專利名稱：一種用于交流供電系統的節電器的制作方法
技術領域：
本實用新型一種用于交流供電系統的節電器與交流電網輸配電相關，特別是與改善輸電質量、節約用電的設備相關。
背景技術：
在電力系統中，瞬態浪涌經常出現。閃電、發電機投切、主要電力線路短路都會引起浪涌，被稱為外部產生的浪涌。兩倍于供電電壓的浪涌經常出現，供電電壓50倍的浪涌電壓也曾經出現過。
更普通、更頻繁出現的浪涌是由電感性負載引起的，例如電動機、變壓器、接觸器線圈、熒光燈鎮流器。這種浪涌被稱為內部產生的浪涌。
在文獻中，又很多種常見的瞬態浪涌電壓抑制器。美國專利第4,152,743；4,259,705；4,584,622；4,587,588；4,739,436；4,760,485；4,777,555；4,802,055；4,845,580；4,866,560；4,870,528；4,870,534；以及4,901,183號提出了多種瞬態電壓抑制系統、抑制器、以及濾波器，用于電網配電系統。這些專利中提出的電路使用電容器和可變電阻等元器件，結合串聯于電力線路中的扼流圈來濾波。這些專利中沒有提出或建議在電力線之間，或電力線與中線之間使用電感。這些專利也沒有提出節約電能的裝置。
任何需要利用磁場工作的負載，例如電動機、變壓器、熒光燈鎮流器、螺線管之類的負載，都會導致電壓與電流之間產生相位差。這種相位差降低了負載的效率，增大了能量消耗。
電壓與電流之間的相角就是功率因數角。因為電感性電路的電流滯后于電壓，因此具有滯后的功率因數角。因為電容性電路的電流超前于電壓，因此具有超前的功率因數角。如果電壓與電流之間的相位角為0，此時功率因數為1，電源系統的利用率最大。
如果有某種設備能夠消除交流電源的瞬變、浪涌，并減少電感性與電容性負載的能量損耗，將會非常有利。如果該裝置能夠提高一個交流電源中的一個或多個負載的功率因數，將會更加有利。本實用新型提供了這樣的設備。
實用新型內容本實用新型解決方案是一種用于交流供電系統的節電器，其特征在于該節電器包含有相互串聯的扼流圈、電容，該扼流圈與電容并聯在交流電源的兩端，其中，該扼流圈包含有線圈，該線圈的導線穿過線圈內部構成環路。
該扼流圈包含有第一個扼流圈、第二個扼流圈，其中該第一個扼流圈與一電容器串聯構成第一條支路，第二個扼流圈與另一個電容器串聯構成第二條支路；該第一條支路的一端連接到交流電源的第一條電源線，另一端連接到電源的中點；該第二條支路的一端連接到交流電源的另一條電源線，另一端連接到電源的中點；第一個扼流圈的線圈纏繞在第二條支路上；第二個扼流圈的線圈纏繞在第一條支路上。
該扼流圈還包含有第三個扼流圈和第四個扼流圈，其中該第三個扼流圈與一電容器串聯構成第三條支路，第四個扼流圈與一電容器串聯構成第四條支路；該第三條支路的一端連接到交流電源的第一條電源線，另一端連接到電源的中點；該第四條支路的一端連接到交流電源的第二條電源線，另一端連接到電源的中點；第三個扼流圈的線圈纏繞在第四條支路上；第四個扼流圈的線圈纏繞在第三條支路上。
該扼流圈還包含有第五個扼流圈和第六個扼流圈，其中該第五個扼流圈與一電容器串聯構成第五條支路，第六個扼流圈與一電容器串聯構成第六條支路；該第五條支路的一端連接到交流電源的第一條電源線，另一端連接到電源的中點；該第六條支路的一端連接到交流電源的第三條電源線，另一端連接到電源的中點；第五個扼流圈的線圈纏繞在第六條支路上；第六個扼流圈的線圈纏繞在第五條支路上。
本實用新型提供了一種用于交流電源的節電器，闡明了該裝置的各種實現形式，包括用于單相、三相電源系統的電路結構。在單相節電器形式中，第一條支路包含一個與電容器串聯的扼流圈，第二條支路包含另一個與電容器串聯的扼流圈。第一條支路連接交流電源的第一條電源線和電源中點，第二條支路連接交流電源的第二條電源線和電源中點。第一個扼流圈包含一個纏繞在第二條支路上的線圈，同樣，第二個扼流圈包含一個纏繞在第一條支路上的線圈。第一與第二個扼流圈的一部分纏繞在鐵磁性鐵心上。第一個扼流圈的第一部分纏繞在鐵心和第二條支路上，第二部分僅纏繞在第二條支路上。第二個扼流圈的第一部分纏繞在鐵心和第一條支路上，第二部分僅纏繞在第一條支路上。
