連結，如此一來，繁複的使用開關手續，也容易造成使用人在使用上的不方便，況且此類的節約電力裝置，僅是利用使用人設定開關的方式，也難謂是真正具有節約電力效果。

有鑑於此，本發明人乃藉由多年從事相關產業的開發經驗，針對現有節電裝置在使用上所面臨的問題深入探討，藉由大量分析，並積極尋求解決之道，經過長期努力之研究與發展，終於成功的創作出一種具有電抗節電裝置，可應用於各類的家電用品以及工業用電上之所有電阻性、電容性及電感性負載，藉以改善以上所述之缺失。

本發明之主要目的，係在提供一種電抗節電裝置，依據電抗器、變壓器以及可調式變壓器來產生磁電效應，可具有節約電力之作用，更可降低電怠性負載設備的耗竭電能，提高省電效率以節約能源，使整體效能品質提高。

本發明之又一目的，係在提供一種電抗節電裝置，利用二極體對電抗器所釋放之第一電動勢進行整流，因此本發明可減少電動機電源輸入之設備容量，同時亦可降低線路電流補償功率，增加電抗整流特性優質化。

本發明之再一目的，係在提供一種電抗節電裝置，加裝第一電容器及第二電容器更可抵消部份之虛功率(KVAR)，以提昇實功率(KW)，使功率因數(P.F)改善提高，亦可降低總功率(KVA)，廣泛的應用範圍可包含所有家電電器用品及工業用節約電力等負載相容，且本發明之電抗節電裝置符合台電功率因數規範，不得低於80%之電流滯後功率因數規範。

本發明之另一目的，係在提供一種電抗節電裝置，透過新增橋式整流電路，即可使電抗節電裝置將交流電轉輸出直流電，因此本發明不但可應用交流性負載，還可用於直流性負載，且在新增橋式整流電路的同時，選用磁氧體電感的電抗器，可轉換直流電最大效益，如此一來，本發明得以整合各項多功能供電系統，例如主動電力濾波器(A.P.E.)及功率因素校整(P.F.C.)，以便於何未來直流供電驅動及改善電力品質達到節能效果。

本發明之又一目的，係在提供一種電抗節電裝置，可降低線路阻抗損失，使整體效能品質提高，由於線路電流降低，壓降減少，故具備有更穩定的電力品質供應，可減少設備損失並延長壽命，並改善電壓調整率，以提供所有用電設備之實際負載，當電抗節電裝置於靠近總開關，電力效率值能提高，使用於分電盤開關配合負載情形，使整體電源之功率因數提高。

為達上述之目的，本發明提供一種電抗節電裝置，用以接收交流電，交流電具有電場能量，且電抗節電裝置可電性連接負載，電抗節電裝置至少包括第一電容器並接交流電，以儲存電場能量，電抗器電性連接第一電容器，以接收並轉換電場能量成第一自感能量，二極體串接電抗器，以對第一自感能量進行整流，再輸出第一自感能量，變壓器電性連接第一電容器，以接收並轉換電場能量成一第二自感能量，第二電容器並接變壓器，以儲存第二自感能量，可調式變壓器電性連接變壓器及第二電容器，以接收並轉換第二自感能量成第三自感能量，以及矽控整流器電性連接二極體及可調式變壓器，以接收第一自感能量及第三自感能量，以輸出電動勢，其中矽控整流器及變壓器電性連接負載時，可調式變壓器可進行調整電動勢。

底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

關於本發明之實施方式及其所欲解決之問題、解決問題之技術手段及對照先前技術之功效，在搭配參考圖式之詳細說明中，得以一一呈現。

本發明之實施方式首先參閱第1圖，以說明本發明之電抗節電裝置電路圖，如圖所示，本發明揭示一種電抗節電裝置10，用以接收交流電，交流電具有電場能量，且電抗節電裝置可電性連接負載，電抗節電裝置10至少包括第一電容器12並接交流電，以儲存電場能量，電抗器14電性連接第一電容器12，以接收並轉換電場能量成第一自感能量，二極體16串接電抗器14，以對第一自感能量進行整流，再輸出第一自感能量，變壓器20電性連接第一電容器12，以接收並轉換電場能量成第二自感能量，第二電容器22並接變壓器20，以儲存第二自感能量，可調式變壓器24電性連接變壓器20及第二電容器22，以接收並轉換第二自感能量成第三自感能量，矽控整流器23具有陽極A、陰極K及閘極G，且陽極A串接二極體16以接收第一自感能量，矽控整流器23的閘極G電性連接可調式變壓器24以接收第三自感能量，且矽控整流器23可利用第三自感能量以控制陰極K及陽極A之導通或截止狀態，此矽控整流器23導通時，可由陰極K輸出電動勢，至少一交流性負載26，電性連接陰極K及變壓器20以形成迴路，交流性負載26可接收電動勢，且可調式變壓器24可進行調整電動勢。

