[发明专利]节能电力控制装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及节能电控制器。具体来讲，本发明涉及降低电感-损耗型(inductive-dissipative)负荷及电感-电阻型(inductive-resistive)负荷的电能损耗的节能电能控制装置和方法。

背景技术

在当今社会，保护和合理使用能源是极其重要的。具体来讲，对于电力而言，需求在持续增加，并且在许多地区资源已变得紧张。因此，近几年来已经开发了许多装置来减少用电负荷的电力消耗。

当使用诸如镇流式(ballasted)气体放电灯或者电动机之类的电感损耗型负荷的时候，去除交流基波功率的每一半周期中的一部分会在功率系数方面引起显著下降。功率系数是有效功率与表观功率的比值，其可以表示为：

其中

V_n＝谐波n的电压，

I_n＝谐波n的电流，

θ_n＝谐波n中的电压和电流之间的相角，

n＝谐波次数。

在纯电阻性的负荷中，电压和电流始终同相，因此功率系数不是问题。然而，在电感损耗型负荷和电感电阻型负荷(包括具有电感负荷性质的电路，诸如镇流荧光灯及其他气体放电灯系统)中，线路电压和负荷电流在一定程度上几乎始终异相，因此即使是在供给电源不中断的情况下功率系数也通常小于1。随着功率系数减少，电感损耗型和电感电阻型负荷的效率也随之减少。这一点对于商业和工业用电用户尤其重要，因为除不良功率系数对于功率消耗的消极影响以外，许多电力公司在功率系数低于规定级别的时候按更高费率来收费。

例如1995年10月3日授予Hajagos等人的第5455491号美国专利描述了一种供镇流荧光灯使用的节能控制电路，该专利通过引用并入此处，以供参考。该电路包括可连接到替代电路电源的电力电路，以及控制电路，其包括用于对电力电路中的双向开关的操作进行定时的装置，从而在电源的每一半周期期间，该开关向负荷提供预定时间的电力，并且在每一半周期期间内将供给负荷的电力切断一次。这种电路减少了功率消耗，因为在每一半周期的切断电力的间隔期间，负荷不消耗来自电源的功率。然而，在Haiagos等人的方案中，所述开关电路在电源频率的每一半周期期间仅仅中断电源一次。尽管该切换电路对于定时有相当大的余地并且是很基本的，但该控制电路系统的有效性受到限制。

在1982年9月21日授予Spira等人的第4350935号美国专利也描述了一种供放电灯使用的节能控制电路，该专利通过引用并入此处，以供参考。Spira等人的发明按与Hajagos等人发明非常类似的方式来工作，但是Spira等人在电源的每一半周期期间多次中断电源。这是一利比Hajagos等人描述的电路更加有效的控制电路，然而其引起了切换问题。一般来讲，很重要的是要确保在对负荷供电的时候，用于在中断间隔期间将电流循环回到该负荷的开关的不相配元件不导通足够长的时间，这是因为冲击电流将破坏电路元件。因此，必须在不仅考虑电源和中断间隔的持续时间、而且还考虑开关装置的延迟时间(latency)的情况下，对切换进行非常仔细地定时。这是使得Spira等人的控制电路难以如所述的那样实现的一个实际问题。

因此，有益的是提供一种用于电感损耗型负荷或者电感电阻型负荷的控制电路，其可以在电源的每一半周期期间多次中断电源，而不会产生在由于定时重叠或开关延迟时间特性引起切换时破坏电路元件的风险。

发明内容

本发明提供了一种用电负荷控制器，其降低电感损耗型负荷或者电感电阻型负荷的电能损耗，而不在功率系数方面产生任何大幅度减少，所述负荷例如包括荧光灯，并且包括已经与电感器耦合的纯电阻负荷。本发明的方法和装置在交流主电源频率的每一半周期之内的多个间隔期间中断对于该负荷的交流电源供应。在电感损耗型负荷或者电感电阻型负荷的情况中，交流电源的每一次中断都会使负荷产生瞬时电压浪涌，除非为该电流建立一条路径，在中断间隔期间，由此将电流循环到该负荷。

如在现有技术中那样，本发明通过提供用于控制到负荷的电压的双向电力开关以及双向电流循环开关来实现这一目的，该双向电流循环开关选择性地导通电流循环开关的相配元件，在电压中断间隔期间使电流经过该负荷循环。提供控制模块，该控制模块包括按照等于交流主电源频率的选定倍数的频率工作的振荡器，具有用于去活(deactivate)电力开关的工作周期控制电路以及附加电路，该附加电路用于大致在负荷的电压和电流两者具有相同极性的期间确定和激活(active)所述电流循环开关的相配元件。