專利名稱：電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源補(bǔ)償領(lǐng)域，尤其涉及電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器。
背景技術(shù)：
電力是最清潔環(huán)保，而且使用方便快捷、優(yōu)質(zhì)高效，便于輸送控制的能源。
電感性負(fù)載阻抗對交流電產(chǎn)生反向電動勢的阻礙作用，使流入的電流滯后于電壓90度相位角，而電容性負(fù)載電流超前于電壓90度相位角。運(yùn)用這個原理，在電感性負(fù)載中并聯(lián)電容器可使總電路的電流與電壓相位角變小，適當(dāng)并聯(lián)電容器可使cosΦ＝1，即I與U同相，相當(dāng)于一個純電阻，這種情況稱為并聯(lián)諧振或電流諧振，可達(dá)到補(bǔ)償無功功率的作用(如圖1所示為并聯(lián)諧振或電流諧振電路，也稱為無功補(bǔ)償原理圖)。電流諧振時電感、電容回路中的電流為電源電流的Q倍Q＝ωL/Rω2＝1/LC諧振頻率為f0=12π1LC]]>過大的諧振電流可能對電路造成損害。并聯(lián)電容器后電感支路的電流IL并無太大的改變，只是電感與電容并聯(lián)后的總電路發(fā)生了變化，可使總的功率因數(shù)提高了。電感產(chǎn)生的無功電流IL1流入電容器被儲存，當(dāng)電感需要供電時，恰好電容器放電反供給電源使用，因IL1與IC實際方向相反，這樣電源流入的電流I0被減少了，從而節(jié)約了電能。如圖2和3分別為電流和電壓相量圖和功率三角圖；圖中ΦC和ΦL分別表示電容器固有超前角和電感器的滯后角。
農(nóng)業(yè)常用的水泵、增氧機(jī)等電氣設(shè)備如感應(yīng)式電動機(jī)、變壓器、日光燈等屬于電感性負(fù)載，使用時在電路中電流和電壓之間產(chǎn)生相位差，相位差越大，則功率因數(shù)越低，根據(jù)圖2和3可知并聯(lián)電容前cosΦ＝P/S＝P/UI0IL＝I0IL＝P/U cosΦ無功功率Q＝S sinΦ＝UI0sinΦQ＝UIL1流過電動機(jī)的無功電流為(安)IL1＝I0×sinΦ＝P×sinΦ/U cosΦ流過電容器的電流(安)并聯(lián)電容器后，總電路cosΦ0≈1，sinΦ0≈0則Ic≈IL1電容的容抗(歐)Xc＝U/Ic于是可求出電容量(法)C＝1/ωXc功率因數(shù)低的危害是(1)電源的容量不能充分利用。
(2)增加輸電線路、發(fā)電機(jī)和變壓器繞組的功率損失。
(3)低壓長距離輸電電壓不穩(wěn)定。
電感電路并聯(lián)適當(dāng)容量的電容器是實現(xiàn)節(jié)約用電的最有效和最簡單方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種低成本節(jié)省電能的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器包括智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器、若干分路電容控制接觸器、若干電容器組和一電流互感器；所述智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器設(shè)有采樣電流輸入端、采樣電壓輸入端、一外接交流接觸器電源總線和若干輸出控制線；所述采樣電流輸入端和電流互感器連接，所述采樣電壓輸入端的一端與電源相線連接，另一端與電源零線連接，所述外接交流接觸器電源總線和電源相線連接，所述電流互感器套設(shè)在電源相線上，所述輸出控制線分別和分路電容控制接觸器對應(yīng)連接，所述電容器組經(jīng)過分路電容控制接觸器與電源連接。
所述電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器還包括一主開關(guān)。
所述電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器還包括一外殼。
所述電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器內(nèi)設(shè)有一停電保護(hù)接觸器。
所述電容器組至少包括第一一級電容器組，其若干路容值遞增的二級電容器組。
所述電容器組至少包括第一一級電容器組和第二一級電容器組。
所述第一一級電容器組內(nèi)的各路電容器或者二級電容器組的容值不等；所述第一一級電容器組和第二一級電容器組的各路容值不等。
所述第一一級電容器組包括若干路容值遞增的電容器，后一路電容器的容值大于等于前一路電容器的容值，小于等于前面各路電容器的容值之和；所述第二一級電容器組包括若干路容值相同的電容器，每一路電容器的容值是第一一級電容器組中容值最大電容器容值的1-2倍。
所述第一一級電容器組包括若干路容值遞增的電容器，后一路電容器的容值是前一路電容器的容值的2倍，所述第二一級電容器組包括若干路容值相同的電容器，每一路電容器的容值是第一一級電容器組中容值最大電容器容值的2倍。
所述第一一級電容器組包括若干路容值遞增的二級電容器組，后一路二級電容器組的容值大于等于前一路二級電容器組的容值，小于等于前面各路二級電容器組的容值之和；所述第二一級電容器組包括若干路容值相同的二級電容器組，每一路二級電容器組的容值是第一一級電容器組中容值最大二級電容器組容值的1-2倍。
所述第一一級電容器組包括若干路容值遞增的二級電容器組，后一路二級電容器組的容值是前一路二級電容器組的容值的2倍；所述第二一級電容器組包括若干路容值相同的二級電容器組，所述每一路二級電容器組的容值是第一一級電容器組中容值最大的二級電容器組容值的2倍。
每一二級電容器組包括三個并聯(lián)且容值相同的電容器。
