专利名称：电力控制节约装置和电力控制方法
技术领域：
本发明涉及一种对电网电源实时跟踪，对用户负载动态调节的电力控制节约装置及电力控制方法，能够节约电能，尤其对照明系统的控制和节约效果最为显著。
背景技术：
目前，市场上常见的节约电能设备可分为补偿式、晶闸管式、自藕式三种。存在如下的缺陷补偿式此产品类似于电容补偿装置，并联于电路中，只减少无功损耗，不节省有功功率，它给用户带来的节约效果不明显；晶闸管式寿命短，破坏正弦波，输出不稳定，导致灯光闪灭，同时产生大量谐波，污染电网；自藕式电压输出端有几组抽头，选择一组作降压控制，不能调节。在用电高峰期时电压降到不稳定区，会造成灯光闪灭；在用电低峰期时节约电能不到位。
发明内容
为了克服现有的节电设备的诸多缺陷，本发明的目的在于提供一种电力控制节约装置及电力控制方法。所述的电力控制节约装置的主回路只包含变压器组，不含任何电子器件，可靠性高，对电网无谐波干扰；采用闭环控制原理，将主回路输出的负载电压经过采样作为反馈、和预先设置的基准电压进行比较，并根据比较结果调节变压器组中的变压器接入主回路的数目，从而实现对主回路电源进行全自动动态跟踪，实现带载连续调节的目的，从用电高峰期到用电低峰期始终输出稳定的最优电源，因此控制和节约电能的效率较高。
为实现上述目的，本发明所提供的第一个技术方案是一种电力控制节约装置，包括与供电回路连接的主回路，由变压器组(节能线圈组)的次极侧依次串联连接构成，所述主回路的输入为供电电压，输出为负载电压，所述的变压器组包含n个变压器，其中，n大于等于2；所述的变压器组初级侧额定电压为220V，次级侧额定电压依次成等比数列；接在所述的变压器组初级侧上的控制电路，包含由2n个交流接触器构成的交流接触器组，用于控制变压器组；接在控制电路上的接触器驱动电路，用于驱动所述的交流接触器组；
其中，所述的主回路输出的负载电压作为反馈输入接触器驱动电路。
如图1所示，为上述电力控制节约装置的电路结构原理图。其中，接触器驱动电路包括控制单元，用于比较电压值和产生控制继电器组的编码序列；与控制单元相连接的基准设置电路，为控制单元提供基准电压信号；由控制单元控制的继电器组，所述的继电器组包含由2n个继电器，分别用于控制驱动2n个交流接触器；分别与主回路输出端、控制单元连接的采样变送器，用于将主回路输出的负载电压反馈给控制单元。其中，控制单元的电源由主回路的供电电路提供。
本发明提供的第二个技术方案是一种电力控制方法，采用闭环控制回路对供电主回路上的负载电压进行控制调节。参照图1，所述的电力控制方法包括步骤1)产生基准电压信号，送入控制单元作为输出电压基准。
2)采样供电主回路上输出的负载电压后送入控制单元，作为反馈电压信号；3)对反馈电压信号和基准电压信号进行比较运算，并根据比较结果产生一个编码序列；4)编码序列依次顺序驱动继电器组、交流接触器组、变压器组初级侧，使变压器组初级侧顺序地投入工作或切除工作，改变变压器组次级侧所在的主回路的压降及其负载输出。
其中，所述的变压器组包含n个变压器，且n大于等于2。所述的变压器组的次级侧额定电压依次成等比数列，可提供2n种电压降的组合。例如，当n＝3时，即主回路中包含3个变压器组成的变压器组，变压器组次极侧的额定电压分别为a、2a、4a。则三个变压器所能提供的电压的组合共有0、a、2a、3a、4a、5a、6a、7a八种。
本领域的普通技术人员应能理解，以上所述的电力控制节约装置和电力控制方法在应用于三相供电电源时，应自然理解为对于各相电源均有相同的应用。
本发明的有益效果是执行元器件采用变压器(节能线圈)，属于电感性元器件，不会对电网造成谐波干扰，对电网无危害。采用闭环控制系统，可对电源进行全自动动态跟踪，实现连续调节，始终输出稳定的、最优照明电压。可靠性高，既提高了设备的使用寿命，又大大的提高了控制和节约电能的效率。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是电力控制节约装置的电路逻辑结构示意图。
图2是本发明实施例一的电路原理图。
图3是本发明实施例二的电路原理图。
图4是本发明实施例三的电路原理图。
图5(a)-(d)是单个变压器(节能线圈)的结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图，通过优选的实施例对本发明内容进行详细描述，但不构成对本发明的限制。
实施例一如图2所示，表示电力控制节约装置用于三相交流供电电路的电路原理图。以下对其中的一相进行详细描述，本领域的技术人员能够理解，其他两项的情况也是相同的。
