一种多功能配电箱的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种多功能配电箱，包括箱体，所述箱体上设置交流电输入端和交流电输出端，所述交流电输入端经开关设备、保护电器和辅助设备与所述交流电输出端连接，所述箱体上设置直流电输出端，所述交流电输入端经整流滤波调压装置与所述直流电输出端连接，所述整流滤波调压装置包括全波整流电路、电源滤波电路及调压电路。本实用新型可以分配工频交流电能和将交流电转换成直流电并分配输出直流电，可提高交流电的利用效率，节省电能。
【专利说明】
一种多功能配电箱
技术领域
[0001] 本实用新型涉及节能装置技术领域，具体涉及一种多功能配电箱。
【背景技术】
[0002] 配电箱是将开关设备、测量仪表、保护电器和辅助设备组装在封闭或半封闭的金 属柜中或屏幅上，正常运行时可借助手动或自动开关接通或分断电路。配电箱的功能仅仅 是合理的分配电能，显示电路的导通状态。配电系统的用户电网经配电箱为用户提供220/ 380V、50Hz工频交流电。目前我国家庭及工业领域使用的就是这种工频交流电。随着电子技 术的发展进步，有越来越多的交流电能都经过电力电子技术处理，改变交流电能的特性和 参数:频率、电压、相位和波形，以获得更好的技术特性和更大的经济效益。由机械工业出版 社出版，曲永印、白晶主编的《电力电子技术》一书中指出："目前发达国家的电能已有80% 经过电力电子技术处理，节能效果达15%~40%，有文献预计，到2050年经过处理再应用的 电能将达95%。"。我国的电力电子技术正在发展中，该技术的应用还不太广泛。 【实用新型内容】
[0003] 为节省电能及提高工频交流电源电能的利用效率，本实用新型提出一种多功能配 电箱，不仅能分配交流电能，还能够利用电力电子技术对交流电进行处理，生成和分配直流 电能，将交流电转换成直流电可提高交流电的利用效率、增加输出功率，具有节省电能的功 能。
[0004] 本实用新型的目的是由下述技术方案实现的：一种多功能配电箱，包括箱体，所述 箱体上设置交流电输入端和交流电输出端，所述交流电输入端经开关设备、保护电器和辅 助设备与所述交流电输出端连接，所述箱体上设置直流电输出端，所述交流电输入端经整 流滤波调压装置与所述直流电输出端连接，所述整流滤波调压装置包括全波整流电路、电 源滤波电路及调压电路。
[0005] 对于上述的多功能配电箱，在一种可能的实现方式中，所述全波整流电路为全波 整流桥或由整流二极管组成的全波整流器。
[0006] 对于上述的多功能配电箱，在一种可能的实现方式中，所述电源滤波电路为电容 器组成的电容滤波器或由电感、电容组成的感容滤波器。
[0007] 对于上述的多功能配电箱，在一种可能的实现方式中，所述调压电路包括由数字 集成电路组成的脉冲宽度调制信号电路和由全控型电力电子元件组成的开关电路。
[0008] 本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
[0009] 1、本实用新型可以提供两种形式的电能电源一工频交流电和直流电，并且将输入 的交流电转换成直流电输出，带动电气设备，可提高交流电能的利用效率4.5 %~12.5 %， 节省电能。
[0010] 2、本实用新型是现有技术跨界转移应用，将电力电子技术领域内生成直流电的整 流技术用于节能领域，提高交流电的利用效率，节省电能。目前尚未见到同类技术应用方 案。
[0011] 3、本实用新型可以明显提高用户电网交流电能的利用效率，节省电能。用户电网 提供的工频交流电经过本实用新型的电力电子技术处理，无需提供其他能量就可提高功率 4% ~12%〇
[0012] 4、许多家庭用电器电路都使用直流电，如计算机、电视机、LED照明灯具等。使用本 实用新型提供的直流电源可减化此类产品电路结构，降低其制造成本。
[0013] 5、随着现代电力电子技术的发展，直流电应用越来越广泛，本实用新型可用在配 电箱中提供直流电，应用前景广泛。
[0014] 6、本实用新型电路简单，易于制作，便于推广。
[0015] 以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详尽说明。
