动态平衡能量系统优化装置

(12)发明专利说明书

(21)申请号 CN201210057434.6 (22)申请日 2012.03.07

(71)申请人 河北森蔚电气科技有限公司

地址 057250 河北省邯郸市曲周县达康街河北森蔚电气科技有限公司 (72)发明人 朱章印

(74)专利代理机构 邯郸市久天专利事务所 代理人 薛建铎 (51)Int.CI

H02J3/26

权利要求说明书 说明书 幅图

(10)申请公布号 CN 1025249 A (43)申请公布日 2012.07.04

()发明名称

动态平衡能量系统优化装置

(57)摘要

动态平衡能量系统优化装置，由铁

芯、绕组、PLC、电压检测装置、电流检测装置和机芯温度检测装置组成，三相绕组的每相绕组均由多个分绕组连接而成，多个分绕组分别缠绕在不同的铁心柱上，每相绕组均有多个中间抽头，三相负载连接在负载抽头上，负载抽头之后的绕组与负载抽头之前的绕组之间设有自动分离开

关K2，在负载抽头与三相绕组的输入端之间设有自动旁路开关K1，负载抽头之后的中间抽头和尾头通过不同接触器的不同触点与零点N连接，电压参数、电流参数传递给PLC并经其计算、分析后通过控制接触器的打开与闭合改变负载后分绕组的数量，通过绕组的电磁交换、反向叠加达到平衡三相电能的效果。 法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态

权 利 要 求 说 明 书

1.动态平衡能量系统优化装置，由三铁心柱铁芯、绕在铁心柱上的三相绕组、PLC、电压检测装置、电流检测装置和机芯温度检测装置组成，三相绕组的输入端分别接电源的A相、B相、C相，其特征在于：三相绕组的每相绕组均由多个分绕组连接而成，多个分绕组分别缠绕在不同的铁心柱上，每相绕组均有多个中间抽头，其中离输入端最近的中间抽头为负载抽头，三相负载连接在负载抽头上，负载抽头之后的绕组与负载抽头之前的绕组之间设有自动分离开关K2，在负载抽头与三相绕组的输入端之间设有自动旁路开关K1，负载抽头之后的中间抽头和尾头通过不同接触器的不同触点与零点N连接，这样，在电压检测装置、电流检测装置和机芯温度检测装置将检测到的电压参数、电流参数经电量传感器传递给PLC后，经PLC计算、分析后通过控制接触器的打开与闭合改变负载后分绕组的数量，通过绕组的电磁交换、反向叠加达到平衡三相电能的效果，机芯温度参数传递给PLC后，经PLC确认后进行模式转换。

2.根据权利要求1所述的动态平衡能量系统优化装置，其特征在于：三铁心柱铁芯的三个铁心柱分别为R、S、T，在三个铁心柱上分别缠绕有9组绕组，分别为LR1、LR2、LR3、LR4、LR5、LR6、LR7、LR8、LR9；LS1、LS2、LS3、LS4、LS5、LS6、LS7、LS8、LS9；LT1、LT2、LT3、LT4、LT5、LT6、LT7、LT8、LT9；LR1、LS1和LT1的首端分别接三相电源的A、B、C相，LR1的尾端接LS2的尾端，LS2的首端接LR3的首端，LS1的尾端接LT2的尾端，LT2的首端接LS3的首端，LT1的尾端接LR2的尾端，LR2的首端接LT3的首端，LR3、LS3和LT3的尾端分别接三相负载Za、Zb、Zc；自动分离开关K2连接在LR4、LS4和LT4的首端与LR3、LS3和LT3的尾端之间，LR4、LS4和LT4的尾端分别接LR5、LS5和LT5的首端，LR5的尾端通过三相接触器KM1和KM3的第1组常闭触点接LS7的首端，LS7的尾端接LS6的首端，LS6的尾端接LR8的首端，LR8的尾端接LR9的首端，LR9的尾端通过三相接触器KM4和KM6的第1组常闭触点接