節電器還包含并聯在第一、第二條電源線之間電容器和瞬態抑制器。瞬態抑制器也可以并聯在第一、第二條電源線和中點之間。此外，瞬態抑制器還可以連接在中點和地線之間。電容器和瞬態抑制器也可以并聯在第一、第二條支路之間。
在三相節電器形式中，適用的三相電源包括第一、第二、第三條電源線和中點。第一個扼流圈與一個電容器串聯構成第一條支路，并聯在第一條電源線和中點之間；第二個扼流圈與一個電容器串聯構成第二條支路，并聯在第二條電源線和中點之間。第一個扼流圈包含一個纏繞在第二條支路上的線圈，第二個扼流圈包含一個纏繞在第一條支路上的線圈。第三個扼流圈與一個電容器串聯構成第三條支路，并聯在第三條電源線和中點之間；第四個扼流圈與一個電容器串聯構成第四條支路，并聯在第二條電源線和中點之間。第三個扼流圈包含一個纏繞在第四條支路上的線圈，第四個扼流圈包含一個纏繞在第三條支路上的線圈。第五個扼流圈與一個電容器串聯構成第五條支路，并聯在第一條電源線和中點之間；第六個扼流圈與一個電容器串聯構成第六條支路，并聯在第三條電源線和中點之間。第五個扼流圈包含一個纏繞在第六條支路上的線圈，第六個扼流圈包含一個纏繞在第五條支路上的線圈。
在三相節電器形式中，還有并聯在第一、第二條電源線，第二、第三條電源線，以及第一、第三條電源線之間的一個電容和一個瞬態抑制器。瞬態抑制器還可以連接在各電源線與中點之間，以及各電源線到地線之間。
單相結構的節電器還可以焊在一個單獨的交流插座中。在這種結構中，一個扼流圈和一個電容器串聯，連接在插座中。纏繞扼流圈的導線穿過扼流圈自身構成環路。包含相同扼流圈的其他結構也有介紹。
圖1是本實用新型中介紹的兩線單相結構節電器的原理圖；圖2是本實用新型中介紹的三相結構節電器的原理圖；圖3是本實用新型中介紹的可以安裝在交流插座中的單相結構節電器的原理圖；圖4是本實用新型中介紹的另一種單相結構節電器的原理圖；圖5是本實用新型的另外一種連接在交流電源兩相之間的節電器結構原理圖。
具體實施方式
圖1是本實用新型中的兩線單相節電器原理圖。為了便于說明，220V電源線L1、L2分別用12、14表示，每條電源線與中點構成標準110V電源，中點用10表示。
本實用新型中的節電器具有瞬變與浪涌保護功能，還可以節能。各種電容器和瞬變抑制器實現了瞬變與浪涌保護功能。電容器16連接在12與14之間。瞬變抑制器，例如金屬氧化物變阻器(“MOV”)，安裝在電路中的不同點。MOV18安裝在電源線12與14之間。MOV20安裝在12與中點之間。MOV22安裝在14與中點之間。MOV24安裝在中點與地之間。另外，MOV56、58分別安裝在電源線12、14與地之間。
節電器模塊可以安裝在用戶的電源控制板上，也可以并聯在負載附近的電源線上。通常，這種節電器模塊可以用于商業機構和居民區。例如，可以在寫字樓的每個熒光燈接線盒外安裝一個模塊，或在單獨給這類設備供電的接線盒外安裝一個模塊。因為模塊中沒有需要串聯入電源線中的元件，所以模塊可以直接連接到電源線上的分接頭上，不需要切斷電源線安裝。
為了實現節能功能，在交流電源線之間安裝了一種獨特的電感。該電感器包含一個或多個線圈，線圈中有導線穿過，連接了設備和線圈，構成回路。
在圖1所示的單相節電器結構中，第一條支路36包含一個電感(扼流圈)，該電感整體用28表示。電感28與電容38串聯。第一支路36的一端連接到電源線12，另一端連接到中點10。
同樣，第二條支路48包含另一個電感(扼流圈)，該電感整體用30表示。電感30與電容50串聯。第二支路48的一端連接到電源線14，另一端連接到中點10。
在第一支路中的扼流圈28由兩部分線圈構成第一部分32和第二部分34。線圈32纏繞在鐵心26和第二支路48上。第二部分線圈34纏繞在第二支路48上，如圖所示。
第二個扼流圈30由兩部分線圈構成第一部分44和第二部分46。線圈44纏繞在鐵心26和第一支路36上，線圈46纏繞在第一支路36上，如圖所示。在第一支路中的電容38的兩端并聯有指示燈42和限流電阻40，通過指示燈可以得知電容38是在正常工作還是處于短路狀態。同樣，第二支路中的電容50兩端并聯指示燈54和限流電阻52。
