一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力電子節(jié)電控制領(lǐng)域，具體涉及一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器及其控制方法，包括中央處理器、節(jié)電控制電路、第一電源、第二電源，所述中央處理器與節(jié)電控制器電氣連接，與中央處理器電氣連接的顯示電路、電能計(jì)量檢測(cè)電路，與電能計(jì)量檢測(cè)電路電氣連接的平衡轉(zhuǎn)換電路、限流保護(hù)電路，與限流保護(hù)電路電氣連接的電壓互感器，與平衡轉(zhuǎn)換電路電氣連接的電流互感器；本發(fā)明可以實(shí)時(shí)跟蹤用戶的用電情況，如何檢測(cè)判斷線路上的用電效率，消除了固定節(jié)電器成為容性負(fù)載的隱患，使得用電線路時(shí)刻處于高效率的用電狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)電的作用，更好地達(dá)到節(jié)電的效果。
【專利說(shuō)明】一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子節(jié)電控制領(lǐng)域，具體涉及一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器及其 控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前市場(chǎng)上的單相節(jié)電器大部分都是即插即用，固定連接在線路上，節(jié)電效果不 是很明顯，是因?yàn)橛脩艏野惭b了很多電器，用戶的用電質(zhì)量是不斷地變化的。因此，不具有 實(shí)時(shí)跟蹤家庭用戶用電質(zhì)量的節(jié)電器，其節(jié)電器的節(jié)電效果實(shí)不明顯的。因?yàn)?，?dāng)家用電 器停止工作時(shí)，節(jié)電器仍然連接在線路上，此時(shí)，節(jié)電器同時(shí)也是一個(gè)潛在的耗電的電器設(shè) 備。因此，連接在電路上的節(jié)電器反而會(huì)成為浪費(fèi)電器的隱患。隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展， 人民的生活水平不斷提高，每家每戶都增添了很多的家用電器，能源的不合理利用也越來(lái) 越多。因此，發(fā)展對(duì)電路能有實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的家用節(jié)電器才能真正滿足節(jié)能減排迫切需要。
[0003] 單相節(jié)電器固定連接在線路上極為不合理，當(dāng)線路上沒(méi)有負(fù)載時(shí)，固定節(jié)電器就 會(huì)變成一個(gè)容性負(fù)載，當(dāng)線路上有負(fù)載，用電效率高時(shí)，連接在線路上電路的固定節(jié)電器也 會(huì)成為一個(gè)容性負(fù)載，僅當(dāng)線路上的用電效率低時(shí)，固定節(jié)電器才會(huì)起到提高效率，從而達(dá) 到節(jié)電目的的作用，但是家庭的用電質(zhì)量又是不斷變化的，單一的固定節(jié)電器就不能時(shí)刻 起到節(jié)電的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的為解決上述問(wèn)題，提供了一種單相智能節(jié)控制電器及其控制方法， 可以實(shí)時(shí)跟蹤用戶的用電情況，如何檢測(cè)判斷線路上的用電效率，消除了固定節(jié)電器成為 容性負(fù)載的隱患，使得用電線路時(shí)刻處于高效率的用電狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)電的作用，更好地 達(dá)到節(jié)電的效果。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
[0006] -種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器，其特征在于，包括：中央處理器、節(jié)電控制電路、第 一電源、第二電源，所述中央處理器與節(jié)電控制器電氣連接，還包括與中央處理器電氣連接 的顯示電路、電能計(jì)量檢測(cè)電路，與電能計(jì)量檢測(cè)電路電氣連接的平衡轉(zhuǎn)換電路、限流保護(hù) 電路，與限流保護(hù)電路電氣連接的電壓互感器，與平衡轉(zhuǎn)換電路電氣連接的電流互感器；
[0007] 所述第一電源與節(jié)電控制電路連接，所述第二電源電路與中央處理器和電能計(jì)量 檢測(cè)電路連接；
