三相平衡系統節電器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及三相平衡系統節電器，包括輸入端與電網三相線連接的交叉型變壓器、與該變壓器輸出端連接的零序分離變壓器、FPGA單元及電流補償電路，所述零序分離變壓器將交叉型變壓器輸出端的零序電流分離，所述FPGA單元根據零序電流計算產生對應的補償電流，再通過電流補償電路反向補償至與交叉型變壓器輸出端連接的負載。本發明采用交叉型變壓器，其繞組相互之間交叉連接，通過互相補償鐵心的磁通量，最大限度的控制各相感應電動勢的一致性，從而保持三相平衡；同時通過零序分離變壓器將零序電流分離后，對負載進行補償，最大限度得實現了節能。本發明還采用FPGA單元對零序電流進行控制管理，不僅線路較少，而且設計、安裝靈活。
【專利說明】
三相平衡系統節電器
技術領域
[0001 ]本發明涉及三相平衡系統節電器。
【背景技術】
[0002]目前，供電部門為了補償長途輸送電力時的電壓損耗，會向用電單位提供高于正常用電的電壓；因此很多用電單位的三相電壓因此會高于正常的380V，基本上在400V以上，這不但會對終端用戶的用電設備產生不良影響，造成絕緣損害，降低了設備的使用壽命，而且亦會造成不必要的用電浪費。
[0003]在目前的低壓電網中，三相不平衡電流是一種普遍存在的現象。低壓電網通過10/0.4KV變壓器，以三相四線制的方式提供居民用電。這些居民單相負載起初被平均分接在三相電上，達到一種平衡狀態。然而在實際運行中，單相用戶不可控的增容，瞬間大功率的負載接入以及單相負載用電的不同時性等，都是造成三相電流不平衡的原因。由于負載的運行可引起電網內電壓和電流的不均衡，這種不均衡性帶來的“相位差”會產生損耗并導致用電效率的下降和零序電流的增大，損壞絕緣，同時也降低了電器的效率，縮短了電器的使用壽命，嚴重時會導致電器設備不能正常工作。

【發明內容】

[0004]針對上述技術問題，本發明提供一種結構簡單，安裝靈活的三相平衡系統節電器。
[0005]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:三相平衡系統節電器，包括輸入端與電網三相線連接的交叉型變壓器、與該變壓器輸出端連接的零序分離變壓器、FPGA單元及電流補償電路，所述零序分離變壓器將交叉型變壓器輸出端的零序電流分離，所述FPGA單元根據零序電流計算產生對應的補償電流，再通過電流補償電路反向補償至與交叉型變壓器輸出端連接的負載。
[0006]作為優選，所述交叉型變壓器的三個繞組分別與三根相線連接，三個初級繞組和三個次級繞組均采用上中下三段，其中上下兩段纏繞在與相線對應的同一繞線柱上，中段纏繞在另一個繞線柱上，且中段的繞線方向與上下兩段的繞線方向相反。
[0007]作為優選，第一個初級繞組和第一個次級繞組的上下兩段纏繞在第一個繞線柱上，其中段纏繞在第二個繞線柱上;第二個初級繞組和第二個次級繞組的上下兩段纏繞在第二個繞線柱上，其中段纏繞在第三個繞線柱上；第三個初級繞組和第三個次級繞組的上下兩段纏繞在第三個繞線柱上，其中段纏繞在第一個繞線柱上。
[0008]作為優選，所述零序分離變壓器的三個繞組分別與交叉型變壓器輸出端的三根相線連接，三個繞組中的每對初、次級繞組纏繞在兩個不同的繞線柱上。
[0009]作為優選，第一個初級繞組纏繞在第一個繞線柱上，第一個次級繞組纏繞在第二個繞線柱上;第二個初級繞組纏繞在第二個繞線柱上，第二個次級繞組纏繞在第三個繞線柱上;第三個初級繞組纏繞在第三個繞線柱上，第三個次級繞組纏繞在第一個繞線柱上。
[0010]作為優選，FPGA單元包括， 儲存器，用于儲存分離變壓器輸出的零序電流；
