利用功率测量晶片的自动功率因数修正制造技术

一自动功率因数修正系统（１），用于一电力装设，该电力装设是吸取可变位准的无效功率，该自动功率因数修正系统（１）是使用一功率测量集成电路（８）来测量由电力装设的负载（２）所吸取的功率的电气参数，该参数是能指示负载（２）所吸取的无效功率的位准；自动功率因数修正系统（１）并耦接电容器（６）的组合至电力线（３），以补偿所测量的参数所指示的无效功率位准。在本发明专利技术的第一实施例（１）中，功率因数补偿电容器组合（６）是由负载（２）所吸取的具有正负符号的无效功率值所计算出来。在第二实施例（５６）中，补偿电容器组合（６）是由负载的功率因数值所计算出，该负载的功率因数值则是由有效功率值对视在功率值的比率所计算出。

Automatic power factor correction using power measurement wafers

An automatic power factor correction system (1), for a power installation, the installation of electric power is from variable level of reactive power, the automatic power factor correction system (1) is the use of a power measurement integrated circuit (8) load measured by electric power installed (2) electrical parameters of the power drawn by the this parameter is, indicating the load (2) drawn by the invalid power level; automatic power factor correction system (1) and coupling capacitor (6) combined to a power line (3), invalid power level indicator parameters to compensate the measurement. In the first embodiment (1) of the present invention, the power factor compensation capacitor combination (6) is calculated by an invalid power value with positive and negative symbols drawn from the load (2). The implementation in second cases (56), a compensation capacitor group (6) is determined by the load power factor value calculated, the power load by numerical is the effective power ratio on the apparent power value calculated by.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于电力控制电路，特别是关于用于监视及修正电力装设的功率因数的改良系统，其使用一功率测量集成电路。
技术介绍
本案为申请于2002年6月4日名称为“自动功率因数修正系统”的共同申请中的美国专利申请案第10/162,406号(目前为美国专利第6,700,358号)的部份接续案，而该美国专利第6,700,358号则为申请于2001年6月5日名称为“自动功率因数修正系统”的共同申请中的美国专利申请案第09/874,690号(目前为美国专利第6,462,519号)的部份接续案，该两件美国专利案以引用方式并入参照。电力是一种非常多样化及方便的能量来源。然而，仍需考虑产生及分配电能的成本，当电力需求增加时，该成本也会增加。因此，通常会思及增加电力传输及使用的效率，并反过来考虑减少电能传输及使用时的损失及浪费。交流电力的特性为电流与电压间相位关系。电流相位落后电压相位的原因在于电感性负载效应，而电流相位领先电压相位的原因在于电容性负载效应。同相关系的原因在于电阻性负载或电感性负载及电容性负载平衡。同相电流造成“实”功率或电阻性功率，亦称为有效功率；然而不同相位电流则造成无效功率，原因是电力电路中电感性及电容性电抗的影响。有效功率及无效功率的向量和称为视在功率。在单相交流系统中，有效功率及视在功率间的夹角是相同于电压及电流间的相位角。一般所使用的测量电流及电压间的相位关系为功率因数，其等于有效功率及视在功率之间相位角的余弦值。当该关系为有效的电阻性，则功率因数达到最大值1，当该关系为电感性，则功率因数为正数且小于1，当该关系为电容性，则功率因数为负数且小于1。实务上，较之于电容性负载，有较多种类的电感性负载(诸如电动马达、变压器及类似者)连接至电力线。在住宅电力装设中，大部份所消耗的电能是用于冷冻、通风、空调、照明及(在一些情况下)加热。相对较小量的能量是亦用于通讯、电脑、娱乐装置及类似者。虽然无效功率并未被“消耗”在有用工作中，但其却被传输至电力系统并传回至电力产生器。因此，会产生与无效功率传输相关的能量损失，其来自于电阻性损失及来自于电感性及电容性离开电力导体的电流。因此，传输无效功率对电力产生所需的成本会有影响。当工业电力用户的负载是在低于所选定位准下驱动功率因数，则电力公司通常会对该工业电力用户强制过载措失。为了避免这种情况，工业用户通常是连接功率因数修正电容器至电力线，连同其电感性负载，以补偿及保持功率因数在经济位准下。虽然有功率因数修正系统可用于大型工业电力用户，但用于修正住宅及小型企业用户的功率因数的实用或经济装置却很少。一般而言，工业功率因数修正系统所相关的装设是为想要补偿的装设，工业功率因数修正系统是配合该装设而作动。以前，住家拥有者从未考虑安装用于每一可能电感性负载的功率因数修正装置的实用性与经济性。此外，住家中的电感性装置总是在随机时间(例如在温度调节装置控制之下)作动。有一种集成电路或晶片，其称为功率或能量测量电路，其发展主要用于固态功率计中，用于量测电气设施用户的功率消耗。这种晶片测量一些与交流电能由来源处流向用户电气装设相关的参数，其中包括指示由装设所吸取的无效功率或能量位准的参数。然而，使用这种晶片来补偿被吸取的无效功率以达到功率因数修正的目的的装置或方法先前尚未发展过。