[0008] 所述節(jié)電控制電路、電壓互感器、電流互感器還與市電線路電氣連接。
[0009] 需要了解的是，目前市場(chǎng)上的大部分單相節(jié)電器能夠發(fā)揮其節(jié)電效果，是在有家 用電器開(kāi)啟才對(duì)線路中的電器進(jìn)行節(jié)補(bǔ)償，不具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路中用戶的用電質(zhì)量，本方 案中，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路中用戶的用電質(zhì)量，隨時(shí)對(duì)線路中的電器進(jìn)行功率補(bǔ)償，當(dāng)線路中 的用戶用電質(zhì)量較好時(shí)，可自動(dòng)切除線路中的節(jié)電補(bǔ)償控制電路。
[0010] 優(yōu)選地，所述節(jié)電控制電路包括三極管Q1、繼電器K1、發(fā)光二極管D1、二極管D2、 電阻R40、電阻R41、電阻R42以及電容C40和電容C41，所述三極管Q1的基極通過(guò)電阻R40 與中央處理器串聯(lián)連接，集電極與地連接，發(fā)射極與繼電器K1的第二腳、二極管D2的陽(yáng)極 連接，所述二極管D2的陰極與第一電源、繼電器K1的第一腳連接，所述繼電器K1的第三腳 與電感L1的一端串聯(lián)連接，繼電器K1的第四腳與市電線路的N端點(diǎn)連接，所述電容C40和 電容C41并聯(lián)后一端與電感L1另一端、電阻R41的一端串聯(lián)連接，另一端與市電線路的L 端點(diǎn)連接，所述電阻R41的另一端與發(fā)光二極管D1的陰極、電阻R42的一端串聯(lián)連接，所述 發(fā)光二極管D1的陽(yáng)極與市電線路的L端點(diǎn)連接，所述電阻R42的另一端與市電線路的L端 點(diǎn)連接。這樣可以作為節(jié)電補(bǔ)償電路的同時(shí)，還同時(shí)濾除線路中所產(chǎn)生的高頻紋波，消除紋 波對(duì)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)挠绊憽?br> [0011] 進(jìn)一步地，所述節(jié)電控制電路至少包含一路或者多路并聯(lián)的控制電路。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述節(jié)電控制電路為四路并聯(lián)的控制電路。
[0013] 選擇單路節(jié)電控制電路，使電路線路一直保持在較優(yōu)的用電狀態(tài)，引入多路智能 控制節(jié)電控制電路，使線路中的用電質(zhì)量處于最佳的用電狀態(tài)，
[0014] 進(jìn)一步地，所述中央處理器與電能計(jì)量檢測(cè)電路的SPI串行總線連接，所述電能 計(jì)量檢測(cè)電路的型號(hào)為RN8209。
[0015] 具體的，所述電能計(jì)量檢測(cè)電路RN8209的第四腳與第五腳之間與所述的平衡轉(zhuǎn) 換電路電氣連接，所述RN8209的第八腳與限流保護(hù)電路電氣連接。
[0016] 優(yōu)選地，所述電能計(jì)量檢測(cè)電路RN8209的第八腳的電壓為12V，第四腳與第五腳 之間電壓差為6V。
[0017] 在單相節(jié)電控制中，電能計(jì)量檢測(cè)電路為數(shù)據(jù)采集器，既需要保證性能穩(wěn)定、準(zhǔn) 確和可靠，還需要電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理數(shù)據(jù)功能齊全，而且價(jià)格還要低廉的計(jì)量電路； RN8209為功能較為齊全的電能計(jì)量檢測(cè)電路，處理數(shù)據(jù)快，與中央處理器連接方式比較簡(jiǎn) 單、使用方便，精確度高。
[0018] 本發(fā)明還提供上述一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器的控制方法，其特征在于，本發(fā) 明的節(jié)電控制器通電后，中央處理器對(duì)整個(gè)節(jié)電控制器進(jìn)行初始化，其控制方法按如下步 驟進(jìn)行：
[0019] 步驟A :對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化；中央處理器的寄存器清零，并設(shè)置中央處理器的 中斷工作方式，通過(guò)中央處理器對(duì)RN8209的串行數(shù)據(jù)輸入接口賦初值，然后進(jìn)入檢測(cè)線路 中的有功功率；
[0020] 步驟B :顯示初始化的參數(shù)，顯示電路顯示中央處理器讀取的經(jīng)過(guò)RN8209運(yùn)算線 路中的有功功率、有效電流以及有效電壓；
