專利名稱：電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及電源補償領域，尤其涉及電力用戶智能無功功率自動補償節(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，而電容性負載電流超前于電壓90度相位角。運用這個原理，在電感性負載中并聯(lián)電容器可使總電路的電流與電壓相位角變小，適當并聯(lián)電容器可使cosΦ＝1，即I與U同相，相當于一個純電阻，這種情況稱為并聯(lián)諧振或電流諧振。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IC流入電容器被儲存，當電感需要供電時，恰好電容器放電反供給電源使用，因IL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。
農(nóng)業(yè)常用的水泵、增氧機等電氣設備如感應式電動機、變壓器、日光燈等屬于電感性負載，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，交流電路的功率因數(shù)為cosΦ＝P/UI＝P/SP＝UI cosΦIL＝P/U cosΦ流過電動機的無功電流為(安)IL1＝I×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。

實用新型內(nèi)容本實用新型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償節(jié)能器。
為達到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器包括智能無功功率補償調(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償調(diào)節(jié)器設有采樣電流輸入端、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)過接觸器與電源連接。
所述電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器還包括一主開關。
所述電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器還包括一外殼。
所述電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器內(nèi)設有一停電保護接觸器。
所述電容器組包括第一電容器組和第二電容器組。
所述第一電容器組包括若干容值遞增的電容器組，每一電容器組包括三個并聯(lián)且容值相同的電容器，后一級電容器組的容值是前一級電容器組的容值的1-2倍。
所述第二電容器組包括若干容值相同的電容器組，所述每一組電容器組的容值是第一電容器組中容值最大電容器組容值的1-2倍。
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。
對于小容量電容器(組)，可以按不同大小組合，在生產(chǎn)中將若干路(組)合裝到一起，形成多路電容器(組)集成塊。
所述電容器可以采用三角形并聯(lián)或者Y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償節(jié)能器以控制多個電容器的接通和分斷調(diào)節(jié)補償無功功率，大大降低了輸電線路線路損耗，調(diào)節(jié)補償精度達無功功率總量的1‰以上，完全實現(xiàn)cosΦ＞＝0.999，節(jié)能效果好。

圖1是電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器的內(nèi)部連接示意圖；圖2是本實用新型中電容量走勢曲線圖。
具體實施方式請參閱圖1所示，一種電力用戶智能無功功率自動補償節(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。智能無功功率補償調(diào)節(jié)器2設有采樣電流輸入端、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，智能無功功率補償調(diào)節(jié)器1設有10根輸出控制線。
本實用新型節(jié)能器1’還可包括一設在節(jié)能器1’內(nèi)部的主開關6和一包覆節(jié)能器1’的外殼(未圖示)。智能無功功率補償調(diào)節(jié)器2可用可編程程序控制器代替。
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)設一停電保護接觸器(未圖示)。停電保護接觸器受節(jié)能器1’外電源的控制。停電保護接觸器輸入電壓可以是380V或者220V，輸入電流大于或者等于節(jié)能器1’的總電流。
智能無功功率補償調(diào)節(jié)器1可以是功率因素型、無功功率型和無功電流型的智能無功功率補償調(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20和線圈21。當接觸器2輸入電壓是380V時，線圈21與電源相線連接；當接觸器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包括第一電容器組和第二電容器組。電容器組3通過分路電容控制接觸器的動合觸點20和電源連接。在本實施方式中，第一電容器組包括6個容值遞增的電容器組C1-C6，每一電容器組包括三個并聯(lián)且容值相同的電容器，后一級電容器組的容值是前一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)，如附圖2所示為電容器(組)電容量級差梯度曲線(又稱電容量走勢曲線)。
第二電容器組包括4個容值相同的電容器組C7-C10，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C7-C10的容值皆是電容器組C6容值的2倍。當然也可以采用電容量級差逐漸縮小(或相等)的方式確定C7-C10的容值。
電容器(組)電容量級差梯度曲線的含義是電容器(組)以容量分為兩組設置，第一電容器組級差迅速放大優(yōu)先采用容量從小到大順序排列，且后一級電容器(組)電容量是前一級的2陪，即電容量級差以2n-1，(n＝1，2，3，4，5，6......)最大連續(xù)陪數(shù)(1，2，4，8，16，32，......)迅速放大，(以10路輸出計算210-1＝1023)。第二電容器組級差逐漸縮小最后幾級的電容量級差逐漸縮小(或相等)，且是第一電容器組中最大電容器容量的1-2倍。
第一電容器組容量級差迅速放大，是為了達到足夠的連續(xù)倍數(shù)，提高調(diào)節(jié)精度；第二電容器組電容量級差逐漸縮小(或相等)，是為了減少大容量電容器(組)在投/切時對電網(wǎng)的波動。
當?shù)谝浑娙萜鹘M級差大于2陪時如果稍許大于2倍是可行的，這是因為在cosΦ趨近于己于1時，有一個“鈍化角”的因素關系，且正負角差(超前和滯后)為兩倍，需補償?shù)碾娙萘恐饾u趨大。但當明顯大于2倍，就是臨界點，或稱之為臨界曲線。例如3倍時因不能有連續(xù)放大倍數(shù)，不能實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)補償。
當?shù)谝浑娙萜鹘M級差小于2倍時級差小于2倍至1倍都是可行的，只要有適當?shù)倪B續(xù)倍數(shù)，包括整數(shù)倍、非整數(shù)倍和不規(guī)則倍數(shù)，都能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)補償目的。級差越趨近于2倍，越容易達到足夠的連續(xù)倍數(shù)，實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)補償。二進制數(shù)位差為2倍，選擇2倍便于自動控制，并且可使第二電容器組容值設置更為方便靈活。