技术实现思路
本专利技术提供用于修正较小电力装设及个别设备的功率因数的系统，该较小电力装设诸如住家、公寓、小型企业，该个别设备诸如冰箱、空调机、加热泵、洗碗机、洗衣机及烘干机等等。一般而言，本专利技术的系统包含复数个电抗单元或电容器，其是选择性地耦接至一电力线及感测器电路，以决定连接至该电力线的电容器是否有利地影响功率因数。一般而言，本专利技术是测量由一电力装设的负载所吸取的功率的电气参数，该参数是可指示由该负载所吸取的无效功率的位准，本专利技术并将电抗元件的组合耦接至该电力线，以实质地补偿由所测量的电气参数所指示的无效功率位准。本专利技术是在功率感测器电路中使用了功率或能量测量集成电路或晶片，以由该电力线上的电压或电流测量导出指示参数的无效功率，其中该功率感测器电路是耦接至电力线或一负载，该负载是可连接至该电力线。在本专利技术的第一实施例中，该功率测量晶片提供了一具有正或负符号的无效功率值，以指示电感性或电容性功率值，其是由电力线电压及负载电流的周期性测量所导出。在该第一实施例中，一控制器或微处理器周期性地由该功率测量晶片获取该具有正负符号的无效功率值，并计算电容值的组合，以补偿在电力线上被负载所吸取的无效功率位准，并控制跨越电力线的电容组合的开关。该功率测量晶片所做的测量及该控制器获取无效功率值的工作是周期性地重复，以使当负载所吸取的功率改变时，该电容的补偿值会因此而被调整。在本专利技术的第二实施例中，一功率测量晶片由电压及电流测量周期性地导出有效功率及视在功率值。该控制器周期性地获取有效功率及视在功率值，并由有效功率对视在功率的比率导出功率因数值。然后该控制器计算电容值的组合，以便将功率因数值最大化，以补偿所吸取的无效功率的位准，并控制跨越电力线的电容组合的开关。在本专利技术的第二实施例中，电流感测电路是置于一电路分路中，该电路分路包括负载并与补偿电容器并联连接。借由这种方式，电流感测电路所测量的负载电流并未受补偿电容器的影响，该补偿电容器可能已经连接跨越电力线或因负载操作的改变而为多余者。第二实施例仅仅计算最适合的电容组合，以补偿以电流所导出的功率因数值，而不论先前所计算出的电容组合为何。在测量无效功率(指示由电力装设内的负载所吸取的功率的参数)时，本专利技术可于经过时间将数个测量值平均计算，并不执行补偿动作，除非所选择的差异的改变被测量到小于所选定的时间间隔。因此这种方式是借由使该系统相对地较不受所吸取功率的小改变而影响，而降低开关暂态。在本专利技术较佳实施例中，补偿电容增量是根据基本电容的乘数，其使补偿电抗会在公称电力线频率及电压下吸取约1安培的电流。在线频率为60Hz及公称电压为110V下，电力装设的基本电容为22微法拉(microfarad)。该电容组所包含的电容器具有的电容值为1，2，4，8....128倍的基本电容。本专利技术的典型装设包含一组8个补偿电容器，其电容值范围是以2的次方从1到128倍的22法拉基本电容。补偿电容器是经由栓锁开关连接跨越电力线。栓锁开关系与控制器(诸如微处理器或微控制器)的8位元的输出端口有界面连接。以这种方式，借由将一适当的二进制字写至该输出端口，该控制器可连接跨越该电力线的256种电容器组合其中任何一种或使任何或所有电容器不连接电力线，其中该二进制字的位元内容是对应至被连接或不被连接的电容器组合。由以下说明内容并配合图式，可清楚地了解本专利技术的其它目的及优点，其中是借由图说及举例来说明本专利技术特定实施例。图式是为本说明书的一部分，其包含本专利技术的实施例并说明各种不同的目的及特征。附图说明图1是一方块图，说明自动功率因数修正系统的主要部件，该自动功率因数修正系统是使用实施本专利技术的功率测量晶片。图2是一更详细方块图，说明自动功率因数修正系统的进一步细节。图3是一方块图，说明自动功率因数修正系统的电容器排及开关电路。图4是一流程图，说明本专利技术用于修正功率因数的主要方法步骤，其是根据获取了由功率测量晶片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率因数修正装置，用于修正一电力装设的功率因数，该电力装设是包含电力线，该电力线是耦接至吸取交流电力的负载，该交流电力包括电位位准可变的无效功率，其特征在于该装置包含：（ａ）功率感测器电路，耦接至该电力线并运作以侦测被该负载所吸取的电力的电气参数，该电气参数是指示被该负载所吸取的无效功率的位准，该功率感测器电路包含一耦接至该电力线的功率测量集成电路；（ｂ）复数个电抗元件；（ｃ）开关电路，可控制用以各别地或以选定组合的方式耦接该电抗元件至该电力线；以及（ｄ）一控制器，介面连接至该功率感测器电路以及该开关电路，且回应该电气参数所指示的无效功率的位准而运作以使该开关电路耦接该电抗元件的一适当组合至该电力线，借以将该电气参数所指示的无效功率的位准达到最小程度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉D麦丹尼尔，盖尔A麦丹尼尔，堤摩西J麦丹尼尔，
申请(专利权)人：威廉D麦丹尼尔，盖尔A麦丹尼尔，堤摩西J麦丹尼尔，
类型：发明
国别省市：US[美国]