专利名称：智能电力节电器的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及功率因素补偿调整的电子装置，特别是对交流用电设备或照明的功率因素自动进行调整、节约电能的电子装置。
二背景技术：
随着科学技术的发展，城市道路照明光源的基本发展趋势是采用气体放电式发光源。这种光源的功率低，光效高，光色好。但是，它在电气性能上有一个突出的缺点，就是光源及配套电路呈电感性负载，功率因数低，容易造成电压下降、电流增大，造成电能浪费，影响灯泡及镇流器的使用寿命。因此，通过测量路灯电路参数即测量各部分电压，计算路灯功率因素，进行自动分析补偿。其次，在交流电用电设备方面也存在着需要对其功率因素进行补偿调整的问题。
三、实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种智能电力节电器，以根据负载功率因素的变化，自动地进行补偿调整。本新型的目的通过以下技术方案加以实现一种智能电力节电器，包括将来至交流电回路的电压相位、电流相位信号分别转变为100-500μs脉冲信号的电压相位检测电路和电流相位检测电路，并联并联在220V交流电火线和零线之间的多个电容组成的功率因素单元，将功率因素单元的电容选择性地并入交流电回路中，的多个二进制执行单元，其特征在于，所述功率因素单元的电容Ci为4-6个，其中Ci+1＝2Ci，i＝1，2，3，4，5，6；还具有顺次级联的相位差脉冲信号产生电路、二进制编码转换电路；相位差脉冲信号产生电路如下所述电压相位和电流相位的脉冲信号分别经反相哭反相后送至双稳态D触发器IC3A的3脚以及IC3B的11脚，IC1A的1脚对外输出相位差脉冲信号；二进制编码转换电路主要由二进制串行计数器IC7、计数器IC4、数据锁存器IC5、IC6组成IC7产出的信号经13脚送至与非门IC2C的8脚，上述相位差脉冲信号送至IC2C的9脚、IC5的5脚以及IC6的5脚，IC2C的10脚接IC4的10脚，IC111脚经反相器后接IC65脚；IC5、IC6的4-6个输出信号分别送至4-6个相同的二进制执行电路。
所述二进制执行电路为IC5的一个输出信号经2脚送出，再经电阻R7送至三极管BG1基极，BG1集电极接于过零控制耦合器MOC3041的V-端，BG1发射极和MOC3041的NC端均接地，MOC3041的Q1端顺次串接电阻R12、R13、电容C4接至可控硅的Q5端，MOC3041的Q2端接于Q5的控制端，作为功率因素单元的第一个电容C9的一端接交流电火线，C9另一端接Q5一端，电阻R14串接在Q5一端与Q5控制端之间，Q5另一端R12与R13的接点均接于交流电零线。
所述电压相位检测电路为电压相位脉冲信号分别经电阻R2、R1送至运算放大器IC1A的正、负输入端，该正、负输入端之间并联有极性反接的两个二极管D1、D2，二极管D3正极接IC1A输出端，负极接IC1A负输入端，IC1A的输出信号送至反相器；电流相位检测电路与电压相位检测电路相同。
所述电容Ci为5个，其电容大小分别为xμ、2xμ、4xμ、8xμ、16xμ，其中x为正数；所述IC5、IC6的5个输出信号分别送至5个相同的二进制执行电路。
从上述设计来看，本新型将交流电的电压相位、电流相位信号分别转变成脉冲信号后经相位差脉冲信号产生电路转变为一个相位差值脉冲信号输出，再经二进制编码转换电路转变成5个(一般4-6个)二进制编码信号、并行输出至5个二进制执行电路，使执行电路中的可控硅触发，最终使该执行电路对应于功率因素单元的电容Ci自动接入交流电的火线与零线之间。例如，若二进制编码信号为00001，则仅有第1个执行电路的可控硅导通，其功率因素单元对应的第1个电容并入交流电的火线与零线之间；若二进制编码信号为00011，则第1、第2执行电路的可控硅导通，功率因素单元对应的第1个电容和第2个电容均并入交流电的火线和零线之间。因此，根据交流电的电压相位与电流相位的相位差的大小变化，本新型可自动在交流电火线与零线之间并入电容，以调整其功率因素。