如上所述，其中第一電容器12及第二電容器22係為高功率電容器，二極體16係為高功率二極體。電抗器14係為高功率電抗器，而此高功率電抗器是一種能將電能通過自感能量的形式儲存起來的被動電子元件，當有電場能量通過時，會從電場能量流過方向的右邊產生自感能量，電抗器14具有鐵心及線圈，且鐵心之材質係為矽鋼片，以增加電阻性、降低保磁力與改善磁性穩定使得其磁通的飽和密度能提高，電抗器14可為繞線型電感器、疊層型電感器或薄膜型電感器。矽控整流器23具有小電流(電壓)控制大電流(電壓)作用，並體積小、輕、功耗低、效率高、開關迅速之優點。變壓器20及可調式變壓器24係為高功率變壓器，並具有鐵心及線圈，且鐵心之材質係為矽鋼片，交流性負載26可為電阻性負載、電感性負載或電容性負載，電阻性負載例如是白熾燈、電熱絲。電感性負載例如是電磁設備、如交流電機、變壓器或電感器。電容性負載例如是電容器。

接續，參閱第2圖，以說明本發明新增無熔絲開關之電抗節電裝置電路示意圖，如圖所示，本發明於此揭示無熔絲開關28，電性連接交流電、第一電容器12以及電抗器14，其中無熔絲開關28，係為一種過電流保護之裝置，用於室內或工業配線上使用之總開關與分電流控制開關，是一種有效的保護負載的重要元件，主要用作短路保護和防止負載嚴重超載，工業機器上的負載保護也會指定使用斷路器做為保護裝置之一。

接續，參閱第3圖，以說明本發明新增橋式整流電路之電抗節電裝置電路示意圖，如圖所示，本發明於此揭示一種新增橋式整流電路30之電抗節電裝置10，其中橋式整流電路30電性連接陰極K及第二電容器22，接收電動勢，藉以轉換輸出直流電，以及第三電容器32電性連接橋式整流電路30，藉以儲存直流電。

其中橋式整流電路30具有第一雙向矽控閘流體34，具有第一端子T₁、第二端子T₂及第一控制閘極G₁，第一絕緣柵雙極電晶體36，具有第一集極C₁、第一射極E₁及第二控制閘極G₂，第一集極C₁電性連接第一端子T₁，第一射極E₁電性連接第二端子T₂，第二控制閘極G₂電性連接第一控制閘極G₁，第二雙向矽控閘流體38，具有第三端子T₃、第四端子T₄及第三控制閘極G₃，第三端子T₃電性連接第二端子T₂，第二絕緣柵雙極電晶體40，具有第二集極C₂、第二射極E₂及第四控制閘極G₄，第二集極C₂電性連接第三端子T₃，第二射極E₂電性連接第四端子T₄，第四控制閘極G₄電性連接第三控制閘極G₃，且第二集極C₂電性連接第一射極E₁，第三雙向矽控閘流體42，具有第五端子T₅、第六端子T₆及第五控制閘極G₅，第三絕緣柵雙極電晶體44，具有第三集極C₃、第三射極E₃及第六控制閘極G₆，第三集極C₃電性連接第五端子T₅及第一集極C₁，第三射極E₃電性連接第六端子T₆及陰極K，第六控制閘極G₆電性連接第五控制閘極G₅，第四雙向矽控閘流體46，具有第七端子T₇、第八端子T₈及第七控制閘極G₇，第七端子T₇電性連接第六端子T₆，以及第四絕緣柵雙極電晶體48，具有第四集極C₄、第四射極E₄及第八控制閘極G₈，第四集極C₄電性連接第七端子T₇，第四射極E₄電性連接第三電容器32，第六端子T₆，第八控制閘極G₈電性連接第七控制閘極G₇，至少一直流性負載50，電性連接第三電容器32以形成迴路，直流性負載50可接收直流電。此時電抗器14可選用磁氧體電感，可轉換直流電最大效益，而直流性負載50可為電阻性負載、電感性負載或電容性負載。

