TWI692784B - 相位角超前省電裝置及省電系統 - Google Patents

相位角超前省電裝置及省電系統 Download PDF

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Abstract

一種相位角超前省電裝置，適用於串接在一電力系統變壓器，該相位角超前省電裝置包含一方向性矽鋼片，及一銅線圈，該銅線圈纏繞該方向性矽鋼片且形成一單相電路，該單相電路包括一電路單元，該電路單元包括一正向線圈，及一反向線圈，該正向線圈及該反向線圈互為獨立，其中，該正向線圈為一高阻抗值且產生一正向磁場，該反向線圈為一低阻抗值且產生一反向磁場，該正向線圈利用抽頭方式分為三段以上，利用各段阻抗值不同而產生該正向磁場之強度差異，本發明可以減少耗能，降低燒毀、誤動作的幾率，並帶來更好的省電效果。

Description

相位角超前省電裝置及省電系統
本發明係關於一種相位角超前省電裝置，其安裝在電力系統變壓器的低壓端，用於優化電路中電壓和電流配置，從而減少能耗。
現有的省電和控制裝置，例如所衍生的變頻器、LED、風力發電等，普遍存在的缺點是電源諧波產生極大的突出峰值，會導致某局部電壓分配較多，產生較多熱量，不僅耗電，若不能及時散熱甚至會造成燒毀儀器等不良後果。
爰此，本發明人為減少耗能，降低燒毀、誤動作的機率，並帶來更好的省電效果，而提出一種相位角超前省電裝置及一種省電系統。
一種相位角超前省電裝置，適用於串接在一電力系統變壓器，該相位角超前省電裝置包含一方向性矽鋼片，及一銅線圈，該銅線圈纏繞該方向性矽鋼片且形成一單相電路，該單相電路包括一電路單元，該電路單元包括一正向線圈，及一反向線圈，該正向線圈及該反向線圈互為獨立，其中，該正向線圈為一高阻抗值且產生一正向磁場，該反向線圈為一低阻抗值且產生一反向磁場，該正向線圈利用抽頭方式分為三段以上，利用各段阻抗值不同而產生該正向磁場之強度差異。
進一步，該電路單元的該反向線圈的一繞線圈數為該正向線圈的一繞線圈數的2%~6%。
進一步，該電路單元的該反向線圈的一繞線圈數為該正向線圈的一繞線圈數的4%，當該正向線圈的該繞線圈數為N時，該反向線圈的該繞線圈數為4%*N。
一種相位角超前省電裝置，適用於串接在一電力系統變壓器，該相位角超前省電裝置包含一方向性矽鋼片，及一銅線圈，該銅線圈纏繞該方向性矽鋼片且形成一三相電路，該三相電路包括三電路單元，每一電路單元包括一正向線圈，及一反向線圈，該正向線圈及該反向線圈互為獨立，其中，該正向線圈為一高阻抗值且產生一正向磁場，該反向線圈為一低阻抗值且產生一反向磁場，該正向線圈利用抽頭方式分為三段以上，利用各段阻抗值不同而產生該正向磁場之強度差異。
進一步，每一電路單元的該反向線圈的一繞線圈數為該正向線圈的一繞線圈數的2%~6%。
進一步，每一電路單元的該反向線圈的一繞線圈數為該正向線圈的一繞線圈數的4%，當該正向線圈的該繞線圈數為N時，該反向線圈的該繞線圈數為4%*N。
一種省電系統，包含一電力系統變壓器、一相位角超前省電裝置、一負載，及一智慧控制器，該電力系統變壓器包括一電源輸出端，該負載包括一負載輸出端，該相位角超前省電裝置串接在該電力系統變壓器的該電源輸出端及該負載的該負載輸出端之間，該智慧控制器串接在該相位角超前省電裝置及該電力系統變壓器的該電源輸出端之間，及該相位角超前省電裝置及該 負載的該負載輸出端之間，其中，該相位角超前省電裝置包括一方向性矽鋼片，及一銅線圈，該銅線圈纏繞該方向性矽鋼片且形成一三相電路，該三相電路包括三電路單元，每一電路單元包括一正向線圈，及一反向線圈，該正向線圈及該反向線圈互為獨立，其中，該正向線圈為一高阻抗值且產生一正向磁場，該反向線圈為一低阻抗值且產生一反向磁場，該正向線圈利用抽頭方式分為三段以上，利用各段阻抗值不同而產生該正向磁場之強度差異，該智慧控制器分別檢測該電源輸出端和該負載輸出端的一電壓及一電流，再將檢測結果分別形成多個訊號回饋至該相位角超前省電裝置，以做不同段位元的自動調整形成反饋回路。
進一步，每一電路單元的該反向線圈的一繞線圈數為該正向線圈的一繞線圈數的2%~6%。
進一步，每一電路單元的該反向線圈的一繞線圈數為該正向線圈的一繞線圈數的4%，當該正向線圈的該繞線圈數為N時，該反向線圈的該繞線圈數為4%*N。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.電壓優化進而壓縮重新排列過高電壓，當每單位電荷均呈不規則狀傳輸至相位角超前省電裝置，經由再次磁化過程，使其反向繞線與鐵芯耦合之電場強度產生反向磁場，使電動勢電荷壓縮整齊排列，產生有效的優化降壓現象。