与现有技术相比，本新型具有以下特点1、节约电能根据电路功率因率的变化，自动调整功率因素的大小对其进行补偿。尤其适用于电感性负载造成电路功率因素波动较大的场合。
2、功率因素调整精度高5个二进制执行电路可控制32级(25＝32)补偿电容，且电容的投入量呈连续性变化，如，功率因素单元中，若C1、C2、C3、C4、C5的电容分别是xμ、2xμ、4xμ、8xμ、16xμ，则5个二进制执行电路可以32种组合方式，使交流电火线与零线之间并入的电容量分别为(当x＝1时)1μ，2μ，3μ，4μ……31μ，32μ等32种连续变化值。
3、产品成本低，可靠性高本新型为电子式功率因素控制，它具有比机械式功率因素控制方式成本更低的优点。本新型采用过零控制耦合器作隔离开关以及可控硅作通断开关，系统可靠性高。
四
图1是本新型的电原理框图；
图2是图1所示本新型的电路图。
五具体实施方式
图1示出，电压相位检测信号从交流电火线和零线上直接取出，电流相位检测信号是从交流电火线上的线圈中取出，即主线路(相线)上的线圈两端感应输出一个正弦波电压，与交变的负载电流同相位，经过零比较器IC1B转换为同相位的方波信号(即电流相位信号)。从交流电回路中取出的电压相位以及电流相位检测信号通过相位差脉冲信号产生电路转变为电压、电流二者的相位差脉冲信号输出，再顺次经二进制编码转换电路、二进制执行电路，最后送入功率因素单元。功率因素单元为并联在220V交流电火线与零线之间的多个电容。
图2示出，它并联在220V交流电火线和零线之间的多个电容组成功率因素单元，功率因素单元的电容Ci可采用4-6个，其中Ci+1＝2Ci，i＝1，2，3，4，5，6；相位差脉冲信号产生电路、二进制编码转换电路顺次级联；相位差脉冲信号产生电路如下所述电压相位和电流相位的脉冲信号分别经反相哭反相后送至双稳态D触发器IC3A的3脚以及IC3B的11脚，IC1A的1脚对外输出相位差脉冲信号；二进制编码转换电路主要由二进制串行计数器IC7、计数器IC4、数据锁存器IC5、IC6组成IC7产出的信号经13脚送至与非门IC2C的8脚，上述相位差脉冲信号送至IC2C的9脚、IC5的5脚以及IC6的5脚，IC2C的10脚接IC4的10脚，IC111脚经反相器后接IC65脚；IC5、IC6的4-6个输出信号分别送至4-6个相同的二进制执行电路。
所述二进制执行电路为IC5的一个输出信号经2脚送出，再经电阻R7送至三极管BG1基极，BG1集电极接于过零控制耦合器MOC3041的V-端，BG1发射极和MOC3041的NC端均接地，MOC3041的Q1端顺次串接电阻R12、R13、电容C4接至可控硅的Q5端，MOC3041的Q2端接于Q5的控制端，作为功率因素单元的第一个电容C9的一端接交流电火线，C9另一端接Q5一端，电阻R14串接在Q5一端与Q5控制端之间，Q5另一端R12与R13的接点均接于交流电零线。
所述电压相位检测电路为电压相位脉冲信号分别经电阻R2、R1送至运算放大器IC1A的正、负输入端，该正、负输入端之间并联有极性反接的两个二极管D1、D2，二极管D3正极接IC1A输出端，负极接IC1A负输入端，IC1A的输出信号送至反相器；电流相位检测电路与电压相位检测电路相同。
图2中电容Ci为5个，其电容大小分别为xμ、2xμ、4xμ、8xμ、16xμ、，其中x为正数；所述IC5、IC6的5个输出信号分别送至5个相同的二进制执行电路。
所述接入IC1A的输出信号的反相器为与非门IC2A、IC2A的1、2脚连通；与非门IC4的11脚连接的反相器为与非门IC2D，IC2D的12、13脚连通。
