降低功率损耗装置的制作方法

本发明涉及降低供应至诱导负荷的功率损耗装置，尤其，涉及一种为了在诱导负荷上减少因功率因数低下而造成的功率损耗，不变化电容器的容量并改善功率因数的降低功率损耗装置。

背景技术：

诱导负荷在电机或变压器等设备上产生无功功率。无功功率是指在交流电流至电感器或电容器时，因获取由电源供应的电能每半个周期进行反复，实际上不进行任何工作，也不存在热量消耗的功率，是指在视在功率中实际未进行工作的功率。

当输入的交流电压与流经的电流的有效值分别为V、I，相位角为θ时，视在功率显示为VI，有功功率及无功功率分别显示为VIcosθ及VIsinθ。

并且，在将电压的有效值设为V，电流的有效值设为I，且两者间的相位差为θ时，有功功率被设为VIcosθ。其为在负荷中转换为实际有效的工作的功率，与无功功率或视在功率等进行对比。

功率因数是指将有功功率分为表面功率的值，是指将电路电阻分为工作频率的电路阻抗的值。电路电流全部为正弦波时，功率因数分别为电压、电流的相位差角的余弦。

由电力公司供应的功率经过电表之后，通过配电线路而供应至电机或功率设备的功率根据其负荷的状态而造成功率因数的变化。

该负荷产生因功率因数而造成的无功功率，该无功功率增加流经配电线路或该多个设备的电流而造成功率的损耗。

因此，在诱导负荷或包含诱导负荷的负荷中并联连接电容器，以用于改善功率因数，将在诱导负荷中产生的滞后电流流动成超前电流。由此，因电压与电流的相位差而产生的sinθ的值接近于0(功率因数:cosθ＝1)。

由此，为了改善功率因数，使用根据无功功率的动态控制方式、根据电压的控制方式、根据功率因数继电器的控制方式、根据电流检测的控制、根据时间的控制等。

其各自的对应的特征如下。

第一，根据无功功率的动态控制是指在用于检测无功功率而使用无功功率继电器且以在比校正值大时投入，并且，比校正值小时开启的方式，而一直动态地与负荷保持对应的方式。

第二，以当母线电压低于了校正值时，投入蓄电器，当母线电压高于校正值时切断的方法，如第一次变电所一样，其目的为在调整母线电压的情况下使用根据电压的控制，未用于改善小规模的功率因数。

第三，根据功率因数继电器的控制作为使用功率因数继电器而控制的方法，为适用于功率因数改善幅度小的地方的系统。

第四，根据负荷状态，在功率因数一定的情况下使用，由电流继电器检测而控制。

第五，根据时间的控制，在负荷变动成为依存时间的既定负荷或无负荷的情况下使用。

与所述第一与第三方法类似的功率因数改善型节电系统在下面专利文献中予以公开。

在专利文献的图1中，在电缆30上将交流电源220V供应至白炽灯、荧光灯、电风扇等多个负荷31。

由变流部33a与变压部33b构成的传感器部33感应供应至电缆的电压与电流并检测。

变流部33a由具有规定匝数比(电流比的反数)的第一次线圈与第二次线圈构成，将电缆30与第一次线圈连接，并检测包含被遗弃在第二次线圈的电流，即无功功率的变流电流，而输出电流值。变压部33b由具有规定匝数比的第一次线圈与第二次线圈构成，将第一次线圈与连接于电缆30的负荷31的两端连接，并检测被遗弃于第二次线圈的变压电压而输出电压值。

比较器34用于比较在变流部33a与变压部33b上检测的信号。将在变流部33a与变压部33b上检测的正弦波的信号定型为矩形波而获取相位差。在比较器34检测的电压值具有比电流值靠前的相位的情况，输出高信号A₀，对于所检测的电压值具有晚于电流值的相位的情况，输出低信号A₁。

从比较器34输出的信号A₀、A₁经过微型计算机135而输入至电容器组37，并同时输入至微型计算机238。

即，在微型计算机135中将在比较器34中比较的相位差保持为最合适值，由此，控制使得在配置于电容器组37的多个蓄电器中为所需的电容量，以使最大化改善负荷31的效率，微型计算机238控制通过电感器驱动39而使得电感器组40的电感器与通过微型计算机135设定的电容量值对应，以使在电容器组37产生的谐波最小化。