當級差小于1倍時，則又進到以上設置方式的另一種解釋之中，故不贅述。
因此，級差取值范圍為1-2倍，越接近2倍越好，所以選擇2倍級差是最好的。
第一電容器組和第二電容器組各取多少路，可根據(jù)要求達到的調(diào)節(jié)精度實際情況來確定。僅以10路中的6路為第一組，其余4路為第二組計算26-1+26×4＝319(倍)，相當于將10路電容器總?cè)萘考毞譃?19等分去調(diào)節(jié)補償無功份量。
調(diào)節(jié)精度＝1/總倍數(shù)×100％當然電容器組3也可以是由若干容值相同的電容器組構(gòu)成，每一電容器組包括三個并聯(lián)且容值相同的電容器。
為了安裝方便，對于小容量電容器(組)，可以按不同大小組合，在生產(chǎn)中將若干路(組)合裝到一起，形成多路電容器(組)集成塊。
電容器組的選擇應該根據(jù)原有設備的功率因素和要求達到的功率因素來確定。每一千瓦有功功率需補償?shù)秒娙萜鞯臒o功容值見表一下表中左側(cè)第一列表示原有設備的功率因素，第一行表示要求達到的功率因素，兩行對應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系式為電容器容抗Xc＝1/ωC＝1/2πfC式中C-電容ω-角頻率KUar(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Y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償調(diào)節(jié)器1的采樣電流輸入端串聯(lián)。
表一
本實用新型節(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)。然后當信號達到設定值下限時發(fā)出接通信號，信號達到設定值上限時發(fā)出分斷信號。信號維持到延時時間后，觸發(fā)智能無功功率補償調(diào)節(jié)器1內(nèi)的控制電路帶動接觸器以根據(jù)各電容器(組)容量大小分配輸出的循環(huán)工作方式，逐一接通或分斷電容器組，使電力用戶內(nèi)部電器設備的電動機運行時產(chǎn)生的無功功率在用戶自己的總開關內(nèi)給予了適當補償。無功電流在節(jié)能器內(nèi)電容器組與電動機形成回路，儲存電能后返供電能給電動機工作使用。
本實施方式中，節(jié)能器1’用在三相380V無功功率補償，用于三相交流電的電感性負載平衡的三相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立的單相220V無功功率補償?shù)膯蜗?20V電力用戶，如空調(diào)、制冷等負載電路。電容器組包括第一電容器組和第二電容器組。第一電容器組包括若干容值遞增的電容器，后一級電容器的容值是前一級電容器的容值的2倍。第二電容器組包括若干容值相同的電容器，每一電容器的容值是第一電容器組中容值最大電容器容值的2倍。上述電容器采用220V單相兩級電容器。其他元件和第一實施方式相同，故不贅述。
當改變調(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、場效應管或者電力晶體管，則交流接觸器2和動合觸點20可用晶閘管、場效應管或者電力晶體管代替，并可實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。
本實用新型通過以智能無功功率補償調(diào)節(jié)器為例，介紹了一種電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器，這不能被認為是對本實用新型權(quán)利要求的限制。如果本領域的技術(shù)人員依據(jù)本實用新型作出了非實質(zhì)性的、顯而易見的改變或改進，都應該屬于本實用新型權(quán)利要求保護的范圍。
權(quán)利要求1.一種電力用戶智能無功功率自動補償節(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償調(diào)節(jié)器設有采樣電流輸入端、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償節(jié)能器，其特征在于所述電容器組包括第一電容器組和第二電容器組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器，其特征在于所述第一電容器組包括若干容值遞增的電容器組，后一級電容器組的容值是前一級電容器組的容值的1-2倍。
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償節(jié)能器，其特征在于所述第二電容器組包括若干容值相同的電容器組，所述每一組電容器組的容值是第一電容器組中容值最大電容器組容值的1-2倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的電力用戶智能無功功率自動補償節(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。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或者4所述的電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器，其特征在于組成所述電容器組的電容器可以采用三角形并聯(lián)或者Y形并聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器，其特征在于所述電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器還包括一主開關和一外殼。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器，其特征在于所述電容器組中容量小的電容器組按不同大小組合，能形成多路電容器組集成塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器，其特征在于所述電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器內(nèi)可設有一停電保護接觸器。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器，其特征在于所述第一電容器組包括若干容值遞增的電容器，后一級電容器的容值是前一級電容器的容值的2倍，所述第二電容器組包括若干容值相同的電容器，每一電容器的容值是第一電容器組中容值最大電容器容值的2倍。
專利摘要本實用新型涉及電源補償領域。一種電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器包括智能無功功率補償調(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償調(diào)節(jié)器設有采樣電流輸入端、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，所述電容器組經(jīng)過接觸器與電源連接。本實用新型電力用戶智能無功功率自動補償節(jié)能器以控制多個電容器的接通和分斷調(diào)節(jié)補償無功功率，調(diào)節(jié)補償精度達無功功率總量的1‰以上，完全實現(xiàn)cosΦ≥0.999，節(jié)能效果好。
文檔編號G05F1/70GK2836307SQ200620005689
公開日2006年11月8日 申請日期2006年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者蘇銳添 申請人:蘇銳添