一種多功能配電箱的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多功能配電箱，包括箱體，所述箱體上設置交流電輸入端和交流電輸出端，所述交流電輸入端經(jīng)開關設備、保護電器和輔助設備與所述交流電輸出端連接，所述箱體上設置直流電輸出端，所述交流電輸入端經(jīng)整流濾波調壓裝置與所述直流電輸出端連接，所述整流濾波調壓裝置包括全波整流電路、電源濾波電路及調壓電路。本實用新型可以分配工頻交流電能和將交流電轉換成直流電并分配輸出直流電，可提高交流電的利用效率，節(jié)省電能。
【專利說明】
一種多功能配電箱
技術領域
[0001] 本實用新型涉及節(jié)能裝置技術領域，具體涉及一種多功能配電箱。
【背景技術】
[0002] 配電箱是將開關設備、測量儀表、保護電器和輔助設備組裝在封閉或半封閉的金 屬柜中或屏幅上，正常運行時可借助手動或自動開關接通或分斷電路。配電箱的功能僅僅 是合理的分配電能，顯示電路的導通狀態(tài)。配電系統(tǒng)的用戶電網(wǎng)經(jīng)配電箱為用戶提供220/ 380V、50Hz工頻交流電。目前我國家庭及工業(yè)領域使用的就是這種工頻交流電。隨著電子技 術的發(fā)展進步，有越來越多的交流電能都經(jīng)過電力電子技術處理，改變交流電能的特性和 參數(shù):頻率、電壓、相位和波形，以獲得更好的技術特性和更大的經(jīng)濟效益。由機械工業(yè)出版 社出版，曲永印、白晶主編的《電力電子技術》一書中指出："目前發(fā)達國家的電能已有80% 經(jīng)過電力電子技術處理，節(jié)能效果達15%~40%，有文獻預計，到2050年經(jīng)過處理再應用的 電能將達95%。"。我國的電力電子技術正在發(fā)展中，該技術的應用還不太廣泛。 【實用新型內容】
[0003] 為節(jié)省電能及提高工頻交流電源電能的利用效率，本實用新型提出一種多功能配 電箱，不僅能分配交流電能，還能夠利用電力電子技術對交流電進行處理，生成和分配直流 電能，將交流電轉換成直流電可提高交流電的利用效率、增加輸出功率，具有節(jié)省電能的功 能。
[0004] 本實用新型的目的是由下述技術方案實現(xiàn)的：一種多功能配電箱，包括箱體，所述 箱體上設置交流電輸入端和交流電輸出端，所述交流電輸入端經(jīng)開關設備、保護電器和輔 助設備與所述交流電輸出端連接，所述箱體上設置直流電輸出端，所述交流電輸入端經(jīng)整 流濾波調壓裝置與所述直流電輸出端連接，所述整流濾波調壓裝置包括全波整流電路、電 源濾波電路及調壓電路。
[0005] 對于上述的多功能配電箱，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述全波整流電路為全波 整流橋或由整流二極管組成的全波整流器。
[0006] 對于上述的多功能配電箱，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述電源濾波電路為電容 器組成的電容濾波器或由電感、電容組成的感容濾波器。
[0007] 對于上述的多功能配電箱，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述調壓電路包括由數(shù)字 集成電路組成的脈沖寬度調制信號電路和由全控型電力電子元件組成的開關電路。
[0008] 本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：
[0009] 1、本實用新型可以提供兩種形式的電能電源一工頻交流電和直流電，并且將輸入 的交流電轉換成直流電輸出，帶動電氣設備，可提高交流電能的利用效率4.5 %~12.5 %， 節(jié)省電能。
[0010] 2、本實用新型是現(xiàn)有技術跨界轉移應用，將電力電子技術領域內生成直流電的整 流技術用于節(jié)能領域，提高交流電的利用效率，節(jié)省電能。目前尚未見到同類技術應用方 案。
[0011] 3、本實用新型可以明顯提高用戶電網(wǎng)交流電能的利用效率，節(jié)省電能。用戶電網(wǎng) 提供的工頻交流電經(jīng)過本實用新型的電力電子技術處理，無需提供其他能量就可提高功率 4% ~12%〇
[0012] 4、許多家庭用電器電路都使用直流電，如計算機、電視機、LED照明燈具等。使用本 實用新型提供的直流電源可減化此類產(chǎn)品電路結構，降低其制造成本。
[0013] 5、隨著現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展，直流電應用越來越廣泛，本實用新型可用在配 電箱中提供直流電，應用前景廣泛。
[0014] 6、本實用新型電路簡單，易于制作，便于推廣。