如上所述的功率因数改善型节电系统存在如下问题，在电容器组37中切断蓄电器时，因产生灭弧电压(extinction voltage)而造成蓄电器驱动36发生破损。

现有技术文献

专利文献

(专利文献0001)韩国注册专利公报10-0554263-00-00(2006.02.22.公告)

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

因此，本发明的目的为用于解决所述现有问题而提供一种功率因数改善型降低功率损耗装置，其未将功率因数的控制依存于电容器的电容量变化，并变化电感器的电感。

并且，本发明的另一目的为提供一种功率因数改善型降低功率损耗装置，通过线性变化电感器的电感，因而，不会因电感变化而产生灭弧电压或灭弧电流。

解决问题的技术方案

为了实现该目的，本发明的降低功率损耗装置是一种诱导负荷的功率因数改善型降低功率损耗装置，包括：第一电容器，并联连接于所述诱导负荷，以用于将所述诱导负荷的最低功率因数改善为最优的功率因数；电感器，并联连接于所述诱导负荷与第一电容器，以用于在变化所述诱导负荷的功率因数，而因所述诱导负荷与所述第一电容器而产生的合成功率因数为超前的情况下，将合成功率因数改善为最优的功率因数，其中，所述电感器在根据所述诱导负荷的变化而变化为最优的功率因数时，进行线性变化。

并且，本发明的降低功率损耗装置特征在于，所述电感器作为可变电感器，与线圈耦合的磁路的磁阻发生线性变化。

而且，本发明的降低功率损耗装置特征在于，所述线性变化的磁阻具有多个磁芯，并且，所述多个磁芯之间的空隙的长度发生变化。

并且，本发明的降低功率损耗装置特征在于，所述空隙的长度根据流至所述诱导负荷的电流的变化而控制。

而且，本发明的降低功率损耗装置特征在于，对于流至所述诱导负荷的电流的变化通过变流器进行检测。

并且，本发明的降低功率损耗装置特征在于，所述变流器的磁芯为夹钳形。

而且，本发明的降低功率损耗装置特征在于，所述第一电容器具有在灭弧室设置灭弧片的高速切断装置。

并且，本发明的降低功率损耗装置特征在于，所述诱导负荷为三相负荷，所述第一电容器与电感器分别与所述诱导负荷的各个相并联连接。

另外，本发明的降低功率损耗装置特征在于，所述降低功率损耗装置的用于控制第五谐波的第二电容器与所述电感器串联连接。

发明的效果

本发明的降低功率损耗装置具有如下效果，当负荷的功率因数发生变化时，未替换电容器，因而，在电容器中不会产生冲击电压。

并且，本发明的降低功率损耗装置具有如下效果，即使变化电感器的电感，也不会产生灭弧电压或灭弧电流，并降低功率损耗。

另外，本发明的降低功率损耗装置也具有如下效果，能够保护负荷绝缘。

附图说明

图1为现有节电系统的框图；

图2为本发明的功率因数改善型降低功率损耗装置的概念图；

图3为本发明的可变型电感器的概念图；

图4为显示本发明的可变型电感器的驱动概念的附图；

图5为将本发明的功率因数改善型降低功率损耗装置适用于三相四线式负荷的电路图；

图6为本发明的三相用可变型电感器的概念图。

附图标记说明

50:电机 60、161、163、165:变流器

70、170:磁芯驱动部 80、L、L₁、L₂、L₃:电感器

81:线圈 91、93:磁芯

100、130:电源 120:高速切断装置

C、C₀、C_uv、C_vw、C_wu，:电容器 l₁、l₂:磁路的长度

具体实施方式

首先，对本发明的概念进行说明。

在本发明中“最优的功率因数”是指用户作为目标的功率因数。例如，用户将功率因数100％的值作为目标，且也能够以韩国电力公司的电供应条款第43条的规定中公开的滞后功率因数90％、超前功率因数95％或该范围作为目标。

