专利名称：功率因数改善装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关一种功率因数改善装置，特别为一种适用于改善利用交流电源供电的负载端用电器具使用的功率因数改善装置。
目前一般负载端的用电器具(例如，灯具、动力设备或空调设备…等)，其皆个别有不同的功率因数，对于功率因数越高者，其有效电力值越高，亦即用电品质越佳；而反观，功率因数越低者，则其所耗费的无效电力越高，亦即用电品质越差。
由于环保意识的抬头，以及目前全球皆已意识到可利用的资源日益减少，若未能更有效地利用现有资源，日后将会付出更高昂的代价，而“电力”几乎是日常生活中最不可或缺的资源之一，因此提供一种能更有效利用电力资源的方式是刻不容缓的！本发明创作人多年从事于此相关领域，有鉴于现有能源利用所面临的问题，并本于服务大众、研究开发与突破创新的精神，经潜心研究并再三试验后，始提供本案“功率因数改善装置”，以期能藉以提高用电品质，避免能源无谓浪费，并嘉惠大众。
本发明的目的在于提供一种功率因数改善装置，其可调整提升负载端用电器具的功率因数。
本发明的另一目的在于提供一种具有自动稳压效果以维持最佳供电品质的功率因数改善装置。
本发明的再一目的在于提供一种可自动降低启动电流以保护负载端用电器具的功率因数改善装置。
本发明的又一目的在于提供一种兼具环保诉求而可以最有效率的方式使用电力资源的功率因数改善装置。
本发明“功率因数改善装置”，其主要是应用于改善使用交流电源的负载端用电器具的功率因数，其大致包括一稳压单元、一比流器、一电压电流比较电路、一运算微处理器、一功因驱动器、一稳压驱动器、一电压侦测电路、一低压稳定电路与一降压整流电路。
该稳压单元耦合于交流电源供应端与负载端之间，其可调变供应予负载端用电器具所需的电压。
该比流器串接于该稳压单元前端，其可用以侦测负载端的电流值，并输出侦测所得的电流值至电压电流比较电路，以提供做为比较参考数据之用。
该电压电流比较电路可接收比流器传来的负载端电流值，并将负载端电流值配合与稳压单元前后两端的电压波形进行比较，再输出比较所得的参数至运算微处理器；其中，该电压电流比较电路可包括一相位比较器、一可调整最小量电流值的电流量调整器、一调整相位角超前或落后的相位角调整器与一可调整负载端设备功率因数值的功率因数调整器。
该运算微处理器包括至少一单晶片，该单晶片可接收电压电流比较电路传来的参数，而运算出在最佳功率因数状态下的数值，再输出至功率因数驱动器。
该功率因数驱动器可用于控制电容的投入与切离动作，其可包括复数组控制电路，而依据前述单晶片传来的数值而限制电容初始投入时的瞬间电流，藉以调整负载端用电器具的功率因数；其中，功率因数驱动器的每一控制电路中分别设有两个可两段式启动的继电器，藉由两段式的启动方式可有效地达到延长电容寿命、降低电磁接触器的接点容量及保护负载端用电器具等效果。
该稳压驱动器包括复数组驱动电路，其可用于控制稳压单元中的线圈的串连动作，藉以达到电力稳压的作用。
该电压侦测电路主要包括一电压比较器，其可用以侦测供电电力系统电压的高低，再驱动稳压驱动器调整出最佳的电压值，使稳压单元随时保持于提供最有效率的供电电压予负载端用电器具。
该低压稳定电路主要包括一专责稳定内部电路用电电压的稳压器，藉以提供稳定的直流电源供内部电路使用。
该降压整流电路主要可包括一降压变压器与一组整流滤波电路，其可分为三组电压输出，而分别输出提供电压侦测电路的参考电压、稳压驱动器所需的驱动电压，以及低压稳定电路所需的工作电压。
另外，该运算微处理器尚可包括有一可驱动一显示单元的单晶片，使该单晶片可将电压电流比较电路传来的数据转换为数字码，而显示于该显示单元上；其中，该显示单元可有多种显示方式，例如，七段显示的显示器、LED指示灯、LCD液晶萤幕…等，于此并予指明。
有鉴于目前一般负载端用电器具的功率因数好坏不齐，徒增无谓能源浪费，本发明赋予全面改善、提升负载端用电器具的功率因数，使电力资源的利用达到最高效率，且又可达到保护负载端用电器具的功效，以及降低用电器具的损耗。
为进一步说明本发明的结构及其特点，以下结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图1是本发明的结构方块图。
图2是本发明中例举实施例的局部电路图。
图3是本发明中例举实施例的局部电路图。
图4是本发明例举实施例中功率因数驱动器的电路图。
图5是本发明例举实施例中显示单元的电路图。
图6是本发明例举实施例中稳压驱动器的电路图。