IC1构成的电路是一个零脉冲检测电路，当输入信号(交变电压)过零时过零比较器(IC1A和IC1B)就能产生一个宽度为100～500μs的脉冲(二极管D1～D6起钳位作用)。反馈电路中的二级管(D3和D6)在正半周钳位在零电位上，而负半周近似开环状态，运算放大器(IC1A和IC1B)极高的开环真增益和响应时间将输入的正弦波转换为方波信号输出并且相位同步(R1～R4为限流电阻)，在A(IC2A的3脚)点输入高电位时(电压相位信号)IC3A-Q变为“1”，而B点(IC2B的4脚)输入高电位时(电流相位信号)IC3B-Q输出“1”给IC3A的Q复位(IC3A-Q输出为零)，使其C点(IC3A-Q脚)的输出的宽度为A和B(电压和电流)的相位差值。通过IC2C与非门控制计数器IC4和数据锁存器IC5、IC6将相位差值(功率因数值CosΦ)转换为二进制编码，由M1~M5过零控制偶合器和Q1~Q5双向可控硅控制32级补偿电容(如下表)。
权利要求1.一种智能电力节电器，包括将来至交流电回路的电压相位、电流相位信号分别转变为100-500μs脉冲信号的电压相位检测电路和电流相位检测电路，并联在220V交流电火线和零线之间的多个电容组成的功率因素单元，将功率因素单元的电容选择性地并入交流电回路中的多个二进制执行电路，其特征在于，所述功率因素单元的电容Ci为4-6个，其中Ci+1＝2Ci，i＝1，2，3，4，5，6；还具有顺次级联的相位差脉冲信号产生电路、二进制编码转换电路；相位差脉冲信号产生电路如下所述电压相位和电流相位的脉冲信号分别经反相器反相后送至双稳态D触发器IC3A的3脚以及IC3B的11脚，IC3A的1脚对外输出相位差脉冲信号；二进制编码转换电路主要由二进制串行计数器IC7、计数器IC4、数据锁存器IC5、IC6组成IC7产出的信号经13脚送至与非门IC2C的8脚，上述相位差脉冲信号送至IC2C的9脚、IC5的5脚以及IC6的5脚，IC2C的10脚接IC4的10脚，IC4的11脚经反相器后接IC5的5脚和IC6的5脚；IC5、IC6的4-6个输出信号分别送至4-6个相同的二进制执行电路。
2.根据权利要求1所述的节电器，其特征在于，所述二进制执行电路为IC5的一个输出信号经2脚送出，再经电阻R7送至三极管BG1基极，BG1集电极接于过零控制耦合器MOC3041的V-端，BG1发射极和MOC3041的NC端均接地，MOC3041的Q1端顺次串接电阻R12、R13、电容C4接至可控硅的Q5端，MOC3041的Q2端接于Q5的控制端，作为功率因素单元的第一个电容C9的一端接交流电火线，C9另一端接Q5一端，电阻R14串接在Q5一端与Q5控制端之间，Q5另一端R12与R13的接点均接于交流电零线。
3.根据权利要求2所述的节电器，其特征在于，所述电压相位检测电路为电压相位脉冲信号分别经电阻R2、R1送至运算放大器IC1A的正、负输入端，该正、负输入端之间并联有极性反接的两个二极管D1、D2，二极管D3正极接IC1A输出端，负极接IC1A负输入端，IC1A的输出信号送至反相器；电流相位检测电路与电压相位检测电路相同。
4.根据权利要求3所述的节电器，其特征在于，所述电容Ci为5个，其电容大小分别为xμ、2xμ、4xμ、8xμ、16xμ，其中x为正数；所述IC5、IC6的5个输出信号分别送至5个相同的二进制执行电路。
5.根据权利要求4所述的节电器，其特征在于，所述接入IC1A的输出信号的反相器为与非门IC2A、IC2A的1、2脚连通；与IC4的11脚连接的反相器为与非门IC2D、IC2D的12、13脚连通。
专利摘要一种智能电力节电器，属对交流用电设备或照明的功率因素进行自动调整的电子装置。从交流电回路中取出电压相位和电流相位的信号并转换为脉冲信号，经相位差脉冲信号转换电路输出相位差脉冲信号，再经二进制编码转换电路输出4－6个二进制信号，最后经由过零控制耦合器以及可控硅组成的4－6个二进制执行电路，将作为功率因素单元的4－6个电容选择性地并入交流电的火线与零线之间，对功率因素进行补偿。本新型根据负载的变化、自动调整补偿功率因素，具有节约电能的优点。
文档编号H02J3/18GK2859890SQ20052003639
公开日2007年1月17日 申请日期2005年12月6日 优先权日2005年12月6日
发明者梁久忠 申请人:梁久忠