所述電容器組包括若干容值相同的一級電容器組；每一一級電容器組包括三個并聯(lián)且容值相同的電容器。
所述二級電容器組可以采用三角形并聯(lián)或者星形并聯(lián)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器以控制多個電容器的接通和分?jǐn)嗾{(diào)節(jié)補(bǔ)償無功功率，大大降低了輸電線路線路損耗，調(diào)節(jié)補(bǔ)償精度達(dá)無功功率總量的1％以上，完全實現(xiàn)cosΦ＝1，節(jié)能效果好。同時本發(fā)明采用電容量以級差梯度2的N-1次方遞增的方式，使調(diào)節(jié)精度可達(dá)無功功率總量的1/(2的N-1次方-1)以上。
圖1是無功功率補(bǔ)償原理圖；圖2為電流和電壓相量圖；圖3為功率三角形圖；圖4是電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器的內(nèi)部連接示意圖；圖5是本發(fā)明中電容量走勢曲線圖；具體實施方式請參閱圖4所示，一種電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器1’(以下簡稱為節(jié)能器1’)包括智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器1、若干分路電容控制接觸器2、若干電容器組3和一電流互感器4。智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器1設(shè)有采樣電流輸入端、采樣電壓輸入端、一外接交流接觸器電源總線、若干輸出控制線和控制電路(未圖示)。采樣電流輸入端和電流互感器4連接。采樣電壓輸入端的一端與電源相線連接，另一端與電源零線連接。外接交流接觸器電源總線和電源相線連接。電流互感器4套設(shè)在一電源相線上。輸出控制線分別與分路電容控制接觸器2連接。在本實施方式中，智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器1設(shè)有10根輸出控制線。
本發(fā)明節(jié)能器1’還可包括一設(shè)在節(jié)能器1’內(nèi)部的主開關(guān)5和一包覆節(jié)能器1’的外殼(圖中未示出)。智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器1可用可編程序控制器代替。在所述節(jié)能器1’之前可以接入用戶總開關(guān)6和用戶電表7。
為了防止停電時，電容器組3意外放電到箱外線路中傷人，可以在節(jié)能器1’內(nèi)設(shè)一停電保護(hù)接觸器(圖中未示出)。停電保護(hù)接觸器受節(jié)能器1’外電源的控制。停電保護(hù)接觸器輸入電壓可以是380V或者220V，觸點(diǎn)電流大于節(jié)能器1’的總電流1.5倍。
為減小電容器在分?jǐn)嗪蠖虝r間內(nèi)再次接入時引起過電流，可設(shè)置利用接觸器常閉動斷觸點(diǎn)，對分?jǐn)酄顟B(tài)的電容器串入電阻或者感性負(fù)載，進(jìn)行閉環(huán)放電。
智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器1可以是JKG和JKL系列的智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器。分路電容控制接觸器2可選擇輸入電壓380V或者220V，額定工作電流至少大于電容器組3工作電流的1.5倍。分路電容控制接觸器2包括動合觸點(diǎn)20和線圈21。當(dāng)接觸器2輸入電壓是380V時，線圈21與電源相線連接；當(dāng)接觸器2輸入電壓是220V時，線圈21與電源零線連接。在本實施方式中，分路電容控制接觸器2是10個。
電容器組3包括第一一級電容器組和第二一級電容器組。電容器組3通過分路電容控制接觸器的動合觸點(diǎn)20和電源連接。在本實施方式中，第一一級電容器組包括6路容值遞增的二級電容器組C1-C6，每一二級電容器組包括三個并聯(lián)且容值相同的電容器，后一路二級電容器組的容值是前一路二級電容器組的容值的2倍。即在各路電容器組電容量值之間形成了一個以2的N-1次方為梯度的級差(此處N＝1-6)，如圖5。
第二電容器組包括4路容值相同的二級電容器組C7-C10，每一二級電容器組包括三個并聯(lián)且容值相同的電容器，電容器組C7-C10的容值皆是電容器組C6容值的2倍。
當(dāng)然，也可以是所述第一一級電容器組包括若干路容值遞增的二級電容器組，后一路二級電容器組的容值大于等于前一路二級電容器組的容值，小于等于前面各路二級電容器組的容值之和；所述第二一級電容器組包括若干路容值相同的二級電容器組，每一路二級電容器組的容值是第一一級電容器組最大二級電容器組容值的1-2倍。
所述二級電容器組也可以用單個的電容器代替。
當(dāng)然電容器組3也可以是由若干容值相同的電容器或電容器組構(gòu)成；如果是由電容器組構(gòu)成，則每一電容器組包括三個并聯(lián)且容值相同的電容器。
電容器組的選擇應(yīng)該根據(jù)原有設(shè)備的功率因素和要求達(dá)到的功率因素來確定。每一千瓦有功功率需補(bǔ)償?shù)碾娙萜鞯臒o功容值見表(一)。
表(一)
上表中左側(cè)第一列表示原有設(shè)備的功率因素，第一行表示要求達(dá)到的功率因素，兩行對應(yīng)的相交處是需要并聯(lián)的電容值，單位是千乏。