以单相电路为例，电力控制节约装置包括依次连接的主电路、控制电路和接触器驱动电路。主电路由两个变压器(节能线圈)的次级侧依次连接组成，其输入为供电电压，输出为负载电压。变压器由接在其初级侧的控制电路进行控制，控制电路包含4个接触器，分别与变压器初级侧的两端连接。接触器由接触器驱动电路控制，接触器驱动电路中包含4个继电器，分别驱动4个接触器。控制电路通过电脑板实现，电脑板中包含单片机及其控制电路，用于比较电压值和产生控制继电器组的编码序列；与单片机控制电路相连接的基准设置电路，为单片机单元提供基准电压信号；采样变送器，分别与主回路输出端及单片机控制电路连接，用于将主回路输出的负载电压反馈给单片机。接触器驱动电路采用电压采样闭环控制系统，电网电压与负载变化所反馈的信息传送到驱动电路并不断与设定电压值进行比较，驱动电路就会驱动不同的接触器动作，控制不同的节能线圈工作，从而自动改变主绕组上的电压降，负载电压稳定在设定值，控制输出的电流电压。
其中，单个变压器(节能线圈)的结构示意图如图5(a)-(d)所示，变压器的初级侧采用铜导线(图中未示出)连接，导体首端和末端引出线接到接线端子排；次级侧采用铜排(铜箔或铜带)连接，导体首端和末端用铜母线引出作为接线端子。变压器(节能线圈)初级侧额定电压为220V，次级侧额定电压分别为4V和8V，可提供的电压降共有0、4V、8V、12V四种。
实施例二如图3所示的电力控制节约装置，它和图2所示的实施例一的区别在于，本实施例中包括三个变压器(节能线圈)，每个变压器次级侧的额定电压分别为5v、10V、20V，可提供0、5v、10V、20V，以及15(＝5+10)v、25(＝5+20)V、30(＝10+20)V、35(＝5+10+20)V共23＝8种。
实施例三如图4所示的电力控制节约装置，它和图2及图3所示的实施例的区别在于，本实施例中包括四个变压器(节能线圈)每个变压器次级侧的额定电压分别为3v、6V、12V、24V，可提供0、3v、6V、12V、24V，以及9(＝3+6)V、15(＝3+12)V、27(＝3+24)V、18(＝6+12)V、30(＝6+24)V、36(＝12+24)V、21(＝3+6+12)V、33(＝3+6+24)V、42(＝6+12+24)V、39(＝3+12+24)V、45(＝3+6+12+24)V共24＝16种。
实施例四以下以实施例二中包含三个变压器的电力控制节约装置为例，结合图1和图3详细说明本发明的电力控制方法。
3组变压器依次为TM1、TM2、TM3，初级侧额定电压为220V，次极侧电压成等比数列，依次为5V、10V、20V；工作时3组变压器按照排列组合的方式可产生23＝8种电压档位，控制每档输出调节增量电压为5V，即0V、5V、10V、15V、20V、25V、30V、35V共8档；6个继电器依次为RAL1、RAL2、RAL3、RAL4、RAL5、RAL6(图中未示出)位于电脑板内，与接触器驱动电路中的6个交流接触器一一对应连接，6个交流接触器依次为3KA、6KA、2KA、5KA、1KA、4KA；电脑板电源变送器为TC1、采样变送器为TC2。
本实施例中采用单片机(图中未示出)作为控制单元，其外部结构实现为图中所示的电脑板。
首先，基准设置电路根据用户指定的基准电压，为单片机提供基准电压信号；其次，采样变送器TC2将主回路输出的负载电压送回单片机的输入端；单片机根据设定的程序对基准电压U和负载电压Uo进行运算比较，具体计算方法是Uo-U＝Δ，k＝TRUNC(Δ/5)。当k＜0时，程序向小档位的方向执行，k＞0时，程序向大档位的方向执行。执行档位的幅度由k值决定；每档对应一个编码序列，编码序对应关系如下0v对应000H、单片机电路执行编码驱动继电器再驱动接触器6KA、5KA、4KA吸合，3KA、2KA、1KA断开，使得TM1、TM2、TM3投入工作。
5V对应001H，单片机电路执行编码驱动继电器再驱动接触器3KA、5KA、4KA吸合，6KA、2KA、1KA断开，使得TM1投入工作，TM2、TM3切除工作。
10V对应010H单片机电路执行编码驱动继电器再驱动接触器6KA、2KA、4KA吸合，3KA、5KA、1KA断开，使得TM2投入工作，TM1、TM3切除工作。
15V对应011H单片机电路执行编码驱动继电器再驱动接触器3KA、2KA、4KA吸合，6KA、5KA、1KA断开。
20V对应100H单片机电路执行编码驱动继电器再驱动接触器6KA、5KA、1KA吸合，3KA、2KA、4KA断开。
25V对应101H单片机电路执行编码驱动继电器再驱动接触器3KA、5KA、1KA吸合，6KA、2KA、4KA断开。
