一种单相智能补偿节电控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型属于电力电子节电控制领域，具体涉及一种单相智能补偿节电控制器，包括中央处理器、节电控制电路、第一电源、第二电源，所述中央处理器与节电控制器电气连接，与中央处理器电气连接的显示电路、电能计量检测电路，与电能计量检测电路电气连接的平衡转换电路、限流保护电路，与限流保护电路电气连接的电压互感器，与平衡转换电路电气连接的电流互感器；本实用新型可以实时跟踪用户的用电情况，如何检测判断线路上的用电效率，消除了固定节电器成为容性负载的隐患，使得用电线路时刻处于高效率的用电状态，从而达到节电的作用，更好地达到节电的效果。
【专利说明】
一种单相智能补偿节电控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力电子节电控制领域，具体涉及一种单相智能补偿节电控制器。
【背景技术】
[0002]目前市场上的单相节电器大部分都是即插即用，固定连接在线路上，节电效果不是很明显，是因为用户家安装了很多电器，用户的用电质量是不断地变化的。因此，不具有实时跟踪家庭用户用电质量的节电器，其节电器的节电效果实不明显的。因为，当家用电器停止工作时，节电器仍然连接在线路上，此时，节电器同时也是一个潜在的耗电的电器设备。因此，连接在电路上的节电器反而会成为浪费电器的隐患。随着我国的经济不断发展，人民的生活水平不断提高，每家每户都增添了很多的家用电器，能源的不合理利用也越来越多。因此，发展对电路能有实时调节的家用节电器才能真正满足节能减排迫切需要。
[0003]单相节电器固定连接在线路上极为不合理，当线路上没有负载时，固定节电器就会变成一个容性负载，当线路上有负载，用电效率高时，连接在线路上电路的固定节电器也会成为一个容性负载，仅当线路上的用电效率低时，固定节电器才会起到提高效率，从而达到节电目的的作用，但是家庭的用电质量又是不断变化的，单一的固定节电器就不能时刻起到节电的作用。
[0004]实用新型内容
[0005]本实用新型的目的为解决上述问题，提供了一种单相智能节控制电器，可以实时跟踪用户的用电情况，如何检测判断线路上的用电效率，消除了固定节电器成为容性负载的隐患，使得用电线路时刻处于高效率的用电状态，从而达到节电的作用，更好地达到节电的效果。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案:
[0007]一种单相智能补偿节电控制器，其特征在于:包括中央处理器、节电控制电路、第一电源、第二电源，所述中央处理器与节电控制器电气连接，还包括与中央处理器电气连接的显示电路、电能计量检测电路，与电能计量检测电路电气连接的平衡转换电路、限流保护电路，与限流保护电路电气连接的电压互感器，与平衡转换电路电气连接的电流互感器；
[0008]所述第一电源与节电控制电路连接，所述第二电源电路与中央处理器和电能计量检测电路连接；
[0009]所述节电控制电路、电压互感器、电流互感器还与市电线路电气连接。
[0010]需要了解的是，目前市场上的大部分单相节电器能够发挥其节电效果，是在有家用电器开启才对线路中的电器进行节补偿，不具有实时监测线路中用户的用电质量，本方案中，可以实时监测线路中用户的用电质量，随时对线路中的电器进行功率补偿，当线路中的用户用电质量较好时，可自动切除线路中的节电补偿控制电路。
[0011 ] 优选地，所述节电控制电路包括三极管Ql、继电器Kl、发光二极管Dl、二极管D2、电阻R40、电阻R41、电阻R42以及电容C40和电容C41，所述三极管Ql的基极通过电阻R40与中央处理器串联连接，集电极与地连接，发射极与继电器Kl的第二脚、二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极与第一电源、继电器Kl的第一脚连接，所述继电器Kl的第三脚与电感LI的一端串联连接，继电器Kl的第四脚与市电线路的N端点连接，所述电容C40和电容C41并联连接后一端与电感LI另一端、电阻R41的一端串联连接，另一端与市电线路的L端点连接，所述电阻R41的另一端与发光二极管Dl的阴极、电阻R42的一端串联连接，所述发光二极管Dl的阳极与市电线路的L端点连接，所述电阻R42的另一端与市电线路的L端点连接。这样可以作为节电补偿电路的同时，还同时滤除线路中所产生的高频纹波，消除纹波对功率因数补偿的影响。
[0012]进一步地，所述节电控制电路至少包含一路或者多路并联的控制电路。
[0013]进一步优选地，所述节电控制电路为四路并联的控制电路。
[0014]选择单路节电控制电路，使电路线路一直保持在较优的用电状态，引入多路智能控制节电控制电路，使线路中的用电质量处于最佳的用电状态，