[0021] 步驟C :啟動(dòng)電網(wǎng)質(zhì)量測(cè)量，所述步驟C是根據(jù)步驟B測(cè)量和顯示的電網(wǎng)用電質(zhì)量 的數(shù)據(jù)結(jié)果作出判斷，若測(cè)量電網(wǎng)功率因數(shù)為優(yōu)，返回步驟A，若測(cè)量電網(wǎng)中的功率因數(shù)為 差，則轉(zhuǎn)入步驟D;
[0022] 步驟D :中斷模塊處理；中央處理器讀取步驟C測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)入中斷模塊處理，若電 網(wǎng)中的功率因數(shù)為負(fù)數(shù)，節(jié)電控制電路中的繼電器被切斷退出補(bǔ)償電容，若電網(wǎng)中的功率 因數(shù)是否小于0.93,則啟動(dòng)節(jié)電控制電路的繼電器，并投入補(bǔ)償電容，節(jié)電控制器向電網(wǎng)中 進(jìn)行功率補(bǔ)償。
[0023] 優(yōu)選地，所述步驟C測(cè)量電網(wǎng)中的功率因數(shù)大于等于0. 94為優(yōu)，小于等于0. 93為 差。
[0024] 優(yōu)選地，所述步驟D節(jié)電控制器向市電線路中進(jìn)行功率補(bǔ)償?shù)墓β室驍?shù)的范圍在 0. 94?0. 99之間。
[0025] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：
[0026] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量方法不僅高效準(zhǔn)確、可靠性高，精度高，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和跟蹤市 電線路中的用電質(zhì)量，可實(shí)現(xiàn)智能節(jié)電補(bǔ)償控制的目的，并進(jìn)行自動(dòng)電能補(bǔ)償，可以去除線 路中的高頻紋波，消除了固定節(jié)電器成為容性負(fù)載的隱患，使線路中的用電質(zhì)量處于最佳 的狀態(tài)，達(dá)到了節(jié)能補(bǔ)償?shù)男Ч?，成本較低、使用廣泛。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施實(shí)例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡(jiǎn)單地介紹，顯然，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些 實(shí)例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不付出創(chuàng)造性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得 其他的附圖。
[0028] 圖1是本發(fā)明一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例的電能計(jì)量檢測(cè)電路的示意圖。
[0030] 圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例的節(jié)電控制電路的示意圖。
[0031] 圖4是本發(fā)明一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器控制方法結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖5是本發(fā)明控制方法具體實(shí)施例的中斷處理方法流程的示意圖。
[0033] 圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例的節(jié)電控制電路的示意圖。
[0034] 附圖中，1-第一電源，2-顯示電路，3-第二電源，4-中央處理器，5-節(jié)電控制器， 6_電能計(jì)量檢測(cè)電路，7-平衡轉(zhuǎn)換電路，8-電流互感器，9-限流保護(hù)電路，10-電流互感器，

【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒?發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí) 施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0036] 參見(jiàn)圖1，給出了本發(fā)明一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括中央處 理器4、節(jié)電控制電路5、第一電源1、第二電源3,所述中央處理器4與節(jié)電控制器5電氣連 接，還包括與中央處理器4電氣連接的顯示電路2、電能計(jì)量檢測(cè)電路6,與電能計(jì)量檢測(cè)電 路6電氣連接的平衡轉(zhuǎn)換電路7、限流保護(hù)電路9,與限流保護(hù)電路9電氣連接的電壓互感 器10,與平衡轉(zhuǎn)換電路7電氣連接的電流互感器8。
