智能三相节电保护控制器.pdf

本发明属于一种智能三相节电保护控制器，包括三相火线、零线和地线输入端子，三相火线、地线输入端子连接瞬变浪涌抑制单元的输入端，瞬变浪涌抑制单元的输出端、零线输入端子连接调压三相平衡单元的输入端，调压三相平衡单元的输出端连接谐波补偿单元的输入端，谐波补偿单元的输出端连接负载。本发明将系统型、滤波补偿型、调压型、电磁型节电保护装置的优点集于一身，其综合治理效果好，降低了节电成本，同时避免了在安装过程中需要对多台节电设备进行的安装调试，节省了人力、物力、财力及时间的损耗，适用于多种电压等级的用电系统和用电设备。

1、  一种智能三相节电保护控制器，包括三相火线、零线和地线输入端子，其特征在于：三相火线、地线输入端子连接瞬变浪涌抑制单元的输入端，瞬变浪涌抑制单元的输出端、零线输入端子连接调压三相平衡单元的输入端，调压三相平衡单元的输出端连接谐波补偿单元的输入端，谐波补偿单元的输出端连接负载；
在瞬变浪涌抑制单元输出端和调压三相平衡单元之间的每相火线均通过一转换开关连接并联在零线上的两个接触器，该两个接触器与火线和零线的连接关系是：
(1)一个接触器的第一常开触点串联在谐波补偿单元和负载之间的火线上，第二常开触点与另外两相火线连接的转换开关对应的接触器的第二常开触点并联后再串联在谐波补偿单元和负载之间的零线上；
(2)另一个接触器的第一常开触点并联在调压三相平衡单元输入端和负载输入端的零线上，第二常开触点并联在调压三相平衡单元输入端和负载输入端的火线上。

2、  根据权利要求1所述的一种智能三相节电保护控制器，其特征在于：在三相火线输入端子和瞬变浪涌抑制单元输入端之间的火线上还连接有检测及显示单元。

3、  根据权利要求2所述的一种智能三相节电保护控制器，其特征在于：所述检测及显示单元由连接在每相火线上的电流互感器、A/D转换单元、微处理器单元和显示单元组成，每个电流互感器的输出端均连接A/D转换单元的输入端，A/D转换单元的输出端连接微处理器单元的输入端，微处理器单元的输出端连接显示单元。

4、  根据权利要求3所述的一种智能三相节电保护控制器，其特征在于：所述的A/D转换单元由三组采样电阻和运算放大器连接构成，所述的采样电阻采用的是1206精密电阻，所述的运算放大器采用的是AD8604芯片。

5、  根据权利要求1所述的一种智能三相节电保护控制器，其特征在于：所述瞬变浪涌抑制单元为压敏电阻或瞬变浪涌抑制器件。

6、  根据权利要求1所述的一种智能三相节电保护控制器，其特征在于：所述滤波补偿单元为带通滤波的无源滤波器、带通滤波的有源滤波器、低通滤波的无源滤波器、低通滤波的有源滤波器、有源与无源组合的滤波器中的一种。

7、  根据权利要求1所述的一种智能三相节电保护控制器，其特征在于：所述调压三相平衡单元由三相自耦变压器、电压互感器、A/D转换单元、微处理器单元和伺服电机组成，三相自耦变压器的输入端连接三相火线和零线，三相自耦变压器的输出端连接的火线上分别连接三个电压互感器的一次绕组，每个电压互感器的二次绕组连接A/D转换单元的输入端，A/D转换单元的输出端连接微处理器单元的输入端，微处理器单元的输出端连接控制三相自耦变压器电刷的伺服电机。