[0015]进一步地，所述中央处理器与电能计量检测电路的SPI串行总线连接，所述电能计量检测电路的型号为RN8209。
[0016]具体的，所述电能计量检测电路RN8209的第四脚与第五脚之间与所述的平衡转换电路电气连接，所述RN8209的第八脚与限流保护电路电气连接。
[0017]优选地，所述电能计量检测电路RN8209的第八脚的电压为12V，第四脚与第五脚之间电压差为6V。
[0018]在单相节电控制中，电能计量检测电路为数据采集器，既需要保证性能稳定、准确和可靠，还需要电路的结构简单、处理数据功能齐全，而且价格还要低廉的计量电路；RN8209为功能较为齐全的电能计量检测电路，处理数据快，与中央处理器连接方式比较简单、使用方便，精确度高。
[0019]本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果:
[0020]本实用新型的电路结构工作性能不仅高效准确、可靠性高，精度高，实时监测和跟踪市电线路中的用电质量，可实现智能节电补偿控制的目的，并进行自动电能补偿，可以去除线路中的高频纹波，消除了固定节电器成为容性负载的隐患，使线路中的用电质量处于最佳的状态，达到了节能补偿的效果，成本较低、使用广泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本实用新型实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本实用新型一种单相智能补偿节电控制器结构示意图。
[0023]图2是本实用新型具体实施例的电能计量检测电路的示意图。
[0024]图3是本实用新型具体实施例的节电控制电路的示意图。
[0025]图4是本实用新型另一实施例的节电控制电路的示意图。
[0026]附图中，1-第一电源，2-显示电路，3-第二电源，4-中央处理器，5-节电控制器，6-电能计量检测电路，7-平衡转换电路，8-电流互感器，9-限流保护电路，10-电流互感器，
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本实用新型实例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0028]参见图1，给出了本实用新型一种单相智能补偿节电控制器的结构示意图，包括中央处理器4、节电控制电路5、第一电源1、第二电源3，所述中央处理器4与节电控制器5电气连接，还包括与中央处理器4电气连接的显示电路2、电能计量检测电路6，与电能计量检测电路6电气连接的平衡转换电路7、限流保护电路9，与限流保护电路9电气连接的电压互感器10，与平衡转换电路7电气连接的电流互感器8。
[0029]其中，中央处理器4采用AT89S52单片机，电能计量检测电路6采用RN8209芯片，第一电源I输出+12V(VCC)电源电压，并向节电控制电路5提供电源，第二电源电路3向中央处理器5、电能计量检测电路6提供+5V电源电压。
[0030]参见图2，作为本实用新型的具体实施例，所述电压互感器10、电流互感器8是与220VAC市电线路电气连接，电流互感器8与220VAC市电线路的L端点(零线)串接在线路中，对线路中的电流进行取样，电压互感器10与N端点(火线)连接，对线路中的电压进行取样，在本实用新型实施例中，电流互感器8采样的电流经过平衡电路7后的信号，则分别输入RN8209的第四脚和第五脚之间，电压互感器10采样的电压经过限流保护电路9后输出的信号，则输入RN8209的第八脚。其中，RN8209的第八脚输入的电压为12V，第四脚与第五脚之间电压差为6V。其中，中央处理器4与电能计量检测电路RN8209的串行数据口的第十三脚(SDO)、第十四脚(SDI)、第十五脚(SCLK)、第十六脚(SCSN)分别连接。其中，第十六脚(SCSN)为片选信号引脚，当与中央处理器4输出的使片选信号SCSN引脚由高电平变为低电平时，此时中央处理器4与RN82099的串行数据总线(SPI)写入或读取数据。此时中央处理器4通过第十三脚(SDO)、第十四脚(SDI)、以及第十六脚(SCSN)时钟控制信号向RN82099的串行数据总线(SPI)写入或读取数据。