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型较佳实施例的结构示意图；
[0017] 图2是整流滤波调压装置的结构图；
[0018] 图3是整流滤波调压装置的电路图；
[0019] 图4是本实用新型节能效果的验证实验装置电路图；
[0020] 图5是整流滤波电压波形图。
【具体实施方式】
[0021] 以下将参考附图详细说明本实用新型的示例性实施例、特征和方面。附图中相同 的附图标记表示功能相同或相似的元件。
[0022] 另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的【具体实施方式】中给出了众多的具体 细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。对于本领 域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。
[0023] 参见图1至图3,一种多功能配电箱，包括箱体9,所述箱体上设置交流电输入端7和 交流电输出端，所述交流电输入端经开关设备、保护电器和辅助设备与所述交流电输出端 连接，所述箱体上设置直流电输出端8,所述交流电输入端经整流滤波调压装置1与所述直 流电输出端连接，所述整流滤波调压装置包括全波整流电路2、电源滤波电路3及调压电路 6〇
[0024]在本实施例中，所述交流电输入端连接电源为220V、50Hz工频交流电，所述交流电 输出端输出220V、50Hz交流电，所述直流电输出端输出310V直流电。多功能配电箱将用户电 网输入的交流电分为两路，一路经过各级开关分配输出交流电；另一路交流电进行全波整 流、电源滤波等电力电子技术处理生成平滑直流电，再经过各级开关分配输出直流电。
[0025] 在本实施例中，所述全波整流电路可以是全波整流桥，也可以是由整流二极管组 成的全波整流器。其中，全波整流电路和电源滤波电路组成整流滤波装置。
[0026] 在本实施例中，所述调压电路6包括由数字集成电路组成的脉冲宽度调制信号电 路(PWM) 4和由全控型电力电子元件组成的开关电路5。
[0027]图3中元器件参数、型号如下：
[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:全波整流桥 35A/lkV;
[0031] ￥01、￥02、￥03型号：謂4001;
[0032] IC 型号：NE555;
[0033] CT型号：IGBT G4BC30KD
[0034]在本实施例中，所述交流电输入端连接电源为220V、50Hz工频交流电，工频交流电 经全波整流、电源滤波、电压调整等电力电子技术处理生成平滑直流电，再经过直流电输出 端8输出310V和220V两路平滑直流电，带动电气负载。
[0035] 在本实施例中，所述电源滤波电路为电容器组成的电容滤波器或由电感、电容组 成的感容滤波器。
[0036]在本实施例中，参见图3,所述全波整流电路为全波整流桥D1，所述全波整流桥D1 的输入端与所述交流电输入端7连接，所述全波整流桥D1的输出端与电容滤波器C1并联。 [0037]用户电网输入的220V交流电连接在全波整流桥D1输入端，全波整流桥D1的输出端 并联一只470y/400V电容滤波器Cl 220V交流电经过全波整流桥D1整流转换为脉动直流电， 再经过电容滤波器C1滤波、储能、稳压处理后生成较为平滑的310V直流电输出，同时310V直 流电再经调压电路进行降压处理，生成220V直流电，最后经直流电输出端输出310V和220V 两路直流电。
[0038]进一步的，所述调压电路中的开关电路5连接在整流滤波装置输出直流电回路中， 脉冲宽度调制信号电路4的调制信号输出端与开关电路5的控制端相连。脉冲宽度调制信号 电路控制开关电路5，将310V直流电降为220V直流电，经直流电输出端输出。