智能三相节电保护控制器
技术领域
本发明属于节电保护设备领域，尤其是一种智能三相节电保护控制器。
背景技术
现有用电系统中均存在着电力垃圾和过剩能耗问题，不仅造成了电能资源的浪费，甚至会导致用电设备的损坏。用电系统中的电力垃圾主要包括瞬变、浪涌、谐波等，这些电力垃圾将使用电系统的用电效率严重下降，并对用电设备产生严重的冲击破坏作用；过剩能耗主要体现用电系统中的供电电压高于用电设备的额定电压，一方面造成电力资源的浪费，另一方面对用电设备产生不良影响，降低设备的使用寿命。因此，无论是过剩能耗还是电力垃圾都是将用电系统中不需要的电能转换为热能、机械能或其他形式的能量被浪费掉。
为了避免上述问题，在一个用电系统或用电设备中有必要安装节电保护装置，其目的是：1.清除瞬变、浪涌、谐波等电力垃圾，提高功率因数节电；2.调节过剩能耗实现节电的目的。目前，中外市场上的节电产品按电学原理大致可分为五大类型，即系统型、滤波补偿型、调压型、变频器和电磁型。各类型的主要功能如下，系统型：抑制瞬变浪涌、提高末端功率因数；滤波补偿型：滤除或补偿谐波和补偿无功；调压型：降低用电系统或用电设备超过额定电压以上的过剩能耗；电磁型：平衡三相用电系统，减少零序电流。各类型的节电器均有其各自的功能特性，同时也存在各自的局限性，若仅使用任何一种类型的节电器想要达到对一个用电系统或用电设备的最佳节电保护效果是根本不可能实现的；若将多种类型的节电器同时用在一个用电系统或用电设备上，又造成用户的投资成本较高，增加了用户在节能、节电方面的成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、电力垃圾综合治理效果好且适用于多种电压等级用电系统和用电设备的智能三相节电保护控制器。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种智能三相节电保护控制器，包括三相火线、零线和地线输入端子，其特征在于：三相火线、地线输入端子连接瞬变浪涌抑制单元的输入端，瞬变浪涌抑制单元的输出端、零线输入端子连接调压三相平衡单元的输入端，调压三相平衡单元的输出端连接谐波补偿单元的输入端，谐波补偿单元的输出端连接负载；
在瞬变浪涌抑制单元输出端和调压三相平衡单元之间的每相火线均通过一转换开关连接并联在零线上的两个接触器，该两个接触器与火线和零线的连接关系是：
(1)一个接触器的第一常开触点串联在谐波补偿单元和负载之间的火线上，第二常开触点与另外两相火线连接的转换开关对应的接触器的第二常开触点并联后再串联在谐波补偿单元和负载之间的零线上；
(2)另一个接触器的第一常开触点并联在调压三相平衡单元输入端和负载输入端的零线上，第二常开触点并联在调压三相平衡单元输入端和负载输入端的火线上。
而且，在三相火线输入端子和瞬变浪涌抑制单元输入端之间的火线上还连接有检测及显示单元。
而且，所述检测及显示单元由连接在每相火线上的电流互感器、A/D转换单元、微处理器单元和显示单元组成，每个电流互感器的输出端均连接A/D转换单元的输入端，A/D转换单元的输出端连接微处理器单元的输入端，微处理器单元的输出端连接显示单元。
而且，所述的A/D转换单元由三组采样电阻和运算放大器连接构成，所述的采样电阻采用的是1206精密电阻，所述的运算放大器采用的是AD8604芯片。
而且，所述瞬变浪涌抑制单元为压敏电阻或瞬变浪涌抑制器件。
而且，所述滤波补偿单元为带通滤波的无源滤波器、带通滤波的有源滤波器、低通滤波的无源滤波器、低通滤波的有源滤波器、有源与无源组合的滤波器中的一种。
而且，所述调压三相平衡单元由三相自耦变压器、电压互感器、A/D转换单元、微处理器单元和伺服电机组成，三相自耦变压器的输入端连接三相火线和零线，三相自耦变压器的输出端连接的火线上分别连接三个电压互感器的一次绕组，每个电压互感器的二次绕组连接A/D转换单元的输入端，A/D转换单元的输出端连接微处理器单元的输入端，微处理器单元的输出端连接控制三相自耦变压器电刷的伺服电机。
本发明的优点和积极效果是：
1.本控制器中的瞬变浪涌抑制单元可以使用瞬变浪涌抑制元件或模块化的控制器件，可有效抑制电网中的瞬变、浪涌等电力垃圾，保护设备不受其干扰、损坏，并可有效降低这些电力垃圾所引起的用电系统能耗增加，提高整个用电系统的效率。
2.本控制器中的调压三相平衡单元采用以自耦变压器和微处理器为核心的电磁平衡调节技术，在调整电压的同时使三相输出电压、电流趋于平衡和稳定，并对负载的电能质量和过剩电耗进行优化处理。
3.本控制器中的谐波补偿单元可以是带通滤波的无源滤波器、带通滤波的有源滤波器、低通滤波的无源滤波器、低通滤波的有源滤波器、有源与无源组合的滤波器中的一种，使用该谐波和无功补偿单元后可以很好的消除谐波对设备的危害，提高了功率因数。
4.本控制器中的检测及显示单元采用电流互感器实时对火线上的电流进行采样，然后将该电流信号输送至微处理器单元进行处理，然后通过LED或者LCD显示出来，而且微处理器单元还可以与上位PC机进行通讯以实现良好的人机交互性。