2.電流優化進而啟動電流強度而降低負荷電流，利用銅線圈與方向性矽鋼片結合，串聯於主回路上，當其通電過程中產生磁化現象，進而利用順磁質遠大於抗磁質所產生之高比磁化率，啟動電流強度，使負荷之原本電流 藉由相位角超前省電裝置之銅線圈與方向性矽鋼片結合再次啟動正向磁場之電流強度而降低負荷電流之需求，達到節電效果。
3.相位角超前進而濾除部分諧波，利用正向磁場-高阻抗值和反向磁場-低阻抗值交互作用使電流相位角改變，達到濾除部分諧波，提升功率因數。
4.通過該智慧控制器可得到電源輸出端和負載輸出端的電壓電流資訊並加以加工回饋給該相位角超前省電裝置，從而智慧調控正向線圈、反向線圈阻值比例以改變電流相位差，減少自身能耗。
(1):電力系統變壓器
(2):相位角超前省電裝置
(21):正向線圈
(22):反向線圈
(3):負載
(4):智慧控制器
[第一圖]是本發明相位角超前省電裝置應用在一電力系統的一串接示意圖。
[第二圖]是本發明相位角超前省電裝置的一電路構造示意圖。
[第三圖]是本發明相位角超前省電裝置的一磁場示意圖。
[第四圖]是本發明省電系統的一示意圖。
綜合上述技術特徵，本發明相位角超前省電裝置及省電系統的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
請參閱第一圖至第三圖，是本發明相位角超前省電裝置的一種實施方式，該相位角超前省電裝置2，用於串接在一電力系統變壓器1的一低壓端，該低壓端亦為一電源輸出端，該相位角超前省電裝置2包含一方向性矽鋼 片，及一銅線圈，該銅線圈纏繞該方向性矽鋼片且形成一三相電路，該三相電路包括三電路單元，每一電路單元包括一正向線圈21，及一反向線圈22，該正向線圈21及該反向線圈22互為獨立，其中，該正向線圈21為一高阻抗值且產生一正向磁場，該反向線圈22為一低阻抗值且產生一反向磁場，該正向線圈21利用抽頭方式分為三段以上，利用各段阻抗值不同而產生該正向磁場之強度差異。
需注意的是，在本例該電力系統變壓器1為一三相電源的變壓器，則該相位角超前省電裝置2形成該三相電路配合該電力系統變壓器1，若該電力系統變壓器1為一單相電源的變壓器，則該相位角超前省電裝置2形成一單相電路配合該電力系統變壓器1，該單相電路包括一電路單元。
電阻很大的一部分是由於材料晶格的缺陷產生的碰撞，然而隨著巨磁阻的發現，熱電子學和自旋電子學結合的對電熱的轉換的探討表明電子自旋對於電流的影響不可忽略，而磁場是調控電子輸運的一種有效方式，是電子能夠產生自旋極化，改變電子的透射率，從而減少電阻。原本每單位電荷均呈不規則狀傳輸，經由本發明相位角超前省電裝置中的反向繞線與鐵芯耦合產生再次磁化過程，使其耦合電場強度產生規則狀直向排列，使電動勢電荷極化，整齊規則排列，分佈均勻，防止因電阻不同而產生的局部高壓，產生有效的優化降壓現象，從而達到優化電壓分佈，減少熱損耗的效果，降低燒毀、誤動作的機率。
基於上述方案，其設計之圈數有其對應性：經由多方反復測試得知，通常反向線圈22的繞線圈數為正向線圈21的2%~6%，此範圍內，電流優化進而啟動電流強度而降低負荷電流利用導體線圈與磁性元件結合，串聯於主 回路上，通電過程中產生磁化現象，進而利用順磁質遠大於抗磁質所產生之高比磁化率，優化電荷自旋自由度，啟動電流強度，使負荷之原本電流藉由本發明相位角超前省電裝置之導體線圈與磁性元件結合再次啟動電流強度而降低負荷電流的需求，達到優化電流並且省電效果。同時由於所採用的線圈相當於電感的作用，根據楞次定律，當通入時變電流，尤其是指電路中的雜訊產生的電流變化量時，例如當雜訊峰值增大，電感可產生自感電流以抵消，從而達到抑制雜訊的增大，保持電流相對穩定的效果。
當電壓為380V時，將本發明相位角超前省電裝置2串聯在電源輸出端與負載3之間段的電路上，從而濾除即將進入負載3的突出電源諧波，改善優化電壓電流。同時產生相位超前，使得電壓電流進入負載3後，實現負載電流熱消耗儘量少，有效功率最大化的配置，提高功率因數。線圈加鐵芯相當於比較強的電感，而電感能改變電流的相位，將反向線圈22和正向線圈21串並聯，並且通過抽頭方式調節三段式正向線圈21的圈數，改變線圈阻值的方式來調控電流與電壓之間的相位差，使得有效功率增加，降低無效功率。同時經過測試，反向線圈22的繞線圈數為正向線圈21的2%-6%最優，因為此時的相差角度進行了優化，能使有效功率最優。例如，當圈數為N的正向線圈21電壓為380V時，反向線圈22取其4%，則反向線圈22圈數為4%*N。在製造該相位角超前省電裝置的過程中，只要滿足這樣的比例關係就屬於本發明的範疇，至於具體的圈數，可以自由選取，不作要求。