[0037] 其中，中央處理器4采用AT89S52單片機(jī)，電能計(jì)量檢測(cè)電路6采用RN8209芯片， 第一電源1輸出+12V(VCC)電源電壓，并向節(jié)電控制電路5提供電源，第二電源電路3向中 央處理器5、電能計(jì)量檢測(cè)電路6提供+5V電源電壓。
[0038] 參見(jiàn)圖2,作為本發(fā)明的具體實(shí)施例，所述電壓互感器10、電流互感器8是與 220VAC市電線路電氣連接，電流互感器8與220VAC市電線路的L端點(diǎn)（零線）串接在線 路中，對(duì)線路中的電流進(jìn)行取樣，電壓互感器10與N端點(diǎn)（火線）連接，對(duì)線路中的電壓進(jìn) 行取樣，在本發(fā)明實(shí)施例中，電流互感器8采樣的電流經(jīng)過(guò)平衡電路7后的信號(hào)，則分別輸 入RN8209的第四腳和第五腳之間，電壓互感器10采樣的電壓經(jīng)過(guò)限流保護(hù)電路9后輸出 的信號(hào)，則輸入RN8209的第八腳，其中，RN8209的第八腳輸入的電壓為12V，第四腳與第五 腳之間電壓差為6V。其中，中央處理器4與電能計(jì)量檢測(cè)電路RN8209的串行數(shù)據(jù)口的第 十三腳（SDO)、第十四腳（SDI)、第十五腳（SCLK)、第十六腳（SCSN)分別連接。
[0039] 參見(jiàn)圖1和圖3,作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述節(jié)電控制電路5包括三極管Q1、 繼電器K1、發(fā)光二極管D1、二極管D2、電阻R40、電阻R41和電阻R42以及電容C40和電容 C41，所述三極管Q1的基極通過(guò)電阻R40與中央處理器4的P0. 0引腳串聯(lián)連接，集電極與 地連接，發(fā)射極與繼電器K1的第二腳、二極管D2的陽(yáng)極連接，所述二極管D2的陰極與第一 電源、繼電器K1的第一腳連接，所述繼電器K1的第三腳與電感L1的一端串聯(lián)連接，繼電器 K1的第四腳與220VAC市電線路的N端點(diǎn)（火線）連接，所述電容C40和電容C41并聯(lián)后一 端與電感L1另一端、電阻R41的一端串聯(lián)連接，另一端與220VAC市電線路的L端點(diǎn)連接， 所述電阻R41的另一端與發(fā)光二極管D1的陰極、電阻R42的一端串聯(lián)連接，所述發(fā)光二極 管D1的陽(yáng)極于220VAC市電線路的L端點(diǎn)（零線）連接，所述電阻R42的另一端與220VAC 市電線路的L端點(diǎn)（零線）連接。
[0040] 當(dāng)節(jié)電控制電路5向市電線路進(jìn)行功率補(bǔ)償時(shí)，中央處理器的P0.0引腳輸出高電 平通過(guò)電阻R40至三極管Q1的基極，此時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通后，使繼電器K1閉合，與此同時(shí)， 由電感L1、電容C40、電容C41和分壓電阻R40、電阻R41組成的補(bǔ)償電路，對(duì)市電線路進(jìn)行 功率補(bǔ)償，發(fā)光二極管D1指示線路中功率補(bǔ)償?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)。二極管D2是保護(hù)為繼電器K1 而設(shè)置的，防止繼電器K1突然啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流被損壞。
[0041] 參見(jiàn)圖1，本發(fā)明還提供一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器的控制方法，在本發(fā)明控制 方法中，第一電源1輸出的+12V(VCC)電源電壓，并向節(jié)電控制電路5提供電源，第二電源 電路3向中央處理器、電能計(jì)量檢測(cè)電路6提供+5V電源電壓，所述中央處理器4與節(jié)電控 制器5、顯示電路2、電能計(jì)量檢測(cè)電路6電氣連接，其中，電能計(jì)量檢測(cè)電路6還與平衡轉(zhuǎn) 換電路7、限流保護(hù)電路9電氣連接，限流保護(hù)電路9與電壓互感器10電氣連接，平衡轉(zhuǎn)換 電路7與電流互感器8電氣連接。所述節(jié)電控制電路、電壓互感器、電流互感器還與220VAC 市電線路電氣連接。其中，中央處理器4采用AT89S52單片機(jī)，電能計(jì)量檢測(cè)電路6采用 RN8209 芯片。