采集模塊，用于采集儲存器中的零序電流；
分析模塊，用于分析采集模塊采集的零序電流暫態分量各頻帶對應的能量；
處理器，根據分析模塊的分析結果計算產生補償電流；
控制器，用于將補償電流輸出至所述電流補償電路。
[0011]從以上方案可知，本發明采用交叉型變壓器，其繞組相互之間交叉連接，通過互相補償鐵心的磁通量，最大限度的控制各相感應電動勢的一致性，從而趨于三相平衡；同時通過零序分離變壓器將零序電流分離后，對負載進行補償，最大限度得實現了節能。本發明還采用FPGA單元對零序電流進行控制管理，不僅線路較少，而且設計、安裝靈活。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的結構示意圖。
[0013]圖2是本發明中交叉型變壓器的繞組結構示意圖。
[0014]圖3是本發明中零序分離變壓器的繞組結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面將結合圖1、圖2和圖3詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
[0016]三相平衡系統節電器，包括輸入端與電網三相線(S卩0.4KV側)連接的交叉型變壓器1、與該變壓器輸出端連接的零序分離變壓器2、FPGA單元3及電流補償電路4，所述零序分離變壓器將交叉型變壓器輸出端的零序電流分離，所述FPGA單元根據零序電流計算產生對應的補償電流，再通過電流補償電路反向補償至與交叉型變壓器輸出端連接的負載5。本發明首先通過交叉型變壓器使得三相盡可能達到平衡，然后通過零序分離變壓器和FPGA單元，實現精確補償零序電流的目的，不僅改善了三相不平衡的現象，而且達到了節電的目的。
[0017]本發明的交叉型變壓器的三個繞組分別與三根相線R、S、T連接，三個初級繞組和三個次級繞組均采用上中下三段，其中上下兩段纏繞在與相線對應的同一繞線柱上，中段纏繞在另一個繞線柱上，且中段的繞線方向與上下兩段的繞線方向相反;可見，該變壓器應用高能電磁轉換原理，采用電磁移相技術，利用三柱鐵芯繞線柱嵌入式繞組線圈，即三相依次分別纏有按Z字型排列的串聯線圈，并產生正反方向的磁束，從而達到趨于三相平衡的目的。
[0018]具體來說第一個初級繞組和第一個次級繞組的上下兩段纏繞在第一個繞線柱上，其中段纏繞在第二個繞線柱上;第二個初級繞組和第二個次級繞組的上下兩段纏繞在第二個繞線柱上，其中段纏繞在第三個繞線柱上；第三個初級繞組和第三個次級繞組的上下兩段纏繞在第三個繞線柱上，其中段纏繞在第一個繞線柱上。這種交叉式的繞組結構可使負荷中產生的零相分電流的相位相互對立，使磁勢相互抵消，從而使零序電流的增長減少。因此負荷中產生的零序及高次諧波電流通過零序電流減少，利用自動變換原理使電流重新流向負載；只有正常的工作相的分電流通過零線，防止了零線上大量的零序及高次諧波電流通過;使電壓和電流的相位差自動調整，達到了改善功率因數的效果。
[0019]本發明的零序分離變壓器的三個繞組分別與交叉型變壓器輸出端的三根相線連接，三個繞組中的每對初、次級繞組纏繞在兩個不同的繞線柱上。該變壓器可在不產生扼流的狀態下分離三相線上的零序電流，從而達到較好的分離效果。具體來說，第一個初級繞組纏繞在第一個繞線柱上，第一個次級繞組纏繞在第二個繞線柱上;第二個初級繞組纏繞在第二個繞線柱上，第二個次級繞組纏繞在第三個繞線柱上;第三個初級繞組纏繞在第三個繞線柱上，第三個次級繞組纏繞在第一個繞線柱上。