5.本控制器中还设置有转换开关，该转换开关与不同的接触器连接以实现不同电路的切换，设置该转换开关和接触器后使本控制器的使用更加灵活，其工作方式多样，更便于用户的使用。
6.本控制器中采用瞬变浪涌抑制单元、调压三相平衡单元和谐波补偿单元对瞬变、浪涌、谐波、无功及过剩能耗进行综合治理，使各单元优势互补、叠加节电，能使用电系统或用电设备的有功功率的节电率高达10～50％，无功功率的节电率10％以上，视在功率的节电率在15％以上，末端功率因数提高10％以上，电力垃圾(包括谐波、瞬变、浪涌)的清除率80％以上。
7.本发明将系统型、滤波补偿型、调压型、电磁型节电保护装置的优点集于一身，其综合治理效果好，降低了节电成本，同时避免了在安装过程中需要对多台节电设备进行的安装调试，节省了人力、物力、财力及时间的损耗。使本发明可广泛应用于小到家庭、办公室，大到厂矿、企业、机关单位的用电系统以及小到电脑、电视，大到上千千瓦的用电设备，且适用于多种电压等级的用电系统和用电设备。
附图说明
图1是本发明的电路方框图；
图2是检测及显示单元的电路方框图；
图3是调压三相平衡单元的电路方框图。
具体实施方式
本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
一种智能三相节电保护控制器，如图1～3所示，包括三相火线A、B和C、零线N和地线E输入端子，三相火线A、B和C、地线E输入端子连接瞬变浪涌抑制单元的输入端，瞬变浪涌抑制单元的输出端、零线N输入端子连接调压三相平衡单元的输入端，调压三相平衡单元的输出端连接谐波补偿单元的输入端，谐波补偿单元的输出端连接负载。
在瞬变浪涌抑制单元输出端和调压三相平衡单元之间的每相火线均通过一转换开关连接并联在零线上的两个接触器，火线A上连接转换开关SW1、火线B上连接转换开关SW2，火线C上连接转换开关SW3，与转换开关SW1相对应的接触器是KM1和KM4，与转换开关SW2相对应的接触器是KM2和KM5，与转换开关SW3相对应的接触器是KM3和KM6，由于上述转换开关对应的接触器与火线和零线的连接方式相同，下面以火线A上连接的转换开关SW1以及与其对应的KM1和KM4为例进行说明。
转换开关SW1、接触器KM1和KM4与火线A和零线N的连接关系是：
1.转换开关SW1的静触点连接火线A，其动触点用于连接接触器KM1和KM4。
2.接触器KM1的第一常开触点KM11串联在谐波补偿单元和负载之间的火线A上，第二常开触点KM12与火线B和火线C连接的转换开关SW2和SW3对应的接触器KM2和KM3的第二常开触点KM22和KM32并联后再串联在谐波补偿单元和负载之间的零线N上；
3.接触器KM4的第一常开触点KM41并联在调压三相平衡单元输入端和负载输入端的零线N上，第二常开触点KM42并联在调压三相平衡单元输入端和负载输入端的火线A上。
由此可知，转换开关SW1、SW2和SW3的动触点分别与接触器KM1、KM2和KM3相接触时，调压三相平衡单元和谐波补偿单元投入使用，当转换开关SW1、SW2和SW3的动触点分别与接触器KM4、KM5和KM6相接触时，不使用调压三相平衡单元和谐波补偿单元。
为了更好的对运行参数、工作状态进行监控，在三相火线输入端子和瞬变浪涌抑制单元输入端之间的火线上还连接有检测及显示单元。该检测及显示单元如图2所示，由连接在每相火线上的电流互感器、A/D转换单元、微处理器单元和显示单元组成，每个电流互感器的输出端均连接A/D转换单元的输入端，A/D转换单元的输出端连接微处理器单元的输入端，微处理器单元的输出端连接显示单元。其中，A/D转换单元由三组采样电阻和运算放大器连接构成，采样电阻采用的是1206精密电阻，运算放大器采用的是AD8604芯片。
瞬变浪涌抑制单元为压敏电阻或瞬变浪涌抑制器件，该单元分别连接在三相火线A、B和C与地线E之间，该瞬变浪涌抑制单元可以使用压敏电阻，也可以使用P6KE260A或1.5K260A或5KP浪涌抑制器件，对瞬变浪涌进行抑制，在本实施例中，瞬变浪涌抑制单元使用的是压敏电阻(RV)
调压三相平衡单元如图3所示，由三相自耦变压器、电压互感器、A/D转换单元、微处理器单元和伺服电机组成，三相自耦变压器的输入端连接三相火线和零线，三相自耦变压器的输出端连接的火线上分别连接三个电压互感器的一次绕组，每个电压互感器的二次绕组连接A/D转换单元的输入端，A/D转换单元的输出端连接微处理器单元的输入端，微处理器单元的输出端连接控制三相自耦变压器电刷的伺服电机。三相自耦变压器的输出电压与给定电压经过比较后得到一偏差电压值，通过微处理器单元的运算调节，微处理器单元输出一控制电压和驱动信号驱动三相自耦变压器电刷的伺服电机，使三相自耦变压器的输出电压接近给定值，完成调压和三相平衡。
滤波补偿单元为带通滤波的无源滤波器、带通滤波的有源滤波器、低通滤波的无源滤波器、低通滤波的有源滤波器、有源与无源组合的滤波器中的一种。本实施例中使用的是由DSP为核心，使用PWM脉冲信号进行控制的三相电压型有源滤波器。上述各种类型的滤波器均为现有技术，在此对其组成及与线路的连接不做详细描述。
本发明的技术参数如表1：