[0042] 參見(jiàn)圖2,作為本發(fā)明的具體實(shí)施例，所述電壓互感器10、電流互感器8與220VAC 市電線路電氣連接，電流互感器8與220VAC市電線路的L端點(diǎn)（零線）串接在線路中，對(duì) 線路中的電流進(jìn)行取樣，電壓互感器10與N端點(diǎn)（火線）連接，對(duì)線路中的電壓進(jìn)行取樣， 在發(fā)明本實(shí)施例中，電流互感器8采樣的電流經(jīng)過(guò)平衡電路7后的信號(hào)，則分別輸入RN8209 的第四腳和第五腳，電壓互感器10采樣的電壓經(jīng)過(guò)限流保護(hù)電路9后輸出的信號(hào)，則輸入 RN8209的第八腳。其中，RN8209的第八腳輸入的電壓為12V，第四腳與第五腳之間電壓差 為6V。其中，中央處理器4與電能計(jì)量檢測(cè)電路RN8209的串行數(shù)據(jù)總線（SPI) 口的第十三 腳（SD0)、第十四腳（SDI)、第十五腳（SCLK)、第十六腳（SCSN)分別連接。其中，第十六腳 (SCSN)為片選信號(hào)引腳，當(dāng)與中央處理器4輸出的使片選信號(hào)SCSN引腳由高電平變?yōu)榈碗?平時(shí)，此時(shí)中央處理器4與RN82099的串行數(shù)據(jù)總線（SPI)寫入或讀取數(shù)據(jù)，此時(shí)中央處理 器4通過(guò)第十三腳（SD0)、第十四腳（SDI)、以及第十六腳（SCSN)時(shí)鐘控制信號(hào)向RN82099 的串行數(shù)據(jù)總線（SPI)寫入或讀取數(shù)據(jù)。
[0043] 參見(jiàn)圖1和圖3,作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，節(jié)電控制電路5包括三極管Q1、繼 電器K1、發(fā)光二極管D1、二極管D2、電阻R40、電阻R41和電阻R42以及電容C40和電容C41， 所述三極管Q1的基極通過(guò)電阻R40與中央處理器4的P0. 0引腳串聯(lián)連接，集電極與地連 接，發(fā)射極與繼電器K1的第二腳、二極管D2的陽(yáng)極連接，所述二極管D2的陰極與第一電 源、繼電器K1的第一腳連接，所述繼電器K1的第三腳與電感L1的一端串聯(lián)連接，繼電器K1 的第四腳與220VAC市電線路的N端點(diǎn)（火線）連接，所述電容C40和電容C41并聯(lián)后一端 與電感L1另一端、電阻R41的一端串聯(lián)連接，另一端與220VAC市電線路的L端點(diǎn)（零線）， 所述電阻R41的另一端與發(fā)光二極管D1的陰極、電阻R42的一端串聯(lián)連接，所述發(fā)光二極 管D1的陽(yáng)極于220VAC市電線路的L端點(diǎn)（零線），所述電阻R42的另一端與220VAC市電 線路的L端點(diǎn)（零線）。
[0044] 具體的，參見(jiàn)圖4和圖5，本發(fā)明的節(jié)電控制器通電后，中央處理器對(duì)整個(gè)節(jié)電控 制器進(jìn)行初始化，其控制方法按如下步驟進(jìn)行：
[0045] 步驟A :對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化；中央處理器4的寄存器清零，并設(shè)置中央處理器 4的中斷工作方式，通過(guò)中央處理器4對(duì)RN8209的串行數(shù)據(jù)口的第十四腳引腳（SDI)寫入 RN8209的系統(tǒng)初值，啟動(dòng)數(shù)據(jù)串行通訊寄存器、中斷寄存器、計(jì)量寄存器以及有功功率計(jì)量 寄存器，然后，RN8209分別對(duì)電流互感器8采樣的電流和電壓互感器10采樣的電流進(jìn)行計(jì) 算。
[0046] 步驟B :顯示初始化的參數(shù)，顯示電路顯示中央處理器4讀取步驟A中經(jīng)過(guò)RN8209 初始化后，運(yùn)算線路中的有功功率、有效電流以及有效電壓，并在顯示電路2中顯示出來(lái)， 其中，顯示電路采用液晶顯示屏，顯示的參數(shù)還包括有功功率校驗(yàn)、無(wú)功功率校驗(yàn)的參數(shù)。
[0047] 步驟C :啟動(dòng)電網(wǎng)質(zhì)量測(cè)量，所述步驟C是根據(jù)步驟B測(cè)量和顯示結(jié)果，判斷電網(wǎng) 線路中用戶的用電質(zhì)量，若監(jiān)測(cè)測(cè)量電網(wǎng)功率因數(shù)為優(yōu)，返回步驟A，若監(jiān)測(cè)測(cè)量電網(wǎng)中的 功率因數(shù)為差，則轉(zhuǎn)入步驟D，在本實(shí)施例中，功率因數(shù)大于等于0. 94為優(yōu)，小于等于0. 93 為差。