零点N，LS5的尾端通过三相接触器KM1和KM3的第2组常闭触点接LT7的首端，LT7的尾端接LT6的首端，LT6的尾端接LS8的首端，LS8的尾端接LS9的首端，LS9的尾端通过三相接触器KM4和KM6的第2组常闭触点接零点N，LT5的尾端通过三相接触器KM1和KM3的第3组常闭触点接LR7的首端，LR7的尾端接LR6的首端，LR6的尾端接LT8的首端，LT8的尾端接LT9的首端，LT9的尾端通过三相接触器KM4和KM6的第3组常闭触点接零点N，LR4的尾端和LR5的首端通过三相接触器KM2的第1组常开触点接LS6的首端与LS7的尾端，LS4的尾端和LS5的首端通过三相接触器KM2的第2组常开触点接LT6的首端与LT7的尾端，LT4的尾端和LT5的首端通过三相接触器KM2的第3组常开触点接LR6的首端与LR7的尾端，LR8的尾端与LR9的首端通过三相接触器KM5的第1组常开触点接零点N, LS8的尾端与LS9的首端通过三相接触器KM5的第2组常开触点接零点N, LT8的尾端与LT9的首端通过三相接触器KM5的第3组常开触点接零点N,LR8的首端接LS6的尾端，LS8的首端接LT6的尾端，旁路自动开关K1并联在LR1、LS1和LT1的首端与LR3、LS3和LT3的尾端之间，旁路自动开关K1与自动分离开关K2联动。

3.根据权利要求1所述的动态平衡能量系统优化装置，其特征在于：所述的电压参数、电流参数和机芯温度参数为三相绕组的输入电压UA、UB、UC，三相绕组的输出电压Ua、Ub、Uc, 电流参数为三相负载电流Ia、Ib、Ic，机芯温度参数为三铁心柱铁芯温度，热敏元件设在三铁心柱铁芯的间隙中。

4.根据权利要求3所述的动态平衡能量系统优化装置，其特征在于：在三相接触器KM4的第1组、第2组和第3组常闭触点与和三相接触器KM6的第1组、第2组和第3组常闭触点的连接点与零点N之间分别连接有电阻Ra、Rb、Rc。

5.根据权利要求4所述的动态平衡能量系统优化装置，其特征在于：所述的运行模式包括旁路运行模式、运行模式1、运行模式2和运行模式3；所述的旁路运行模式，即旁路自动开关K1闭合、自动分离开关K2打开、接触器KM1-KM6原始状态；接触器KM1-KM6原始状态即接触器KM1、KM3、KM4、KM6闭合，接触器KM2、KM5打开；所述的运行模式2，即当三相电压的每一相电压均在390-420V之间时，旁路自动开关K1打开、自动分离开关K2闭合、接触器KM1-KM6原始状态；所述的运行模式3，即当三相电压的其中一相电压＞420V时，旁路自动开关K1打开、自动分离开关K2闭合、接触器KM1、KM3、KM4、KM6打开，接触器KM2、KM5闭合；所述的运行模式1，即动态平衡能量系统优化装置在运行模式1或运行模式2下运行时，当三相电压的其中一相电压＜390V时、负载电流大于额定电流的1.2倍时或在模式转换时PLC接收到的接触器KM1-KM6动作信号异常时、机芯温度检测装置检测到机芯温度高于设定的120℃时，动态平衡能量系统优化装置自动切换到旁路运行模式的一种过渡模式。

6.根据权利要求4所述的动态平衡能量系统优化装置，其特征在于：PLC选用S7-200 6ES7216-2BD23-OXB8，PLC的N脚接电源零点N，接触器KM1-KM3的线圈分别连接在PLC的N点与1L的0.1脚、0.2脚和0.3脚之间，接触器KM4-KM6的线圈分别连接在PLC的N点与2L的0.4脚、0.5脚和0.6脚之间；接触器KM1-KM6的动作信号来自接触器KM1-KM6的与其主触点同步的辅助触点，KM1-KM6的辅助触点的一端分别连接在PLC的1M的0.1脚、0.2脚、0.3脚、0.4脚、0.5脚、0.6脚上，KM1-KM6的辅助触点的另一端连接在PLC的L+脚上，旁路自动开关K1和自动分离开关K2的辅助触点的一端分别连接在PLC的1M的1.1脚、1.2脚上，旁路自动开关K1和自动分离开关K2的辅助触点的另一端连接在PLC的L+

