功率因数自动修正系统技术方案

本发明专利技术揭示一种用于一吸取变化的无功功率值的电力设备的自动功率因数修正系统，该自动功率因数修正系统测量一由电力设备的一负载吸取的功率的电气参数（该电气参数能够指示由负载所吸取的无功功率值），并将一电容器组合耦合至电源线路以补偿由所测电气参数指示的无功功率值。在实际中，系统测量所吸取功率的相角并计算一用于连接至电源线路以补偿所测无功功率值的电容器组合。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

Power factor automatic correction system

The invention discloses a method for drawing a change without electric power equipment power value of automatic power factor correction system, the automatic power factor correction system by measuring electrical parameters of power load from the power equipment (the electrical parameters can be absorbed by the load instructions from the reactive power value), and reactive power is a combination of capacitors coupled to the power line to compensate for instructions from the measured electrical parameter values. In practice, the system measures the phase angle of the absorbed power and calculates a capacitor combination for connection to the power line to compensate for the measured reactive power value.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力控制电路，更具体而言涉及一种用于监控及修正一电力设备的功率因数的改进系统。
技术介绍
电力是一种非常通用且便利的能源。然而，在发电及配电中存在各种成本，当电力需求增加时，该些成本也趋于增加。因此，始终存在一种提高电力传输及利用效率及相反地，降低电力传输及使用中的损耗及浪费的动力。交流电的特征为电流与电压之间存在一相位关系。电流滞后于电压起因于感性负载占优势，而电流超前于电压则起因于容性负载。同相关系起因于电阻性负载或感性负载与容性负载之间相平衡。由于电路中感性电抗或容性电抗的影响，同相电流产生“有效”或电阻性功率，而不同相电流产生“视在”或无功功率。一电流与电压之间相位关系的常用量度是功率因数，其等于电流与电压之间相角的余弦。当相位关系呈有效阻性时，功率因数达到最大值1；当相位关系呈有效感性时，功率因数为正且小于1；当相位关系呈有效容性时，功率因数为负且小于1。目前存在的趋势是连接至电源线路的感性负载类型多于容性负载类型，例如，电动机、变压器等等。通常，当工业电力用户的负载驱使功率因数降至小于一选择值时，电力公司对其加收额外费用。为避免此情况，工业用户通常将功率因数修正电容器连同其感性负载一起连接至电源线路，以补偿功率因数并使功率因数保持在一经济水平。在家用电力设备中，电冰箱、通风设备、空调、照明及(在某些情形下)供暖设备消耗了大部分的电能。通信设备、计算机、娱乐装置等也使用相对少量的电能。通常家用设备及小型企业设备使用的电度表不区分有效功率与视在功率。因此，即使视在功率未实际“消耗”于对用户有用的任何目的，用户也须支付有效功率与视在功率二者的费用。虽然已存在可用于大型工业电力用户的功率因数修正系统，但尚未出现用于家用及小型企业用户的实用或经济的功率因数修正装置。一般而言，工业用功率因数修正系统是与其拟定补偿的设备配套的，并且与此设备协调启动。在过去，从未考虑过家用财产所有者为每一可能的感性负载安装功率因数修正装置是实用的或经济的。此外，家用感性设备通常会在(例如)恒温调节器的控制下随机启动。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于修正小型电力设备(例如，家庭、公寓、小型企业等使用的电力设备)功率因数的系统。本专利技术系统通常包括复数个选择性耦合至一电源线路的电抗单元或电容器及一用于确定连接至电源线路的电容器是否已对功率因数产生有利影响的传感器单元。一般而言，本专利技术测量一电力设备负载所吸取的功率的一电气参数(其能够指示该负载所吸取的无功功率值)并将一电抗元件组合耦合至电源线路以大体补偿由所测量电气参数指示的无功功率值。本专利技术针对一完全基于一所测量电流值及补偿电抗对该所测量电流值的影响的第一实施例及一基于一所吸取功率的相角测量值的第二实施例。更具体而言，本专利技术功率因数修正系统的第一实施例连续测量由设备吸取的电流值。当检测到电流增大时，即假定一电力负载已启动。将一电容器单元连接至电源线路后，再次测量电流。