[0015] 以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作詳盡說明。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型較佳實施例的結構示意圖；
[0017] 圖2是整流濾波調壓裝置的結構圖；
[0018] 圖3是整流濾波調壓裝置的電路圖；
[0019] 圖4是本實用新型節(jié)能效果的驗證實驗裝置電路圖；
[0020] 圖5是整流濾波電壓波形圖。
【具體實施方式】
[0021] 以下將參考附圖詳細說明本實用新型的示例性實施例、特征和方面。附圖中相同 的附圖標記表示功能相同或相似的元件。
[0022] 另外，為了更好的說明本實用新型，在下文的【具體實施方式】中給出了眾多的具體 細節(jié)。本領域技術人員應當理解，沒有某些具體細節(jié)，本實用新型同樣可以實施。對于本領 域技術人員熟知的方法、手段、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本實用新型的主旨。
[0023] 參見圖1至圖3,一種多功能配電箱，包括箱體9,所述箱體上設置交流電輸入端7和 交流電輸出端，所述交流電輸入端經(jīng)開關設備、保護電器和輔助設備與所述交流電輸出端 連接，所述箱體上設置直流電輸出端8,所述交流電輸入端經(jīng)整流濾波調壓裝置1與所述直 流電輸出端連接，所述整流濾波調壓裝置包括全波整流電路2、電源濾波電路3及調壓電路 6〇
[0024]在本實施例中，所述交流電輸入端連接電源為220V、50Hz工頻交流電，所述交流電 輸出端輸出220V、50Hz交流電，所述直流電輸出端輸出310V直流電。多功能配電箱將用戶電 網(wǎng)輸入的交流電分為兩路，一路經(jīng)過各級開關分配輸出交流電；另一路交流電進行全波整 流、電源濾波等電力電子技術處理生成平滑直流電，再經(jīng)過各級開關分配輸出直流電。
[0025] 在本實施例中，所述全波整流電路可以是全波整流橋，也可以是由整流二極管組 成的全波整流器。其中，全波整流電路和電源濾波電路組成整流濾波裝置。
[0026] 在本實施例中，所述調壓電路6包括由數(shù)字集成電路組成的脈沖寬度調制信號電 路(PWM) 4和由全控型電力電子元件組成的開關電路5。
[0027]圖3中元器件參數(shù)、型號如下：
[0028] Rl = 100k，R2 = 10k，R3 = 10k，Rpl=Rp2 = 220k;
[0029] Cl = 2?2y，C2 = 0?0ly，C3 = 470y/400V，C4 = 470y/400V;
[0030] Dl:全波整流橋 35A/lkV;
[0031] ￥01、￥02、￥03型號：謂4001;
[0032] IC 型號：NE555;
[0033] CT型號：IGBT G4BC30KD
[0034]在本實施例中，所述交流電輸入端連接電源為220V、50Hz工頻交流電，工頻交流電 經(jīng)全波整流、電源濾波、電壓調整等電力電子技術處理生成平滑直流電，再經(jīng)過直流電輸出 端8輸出310V和220V兩路平滑直流電，帶動電氣負載。
[0035] 在本實施例中，所述電源濾波電路為電容器組成的電容濾波器或由電感、電容組 成的感容濾波器。
[0036]在本實施例中，參見圖3,所述全波整流電路為全波整流橋D1，所述全波整流橋D1 的輸入端與所述交流電輸入端7連接，所述全波整流橋D1的輸出端與電容濾波器C1并聯(lián)。 [0037]用戶電網(wǎng)輸入的220V交流電連接在全波整流橋D1輸入端，全波整流橋D1的輸出端 并聯(lián)一只470y/400V電容濾波器Cl 220V交流電經(jīng)過全波整流橋D1整流轉換為脈動直流電， 再經(jīng)過電容濾波器C1濾波、儲能、穩(wěn)壓處理后生成較為平滑的310V直流電輸出，同時310V直 流電再經(jīng)調壓電路進行降壓處理，生成220V直流電，最后經(jīng)直流電輸出端輸出310V和220V 兩路直流電。
[0038]進一步的，所述調壓電路中的開關電路5連接在整流濾波裝置輸出直流電回路中， 脈沖寬度調制信號電路4的調制信號輸出端與開關電路5的控制端相連。脈沖寬度調制信號 電路控制開關電路5，將310V直流電降為220V直流電，經(jīng)直流電輸出端輸出。