電容器千乏與微法之間的關(guān)系式為電容器容抗Xc＝1/ωC＝1/2πfC式中C--電容 ω--角頻率KVar(千乏)＝U(伏)×I(安)×10-3＝U×U/Xc×10-3＝U2×ωC(法)×10-3＝U2×2πfC(微法)×10-9當(dāng)選用輸入電壓380V且電容三角形并聯(lián)時電容器外殼必須接地，而選用輸入電壓220V且電容星形并聯(lián)時電容器中線接零線，外殼接地。
在本實施方式中，采用規(guī)格是N/5A的外接電流互感器4，N為主開關(guān)5最大電流值，電流互感器4的次級最大電流為5安。外接電流互感器4套設(shè)在電源相線上，也可以將電源總線上原有的電流互感器次級和智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器1的采樣電流輸入端串聯(lián)。
本發(fā)明節(jié)能器1’的工作原理如下首先通過對取樣電流與取樣電壓的對比與分析，取得相位差信號(G型)或取得無功電流信號(L型)。然后當(dāng)信號達(dá)到設(shè)定值下限時發(fā)出接通信號，信號達(dá)到設(shè)定值上限時發(fā)出分?jǐn)嘈盘?。信號維持到延時時間后，觸發(fā)智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器1內(nèi)的控制電路帶動接觸器以“順序輸出”或者“智能控制”的方式循環(huán)工作。所謂“順序輸出”是以各路電容值從小到大的順序逐個接通或者分?jǐn)?。所謂“智能控制”是以控制器實際測量無功功率、無功電流值與各路電容值(電流值)從大到小“比較”后，選擇輸出(逐個接通或者分?jǐn)?或組合輸出(以二進(jìn)制數(shù)值處理，經(jīng)錯位延時后逐個接通或者分?jǐn)?。各路電容值(電流值)可以在程序中“預(yù)置”也可以人為逐個輸入，或者通過“自檢”程序逐個測取，并保存到存儲器中，等待調(diào)用。使電力用戶內(nèi)部電器設(shè)備的電動機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生的無功功率在用戶自己的總開關(guān)內(nèi)給予了適當(dāng)補(bǔ)償。無功電流在節(jié)能器內(nèi)電容器組與電動機(jī)形成回路，儲存電能后返供電能給電動機(jī)工作使用。
本實施方式中，節(jié)能器1’用在三相380V無功功率補(bǔ)償，用于三相交流電的電感性負(fù)載平衡的三相380V電力用戶。
在其他實施方式中，節(jié)能器1’也可制造成分三組單相220V無功功率各自補(bǔ)償，用于三相交流電的電感量不平衡的三相380V電力用戶或者制造成獨(dú)立的單相220V無功功率補(bǔ)償?shù)膯蜗?20V電力用戶，如空調(diào)、制冷等負(fù)載電路。如在單相220V電力用戶中上述電容器組采用220V單相電容器。其他元件和第一實施方式相同，故不贅述。另外，當(dāng)加大無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器輸出端容量，且負(fù)載為容性負(fù)載時，可以省掉分路電容控制接觸器，由無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器直接帶動單相電容器工作，適合家庭和商用。
當(dāng)改變調(diào)節(jié)器1輸出方式為電壓或者電流信號，分別控制晶閘管、場效應(yīng)管或者電力晶體管，則交流接觸器2和動合觸點(diǎn)20可用晶閘管、場效應(yīng)管或者電力晶體管代替。
本發(fā)明通過以智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器為例，介紹了一種電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，這不能被認(rèn)為是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。因為在本發(fā)明中無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器的輸出端可以任意的增加，需要補(bǔ)償?shù)木€路就會相應(yīng)增加；另外，在所述電容器組中，電容器或者每次級電容器組的容值是完全可以根據(jù)實際需要配置的。如果本領(lǐng)域的技術(shù)人員依據(jù)本發(fā)明作出了非實質(zhì)性的、顯而易見的改變或改進(jìn)，都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于所述節(jié)能器包括智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器、若干分路電容控制接觸器、若干電容器組和一電流互感器；所述智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器設(shè)有采樣電流輸入端、采樣電壓輸入端、一外接交流接觸器電源總線和若干輸出控制線，所述采樣電流輸入端和電流互感器連接，所述采樣電壓輸入端的一端與電源相線連接，另一端與電源零線連接，所述外接交流接觸器電源總線和電源相線連接；所述電流互感器套設(shè)在電源相線上，所述輸出控制線分別和分路電容控制接觸器連接，所述電容器組經(jīng)過分路電容控制接觸器與電源連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于所述電容器組至少包括第一一級電容器組，所述第一一級電容器組包括若干路容值遞增的二級電容器組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于所述電容器組至少包括第一一級電容器組和第二一級電容器組。