30V对应110H单片机电路执行编码驱动继电器再驱动接触器6KA、2KA、1KA吸合，3KA、5KA、4KA断开。
35V对应111H单片机电路执行编码驱动继电器再驱动接触器3KA、2KA、1KA吸合，6KA、5KA、4KA断开。
当主电路输入电压Ui＝220V，基准电压U＝205V，负载电压Uo＝220V时，Δ＝Uo-U＝15V，k＝Δ/5＝3，单片机依次执行000H→001H→010H→011H，使得TM1、TM2投入工作，TM3切除工作，主电路电压降为5+10＝15V，此时Uo＝Ui-15＝205V，采样变送器将负载电压Uo采样后作为反馈信号送入单片机，单片机根据设定的程序对U和Uo进行运算比较，U和Uo一致，则不再输出序列编码指令，主电路的状态一直保持。
当电网电压波动时，Ui会同时变化，假设此时Ui＝228V，U＝205V不变，此时由于变压器初级侧电压由220V变为228V，变压器输出电压变化，使得主回路输出电压Uo＝213V，Uo反馈信号由采样变送器送入单片机，单片机根据设定的程序对U和Uo进行运算比较，Δ＝8V，k＝1，此时单片机产生一个序列编码011H→100H，使得TM1、TM2都切除工作，TM3投入工作，此时Uo≈208V，Uo通过采样变送器将反馈信号送入单片机，单片机软件程序对U和Uo进行运算比较，此时U和Uo一致(0＜Δ＜5时，程序判断为一致)，此状态一直保持。
本领域技术人员应能理解，在其他的较佳实施例中，采用PLC或者PC或其他业内熟知的可编程控制单元替换单片机，完全可以实现和本实施例相同的功能，本发明不应限制在实施例所公开的范围之内。
权利要求
1.一种电力控制节约装置，包括与供电回路连接的主回路，由变压器组的次极侧依次串联连接构成，所述主回路的输入为供电电压，输出为负载电压，其中，所述的变压器组包含n个变压器，n大于等于2；接在所述的变压器组初级侧上的控制电路，包含由2n个交流接触器构成的交流接触器组，用于控制变压器组；接在控制电路上的接触器驱动电路，用于驱动所述的交流接触器组；
2.如权利要求1所述的电力控制节约装置，其特征在于，所述主回路输出的负载电压作为反馈输入接触器驱动电路。
3.如权利要求1或2所述的电力控制节约装置，其特征在于，所述的接触器驱动电路包括控制单元，用于比较电压值和产生控制继电器组的编码序列；与控制单元连接的基准设置电路，为控制单元提供基准电压信号；由控制单元控制的继电器组，所述的继电器组包含2n个继电器，分别用于控制驱动2n个交流接触器；采样变送器，分别与主回路输出端、控制单元连接，用于将主回路输出的负载电压反馈给控制单元。
4.如权利要求1所述的电力控制节约装置，其特征在于，所述的变压器初级侧导体采用铜导线，导体首端和末端引出线接到接线端子排；变压器次极侧导体采用铜箔或铜带，导体首端和末端用铜母线引出作为接线端子。
5.如权利要求1所述的电力控制节约装置，其特征在于，所述的变压器组初级侧额定电压均为220V，次级侧额定电压依次成等比数列。
6.如权利要求3所述的电力控制节约装置，其特征在于，所述的控制单元是单片机、PLC、PC。
7.一种电力控制方法，包括步骤1)产生基准电压信号，送入控制单元作为输出电压基准；2)采样供电主回路上输出的负载电压后送入控制单元，作为反馈电压信号；3)对反馈电压信号和基准电压信号进行比较运算，并根据比较结果产生一个编码序列；4)编码序列依次顺序驱动继电器组、交流接触器组、变压器组初级侧，使变压器组初级侧顺序地投入工作或切除工作，改变变压器组次级侧所在的主回路的压降及其负载输出。
8.如权利要求6所述的电力控制方法，其特征在于，所述的变压器组包含n个变压器，且n大于等于2。
9.如权利要求7所述的电力控制方法，其特征在于，所述的变压器组的次级侧额定电压依次成等比数列，可提供2n种压降。
全文摘要
本发明提供了一种电力控制及节约装置和一种电力控制方法。所述的电力控制节约装置的主回路只包含变压器组，不含任何电子器件，可靠性高，对电网无谐波干扰；所述的电力控制方法采用闭环控制原理，将主回路输出的负载电压经过采样作为反馈，和预先设置的基准电压进行比较，并根据比较结果调节变压器组中的变压器接入主回路的数目，从而实现对主回路电源进行全自动动态跟踪，实现带载连续调节的目的，从用电高峰期到用电低峰期始终输出稳定的最优电源，因此控制和节约电能的效率较高。
文档编号H02J3/00GK1881124SQ20061008510
公开日2006年12月20日 申请日期2006年5月18日 优先权日2005年5月18日
发明者李有华 申请人:李有华