[0048] 步驟D :中斷模塊處理；參見(jiàn)圖4和圖5,中央處理器4讀取步驟C測(cè)量數(shù)據(jù)后， 進(jìn)入中斷模塊處理，若電網(wǎng)線路中的功率因數(shù)為負(fù)數(shù)時(shí)，即電網(wǎng)線路中為過(guò)補(bǔ)償時(shí)，節(jié)電控 制電路5中的繼電器K1被切斷退出補(bǔ)償電容，結(jié)束中斷處理，若電網(wǎng)中的功率因數(shù)為0到 0.93,即電網(wǎng)線路為欠補(bǔ)償時(shí)，則啟動(dòng)節(jié)電控制電路的繼電器，并接入補(bǔ)償電容，節(jié)電控制 器5向電網(wǎng)中進(jìn)行功率補(bǔ)償，并結(jié)束中斷處理。
[0049] 作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，功率因數(shù)計(jì)量的范圍在-1?1之間，檢測(cè)計(jì)量的結(jié)果 在-1?0之間時(shí)，線路電網(wǎng)中處于過(guò)度補(bǔ)償狀態(tài)；功率因數(shù)在0到0. 93之間時(shí)，即電網(wǎng)為 欠補(bǔ)償。所述步驟D節(jié)電控制器向市電線路中進(jìn)行功率補(bǔ)償?shù)墓β室驍?shù)的范圍在0. 94? 〇. 99,則可使電網(wǎng)線路用電質(zhì)量達(dá)始終保持在最優(yōu)狀態(tài)。當(dāng)線路中處于過(guò)度補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，檢 測(cè)計(jì)量的結(jié)果小于〇. 〇,則中央處理器4判斷的計(jì)量顯示結(jié)果為負(fù)數(shù)。
[0050] 參見(jiàn)圖1?圖5,將對(duì)本發(fā)明的工作原理作進(jìn)一步闡述，電流互感器8取樣市電線 路中的電流，電壓互感器8取樣市電線路中電壓，然后輸入電能計(jì)量檢測(cè)電路6對(duì)市電線路 中的有功功率、功功率校驗(yàn)、無(wú)功功率校驗(yàn)等參數(shù)進(jìn)行計(jì)量檢測(cè)運(yùn)算，中央處理器4讀取運(yùn) 算數(shù)據(jù)的結(jié)果，并判斷線路上的用電質(zhì)量為優(yōu)，或?yàn)椴?，則中央處理器4的P0. 0引腳與R40 串聯(lián)后則向三極管Q1基極輸出相應(yīng)的電平，則三極管Q1導(dǎo)通或截止，使繼電器K1的開(kāi)關(guān) 斷開(kāi)或閉合，此時(shí)，電容C40、電容C41、電感L1、電阻R41和電阻R42組成的補(bǔ)償電路連接 到市電線路中，向用電線路進(jìn)行功率補(bǔ)償。當(dāng)線路中的電器用電效率高，即為優(yōu)時(shí)，中央處 理器4的Ρ0.0引腳輸出低電平信號(hào)使繼電器Κ1的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，補(bǔ)償電容被切除，不向線路上 進(jìn)行功率補(bǔ)償，此時(shí)，補(bǔ)償電路中的電容C40和電容C41進(jìn)行充電工作。當(dāng)市電線路中的電 器用電效率低，即為差時(shí)，中央處理器2的Ρ0.0引腳輸出高電平信號(hào)使繼電器Κ1的開(kāi)關(guān)閉 合，將補(bǔ)償電路接入到市電電線路中，補(bǔ)償電容C40、電容C41和電感L1以及放電電阻R41 和電阻R42組成的放電電路，向用電線路上進(jìn)行功率補(bǔ)償。此時(shí)與電阻R42并聯(lián)連接的發(fā) 光二極管D1會(huì)發(fā)亮，指示正在向線路上進(jìn)行功率補(bǔ)償。與此同時(shí)，電感L1、電容C40、電容 C41、電阻R41和電阻R42的在電路中還可以濾除電路中的電路中的高頻波紋。
[0051] 參見(jiàn)圖1，圖2、和圖6,作為本發(fā)明的另一實(shí)施例，是將單路的節(jié)電控制電路5進(jìn)行 并聯(lián)組成四路的節(jié)電補(bǔ)償控制電路，電能計(jì)量檢測(cè)電路6根據(jù)電流互感器8取樣線路中的 電流、電壓互感器8取樣線路中的電壓進(jìn)行運(yùn)算處理后，中央處理器4讀取運(yùn)算數(shù)據(jù)結(jié)果并 判斷線路中電器的用電效率，中央處理器4選擇閉合第I路、第II路、第III路還是第IV路節(jié) 電補(bǔ)償電路，向線路中進(jìn)行功率補(bǔ)償?；蛘咄瑫r(shí)閉合第I?IV路，或者是選擇閉合第I?IV 路中的任何幾路。