下面，参照附图对本发明的优选的实施例进行更具体地说明。

图2为本发明的功率因数改善型降低功率损耗装置的概念图。

在图2中，附图标记100为单相220V的电源，50为与电源100连接的电机。因电机50为诱导负荷，由此，因功率因数降低而使滞后的电流流动。该功率因数根据经过电机50的机械负荷，即，低负荷、额定负荷、过负荷而改变功率因数。

在经过电机50的机械负荷为一定的情况下，并联连接电容器C，由此改善流至电机50的滞后的电流为功率因数100％，即，最优的功率因数。

但在电机50或普通电负荷中，因功率因数变化，随着功率因数的变化，必须变化电容器C的容量，才能将流至电机50或普通电负荷的滞后的低的功率因数改善为最优的功率因数。

在本发明中，如图2显示所示，固定使得不改变电容器C的容量，并将电容器C的容量与最优的功率因数相比而成为超前的电流，并联连接可变电感器L，而使电感发生线性变化，由此，将通过电容器C而成为电容的功率因数逆转为滞后的功率因数，由此，得到最优的功率因数。

如上所述，不替换电容器C，变化电感器L的电感，由此，获得如下效果，在替换电容器C时，不会产生冲击电压，并且，即使变化电感，也不会因发生线性变化，而在电感器L产生任何过度电流。

下面，对于具有在本发明中使用的可变电感的可变型电感器80，参照图3进行具体说明。

图3为本发明的可变型电感器80的概念图。

图3所示的可变型电感器80为在图2中说明的电感器L。

在图3中，附图标记91、93为磁芯，81为环绕磁芯91、93且缠绕于未显示的绕线筒的线圈。该线圈81具有两端子P₁、P₂。

磁芯91、93构成圆弧，磁芯91与磁芯93相互相对地旋转移动。即，在图3的(a)中，磁芯91与磁芯93重叠，在图3的(b)中，磁芯93由磁芯91的位置以顺时针旋转方向移动90°左右，在图3的(c)中，磁芯93由磁芯91的位置以顺时针方向移动180°。

如上所示，因磁芯93旋转，在因线圈81而发生的磁通经过的磁路(由虚线表示的部分)中，增加通过磁芯的长度l₁，并缩减通过空隙的长度l₂，从而，获得改变电感器80的电感的可变型电感器L。该可变型电感器L与在滑线电阻调压器分层变化电感不同，进行线形电感变化。即，在不替换电感器的情况下，不会随着电感发生线性变化而发生冲击电压或灭弧电压。

下面，对于诱导负荷即电机50或一般电负荷的功率因数变化的相应的可变型电感器80的驱动，参照图4进行具体说明。

图4为显示本发明的可变型电感器的驱动概念的附图。

在图4中，附图标记60是指检测流至电机50的电流的变流器，70是指驱动磁芯93以用于改变电感器L的电感的磁芯驱动部，C₀为用于去除在诱导负荷显示的第五谐波的电容器。

磁芯驱动部70通过电源100电压与变流器60而接收所输入的流至电机50的电流，在未显示的电子电路中通过电压与电流的相位差而计算功率因数。旋转移动电感器L的磁芯93，以根据所计算的功率因数而保持最优的功率因数，从而，控制电感的大小。

按照如上所述的方法，根据在电机50中发生细微变化的功率因数而细微调整电感器L的电感。

但因用户所需的最优的功率因数保持在一定范围内，由此，与通过电压与电流的相位差而进行精密的控制相比，仅通过按照具有电机50的机械负荷而区分为低负荷(额定电流的40％)、额定负荷(额定电流)、过负荷(额定电流的120％)等的步骤的电流的大小，通过继电器(电流继电器(current relay))等简单的电子电路也能够调整电感器L₁的电感。在如上所述情况下，不能细微调整功率因数，但能够为在最优的功率因数范围内驱动磁芯驱动部70的简单的电路的结构。