依據以上說明及第1圖、第2圖及第3圖所揭示之技術內容，本發明之電抗節電裝置10可具有節約電力之作用，係為有效的省電創作，更可降低電怠性負載的耗竭電能，提高省電效率，節約能源。可減少負載電源輸入之設備容量，同時亦可降低線路電流，補償功率，增加電抗整流特性優質化。更可降低線路阻抗損失，使負載整體效能品質提高。由於線路電流降低，壓降減少，故具備有更穩定的電力品質供應，可減少設備損耗並延長負載的使用壽命。電抗節電裝置於靠近總開關，電力效率值能提高，使用於分電盤開關配合負載情形，以改善電壓調整率，使整體電源之功率數提高。部分電力監控系統，配有自動控制的功率因數調整器，因此電抗節電裝置10以符合台電功率因數規範，不得低於80%之電流滯後功率因數規範。

當交流性負載26係為感應電動機時，感應電動機之定子、轉子間留有空氣隙，惟免轉差率加大摩擦卡住，經負載後，產生激辭電流大而降低功率因數，更適合使用本發明之電抗節電裝置10。整合各項多功能供電系統，如主動電力濾波器(Active Power Filter，APE)及功率因數校正(Power Factor Correction，PFC)，符合未來直流供電驅動及改善電力品質達到節能效果。

電抗節電裝置10透過新增橋式整流電路30，則可使電抗節電裝置10應用於例如是直流電動機之直流性負載50。

電抗節電裝置10加裝第一電容器12及第二電容器22可抵消部份之虛功率(KVAR)，以提昇實功率(KW)，使功率因數(P.F)改善提高，亦可降低總功率(KVA)，廣泛的應用範圍包含所有家電電器用品及工業用節約電力等裝置相容。

雖然，本發明前述之實施例揭露如上，然其並非用以限訂本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內所為之更動與潤飾，均屬於本發明專利範圍之主張。關於本發明所界定之專利範圍請參考所附之請求項。

10．．．電抗節電裝置

12．．．第一電容器

14．．．電抗器

16．．．二極體

20．．．變壓器

22．．．第二電容器

23．．．矽控整流器

24．．．可調式變壓器

26．．．負載

28．．．無熔絲開關

30．．．橋式整流電路

32．．．第三電容器

34．．．第一雙向矽控閘流體

36．．．第一絕緣柵雙極電晶體

38．．．第二雙向矽控閘流體

40．．．第二絕緣柵雙極電晶體

42．．．第三雙向矽控閘流體

44．．．第三絕緣柵雙極電晶體

46．．．第四雙向矽控閘流體

48．．．第四絕緣柵雙極電晶體

50．．．負載

A．．．陽極

K．．．陰極

G．．．閘極

T₁．．．第一端子

T₂．．．第二端子

T₃．．．第三端子

T₄．．．第四端子

T₅．．．第五端子

T₆．．．第六端子

T₇．．．第七端子

T₈．．．第八端子

C₁．．．第一集極

C₂．．．第二集極

C₃．．．第三集極

C₄．．．第四集極

E₁．．．第一射極

E₂．．．第二射極

E₃．．．第三射極

E₄．．．第四射極

G₁．．．第一控制閘極

G₂．．．第二控制閘極

G₃．．．第三控制閘極

G₄．．．第四控制閘極

G₅．．．第五控制閘極

G₆．．．第六控制閘極

G₇．．．第七控制閘極

G₈．．．第八控制閘極

第1圖係為本發明之電抗節電裝置電路圖。

第2圖係為本發明新增無熔絲開關之電抗節電裝置電路示意圖。

第3圖係為本發明新增橋式整流電路之電抗節電裝置電路示意圖。

10．．．電抗節電裝置

12．．．第一電容器

14．．．電抗器

16．．．二極體

20．．．變壓器

22．．．第二電容器

23．．．矽控整流器

24．．．可調式變壓器

30．．．橋式整流電路

32．．．第三電容器

34．．．第一雙向矽控閘流體

36．．．第一絕緣柵雙極電晶體

38．．．第二雙向矽控閘流體

40．．．第二絕緣柵雙極電晶體

42．．．第三雙向矽控閘流體

44．．．第三絕緣柵雙極電晶體

46．．．第四雙向矽控閘流體

48．．．第四絕緣柵雙極電晶體

50．．．負載

A．．．陽極

K．．．陰極

G．．．閘極

T₁．．．第一端子

T₂．．．第二端子

T₃．．．第三端子

T₄．．．第四端子

T₅．．．第五端子

T₆．．．第六端子

T₇．．．第七端子

T₈．．．第八端子

C₁．．．第一集極

C₂．．．第二集極

C₃．．．第三集極

C₄．．．第四集極

E₁．．．第一射極

E₂．．．第二射極

E₃．．．第三射極

E₄．．．第四射極

G₁．．．第一控制閘極

G₂．．．第二控制閘極

G₃．．．第三控制閘極

G₄．．．第四控制閘極

G₅．．．第五控制閘極

G₆．．．第六控制閘極

G₇．．．第七控制閘極

G₈．．．第八控制閘極

Claims (13)