[0031]参见图1和图3，作为本实用新型的最佳实施例，所述节电控制电路5包括三极管Ql、继电器K1、发光二极管Dl、二极管D2、电阻R40、电阻R41和电阻R42以及电容C40和电容C41，所述三极管Ql的基极通过电阻R40与中央处理器4的P0.0引脚串联连接，集电极与地连接，发射极与继电器Kl的第二脚、二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极与第一电源、继电器Kl的第一脚连接，所述继电器Kl的第三脚与电感LI的一端串联连接，继电器Kl的第四脚与220VAC市电线路的N端点(火线)连接，所述电容C40和电容C41并联连接后一端与电感LI另一端、电阻R41的一端串联连接，另一端与220VAC市电线路的L端点连接，所述电阻R41的另一端与发光二极管Dl的阴极、电阻R42的一端串联连接，所述发光二极管Dl的阳极于220VAC市电线路的L端点(零线)连接，所述电阻R42的另一端与220VAC市电线路的L端点(零线)连接。
[0032]当节电控制电路5向市电线路进行功率补偿时，中央处理器的P0.0引脚输出高电平通过电阻R40至三极管Ql的基极，此时，三极管Ql导通后，使继电器Kl闭合，与此同时，由电感L1、电容C40和电容C41以及分压电阻R40、电阻R41组成的补偿电路，对市电线路进行功率补偿，发光二极管Dl指示线路中功率补偿的工作状态。二极管D2是保护为继电器Kl而设置的，防止继电器Kl突然启动时产生的大电流被损坏。
[0033]在本实用新型中，电流互感器8采样的电流经过平衡电路7后的信号分别输入RN8209的第四脚，电压互感器10采样的电压经过限流保护电路9后输出的信号输入RN8209的第八脚，经过电能计量检测电路RN8209进行数据运算后，中央处理器4读取的数据后，显示的市电线路中的用电质量效率较高时，则为优，功率因数在0.94以上；如果用电线路中的用电质量效率较低时，则为差，功率因数在0.93以下，用电质量效率较低时，则就会启动节电补偿控制电路向市电线路中进行功率补偿。
[0034]参见图1?图3，将对本实用新型的工作原理作进一步阐述，电流互感器8取样市电线路中的电流，电压互感器8取样市电线路中电压，然后输入电能计量检测电路6对市电线路中的有功功率、功功率校验、无功功率校验等参数进行计量检测运算，中央处理器4读取运算数据的结果，并判断线路上的用电质量为优，或为差，则中央处理器4的P0.0引脚与电阻R40串联后则向三极管Ql基极输出相应的电平，则三极管Ql导通或截止，使继电器Kl的开关断开或闭合，此时，电容C40、电容C41、电感L1、电阻R41和电容R42组成的补偿电路连接到市电线路中，向用电线路进行功率补偿。当线路中的电器用电效率高，即为优时，中央处理器4的P0.0引脚输出低电平信号使继电器Kl的开关断开，补偿电容被切除，不向线路上进行功率补偿，此时，补偿电路中的电容C40、电容C41进行充电工作。当市电线路中的电器用电效率低，即为差时，中央处理器2的P0.0引脚输出高电平信号使继电器Kl的开关闭合，将补偿电路接入到市电线路中，补偿电容C40、电容C41和电感LI以及放电电阻R41、电阻R42组成的放电电路，向用电线路上进行功率补偿。此时与R42并联连接的发光二极管Dl会发亮，指示正在向线路上进行功率补偿。与此同时，电感L1、电容C40、电容C41、电阻R41和电阻R42的在电路中还可以滤除电路中的电路中的高频波纹。
[0035]参见图1，图2、和图4，作为本实用新型的另一实施例，是将单路的节电控制电路5进行并联组成四路的节电补偿控制电路，电能计量检测电路6根据电流互感器8取样线路中的电流、电压互感器8取样线路中的电压进行运算处理后，中央处理器4读取运算数据结果并判断线路中电器的用电效率，中央处理器4选择闭合第I路、第II路、第III路还是第IV路节电补偿电路，向线路中进行功率补偿。或者同时闭合第I?IV路，或者是选择闭合第I?IV路中的任何几路。
[0036]其中，第I路，包括三级管Q1、继电器K1、发光二极管D1、二极管D2、电阻R40、电阻R41、电阻R42以及电容C40和电容C41，所述三极管Ql的基极通过电阻R40与中央处理器的P0.0引脚串联连接，集电极与地连接，发射极与继电器Kl的第二脚、二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极与第一电源、继电器Kl的第一脚连接，所述继电器Kl的第三脚与电感LI的一端串联连接，继电器Kl的第四脚与市电线路的N端点连接，所述电容C40和电容C41并联连接后一端与电感LI另一端、电阻R41的一端串联连接，另一端与市电线路的L端点(零线)，所述电阻R41的另一端与发光二极管Dl的阴极、电阻R42的一端串联连接，所述发光二极管Dl的阳极与市电线路的L端点(零线)，所述电阻R42的另一端与市电线路的L端点。
[0037]当节电控制电路5向市电线路进行功率补偿时，中央处理器的P0.0引脚输出高电平通过电阻R40至三极管Ql的基极，此时，三极管Ql导通后，使继电器Kl闭合，与此同时，由电感L1、电容C40、电容C41和分压电阻R40、电容R41组成的补偿电路，对市电线路进行功率补偿，发光二极管Dl指示线路中功率补偿的工作状态。二极管D2是保护为继电器Kl而设置的，防止继电器Kl突然启动时产生的大电流被损坏。