結構獨特的扼流圈28和30具有節省電能的作用，特別適用于工業上的電感性負載。這類負載包括重型電機和熒光燈。測量顯示節電率可達10％～25％。扼流圈28和30提高了功率因數，從而起到了節電作用。另外，扼流圈使得電源線12、14之間的負載平衡，提高了運行效率，也起到了節電作用。其他元件對節電也有一定的作用。
節能的原因(至少是部分原因)在于扼流圈28中纏繞在第二支路48上的繞組，以及扼流圈30纏繞在第一支路36的繞組。如果不使用這種“完全繞組”技術，節能效果就會降低。另外還發現，鐵心26對于節能來說是不必要的。僅僅是完全繞組技術就可以降低電能使用、需求的功率。實驗證明如果扼流圈僅僅包含一個繞組，只要扼流圈導線穿過繞組自身的線圈構成回路，也能夠節能。具有6繞組線圈的扼流圈具有最大的效率，低于6匝時，測量結果顯示節能效果下降。
三相節電器的結構形式如圖2所示。同樣，節電器可以安裝在輸入電源控制板上，也可以安裝在大負載附近。三相電源線L1、L2、L3分別用72、74、76表示，中點用70表示。節電器連接到72、74、76上。MOV元件78、80、82連接在每條電源線與中點之間，起到瞬變抑制作用。MOV元件84、92、96在三相電源線之間，起到瞬變抑制作用。MOV元件88、90、100在電源線與地之間，起到瞬變抑制作用。電容器86、94、98連接在三相電源線之間，起到濾波與功率因數校正的作用。
扼流圈114和116連接在電源線72、74之間。扼流圈114與電容器120串連，構成72到中點的第一支路118。扼流圈116與電容器124串連，構成74到中點的第二支路122。
扼流圈126和128連接在電源線74、76之間。扼流圈128與電容器136串連，構成76到中點的第三支路134。扼流圈126與電容器132串連，構成74到中點的第四支路130。
扼流圈102和104連接在電源線72、76之間。扼流圈102與電容器108串連，構成72到中點的第五支路106。扼流圈104與電容器112串連，構成76到中點的第六支路110。
圖3是用于單相120V交流插座中的節電器結構。圖3所示的電路可以安裝在插座中以便簡化在居民區中的安裝。該電路連接在120V交流電源線150和中點152之間。在扼流圈160中，第一部分繞組纏繞在鐵心154上。鐵心154有一段氣隙156，用來防止鐵心飽和。本實用新型中提到的各種不同的結構中，扼流圈的鐵心都有這種用途的氣隙。另外，如上所述，鐵心可以完全省略，因為使用鐵心僅僅可以改善濾波特性。
扼流圈160還包括第二個繞組164，該繞組與第一個繞組162串聯。線圈162、164中止于線166，該導線穿過162與164構成回路，如圖3所示。導線166將線圈162、164與電容器158串聯。扼流圈160與電容器158串聯后連接到交流電源線150與中點152之間。
變阻器或其他類型的瞬變抑制器170可以連接到交流電源線之間，如圖所示。電源線150和中點152被接到通常的交流插座172中。
圖4是另外一種節電器的結構形式。圖中，扼流圈184包含三個繞組186、188和190。第一個繞組186纏繞在鐵心185外。第二個繞組188與第一個繞組186串聯，但188不纏繞在鐵心上。第三個繞組190與第二個繞組188串聯，纏繞在鐵心185上。導線192從第三繞組190延伸出來，穿過第一、第二、第三繞組構成環路。電容器194連接到導線192上，與扼流圈184構成串聯結構。扼流圈184與電容器194串聯后連接到交流電源線180與中點182之間。電容器196與浪涌抑制器198也并聯入交流電源中。此外，在中點與地之間連接了浪涌抑制器200。交流電源線通過普通的交流插座接入，如圖4所示。