脚上，机芯温度参数来自与热敏继电器RJ,热敏继电器的一端连接在PLC的2M的1.5脚上，热敏继电器的另一端连接在PLC的L+脚上，PLC的1M脚、2M脚和M脚短接，PLC的1L脚、2L脚、3L脚和L1脚短接。

说 明 书

技术领域

本发明涉及一种动态平衡能量系统优化装置。是一种适合于因用电不平衡而造成三相电压、电流不平衡、零线电流增大现象的企业（如钢厂、石化、水泥矿业，大型商业场所酒店、写字楼、超市及广场照明，大型综合场所如学校、医院），使用的动态平衡能量系统优化装置，它能够自动调整三相电压、电流使其趋于平衡，降低零线电流，使负载时刻在节能状态下运行。 背景技术

对于目前在浪费的高耗能企业中，大型商业场所，一般采用的一种是可控硅相控装置，该装置产生谐波、污染电网，有的地方使用大功率相控装置，产生的谐波导致企业高精密仪器不能正常读取数据，信息丢失，对电机会产生机械振动、噪声和过电压，会使变压器局部严重过热，谐波使电容、电缆等过热、绝缘老化、寿命缩短以致损坏，还会导致继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表不准确，对通讯系统产生干扰，轻者产生噪音降低通信质量，重者导致数据丢失，使通信无法正常工作；再一种使用无极自动功率因数补偿装置，该装置利用的是电容器在交流电路中的电压滞后于电流的天然的物理属性，对感性负载造成的电流滞后予以补偿，减少供电线路负载电流来达到节约线路及用电负载的损耗的目的。但是，该节电装置对功率因数较高的设备效果较差，甚至没有。再一种电磁平衡式调压节电装置，该装置只有一个档位，一个参数运行，不能实时跟踪用户用电，造成有时节电、有时不节电，该电磁平衡式调压装置不能在一个最佳经济状态运行，因为高耗能企业，大型商业场所的电压、电流、功率、功率因数参数在每时每刻每秒随负载的变化而变化，以上装置均不能每时每刻每秒随负载的变化而变化，起不到最佳节电效果。因此，设计一种能够每时每刻每秒随负载的变化而随时平衡三相电压、电流，降低零线电流、节约电能的动态平衡能量系统优化装置，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种动态平衡能量系统优化装置。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

动态平衡能量系统优化装置，由三铁心柱铁芯、绕在铁心柱上的三相绕组、PLC、电压检测装置、电流检测装置和机芯温度检测装置组成，三相绕组的输入端分别接电源的A相、B相、C相，三相绕组的每相绕组均由多个分绕组连接而成，多个分绕组分别缠绕在不同的铁心柱上，每相绕组均有多个中间抽头，其中离输入端最近的中间抽头为负载抽头，三相负载连接在负载抽头上，负载抽头之后的绕组与负载抽头之前的绕组之间设有自动分离开关K2，在负载抽头与三相绕组的输入端之间设有自动旁路开关K1，负载抽头之后的中间抽头和尾头通过不同接触器的不同触点与零点N连接，这样，在电压检测装置、电流检测装置和机芯温度检测装置将检测到的电压参数、电流参数经电量传感器传递给PLC后，经PLC计算、分析后通过控制接触器的打开与闭合改变负载后分绕组的数量，通过绕组的电磁交换、反向叠加达到平衡三相电能的效果，机芯温度参数传递给PLC后，经PLC确认后进行模式转换。

本发明解决其技术问题的具体技术方案是：

三铁心柱铁芯的三个铁心柱分别为R、S、T，在三个铁心柱上分别缠绕有9组绕组，分别为LR1、LR2、LR3、LR4、LR5、LR6、LR7、LR8、LR9；LS1、LS2、LS3、LS4、LS5、LS6、LS7、LS8、LS9；LT1、LT2、LT3、LT4、LT5、LT6、LT7、LT8、LT9；LR1、LS1和LT1的首端分别接三相电源的A、B、C相，LR1的尾端接LS2的尾端，LS2的首端接LR3的首端，LS1的尾端接LT2的尾端，LT2的首端接LS3的首端，LT1的尾端接LR2的尾端，LR2的首端接LT3的首端，