此外，為了讓產品可靠性增加，並且因為世界上電力系統大都採用三相四線制，于發明此產品時就考慮其相對應性，所以發明此產品時就堅持 用Y接線方式，同時有N相可接地，對人體有絕佳安全性。雖然採用Y接線時較難設計，較難製造，但為了能將省電效果做到極致，還是朝此方向設計發明。
本發明製造時，系利用方向性矽鋼片與銅線圈結合，但銅線圈每相都有2組獨立線圈，一為正向線圈-高阻抗值所產生之正向磁場(如第三圖虛線箭頭)，另一為反向線圈-低阻抗值所產生之反向磁場(如第三圖實線箭頭)，其中正向線圈21，因為是高阻抗值，所以可利用抽頭方式使其分為3段(如第二圖所示，也或可更多段)，利用各段阻抗值不同所產生之正向磁場之強度差異(如第三圖虛線箭頭)。
基於上述製造方式，其產生節電功能有三：一、電壓優化進而壓縮重新排列過高電壓，當每單位電荷均呈不規則狀傳輸至“相位角超前省電裝置”，經由再次磁化過程，使其反向繞線與鐵芯耦合之電場強度產生“反向磁場”(如第三圖實線箭頭)，使電動勢電荷壓縮整齊排列，產生有效的優化降壓現象；二、電流優化進而啟動電流強度而降低負荷電流，利用銅線圈與方向性矽鋼片結合，串聯於主回路上，當其通電過程中產生磁化現象，進而利用順磁質遠大於抗磁質所產生之高比磁化率，啟動電流強度，使負荷之原本電流藉由“相位角超前省電裝置”之銅線圈與方向性矽鋼片結合再次啟動正向磁場(如第三圖虛線箭頭)之電流強度而降低負荷電流之需求，達到節電效果；三、相位角超前進而濾除部分諧波，利用正向磁場-高阻抗值(如第三圖虛線箭頭)和反向磁場-低阻抗值(如第三圖實線箭頭)交互作用使電流相位角改變，達到濾除部分諧波，提升功率因數。
基於上述製造方式，其電流走向如下：輸入電流由箭頭INPUT進入，流經反向線圈22，藉由反向線圈尾端與線圈耦合，使反向線圈產生一個 負電勢(就如同電抗器本身為落後相位角，但利用其反向則產生一超前相位角，形同電容器作用)，使電動勢電荷壓縮整齊排列，產生有效的優化降壓現象。
基於上述製造方式，其產品可運用於任何電壓、任何容量、任何相數需求：
1、任何電壓：舉凡110V/220V/380V/400V/600V或......都可以設計和製造使用。
2、任何容量：容量可從1kVA-3000kVA，甚至於配合需求可無限延伸。
3、任何相數：單相/三相皆可。
本發明的圈數設計有其對應性：通常反向線圈之選擇，經由多方反復測試得知最優為2%-6%，此範圍內皆可運用；當然其繞線圈數則會與正向線圈有其2%-6%比例；如：380V為正向線圈，則反向線圈為380V之2%-6%。
其正向圈數為380V圈數-“N”則利用下列公式算出：N=E/(4.44*f*Φm)
其中，E為感應電勢，f為頻率，Φm為最大磁通量。
反向圈數為2%圈數：N2=E*2%/E*N
3%圈數：N3=E*3%/E*N
4%圈數：N4=E*4%/E*N
5%圈數：N5=E*5%/E*N
6%圈數：N6=E*6%/E*N
參閱第四圖，是本發明省電系統的一種實施方式，該省電系統包含一電力系統變壓器1、一相位角超前省電裝置2、一負載3，及一智慧控制器4，該相位角超前省電裝置1的結構為上述結構，該電力系統變壓器1包括一電源輸出端，該負載3包括一負載輸出端，該相位角超前省電裝置2串接在該電力系統變壓器1的該電源輸出端及該負載3的該負載輸出端之間，該智慧控制器4串接在該相位角超前省電裝置2及該電力系統變壓器1的該電源輸出端之間，及該相位角超前省電裝置2及該負載3的該負載輸出端之間，通過該智慧控制器4可得到電源輸出端和負載輸出端的電壓電流資訊，再將檢測結果分別形成多個訊號回饋至該相位角超前省電裝置2，以做不同段位元的自動調整形成反饋回路，亦即從而智慧調控正向線圈21、反向線圈22阻值比例以改變電流相位差，減少自身能耗。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(1):電力系統變壓器
(2):相位角超前省電裝置
(21):正向線圈
(22):反向線圈
(3):負載