[0039]参见图4,为了验证本实用新型的节能效果，设计了验证实验装置。整流滤波装置 的输入端连接工频交流电源，整流滤波装置的输出端连接电气负载。图4中元器件参数、型 号:D1:全波整流桥35A/lkV;Cl: 47(^/4007^1为交流电流表，测量整流滤波前的交流电流， VI为交流电压表，测量整流滤波前的交流电压。A2为直流电流表，测量整流滤波后的直流电 流，V2为直流电压表，测量整流滤波后的直流电压。全波整流桥D1的输入端连接交流电输入 端，全波整流桥D1的直流电输出端并联电容C1，再连接作为负载的用电设备。实验内容为检 测、对比驱动同一台用电设备所消耗的交流电功率和直流电功率。换言之，交流电功率是本 实用新型的输入电能，直流电功率是本实用新型的输出电能，若实验结果证明本实用新型 的输出电能大于本实用新型的输入电能，则说明本实用新型可以提高工频交流电的利用效 率，节省电能。实验中使用的直流电负载为白炽灯、电热水器、电烙铁、电吹风机等串联使 用，因为这类电器额定电压为220V，串接使用可提高耐受电压，防止损坏。实验数据见表1。 [0040]表1节能效果验证实验数据列表
[0041]
[0042] 节能效果验证实验结论如下：
[0043] 表1的实验数据表明：
[0044] 1、配电系统用户电网提供的工频交流电经过本实用新型的电力电子技术处理，利 用效率可提高4.14%~12.6%，节能效果明显。
[0045] 2、表1中节能效果差别较大的原因可能是电气负载的电气特性区别造成的：电容 性、电感性、电阻性;也可能与负载的功率有关;也可能与整流滤波电路的构成及元件参数 有关。在今后的工作中应该进一步研究探索，选择更加合适的整流滤波方式及元件参数，有 可能进一步改善节能效果。
[0046] 本实用新型节省电能的功能原理分析：
[0047] 物体中电荷的有序流动产生电流，工频交流电的电流大小及流动方向随着时间作 周期性变化，导体内的交流电电荷是作周期性往复流动。而直流电的流动方向不变，直流电 电荷做定向平滑流动。交流电电荷时而正向流动，时而反向流动，期间还有流动停顿的过零 瞬间。所以交流电荷电能小于直流电荷电能。另一方面交流电荷流动阻力除了有阻抗外，还 有感抗，流动阻力较大，交流电荷流动中还会产生电磁辐射及电容电流，还可能产生无功功 率，所以交流电荷电能损耗较大。而直流电荷流动阻力仅有阻抗，电能损耗较小。根据能量 守恒定律，交流电转换为直流电，电荷能量损耗减小，转换后的直流电能必然增加。因此转 换后的直流电能大于转换前的交流电能。宏观表现为交流电整流滤波后直流电压升高万 倍:在无外界能源介入情况下，220V交流电整流滤波生成310V左右的平滑直流电。其电压升 高的原因和机理可能与交流电和直流电的差异有关。电压升高则电荷电能增大。再分析比 较滤波前后电压的波形曲线（参见图5)，电压波形曲线与其在时间轴投影形成的面积与电 压的平均值有关，图5中曲线L1表示滤波前的脉动直流电压波形，曲线L2表示滤波后的平滑 直流电压波形，图中阴影部分面积表示滤波前后曲线与其时间轴投影形成的面积的差值， 由此证明交流电滤波转换为直流电后电压平均值有所增加。220V工频交流电经过整流滤波 可转换为310V直流电。
[0048] 家庭及工业领域中大部分终端电气设备都使用直流电或可以使用直流电。本实用 新型应用前景较好。目前在市场上或资料中还未见到与本实用新型相似的多功能配电箱。
[0049] 以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该 以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种多功能配电箱，包括箱体，所述箱体上设置交流电输入端和交流电输出端，所述 交流电输入端经开关设备、保护电器和辅助设备与所述交流电输出端连接，其特征在于:所 述箱体上设置直流电输出端，所述交流电输入端经整流滤波调压装置与所述直流电输出端 连接，所述整流滤波调压装置包括全波整流电路、电源滤波电路及调压电路。2. 根据权利要求1所述的多功能配电箱，其特征在于:所述全波整流电路为全波整流桥 或由整流二极管组成的全波整流器。3. 根据权利要求1所述的多功能配电箱，其特征在于:所述电源滤波电路为电容器组成 的电容滤波器或由电感、电容组成的感容滤波器。4. 根据权利要求1所述的多功能配电箱，其特征在于:所述调压电路包括由数字集成电 路组成的脉冲宽度调制信号电路和由全控型电力电子元件组成的开关电路。
【文档编号】H02M7/219GK205595645SQ201620300419
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】耿瑞芳, 索敬光
【申请人】北京联合大学