在圖5所示的結構形式中，使用了兩個扼流圈，用214和230表示。扼流圈214包含第一部分繞組216和第二部分繞組218，兩繞組串聯。扼流圈214中止于導線220。導線220穿過扼流圈230的繞組232、234。220連接到電容器224上，扼流圈214與電容器224串聯后連接到交流電源線210和212之間。同樣，從扼流圈230延伸出去的導線236穿過扼流圈214后連接到電容器238上。扼流圈230與電容器238串聯后接入交流電源中。電容器240和浪涌抑制器242也并聯接入電源中。與圖5所示的結構形式完全相同的電路連接到電源線1、2和電源線2、3，以及電源線1、3之間后，就可以轉化成三相的結構形式。
本實用新型中用到的各種電容器，最好是AC/DC功率電容器，例如通用公司生產的97F GEM系列。電容大小在10～25微法比較適宜。扼流圈可以使用直接固定(Snap-on)鐵心，例如Radio Shark公司生產的商品編號為273-104的鐵心。線圈使用滿足負載電流大小要求的導線繞制而成。任意匝數的繞組都具有節能作用，但通常5或6匝適于扼流圈各部分線圈。增加額外的這種類型的扼流圈，例如在不同工業負載附近或在居民區，可以增加節能效果。
有意義的是本實用新型中的節電器不僅可以抑制浪涌和瞬變，還具有明顯的節能作用。盡管本實用新型由幾種不同的結構形式來描述，在權利要求的范圍之內還有許多中變形形式。
權利要求1.一種用于交流供電系統的節電器，其特征在于該節電器包含有相互串聯的扼流圈、電容，該扼流圈與電容并聯在交流電源的兩端，其中，該扼流圈包含有線圈，該線圈的導線穿過線圈內部構成環路。
2.如權利要求1所述的節電器，其特征在于該扼流圈包含有第一個扼流圈、第二個扼流圈，其中該第一個扼流圈與一電容器串聯構成第一條支路，第二個扼流圈與另一個電容器串聯構成第二條支路；該第一條支路的一端連接到交流電源的第一條電源線，另一端連接到電源的中點；該第二條支路的一端連接到交流電源的另一條電源線，另一端連接到電源的中點；第一個扼流圈的線圈纏繞在第二條支路上；第二個扼流圈的線圈纏繞在第一條支路上。
3.如權利要求2所述的節電器，其特征在于該扼流圈還包含有第三個扼流圈和第四個扼流圈，其中該第三個扼流圈與一電容器串聯構成第三條支路，第四個扼流圈與一電容器串聯構成第四條支路；該第三條支路的一端連接到交流電源的第一條電源線，另一端連接到電源的中點；該第四條支路的一端連接到交流電源的第二條電源線，另一端連接到電源的中點；第三個扼流圈的線圈纏繞在第四條支路上；第四個扼流圈的線圈纏繞在第三條支路上。
4.如權利要求3所述的節電器，其特征在于該扼流圈還包含有第五個扼流圈和第六個扼流圈，其中該第五個扼流圈與一電容器串聯構成第五條支路，第六個扼流圈與一電容器串聯構成第六條支路；該第五條支路的一端連接到交流電源的第一條電源線，另一端連接到電源的中點；該第六條支路的一端連接到交流電源的第三條電源線，另一端連接到電源的中點；第五個扼流圈的線圈纏繞在第六條支路上；第六個扼流圈的線圈纏繞在第五條支路上。
5.如權利要求1至4所述的任一種節電器，其特征在于該節電器還包含有鐵心，該鐵心上至少纏繞有所述扼流圈線圈的部分繞組。
6.如權利要求5所述的節電器，其特征在于該鐵心具有氣隙。
7.如權利要求2所述的節電器，其特征在于第一個扼流圈包含有纏繞在鐵心上的第一部分和不纏繞在鐵心上的第二部分，該第二部分纏繞在第二條支路上；第二個扼流圈也包含有纏繞在鐵心上的第一部分和不纏繞在鐵心上的第二部分，該第二部分纏繞在第一條支路上。
8.如權利要求2所述的節電器，其特征在于在第一與第二條電源線之間并聯有電容器。
9.如權利要求2所述的節電器，其特征在于所述的電源線之間，和/或電源線和地線之間，和/或電源線和中線之間，和/或中線和地線之間并聯有瞬間抑制器。
專利摘要本實用新型節電器是由一個扼流圈和一個電容器串聯而成，并聯于供電系統中。該扼流圈的線圈一端連接電網，使電網通過該線圈構成環路，從使電網平衡，提高了效率。電容器與瞬變抑制器(即可變電阻)用來抑制電涌和功率因數校正。
文檔編號H02H9/04GK2744039SQ200420092979
公開日2005年11月30日 申請日期2004年9月24日 優先權日2004年9月24日
發明者莫志祿 申請人:莫志祿