LR3、LS3和LT3的尾端分别接三相负载Za、Zb、Zc；自动分离开关K2连接在LR4、LS4和LT4的首端与LR3、LS3和LT3的尾端之间，LR4、LS4和LT4的尾端分别接LR5、LS5和LT5的首端，LR5的尾端通过三相接触器KM1和KM3的第1组常闭触点接LS7的首端，LS7的尾端接LS6的首端，LS6的尾端接LR8的首端，LR8的尾端接LR9的首端，LR9的尾端通过三相接触器KM4和KM6的第1组常闭触点接零点N，LS5的尾端通过三相接触器KM1和KM3的第2组常闭触点接LT7的首端，LT7的尾端接LT6的首端，LT6的尾端接LS8的首端，LS8的尾端接LS9的首端，LS9的尾端通过三相接触器KM4和KM6的第2组常闭触点接零点N，LT5的尾端通过三相接触器KM1和KM3的第3组常闭触点接LR7的首端，LR7的尾端接LR6的首端，LR6的尾端接LT8的首端，LT8的尾端接LT9的首端，LT9的尾端通过三相接触器KM4和KM6的第3组常闭触点接零点N，LR4的尾端和LR5的首端通过三相接触器KM2的第1组常开触点接LS6的首端与LS7的尾端，LS4的尾端和LS5的首端通过三相接触器KM2的第2组常开触点接LT6的首端与LT7的尾端，LT4的尾端和LT5的首端通过三相接触器KM2的第3组常开触点接LR6的首端与LR7的尾端，LR8的尾端与LR9的首端通过三相接触器KM5的第1组常开触点接零点N, LS8的尾端与LS9的首端通过三相接触器KM5的第2组常开触点接零点N, LT8的尾端与LT9的首端通过三相接触器KM5的第3组常开触点接零点N,LR8的首端接LS6的尾端，LS8的首端接LT6的尾端，旁路自动开关K1并联在LR1、LS1和LT1的首端与LR3、LS3和LT3的尾端之间，旁路自动开关K1与自动分离开关K2联动。

所述的电压参数、电流参数和机芯温度参数为三相绕组的输入电压UA、UB、UC，三相绕组的输出电压Ua、Ub、Uc, 电流参数为三相负载电流Ia、Ib、Ic，机芯温度参数为三铁心柱铁芯温度，热敏元件设在三铁心柱铁芯的间隙中。

在三相接触器KM4的第1组、第2组和第3组常闭触点与和三相接触器KM6的第1组、第2组和第3组常闭触点的连接点与零点N之间分别连接有电阻Ra、Rb、Rc。

所述的运行模式包括旁路运行模式、运行模式1、运行模式2和运行模式3；所述的旁路运行模式，即旁路自动开关K1闭合、自动分离开关K2打开、接触器KM1-KM6原始状态；接触器KM1-KM6原始状态即接触器KM1、KM3、KM4、KM6闭合，接触器KM2、KM5打开；所述的运行模式2，即当三相电压的每一相电压均在390-420V之间时，旁路自动开关K1打开、自动分离开关K2闭合、接触器KM1-KM6原始状态；所述的运行模式3，即当三相电压的其中一相电压＞420V时，旁路自动开关K1打开、自动分离开关K2闭合、接触器KM1、KM3、KM4、KM6打开，接触器KM2、KM5闭合；所述的运行模式1，即动态平衡能量系统优化装置在运行模式1或运行模式2下运行时，当三相电压的其中一相电压＜390V时、负载电流大于额定电流的1.2倍时或在模式转换时PLC接收到的接触器KM1-KM6动作信号异常时、机芯温度检测装置检测到机芯温度高于设定的120℃时，动态平衡能量系统优化装置自动切换到旁路运行模式的一种过渡模式。