本发明的结构是如图1所示，本实施例中该功率因数改善装置是包括一稳压单元10、一比流器20、一电压电流比较电路30、一运算微处理器40、一功率因数驱动器50、一显示单元60、一降压整流电路70、一低压稳定电路80、一电压侦测电路90与一稳压驱动器95。
请配合参阅图2，于本实施例中，该稳压单元10是包括两个分别位于电源供应端200两端的被动式感抗线圈L1、L2与复数组串接于该等被动式感抗线圈L1、L2之间的线圈LX1-LX6，该等被动式感抗线圈L1、L2与线圈LX1-LX6共同缠绕于一单卷式变压器中；其中，感抗的大小是随线圈LX的数量而变化，当串接越多组线圈LX时，被动式感抗线圈L1、L2的感抗越小，而感抗作用在于控制被动式感抗线圈L1、L2两端的压差，当感抗越大，则压差亦越大；另外，变压器的铁芯可采外铁式或是内铁式皆可。
而该比流器20串接于该稳压单元10前端，于本实施例中，其是为一感应式比流器20，其电流比例是依据负载端300的电流值大小而有所不同，该比流器20可将负载端300的电流值资料传送至该电压电流比较电路30，以做为比较参考数据。
请配合参阅图3，于本实施例中，该电压电流比较电路30主要是包括一相位比较器U2、一可调整最小量电流值的电流量调整器VR2、一调整相位角超前或落后的相位角调整器VR3与一可调整负载端300设备功率因数值的功率因数调整器VR4；该电压电流比较电路30主要是负责将稳压单元10前后两端的电压波形与该比流器20所传来的负载端300电流值，做一比较后得到的参数而再传送至该运算微处理器40。
该运算微处理器40则是主要包括两单晶片U3及U4其中单晶片U3是负责将电压电流比较电路30所传来的数据转换为数字码而驱动该显示单元70；而至于该单晶片U4则是负责将电压电流比较电路30所传来的数据运算出在最佳功率因数状态下的数值，再以机械码的方式传递至该功率因数驱动器50，而由该功率因数驱动器50调整出负载端300最佳的预设功率因数。
请配合参阅图4，该功率因数驱动器50主要是用于控制电容的投入与切离动作，其是包括复数组的控制电路51-56，其可依据单晶片U4所传来的数值而限制电容CA1-CA6初投入时的瞬间过大电流。在图式中，RA1-RA6为限流电阻，继电器PK1A-PK6A为第一段启动，而继电器PK1B-PK6日则为第二段启动，故当继电器PK1A动作时，因其串接限流电阻RA1，故可有效地缓和瞬间投入电容CA1的电流，当因P1导入电压构成继电器PK1A动作条件时，同一时间亦启动了于1秒钟之后(由电阻R1与电容C1构成计时电路)，继电器PK1B再将限流电阻RA1短路，而构成完全启动的条件。
请配合参阅图5，于本实施例中，该显示单元60是采用可做七段显示的显示器，该显示单元60可采以百分比的数字方式指示经本发明调整后的电源供应端200功率因数。
请配合参阅图3，本实施例中，该降压整流电路70是为一标准型的降压电路，其主要包括一降压变压器71与一组整流滤波电路72，而可分为三组电压输出，一为提供电压侦测电路90参考电压，二为提供继电器的驱动电压，三则为提供低压稳定电路80所需的工作电压。
于本实施例中，该低压稳定电路80主要是包括一专用于稳压集成电路用电电压的稳压器U1，藉由该稳压器U1提供稳定的直流电源以供内部电路使用。
于本实施例中，该电压侦测电路90主要是包括一电压比较器U5，该电压侦测电路90主要可用于侦测电力系统电压的高低，再驱动稳压驱动器95调整出预设的最佳电压值，以提供负载端300用电器具的使用电压。
而于本实施例中，该稳压驱动器95(图6)是包括复数组驱动电路951-956，其可用于驱动继电器或电磁接触器启用稳压单元10中线圈LX1-LX6应由几组串连动作，藉以达到电力稳压的作用。
例如，目前一般电力公司的供电电压为单相交流115V±5V，而一般电器的额定电压为110V±10V，亦即前述电器可于100V-120V之间正常工作，亦即被动式感抗线圈L1、L2两端均可有0V以上，5V(最大时)以下的压差；而本发明实施例中的功率因数改善装置可经由其电压侦测电路90随时侦测当时电压大小，并立即自动调整，使供应负载端300的电压维持于110V±3V之间，依据实际试验，当负载端300的用电器具处于稳定电压的状态下，可保护该用电器具免于受损并可延长该器具的使用寿命，且亦可有效地控制用电与负载端300用电器具的功率因数，提高用电品质，而不会因为过高的电压以致徒增无效用电；另外，在本发明中，当负载端300用电器具所消耗的电流流经被动式感抗线圈L1、L2时，可产生一逆向磁场，该逆向磁场可感应线圈LX，因而产生电压与电流，藉以补偿电压与电流因经过被动式感抗线圈L1、L2的损失。