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于，所述第一一級電容器組內(nèi)的各路電容器或者二級電容器組的容值不等；所述第一一級電容器組和第二一級電容器組的各路容值不等。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于，所述第一一級電容器組包括若干路容值遞增的二級電容器組，后一路二級電容器組的容值大于等于前一路二級電容器組的容值，小于等于前面各路二級電容器組的容值之和；所述第二一級電容器組包括若干路容值相同的二級電容器組，每一路二級電容器組的容值是第一一級電容器組中容值最大二級電容器組容值的1-2倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于，所述第一一級電容器組包括若干路容值遞增的二級電容器組，后一路二級電容器組的容值是前一路二級電容器組的容值的2倍；所述第二一級電容器組包括若干路容值相同的二級電容器組，所述每一路二級電容器組的容值是第一一級電容器組中容值最大的二級電容器組容值的2倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于，每一二級電容器組包括三個并聯(lián)且容值相同的電容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于所述電容器組包括若干容值相同的電容器組，每一電容器組包括三個并聯(lián)且容值相同的電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或5或6或8所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于，所述二級電容器組也可以用單個的電容器代替。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或5或6或8所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于所述二級電容器組可以采用三角形并聯(lián)或者星形并聯(lián)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或8所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于所述電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器內(nèi)可設(shè)有一停電保護(hù)接觸器；所述停電保護(hù)接觸器受所述節(jié)能器外電源的控制；停電保護(hù)接觸器觸點(diǎn)電流大于節(jié)能器總電流的1.5倍。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或8所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于當(dāng)改變調(diào)節(jié)器輸出方式為電壓或者電流信號，分別控制晶閘管、場效應(yīng)管或者電力晶體管，則交流接觸器和動合觸點(diǎn)可用晶閘管、場效應(yīng)管或者電力晶體管代替。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或8所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于當(dāng)加大無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器輸出端容量，且負(fù)載為容性負(fù)載時，可以省掉分路電容控制接觸器，由無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器直接帶動單相電容器工作。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或8所述的電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器，其特征在于智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器可用可編程序控制器代替。
全文摘要
本發(fā)明涉及電源補(bǔ)償領(lǐng)域，尤其涉及電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器。一種電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器包括智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器、若干分路電容控制接觸器、若干電容器組和一電流互感器。所述智能無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)器設(shè)有采樣電流輸入端、采樣電壓輸入端、一外接交流接觸器電源總線和若干輸出控制線，所述采樣電流輸入端和電流互感器連接，所述采樣電壓輸入端與電源連接，所述外接交流接觸器電源總線和電源相線連接，所述電容器組經(jīng)過若干分路電容控制接觸器與電源連接。本發(fā)明電力用戶智能無功功率自動補(bǔ)償節(jié)能器以控制多個電容器的接通和分?jǐn)嗾{(diào)節(jié)補(bǔ)償無功功率，調(diào)節(jié)補(bǔ)償精度達(dá)1％以上，完全實現(xiàn)cosΦ＝1，節(jié)能效果好。
文檔編號H02J3/18GK1794535SQ20051010139
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者蘇銳添 申請人:蘇銳添