PLC选用S7-200 6ES7216-2BD23-OXB8，PLC的N脚接电源零点N，接触器KM1-KM3的线圈分别连接在PLC的N点与1L的0.1脚、0.2脚和0.3脚之间，接触器KM4-KM6的线圈分别连接在PLC的N点与2L的0.4脚、0.5脚和0.6脚之间；接触器KM1-KM6的动作信号来自接触器KM1-KM6的与其主触点同步的辅助触点，KM1-KM6的辅助触点的一端分别连接在PLC的1M的0.1脚、0.2脚、0.3脚、0.4脚、0.5脚、0.6脚上，KM1-KM6的辅助触点的另一端连接在PLC的L+脚上，旁路自动开关K1和自动分离开关K2的辅助触点的一端分别连接在PLC的1M的1.1脚、1.2脚上，旁路自动开关K1和自动分离开关K2的辅助触点的另一端连接在PLC的L+脚上，机芯温度参数来自与热敏继电器RJ,热敏继电器的一端连接在PLC的2M的1.5脚上，热敏继电器的另一端连接在PLC的L+脚上，PLC的1M脚、2M脚和M脚短接，PLC的1L脚、2L脚、3L脚和L1脚短接。

上述只是本发明的一种实施例，如果增加负载后绕组的数量同时增加负载后中间抽头和接触器的数量，本发明可有更多的运行模式。

本发明具有平衡三相电压、电流，降低零线电流，节约电能的作用。 附图说明

图1是本发明的系统组成方块图；

图2是本发明的PLC程序运行图；

图3是本发明的绕组与开关和接触器的连接图；

图4本发明的接触器线圈、开关线圈及反馈触点与PLC接线点之间的对应关系图。

附图4中的K1、K2分别为自动旁路开关K1和自动分离开关K2的合闸线圈；K11、K21分别为自动旁路开关K1和自动分离开关K2的储能线圈；K12、K22分别为自动旁路开关K1和自动分离开关K2的分闸线圈。

具体实施方式

如图所示，动态平衡能量系统优化装置，由三铁心柱铁芯、绕在铁心柱上的三相绕组、PLC、电压检测装置、电流检测装置和机芯温度检测装置组成，三相绕组的输入端分别接电源的A相、B相、C相，三相绕组的每相绕组均由多个分绕组连接而成，多个分绕组分别缠绕在不同的铁心柱上，每相绕组均有多个中间抽头，其中离输入端最近的中间抽头为负载抽头，三相负载连接在负载抽头上，负载抽头之后的绕组与负载抽头之前的绕组之间设有自动分离开关K2，在负载抽头与三相绕组的输入端之间设有自动旁路开关K1，负载抽头之后的中间抽头和尾头通过不同接触器的不同触点与零点N连接，这样，在电压检测装置、电流检测装置和机芯温度检测装置将检测到的电压参数、电流参数经电量传感器传递给PLC后，经PLC计

算、分析后通过控制接触器的打开与闭合改变负载后分绕组的数量，通过绕组的电磁交换、反向叠加达到平衡三相电能的效果，机芯温度参数传递给PLC后，经PLC确认后进行模式转换。

三铁心柱铁芯的三个铁心柱分别为R、S、T，在三个铁心柱上分别缠绕有9组绕组，分别为LR1、LR2、LR3、LR4、LR5、LR6、LR7、LR8、LR9；LS1、LS2、LS3、LS4、LS5、LS6、LS7、LS8、LS9；LT1、LT2、LT3、LT4、LT5、LT6、LT7、LT8、LT9；LR1、LS1和LT1的首端分别接三相电源的A、B、C相，LR1的尾端接LS2的尾端，LS2的首端接LR3的首端，LS1的尾端接LT2的尾端，LT2的首端接LS3的首端，LT1的尾端接LR2的尾端，LR2的首端接LT3的首端，LR3、LS3和LT3的尾端分别接三相负载Za、Zb、Zc；自动分离开关K2连接在LR4、LS4和LT4的首端与LR3、LS3和LT3的尾端之间，LR4、LS4和LT4的尾端分别接LR5、LS5和LT5的首端，LR5的尾端通过三相接触器KM1和KM3的第1组常闭触点接LS7的首端，LS7的尾端接LS6的首端，LS6的尾端接LR8的首端，LR8的尾端接LR9的首端，LR9的尾端通过三相接触器KM4和KM6的第1组常闭触点接零点N，LS5的尾端通过三相接触器KM1和KM3的第2组常闭触点接LT7的首端，LT7的尾端接LT6的首端，LT6的尾端接LS8的首端，LS8的尾端接LS9的首端，LS9的尾端通过三相接触器KM4和KM6的第2组常闭触点接零点N，LT5的尾端通过三相接触器KM1和KM3的第3组常闭触点接LR7的首端，LR7的尾端接LR6的首端，LR6的尾端接LT8的首端，LT8的尾端接LT9的首端，LT9的尾端通过三相接触器KM4和KM6的第3组常闭触点接零点N，LR4的尾端和LR5的首端通过三相接触器KM2的第1组常开触点接LS6的首端与LS7的尾端，LS4的尾端和LS5的首端通过三相接触器KM2的第2组常开触点接LT6的首端与LT7的尾端，LT4的尾端和LT5的首端通过三相接触器KM2的第3组常开触点接LR6的首端与LR7的尾端，LR8的尾端与LR9的首端通过三相接触器KM5的第1组常开触点接零点N, LS8的尾端与LS9的首端通过三相接触器KM5的第2组常开触点接零点N, LT8的尾端与LT9的首端通过三相接触器KM5的第3组常开触点接零点N,LR8的首端接LS6的尾端，LS8的首端接LT6的尾端，