1. 一種電抗節電裝置，用以接收一交流電，該交流電具有一電場能量，且該電抗節電裝置可電性連接一負載，該電抗節電裝置至少包括：一第一電容器，並接該交流電，以儲存該電場能量；一電抗器，電性連接該第一電容器，以接收並轉換該電場能量成一第一自感能量；一二極體，串接該電抗器，以對該第一自感能量進行整流，再輸出該第一自感能量；一變壓器，電性連接該第一電容器，以接收並轉換該電場能量成一第二自感能量；一第二電容器，並接該變壓器，以儲存該第二自感能量；一可調式變壓器，電性連接該變壓器及該第二電容器，以接收並轉換該第二自感能量成一第三自感能量；以及一矽控整流器，電性連接該二極體及該可調式變壓器，以接收該第一自感能量及該第三自感能量，以輸出一電動勢，其中該矽控整流器及該變壓器電性連接該負載時，該可調式變壓器可進行調整該電動勢。
2. 如請求項1所述之電抗節電裝置，其中該矽控整流器具有一陽極、一陰極及一閘極，該陽極串接該二極體，且該閘極電性連接該可調式變壓器，並利用第三自感能量以控制該陰極及該陽極之導通或截止狀態。
3. 如請求項1所述之電抗節電裝置，其中該第一電容器及該第二電容器係為高功率電容器，該二極體係為高功率二極體，該電抗器係為高功率電抗器，該變壓器及該可調式變壓器係為高功率變壓器。
4. 如請求項1所述之電抗節電裝置，其中該電抗器具有一鐵心及一線圈，且該鐵心之材質係為矽鋼片。
5. 如請求項1所述之電抗節電裝置，其中該電抗器可為繞線型電感器、疊層型電感器、薄膜型電感器或磁氧體電感。
6. 如請求項1所述之電抗節電裝置，其中該變壓器及該可調式變壓器具有一鐵心及一線圈，且該鐵心之材質係為矽鋼片。
7. 如請求項2所述之電抗節電裝置，其中該負載係為一交流性負載，電性連接該陰極及該變壓器以形成迴路，該交流性負載可接收該電動勢。
8. 如請求項7所述之電抗節電裝置，其中該交流性負載可為電阻性負載、電感性負載或電容性負載。
9. 如請求項1所述之電抗節電裝置，更包括：一無熔絲開關，電性連接該交流電、該第一電容器及該電抗器。
10. 如請求項1所述之電抗節電裝置，更包括：一橋式整流電路，電性連接該陰極及該第二電容器，以接收該電動勢，轉換輸出一直流電；以及一第三電容器，電性連接該橋式整流電路，以儲存該直流電。
11. 如請求項10所述之電抗節電裝置，其中該橋式整流電路具有：一第一雙向矽控閘流體，具有一第一端子、一第二端子及一第一控制閘極；一第一絕緣柵雙極電晶體，具有一第一集極、一第一射極及一第二控制閘極，該第一集極電性連接該第一端子，該第一射極電性連接該第二端子，該第二控制閘極電性連接該第一控制閘極；一第二雙向矽控閘流體，具有一第三端子、一第四端子及一第三控制閘極，該第三端子電性連接該第二端子；一第二絕緣柵雙極電晶體，具有一第二集極、一第二射極及一第四控制閘極，該第二集極電性連接該第三端子，該第二射極電性連接該第四端子，該第四控制閘極電性連接該第三控制閘極，且該第二集極電性連接該第一射極及該第三電容器；一第三雙向矽控閘流體，具有一第五端子、一第六端子及一第五控制閘極；一第三絕緣柵雙極電晶體，具有一第三集極、一第三射極及一第六控制閘極，該第三集極電性連接該第五端子，該第三射極電性連接該第六端子，該第六控制閘極電性連接該第五控制閘極；一第四雙向矽控閘流體，具有一第七端子、一第八端子及一第七控制閘極，該第七端子電性連接該第六端子；以及一第四絕緣柵雙極電晶體，具有一第四集極、一第四射極及一第八控制閘極，該第三集極電性連接該第五端子，該第三射極電性連接該第六端子，該第六控制閘極電性連接該第五控制閘極，且該第二集極電性連接該第一射極及該第三電容器。
12. 如請求項10所述之電抗節電裝置，其中該負載係一直流性負載，電性連接該第三電容器以形成迴路，該直流性負載可接收該直流電。
13. 如請求項12所述之電抗節電裝置，其中該直流性負載可為電阻性負載、電感性負載或電容性負載。