本发明将电流的感测装置(即比流器20)设置于稳压单元10前端，而电容装置(即功因驱动器50)设置于稳压单元10后端，可有效地改善负载端300用电器具的功率因数，因有稳压单元10中的被动式感抗线圈L1、L2为感抗器，故于相同的无效功率中，本发明对于电容容量的需求大为降低。
习知电容的最大缺点在于，其瞬间的电压投入，而致使电容的寿命缩短，而本发明中的功率因数驱动器50是将电容的投入采两段式的启动方式，使瞬间投入的电流可有效地缓和，有效地延长电容寿命，且电磁接触器的接点容量亦可有效地下降，相当符合经济效益。
另外，本发明亦可于维持负载端300用电器具原有的启动功能下，有效地降低启动电流。请配合参阅图2，如前所述，因稳压单元10中的被动式感抗线圈L1、L2为感抗器，故当流经的电流越大，其产生的磁场越大，感应线圈LX的能量亦就越大，而线圈LX产生的电流亦就越强，回馈给负载端300、用电器具的电流也就越多，在此良性的循环回溯下，故可再不影响负载端300用电器具的启动条件之下，大幅地降低启动电流。
事实上，本发明实施例中所揭示的功率因数驱动器50电路，其尚可多用途地应用于其他相关领域的电路中，于此并予指明。
综上所述，可知无论负载端用电器具的功率因数如何不佳，本发明的功率因数改善装置皆可全面提升功率因数，稳定电压，降低启动电流，提升用电品质，有效利用电力资源并保护负载端的用电器具。故本发明的确能藉所揭露的构造达到创作目的，具进步性与实用性。惟，以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，凡依据本发明的精神所做的各种修饰与变化，皆不脱本发明的范畴，故仍应以申请专利范围为准。
权利要求
1．一种功率因数改善装置，其是应用于改善使用交流电源的负载端用电器具的功率因数，其特征在于，其包括一稳压单元，耦合于交流电源供应端与负载端之间，其可调变供应予负载端用电器具所需的电压，其包括两个分别位于电源供应端两端的被动式感抗线圈与复数组串接于该等被动式感抗线圈之间的线圈；一比流器，串接于该稳压单元前端，其可侦测负载端的电流值，并输出侦测所得的电流值，以做为比较参考数据；一电压电流比较电路，可接收比流器传来的负载端电流值，并将负载端电流值配合与稳压单元前后两端的电压波形进行比较，再输出比较所得的参数；一运算微处理器，包括至少一单晶片，该单晶片可接收电压电比较电路传来的参数，而运算出在最佳功率因数状态下的数值，再将运算所得的数值输出；一功率因数驱动器，可用于控制电容的投入与切离动作，其包括复数组控制电路，而可依据前述单晶片传来的数值而驱动对应的控制电路限制电容初始投入时的瞬间电流，藉以调整负载端用电器具的功率因数；一稳压驱动器，包括复数组驱动电路，其可控制稳压单元中的线圈的串连动作，藉以达到电力稳压的作用一电压侦测电路，主要包括一电压比较器，用以侦测供电电压的高低，再驱动稳压驱动器调整出最佳的电压值，提供负载端用电器具所需的用电电压；一低压稳定电路，主要包括一专责稳定内部电路用电电压的稳压器，藉以提供稳定的直流电源供内部电路使用；以及一降压整流电路，包括一降压变压器与一组整流滤波电路，可分为三组电压输出，而分别输出提供电压侦测电路的参考电压、稳压驱动器所需的驱动电压，以及低压稳定电路所需的工作电压。
2．根据权利要求1所述的功率因数改善装置，其特征在于，其中该电压电流比较电路是包括一相位比较器、一可调整最小量电流值的电流量调整器、一调整相位角超前或落后的相位角调整器与一可调整负载端设备功率因数值的功率因数调整器。
3．根据权利要求1所述的功率因数改善装置，其特征在于，其中该运算微处理器尚包括有一单晶片，该单晶片可将电压电流比较电路传来的数据转换为数字码，而驱动一显示单元。
4．根据权利要求3所述的功率因数改善装置，其特征在于，其中该显示单元是指可做七段显示的显示器，而将调整后的电源供应端功率因数以百分比的数字方式显示。
5．根据权利要求1所述的功率因数改善装置，其特征在于，其中功率因数驱动器的每一控制电路中分别设有两个可两段式启动的继电器。
全文摘要
一种功率因数改善装置，包括稳压单元、比流器、电压电流比较电路、运算微处理器、功率因数驱动器、稳压驱动器与电压侦测电路；稳压单元调变负载端电压，比流器侦测负载端电流值并输出结果，电压电流比较电路接收电流值并配合稳压单元前后端的电压波形进行比较后，再输出结果，由运算微处理器运算出最佳功率因数状态下的数值，再控制功率因数驱动器管制电容的投入与切离动作，调整负载端用电器具的功率因数等，使稳压单元保持于最佳的供电状态。
文档编号G05F1/70GK1317733SQ0010562
公开日2001年10月17日 申请日期2000年4月12日 优先权日2000年4月12日
发明者周挥晃 申请人:蔡世水