下面为对使用检测三步骤负荷的电流继电器的本发明的降低功率损耗装置而进行的功率因数变化的试验结果。

表1

在所述表1中，无电流继电器的情况为未使用电感器L并仅使用电容器C的情况。

第二电容器C₀能够在电介质内部等效串联电阻(ESR:equal series resistance)利用极小的特殊电容器[一般为mΩ单位，但特殊电容器以μΩ为单位]而开闭电器电机等诱导负荷的电路时，快速吸收瞬间电压及瞬间电流发生过度上升的现象，即脉冲(impulse)，从而，保护电路的开闭装置或负荷，并且，也能够减少过度时产生的能源损耗。

下面，参照图5对适用于三相四线式负荷的本发明的功率因数改善型降低功率损耗装置进行具体说明。

图5为将本发明的功率因数改善型降低功率损耗装置适用于三相四线式负荷的电路图。

在图5中，附图标记130是指三相四线式的电源，150是指诱导负荷即电机或一般电器负荷。

附图标记120为用于将电容器C_uv、电容器C_vw及电容器C_wu与负荷150并联连接或切断的高速切断装置120，并在灭弧室具有灭弧片。因具有灭弧片，而防止在开关之间产生电弧。

并且，附图标记170是指三相四线式用磁芯驱动部。

本发明的适用于三相四线式负荷的功率因数改善型降低功率损耗装置的基本结构及原理，与在图4中说明的适用于单相负荷的降低功率损耗装置相同，省略相同部分的说明。

例如，380V三相四线式电源为中性线N，各个相之间的电压为220V。

因此，在负荷150的U相连接电感器L₁，在V相上连接电感器L₂，在W相连接电感器L₃，各个电感器L₁、L₂、L₃与第五谐波去除用电容器C₀₁、C₀₂、C₀₃串联连接，由此，与中性线N连接。在此，在未设置第五谐波去除用电容器C₀₁、C₀₂、C₀₃的情况下，各个电感器L₁、L₂、L₃分别与中性线N直接连接。

为了将诱导负荷150的滞后电流转换为超前电流，电容器C_uv、电容器C_vw及电容器C_wu与各个相U、V、W连接。在图5中，电容器C_uv、电容器C_vw及电容器C_wu构成为△结线，但也能构成为Y结线。

磁芯驱动部170接收所输入的通过电源130的各个相U、V、W的电压与变流器161、163、165而流至负荷150的电流，在未图示各个相的电压与电流的相位差的电子电路上，分别按各个相而计算功率因数。旋转移动电感器L₁、电感器L₂及电感器L₃的磁芯93，以根据计算的功率因数，而使各个相保持最优的功率因数，从而控制电感的大小。

通过如上所述的方法，根据在负荷150)中产生细微变化的各个相的功率因数，将电感器L₁、L₂、L₃、的电感按各个相进行细微调整。

但因最优的功率因数一般平均地保持一定范围的功率因数，由此，未按各个相细微调整电感器L₁、L₂、L₃、的电感，并根据各个相的平均功率因数而形成一个磁路，且能够改变按该磁路的磁阻。

图6为本发明的三相用可变型电感器的概念图。

如图6中显示所示，将电感器L₁、L₂、L₃的线圈81缠绕于未显示的一个绕线筒，并构成贯通未显示的绕线筒的磁芯91及磁芯93。

在磁芯驱动部170中，根据负荷150的综合功率因数，也能够旋转移动磁芯93。

并且，将负荷150的综合功率因数也能够仅根据低负荷(额定电流的40％)、额定负荷(额定电流)、过负荷(额定电流的120％)等步骤区分的电流的大小，而通过继电器(电流继电器(currentrelay))等简单的电子电路调节电感器L₁、L₂、L₃的电感。如上所述的三相用可变型电感器提供非常简单的结构。

下面为使用本发明的三相用降低功率损耗装置而通过改善三相电机的功率因数而改变电流及无功功率的试验结果。

表2

*试验电机的规格:380V 132kw涡轮电机

如所述表2中显示所示，能够了解到，各个相的电流减少率为减少了16～18％左右，无功功率也减少了31.7％。

即，能够确认到根据改善各个相的功率因数，通过减少电流，而减少根据使用电机50或一般电器负荷而产生的功率损耗。

产业上可利用性

本发明的降低功率损耗装置能够有效应用于电力输送配电领域。