若电流值增大，则可确定电容器未对功率因数产生有利影响，并断开电容器。反之，若所连接电容器使测量电流减小，则再在电源线路连接其他电容。重复此过程直到电流再次上升，在此刻，断开最后连接的电容器。在测量电力设备内的负载所吸取的电流中，本专利技术将一定的电流测次数平均在时间上且直到在小于一所选择时间间隔内测量到一所选电流差变化时才采取补偿措施。因此，该方法通过使系统相对而言免受所吸取电流微小变化的影响来减小开关瞬态量。在一较佳实施例中，本专利技术基于按一基本电容的倍数增加的补偿电容，该基本电容在标称电源线路频率及电压下将产生一吸取约1安培电流的电抗。对于线路频率为60赫兹且标称电压为110伏特的电力设备而言，该基本电容为22微法。本专利技术通过提供一组其电容值为2的不同次幂乘以基本电容的电容器来最大限度提高达到一补偿电容器组合之速度。该组电容器包括1倍、2倍、4倍、8倍...128倍基本电容。通过此种方式，通过使补偿电容值加倍直至所测量电流值增加而使功率因数修正快速达到一初始修正值。在二进制术语中，此初始修正值代表一“最高数位”。通过递增(但非倍增)来继续该过程直至确定出一亦填充“较低数位”的最佳组合值。本专利技术的一典型设备包括一组八个补偿电容器，其电容为22微法基本电容的2的不同次幂倍(自1至128倍)。该些补偿电容器通过闭锁开关连接于电源线路两端。该些闭锁开关连接至一控制器(例如微处理器或微控制器)的一八位输出端口。通过此种方式，控制器可通过向输出端口写入一适当的其数位内容对应于欲连接或断开的电容器组合的二进制字而在电源线路两端连接256种电容器组合中的任一组合或从电源线路断开任一或所有电容器。在基于相位的本专利技术第二实施例中，连续测量电流及电压及二者间的相位关系。计算将相角减小至接近零所需的补偿电容值大小。然后，将一大致等于补偿电容值的电容器组合耦合至电源线路，以补偿所感测到的感性负载。本专利技术的第二实施例与第一实施例使用相同的一组电容器且一般而言使用相同的装置。因此，第二实施例使用一组其电容值为一基本电容的倍数的电容器，该基本电容在标称线路频率及电压下将产生一吸取1安培电流的电抗。该组电容器的电容值同样是2的不同次幂乘以基本电容。结合附图阅读下文说明将清楚了解本专利技术的其它目的及优点，其中该些附图以图解及举例方式阐述本专利技术特定实施例。该些附图构成本说明书的一部分，其包括本专利技术的实例性实施例并例示说明本专利技术的各种目的及特征。附图简单说明附图说明图1是一方块图，其展示一体现本专利技术的自动功率因数修正系统的主要组件。图2是一方块图，其展示自动功率因数修正系统的一电容器组。图3是一流程图，其展示自动功率因数修正系统的一基于电流的主例程的方法步骤。图4是一流程图，其展示一用于测量一电力设备所吸取电流的本专利技术例程的方法步骤。图5是一流程图，其展示一种本专利技术用于修正功率因数的基于递增电流的例程的方法步骤。图6是一展示本专利技术自动功率因数修正系统另一实施例的流程图，该实施例基于对电力设备所吸取功率的直接相位测量。图7是一流程图，其展示一种在基于相位的本专利技术替代实施例中用于进行相位测量的例程的步骤。具体实施例方式根据需要，本文揭示本专利技术的具体实施例；然而，应理解，所揭示实施例仅为本专利技术的实例性实施例，且本专利技术可实施为多种形式。因此，本文所揭示的特定结构及功能详情不应被解释为限定性说明，而是仅用作权利要求的基础及教示所属
的技术人员如何以多种方式将本专利技术用于实质上任一适当的具体结构的代表性基础。更详细地参照附图，参考数字1通常表示一种装置，参考数字2通常表示一种用于自动修正一电力设备3(图2)的功率因数的方法，其中电力设备3在随机时刻自一电源线路4吸取的无功功率值可变。一般而言，本专利技术测量由电力设备3的负载5(图2)所吸取的功率的一电气参数(该电气参数能够指示由负载所吸取的无功功率值)，并将一电抗元件组合6耦合至电源线路4以大体补偿由所测量电气参数指示的无功功率值。参照图1，功率因数修正装置1包括电流感测电路10，该电流感测电路10的输出由电流换算电路11处理以供输入至一电流模拟-数字转换器(ADC)12。电流感测电路10可为(例如)一常规类型的夹线式电流传感器，其可电磁耦合至一组交流电导体以测量流过该导体的电流。电流换算电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对一包括一电源线路的电力设备进行功率因数修正的功率因数修正装置，所述电源线路具有一与其耦合的吸取交流电功率的负载，所述交流电功率包括一潜在可变无功功率值，所述装置包括：（ａ）一功率传感器，其耦合至所述电源线路并用于测量由所述 负载吸取的电功率的一电气参数，所述参数能够指示一由所述负载吸取的无功功率值；（ｂ）复数个电抗元件；（ｃ）开关电路，其可控制用于将所述电抗元件单独或以所选组合方式耦合至所述电源线路；及（ｄ）一控制器，其连接至所述传感器 及所述开关电路，并可响应一由所述电气参数指示的无功功率值致使所述开关电路将一适当的所述电抗元件组合耦合至所述电源线路，以大体补偿所述电气参数指示的所述无功功率值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威廉姆D麦克丹尼尔，盖尔A麦克丹尼尔，蒂莫西J麦克丹尼尔，
申请(专利权)人：威廉姆D麦克丹尼尔，盖尔A麦克丹尼尔，蒂莫西J麦克丹尼尔，
类型：发明
国别省市：US[美国]