[0052] 其中，第I路，包括三極管Q1、繼電器Κ1、發(fā)光二極管D1、二極管D2、電阻R40、電阻 R41、電阻R42以及電容C40和電容C41，所述三極管Q1的基極通過(guò)電阻R40與中央處理器 的Ρ0. 〇引腳串聯(lián)連接，集電極與地連接，發(fā)射極與繼電器Κ1的第二腳、二極管D2的陽(yáng)極連 接，所述二極管D2的陰極與第一電源、繼電器Κ1的第一腳連接，所述繼電器Κ1的第三腳與 電感L1的一端串聯(lián)連接，繼電器Κ1的第四腳與市電線路的Ν端點(diǎn)連接，所述電容C40和電 容C41并聯(lián)后一端與電感L1另一端、電阻R41的一端串聯(lián)連接，另一端與市電線路的L端 點(diǎn)（零線），所述電阻R41的另一端與發(fā)光二極管D1的陰極、電阻R42的一端串聯(lián)連接，所 述發(fā)光二極管D1的陽(yáng)極與市電線路的L端點(diǎn)（零線），所述電阻R42的另一端與市電線路 的L端點(diǎn)。
[0053] 當(dāng)節(jié)電控制電路5向市電線路進(jìn)行功率補(bǔ)償時(shí)，中央處理器的Ρ0.0引腳輸出高電 平通過(guò)電阻R40至三極管Q1的基極，此時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通后，使繼電器Κ1閉合，與此同時(shí)， 由電感L1、電容C40、電容C41和分壓電阻R40、電阻R41組成的補(bǔ)償電路，對(duì)市電線路進(jìn)行 功率補(bǔ)償，發(fā)光二極管D1指示線路中功率補(bǔ)償?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)。二極管D2是保護(hù)為繼電器Κ1 而設(shè)置的，防止繼電器Κ1突然啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流被損壞。
[0054] 第II路，包括三極管Q2、繼電器Κ2、發(fā)光二極管D3、二極管D4和電阻R43以及電阻 R44、電阻R45、電容C42、電容C43和電感L2組成的補(bǔ)償電路。
[0055] 第III路，包括三極管Q3、繼電器Κ3、發(fā)光二極管D5、二極管D6和電阻R46以及電阻 R47、電阻R48、電容C44、電容C45和電感L3組成的補(bǔ)償電路。
[0056] 第IV路，包括三極管Q4、繼電器Κ4、發(fā)光二極管D7、二極管D8和電阻R49以及電阻 R50、電阻R51、電容C46、電容C47和電感L4組成的補(bǔ)償電路。
[0057] 其中，第II路?第IV路中各電路元器件的連接關(guān)系與第I路相同，各電路元器件 的功能也相同，不同之處是，三極管Q2的基極通過(guò)電阻R43與中央處理器的Ρ0. 1引腳串聯(lián) 連接，三極管Q3的基極通過(guò)電阻R46與中央處理器的Ρ0. 2引腳串聯(lián)連接，三極管Q4的基 極通過(guò)電阻R49與中央處理器的PO. 3引腳串聯(lián)連接。
[0058] 在本實(shí)施例中，繼電器器K1?K4的四腳都同時(shí)連接在220VAC市電線路上的N端 點(diǎn)（火線），三極管Q1?Q4的基極分別通過(guò)電阻R40、電阻R43、電阻R46、電阻R49與中央 處理器的P0. 0?P0. 3引腳分別串聯(lián)連接，并控制繼電器K1?K4的斷開(kāi)或閉合，根據(jù)線路 檢測(cè)的用電質(zhì)量選擇閉合幾路補(bǔ)償電路，向市電線路中進(jìn)行功率補(bǔ)償，選擇一路補(bǔ)償電路 閉合工作時(shí)，可以將線路中的功率因數(shù)補(bǔ)償至〇. 94以上，當(dāng)選擇多補(bǔ)償電路閉合時(shí)，線路 中的功率因數(shù)可接近于0.99,更加有效地提高了市電線路中的功率因數(shù)，提高補(bǔ)償?shù)男Ч?達(dá)到節(jié)電的目的。
[0059] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神 和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器，其特征在于：包括中央處理器、節(jié)電控制電路、第一 電源、第二電源，所述中央處理器與節(jié)電控制器電氣連接，還包括與中央處理器電氣連接的 顯示電路、電能計(jì)量檢測(cè)電路，與電能計(jì)量檢測(cè)電路電氣連接的平衡轉(zhuǎn)換電路、限流保護(hù)電 路，與限流保護(hù)電路電氣連接的電壓互感器，與平衡轉(zhuǎn)換電路電氣連接的電流互感器； 所述第一電源與節(jié)電控制電路連接，所述第二電源電路與中央處理器和電能計(jì)量檢測(cè) 電路連接； 所述節(jié)電控制電路、電壓互感器、電流互感器還與市電線路電氣連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器，其特征在于：所述節(jié)電控制電 路包括三極管Q1、繼電器K1、發(fā)光二極管D1、二極管D2、電阻R40、電阻R41、電阻R42以及 電容C40和電容C41，所述三極管Q1的基極通過(guò)電阻R40與中央處理器串聯(lián)連接，集電極與 地連接，發(fā)射極與繼電器K1的第二腳、二極管D2的陽(yáng)極連接，所述二極管D2的陰極與第一 