[0039]參見圖4,為了驗證本實用新型的節(jié)能效果，設計了驗證實驗裝置。整流濾波裝置 的輸入端連接工頻交流電源，整流濾波裝置的輸出端連接電氣負載。圖4中元器件參數(shù)、型 號:D1:全波整流橋35A/lkV;Cl: 47(^/4007^1為交流電流表，測量整流濾波前的交流電流， VI為交流電壓表，測量整流濾波前的交流電壓。A2為直流電流表，測量整流濾波后的直流電 流，V2為直流電壓表，測量整流濾波后的直流電壓。全波整流橋D1的輸入端連接交流電輸入 端，全波整流橋D1的直流電輸出端并聯(lián)電容C1，再連接作為負載的用電設備。實驗內容為檢 測、對比驅動同一臺用電設備所消耗的交流電功率和直流電功率。換言之，交流電功率是本 實用新型的輸入電能，直流電功率是本實用新型的輸出電能，若實驗結果證明本實用新型 的輸出電能大于本實用新型的輸入電能，則說明本實用新型可以提高工頻交流電的利用效 率，節(jié)省電能。實驗中使用的直流電負載為白熾燈、電熱水器、電烙鐵、電吹風機等串聯(lián)使 用，因為這類電器額定電壓為220V，串接使用可提高耐受電壓，防止損壞。實驗數(shù)據(jù)見表1。 [0040]表1節(jié)能效果驗證實驗數(shù)據(jù)列表
[0041]
[0042] 節(jié)能效果驗證實驗結論如下：
[0043] 表1的實驗數(shù)據(jù)表明：
[0044] 1、配電系統(tǒng)用戶電網(wǎng)提供的工頻交流電經(jīng)過本實用新型的電力電子技術處理，利 用效率可提高4.14%~12.6%，節(jié)能效果明顯。
[0045] 2、表1中節(jié)能效果差別較大的原因可能是電氣負載的電氣特性區(qū)別造成的：電容 性、電感性、電阻性;也可能與負載的功率有關;也可能與整流濾波電路的構成及元件參數(shù) 有關。在今后的工作中應該進一步研究探索，選擇更加合適的整流濾波方式及元件參數(shù)，有 可能進一步改善節(jié)能效果。
[0046] 本實用新型節(jié)省電能的功能原理分析：
[0047] 物體中電荷的有序流動產(chǎn)生電流，工頻交流電的電流大小及流動方向隨著時間作 周期性變化，導體內的交流電電荷是作周期性往復流動。而直流電的流動方向不變，直流電 電荷做定向平滑流動。交流電電荷時而正向流動，時而反向流動，期間還有流動停頓的過零 瞬間。所以交流電荷電能小于直流電荷電能。另一方面交流電荷流動阻力除了有阻抗外，還 有感抗，流動阻力較大，交流電荷流動中還會產(chǎn)生電磁輻射及電容電流，還可能產(chǎn)生無功功 率，所以交流電荷電能損耗較大。而直流電荷流動阻力僅有阻抗，電能損耗較小。根據(jù)能量 守恒定律，交流電轉換為直流電，電荷能量損耗減小，轉換后的直流電能必然增加。因此轉 換后的直流電能大于轉換前的交流電能。宏觀表現(xiàn)為交流電整流濾波后直流電壓升高萬 倍:在無外界能源介入情況下，220V交流電整流濾波生成310V左右的平滑直流電。其電壓升 高的原因和機理可能與交流電和直流電的差異有關。電壓升高則電荷電能增大。再分析比 較濾波前后電壓的波形曲線（參見圖5)，電壓波形曲線與其在時間軸投影形成的面積與電 壓的平均值有關，圖5中曲線L1表示濾波前的脈動直流電壓波形，曲線L2表示濾波后的平滑 直流電壓波形，圖中陰影部分面積表示濾波前后曲線與其時間軸投影形成的面積的差值， 由此證明交流電濾波轉換為直流電后電壓平均值有所增加。220V工頻交流電經(jīng)過整流濾波 可轉換為310V直流電。
[0048] 家庭及工業(yè)領域中大部分終端電氣設備都使用直流電或可以使用直流電。本實用 新型應用前景較好。目前在市場上或資料中還未見到與本實用新型相似的多功能配電箱。
[0049] 以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術范圍內，可輕易想到 的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該 以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1. 一種多功能配電箱，包括箱體，所述箱體上設置交流電輸入端和交流電輸出端，所述 交流電輸入端經(jīng)開關設備、保護電器和輔助設備與所述交流電輸出端連接，其特征在于:所 述箱體上設置直流電輸出端，所述交流電輸入端經(jīng)整流濾波調壓裝置與所述直流電輸出端 連接，所述整流濾波調壓裝置包括全波整流電路、電源濾波電路及調壓電路。2. 根據(jù)權利要求1所述的多功能配電箱，其特征在于:所述全波整流電路為全波整流橋 或由整流二極管組成的全波整流器。3. 根據(jù)權利要求1所述的多功能配電箱，其特征在于:所述電源濾波電路為電容器組成 的電容濾波器或由電感、電容組成的感容濾波器。4. 根據(jù)權利要求1所述的多功能配電箱，其特征在于:所述調壓電路包括由數(shù)字集成電 路組成的脈沖寬度調制信號電路和由全控型電力電子元件組成的開關電路。
【文檔編號】H02M7/219GK205595645SQ201620300419
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】耿瑞芳, 索敬光
【申請人】北京聯(lián)合大學