[0020]本發明的FPGA單元3包括儲存器31、采集模塊32、分析模塊33、處理器34和控制器35，所述儲存器儲存分離變壓器輸出的零序電流;再由采集模塊采集儲存器中的零序電流信息;分析模塊根據采集模塊采集的信息分析零序電流暫態分量各頻帶對應的能量;處理器根據分析模塊的分析結果計算產生與零序電流相等的補償電流;最后由控制器將補償電流輸出至所述電流補償電路，補償電路反向補償至載。本發明通過FPGA單元對零序電流進行處理，并可產生相應的補償電流，從而以簡單的集成部件實現了電流補償，達到節能的目的。
[0021]本發明的節電器可根據工況量身定制，對癥下藥;可針對整個電力系統一次性改善三相不平衡，高次諧波，沖擊電流，過剩電壓等四大電力浪費要素，使其盡可能少地流回變壓器(進而造成二次浪費);且對用戶的生產工藝、產品質量和產量沒有影響，使用范圍廣泛。本發明的節電器的節電率可以達到8%?20%，半永久性使用壽命，壽命長達30年，自身損耗低于0.3 %，可改善電網電力品質，有效保護用電設備。
[0022]以上對本發明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發明實施例的原理；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明實施例，在【具體實施方式】以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【主權項】
1.三相平衡系統節電器，其特征在于:包括輸入端與電網三相線連接的交叉型變壓器、與該變壓器輸出端連接的零序分離變壓器、FPGA單元及電流補償電路，所述零序分離變壓器將交叉型變壓器輸出端的零序電流分離，所述FPGA單元根據零序電流計算產生對應的補償電流，再通過電流補償電路反向補償至與交叉型變壓器輸出端連接的負載。2.根據權利要求1所述三相平衡系統節電器，其特征在于:所述交叉型變壓器的三個繞組分別與三根相線連接，三個初級繞組和三個次級繞組均采用上中下三段，其中上下兩段纏繞在與相線對應的同一繞線柱上，中段纏繞在另一個繞線柱上，且中段的繞線方向與上下兩段的繞線方向相反。3.根據權利要求2所述三相平衡系統節電器，其特征在于:第一個初級繞組和第一個次級繞組的上下兩段纏繞在第一個繞線柱上，其中段纏繞在第二個繞線柱上;第二個初級繞組和第二個次級繞組的上下兩段纏繞在第二個繞線柱上，其中段纏繞在第三個繞線柱上；第三個初級繞組和第三個次級繞組的上下兩段纏繞在第三個繞線柱上，其中段纏繞在第一個繞線柱上。4.根據權利要求1所述三相平衡系統節電器，其特征在于:所述零序分離變壓器的三個繞組分別與交叉型變壓器輸出端的三根相線連接，三個繞組中的每對初、次級繞組纏繞在兩個不同的繞線柱上。5.根據權利要求4所述三相平衡系統節電器，其特征在于:第一個初級繞組纏繞在第一個繞線柱上，第一個次級繞組纏繞在第二個繞線柱上;第二個初級繞組纏繞在第二個繞線柱上，第二個次級繞組纏繞在第三個繞線柱上;第三個初級繞組纏繞在第三個繞線柱上，第三個次級繞組纏繞在第一個繞線柱上。6.根據權利要求1所述三相平衡系統節電器，其特征在于:FPGA單元包括， 儲存器，用于儲存分離變壓器輸出的零序電流； 采集模塊，用于采集儲存器中的零序電流； 分析模塊，用于分析采集模塊采集的零序電流暫態分量各頻帶對應的能量； 處理器，根據分析模塊的分析結果計算產生補償電流； 控制器，用于將補償電流輸出至所述電流補償電路。
【文檔編號】H02J3/26GK105939019SQ201610375195
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】傅民
【申請人】湖南遠成能源科技股份有限公司