[发明专利]时分节电供电法及其电路

说明书

本时分节电供电法及电路，属于电源技术中一种节电供电技术。

随着社会的发展，人类活动中对能源的依赖特别是对电能的需求越来越大。但地球资源是有限的，为了人类长期的可持续发展，节约能源就成了可持续发展的重要措施之一。节电是节能技术中的一种，目前的节电技术，是围绕着如何提高用电器的效率，减少不必要的运行浪费进行的，如功率因数补偿、变频调速运行等。至于能否也象余热利用一样，在电能利用中，对储能元件储存的电能也加以利用，则很少有人去探究。

本发明推出的这种“时分节电供电”方法及电路，就是利用储能元件对电能的暂时存储作用，使其再利用的一种办法，因储能元件基本不耗电，故可实现节电的目的。

本发明原理及简单证明如下：利用开关元件将交流电源或直流电源分开为两个半波，分时向两组负载电路网络供电，并利用电容电感的储能作用，存储部分电能以补给负载另半周的电能需要。即正半周由电源向负载提供电能，负半周由储能元件向负载提供电能。因此电源向负载提供的只是半周断续的电能。加上储能元件另半周的电能，实际负载上获得的仍是连续的电能。两组负载组合则能获得电源提供的连续电能。这就是本时分供电的原理。至于节电，则是利用储能元件的储能效应。因为负半周内电路不再向电源吸收电能，这时储能元件储存的电能就释放出来，并使负载作功，这实际就是储能的再利用，有点类似于余热利用，证明如下：已知电容电能为W_c＝1/2cu²，电感电能为WL＝1/2LI²。若Wc＝WL，则1/2cu²＝1/2LI²，整理后的u²/I²＝L/C，进而得。将式左边乘以I/I并运祘处理后得这就是电容电感与存储的电能的关系公式。又知L＝ZL/jω C＝1/jωZC，代入关系式中得。由于ZL及ZC都是矢量，根据矢量动算规则，并令ZCZL的模相等。得其中，已知ZLZC的夹角为180°。故＝-1，为了计算方便，本处取1只是将余弦变换了一下方向而已，结果是一至的。所以得。其中Z0＝|ZL|＝|ZC|。由此式可以看出，在半周期内，电路网络实际需吸收的电源电能为1.4倍的UI，而不是UI。但在全周内，因负半周不再吸收电源能量，故总能量仍为1.4倍的UI，而不是2倍的UI。因此在一个周期内电路平均可节电为(2-1.4)/2＝0.3，即30％的电能。或者为1-1.4/2＝0.3。若是两组电路网络，其平均节电量仍是30％。根据前面证明，一组网络正半周需吸收1.4倍的UI，两组网络则需吸收1.4×2＝2.8倍的UI。负半周两组网络均不再吸收电能。在常规供电时，两组网络全周内却要吸收4倍的UI。故1-2.8/4＝0.3，即节约30％的电能。若有几组网络，则平均节电率为1-1.4n/2n＝0.3，仍为30％的电能。可见，用此方法供电时可实现总的平均节电率达到30％的目标。若电路中含有阻性负载，见附图2，因阻性负载消耗的电能也是一个矢量。与C及L储存的电能矢量也应满足矢量运算规则。设电路吸收的总能量为，是电路中储存的电能，P1＝RI²是阻性负载消耗的电能。代入电能和式中，则。令Z0＝R，则前式变为。所以P0＝1.73Z0I²，可见此电路半周内吸收的总电能为负载实际消耗的电能的1.73倍。也因负半周不吸收电能，故全周内总电耗仍为1.73倍的UI，而不是2倍的UI。所以节电为2-1.73＝0.27，即节电27％。在前面证明中，若变压器次级接有负载，则初级电感因反射阻抗的作用要发生变化。因此就达不到30％的节电率，但保持20％以上的节电率是不成问题的。因此，本发明是一种高效的节电供电方法。

本发明可以应用于几乎所有用电的地方，也几乎所有的用电器都可使用。此电路还有多种形式的变化，交直流电源都可使用。因电路网络简单，自身功耗微乎其微。若所有用电器全部用此方法及电路供电，则可期望实现总节电30％的可能。至少在20％以上。