Claims (6)

  1. 一種相位角超前省電裝置，適用於串接在一電力系統變壓器，該相位角超前省電裝置包含一方向性矽鋼片，及一銅線圈，該銅線圈纏繞該方向性矽鋼片且形成一單相電路，該單相電路包括一電路單元，該電路單元包括一正向線圈，及一反向線圈，該正向線圈及該反向線圈互為獨立，其中，該正向線圈為一高阻抗值且產生一正向磁場，該反向線圈為一低阻抗值且產生一反向磁場，該正向線圈利用抽頭方式分為三段以上，利用各段阻抗值不同而產生該正向磁場之強度差異，該電路單元的該反向線圈的一繞線圈數為該正向線圈的一繞線圈數的2%~6%。
  2. 如請求項1所述之相位角超前省電裝置，其中，該電路單元的該反向線圈的一繞線圈數為該正向線圈的一繞線圈數的4%，當該正向線圈的該繞線圈數為N時，該反向線圈的該繞線圈數為4%*N。
  3. 一種相位角超前省電裝置，適用於串接在一電力系統變壓器，該相位角超前省電裝置包含一方向性矽鋼片，及一銅線圈，該銅線圈纏繞該方向性矽鋼片且形成一三相電路，該三相電路包括三電路單元，每一電路單元包括一正向線圈，及一反向線圈，該正向線圈及該反向線圈互為獨立，其中，該正向線圈為一高阻抗值且產生一正向磁場，該反向線圈為一低阻抗值且產生一反向磁場，該正向線圈利用抽頭方式分為三段以上，利用各段阻抗值不同而產生該正向磁場之強度差異，每一電路單元的該反向線圈的一繞線圈數為該正向線圈的一繞線圈數的2%~6%。
  4. 如請求項3所述之相位角超前省電裝置，其中，每一電路單元的該反向線圈的一繞線圈數為該正向線圈的一繞線圈數的4%，當該正向線圈的該繞線圈數為N時，該反向線圈的該繞線圈數為4%*N。
  5. 一種省電系統，包含一電力系統變壓器、一相位角超前省電裝置、一負載，及一智慧控制器，該電力系統變壓器包括一電源輸出端，該負載包括一負載輸出端，該相位角超前省電裝置串接在該電力系統變壓器的該電源輸出端及該負載的該負載輸出端之間，該智慧控制器串接在該相位角超前省電裝置及該電力系統變壓器的該電源輸出端之間，及該相位角超前省電裝置及該負載的該負載輸出端之間，其中，該相位角超前省電裝置包括一方向性矽鋼片，及一銅線圈，該銅線圈纏繞該方向性矽鋼片且形成一三相電路，該三相電路包括三電路單元，每一電路單元包括一正向線圈，及一反向線圈，該正向線圈及該反向線圈互為獨立，其中，該正向線圈為一高阻抗值且產生一正向磁場，該反向線圈為一低阻抗值且產生一反向磁場，該正向線圈利用抽頭方式分為三段以上，利用各段阻抗值不同而產生該正向磁場之強度差異，該智慧控制器分別檢測該電源輸出端和該負載輸出端的一電壓及一電流，再將檢測結果分別形成多個訊號回饋至該相位角超前省電裝置，以做不同段位元的自動調整形成反饋回路，每一電路單元的該反向線圈的一繞線圈數為該正向線圈的一繞線圈數的2%~6%。
  6. 如請求項5所述之省電系統，其中，每一電路單元的該反向線圈的一繞線圈數為該正向線圈的一繞線圈數的4%，當該正向線圈的該繞線圈數為N時，該反向線圈的該繞線圈數為4%*N。
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