電源、繼電器K1的第一腳連接，所述繼電器K1的第三腳與電感L1的一端串聯(lián)連接，繼電器 K1的第四腳與市電線路的N端點(diǎn)連接，所述電容C40和電容C41并聯(lián)連接后一端與電感L1 另一端、電阻R41的一端串聯(lián)連接，、另一端與市電線路的L端點(diǎn)連接，所述電阻R41的另一 端與發(fā)光二極管D1的陰極電阻R42的一端串聯(lián)連接，所述發(fā)光二極管D1的陽(yáng)極與市電線 路的L端點(diǎn)連接，所述電阻R42的另一端與市電線路的L端點(diǎn)連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器，其特征在于，所述節(jié)電控制電 路至少包含一路或者多路并聯(lián)的控制電路。
4. 如權(quán)利要求3所述的單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器，其特征在于，所述節(jié)電控制電路為 四路并聯(lián)的控制電路。
5. 如利要求1所述的一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器的控制方法，其特征在于，所述 中央處理器與電能計(jì)量檢測(cè)電路的SPI串行總線連接，所述電能計(jì)量檢測(cè)電路的型號(hào)為 RN8209。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器，其特征在于，所述電能計(jì)量檢 測(cè)電路RN8209的第四腳與第五腳之間與所述的平衡轉(zhuǎn)換電路電氣連接，所述RN8209的第 八腳與限流保護(hù)電路電氣連接。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器，其特征在于，所述電能計(jì)量檢 測(cè)電路RN8209的第八腳的電壓為12V，第四腳與第五腳之間電壓差為6V。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器的控制方法，其特征在于，通電 后，中央處理器對(duì)整個(gè)節(jié)電控制器進(jìn)行初始化，其控制方法按如下步驟進(jìn)行： 步驟A :對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化；中央處理器的寄存器清零，并設(shè)置中央處理器的中斷 工作方式，通過(guò)中央處理器對(duì)RN8209的串行數(shù)據(jù)輸入接口賦初值，然后進(jìn)入檢測(cè)線路中的 有功功率； 步驟B :顯示初始化的參數(shù)，顯示電路顯示中央處理器讀取的經(jīng)過(guò)RN8209運(yùn)算線路中 的有功功率、有效電流以及有效電壓； 步驟C :啟動(dòng)電網(wǎng)質(zhì)量測(cè)量，所述步驟C是根據(jù)步驟B驟測(cè)量和顯示的電網(wǎng)用電質(zhì)量的 數(shù)據(jù)結(jié)果作出判斷，若測(cè)量電網(wǎng)功率因數(shù)為優(yōu)，返回步驟A，若測(cè)量電網(wǎng)中的功率因數(shù)為差， 則轉(zhuǎn)入步驟D ; 步驟D :中斷模塊處理；中央處理器讀取步驟C測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)入中斷模塊處理，若電網(wǎng)中 的功率因數(shù)為負(fù)數(shù)，節(jié)電控制電路中的繼電器被切斷退出補(bǔ)償電容，若電網(wǎng)中的功率因數(shù) 是否小于0.93,則啟動(dòng)節(jié)電控制電路的繼電器，并投入補(bǔ)償電容，節(jié)電控制器向電網(wǎng)中進(jìn)行 功率補(bǔ)償。
9. 如權(quán)利要求8所述的一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器的控制方法，其特征在于，所述 步驟C測(cè)量電網(wǎng)中的功率因數(shù)大于等于0. 94為優(yōu)，小于等于0. 93為差。
10. 如權(quán)利要求8所述的一種單相智能補(bǔ)償節(jié)電控制器的控制方法，其特征在于，所述 步驟D節(jié)電控制器向市電線路中進(jìn)行功率補(bǔ)償?shù)墓β室驍?shù)范圍在0. 94?0. 99之間。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK104104092SQ201410299851
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】李善昆, 農(nóng)冠驥, 陳曉權(quán), 黃建宇 申請(qǐng)人:南寧市綠沃節(jié)能科技有限公司