旁路自动开关K1并联在LR1、LS1和LT1的首端与LR3、LS3和LT3的尾端之间，旁路自动开关K1与自动分离开关K2联动。

所述的电压参数、电流参数和机芯温度参数为三相绕组的输入电压UA、UB、UC，三相绕组的输出电压Ua、Ub、Uc, 电流参数为三相负载电流Ia、Ib、Ic，机芯温度参数为三铁心柱铁芯温度，热敏元件设在三铁心柱铁芯的间隙中。

在三相接触器KM4的第1组、第2组和第3组常闭触点与和三相接触器KM6的第1组、第2组和第3组常闭触点的连接点与零点N之间分别连接有电阻Ra、Rb、Rc。

所述的运行模式包括旁路运行模式、运行模式1、运行模式2和运行模式3；所述的旁路运行模式，即旁路自动开关K1闭合、自动分离开关K2打开、接触器KM1-KM6原始状态；接触器KM1-KM6原始状态即接触器KM1、KM3、KM4、KM6闭合，接触器KM2、KM5打开；所述的运行模式2，即当三相电压的每一相电压均在390-420V之间时，旁路自动开关K1打开、自动分离开关K2闭合、接触器KM1-KM6原始状态；所述的运行模式3，即当三相电压的其中一相电压＞420V时，旁路自动开关K1打开、自动分离开关K2闭合、接触器KM1、KM3、KM4、KM6打开，接触器KM2、KM5闭合；所述的运行模式1，即动态平衡能量系统优化装置在运行模式1或运行模式2下运行时，当三相电压的其中一相电压＜390V时、负载电流大于额定电流的1.2倍时或在模式转换时PLC接收到的接触器KM1-KM6动作信号异常时、机芯温度检测装置检测到机芯温度高于设定的120℃时，动态平衡能量系统优化装置自动切换到旁路运行模式的一种过渡模式。

PLC选用S7-200 6ES7216-2BD23-OXB8，PLC的N脚接电源零点N，接触器KM1-KM3的线圈分别连接在PLC的N点与1L的0.1脚、0.2脚和0.3脚之间，接触器KM4-KM6的线圈分别连接在PLC的N点与2L的0.4脚、0.5脚和0.6脚之间；接触器KM1-KM6的动作信号来自接触器KM1-KM6的与其主触点同步的辅助触

点，KM1-KM6的辅助触点的一端分别连接在PLC的1M的0.1脚、0.2脚、0.3脚、0.4脚、0.5脚、0.6脚上，KM1-KM6的辅助触点的另一端连接在PLC的L+脚上，旁路自动开关K1和自动分离开关K2的辅助触点的一端分别连接在PLC的1M的1.1脚、1.2脚上，旁路自动开关K1和自动分离开关K2的辅助触点的另一端连接在PLC的L+脚上，机芯温度参数来自与热敏继电器RJ,热敏继电器的一端连接在PLC的2M的1.5脚上，热敏继电器的另一端连接在PLC的L+脚上，PLC的1M脚、2M脚和M脚短接，PLC的1L脚、2L脚、3L脚和L1脚短接。