[0038]第II路，包括三极管Q2、继电器K2、发光二极管D3、二极管D4和电阻R43以及电阻R44、电阻R45、电容C42、电容C43和电感L2组成的补偿电路。
[0039]第III路，包括三极管Q3、继电器K3、发光二极管D5、二极管D6和电阻R46以及电阻R47、电阻R48、电容C44、电容C45和电感L3组成的补偿电路。
[0040]第IV路，包括三极管Q4、继电器K4、发光二极管D7、二极管D8和电阻R49以及电阻R50、电阻R51以及电容C46、电容C47和电感L4组成的补偿电路。
[0041]其中，第II路?第IV路中各电路元器件的连接关系与第I路相同，各电路元器件的功能也相同，不同之处是，三极管Q2的基极通过电阻R43与中央处理器的P0.1引脚串联连接，三极管Q3的基极通过电阻R46与中央处理器的P0.2引脚串联连接，三极管Q4的基极通过电阻R49与中央处理器的P0.3引脚串联连接。
[0042]在本实施例中，继电器器Kl?K4的四脚都同时连接在220VAC市电线路上的N端点(火线)，三极管Ql?Q4的基极分别通过电阻R40、电阻R43、电阻R46、电阻R49与中央处理器的P0.0?P0.3引脚分别串联连接，并控制继电器Kl?K4的断开或闭合，根据线路检测的用电质量选择闭合几路补偿电路，向市电线路中进行功率补偿，选择一路补偿电路闭合工作时，可以将线路中的功率因数补偿至0.94以上，当选择多补偿电路闭合时，线路中的功率因数可接近于0.99，更加有效地提高了市电线路中的功率因数，提高补偿的效果，达到节电的目的。
[0043]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本使用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种单相智能补偿节电控制器，其特征在于:包括中央处理器、节电控制电路、第一电源、第二电源，所述中央处理器与节电控制器电气连接，还包括与中央处理器电气连接的显示电路、电能计量检测电路，与电能计量检测电路电气连接的平衡转换电路、限流保护电路，与限流保护电路电气连接的电压互感器，与平衡转换电路电气连接的电流互感器； 所述第一电源与节电控制电路连接，所述第二电源电路与中央处理器和电能计量检测电路连接； 所述节电控制电路、电压互感器、电流互感器还与市电线路电气连接。
2.如权利要求1所述的一种单相智能补偿节电控制器，其特征在于:所述节电控制电路包括三极管Q1、继电器K1、发光二极管D1、二极管D2、电阻R40、电阻R41、电阻R42以及电容C40和电容C41，所述三极管Ql的基极通过电阻R40与中央处理器串联连接，集电极与地连接，发射极与继电器Kl的第二脚、二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极与第一电源、继电器Kl的第一脚连接，所述继电器Kl的第三脚与电感LI的一端串联连接，继电器Kl的第四脚与市电线路的N端点连接，所述电容C40和电容C41并联连接后一端与电感LI另一端、电阻R41的一端串联连接，另一端与市电线路的L端点连接，所述电阻R41的另一端与发光二极管Dl的阴极、电阻R42的一端串联连接，所述发光二极管Dl的阳极与市电线路的L端点连接，所述电阻R42的另一端与市电线路的L端点连接。
3.如权利要求2所述的一种单相智能补偿节电控制器，其特征在于，所述节电控制电路至少包含一路或者多路并联的控制电路。
4.如权利要求3所述的一种单相智能补偿节电控制器，其特征在于，所述节电控制电路为四路并联的控制电路。
5.如权利要求1所述的一种单相智能补偿节电控制器的控制方法，其特征在于，所述中央处理器与电能计量检测电路的SPI串行总线连接，所述电能计量检测电路的型号为RN8209。
6.如权利要求5所述的一种单相智能补偿节电控制器，其特征在于，所述电能计量检测电路RN8209的第四脚与第五脚之间与所述的平衡转换电路电气连接，所述RN8209的第八脚与限流保护电路电气连接。
7.如权利要求6所述的单相智能补偿节电控制器，其特征在于，所述电能计量检测电路RN8209的第八脚的电压为12V，第四脚与第五脚之间电压差为6V。
【文档编号】H02J3/18GK204030607SQ201420350532
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】李善昆, 农冠骥, 陈晓权, 黄建宇 申请人:南宁市绿沃节能科技有限公司