专利名称：家庭节电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及家庭节电器领域，具体为一种家庭节电器。
背景技术：
当前市场上销售的家庭节电器，基本上都是将一定容量的补偿电容并联在线路上，而不判断线路上是否需要补偿，补偿多少。家庭使用的感性负载，如家用空调、冰箱、洗衣机、抽油烟机、电磁炉等都是断续使用的，如果在线路不需要补偿时而进行过补偿，就会使负载变成容性负载，同样也会消耗无用功。

实用新型内容本实用新型目的是提供一种家庭节电器，以解决现有技术家庭节电器无法判断线路是否需要补偿的问题。为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为家庭节电器，所述家庭节电器包括有控制单元、交流电流信号采集单元、电压信号采集单元、电容补偿单元，控制单元包括型号为AT89C4051的单片机，所述单片机的VPP引脚通过电阻接地，VCC引脚接外部+5V电源，且VPP引脚与VCC引脚之间接有电容，单片机的XTALl引脚与XTAL2引脚之间接有晶振电路，单片机的GND引脚接地，Pl. 0引脚通过二极管接地，Pl. 0引脚还通过电阻接外部电源，所述交流电流信号采集单元的输出接入单片机的Pl. 1引脚，电压信号采集单元的输出接单片机的Pl. 2引脚，单片机的Pl. 6引脚、Pl. 7 引脚分别接有电容补偿单元；所述交流电流信号采集单元包括型号为AH3144E的单极霍尔元件，所述单极霍尔元件通过检测“C”型磁环中是否感应到交流线路中电流的磁场变化，将单片机的Pl. 1脚信号从高电位下拉为低电平，促使单片机内部比较器输出端P3. 6发生反转；所述电压信号采集单元包括型号为PC817的光耦合器，所述光耦合器两输入端分别通过二极管接入家庭用电线路中，且光耦合器两输入端的二极管方向相反，光耦合器两输入端之间还接有另一稳压二极管，所述光耦合器一个输出端接地，另一个输出端与单片机的Pl. 2引脚连接，且光耦合器与单片机Pl. 2引脚连接的输出端还通过上拉电阻接外部 +5V电源；所述电容补偿单元包括两个三极管，两个三极管的发射极分别接地，其中第一个三极管集电极与第二个三极管基极连接，第一个三极管的基极、集电极分别各自通过电阻接外部电源，第二个三极管的集电极接有继电器，所述继电器的输出上连接有补偿电容，所述补偿电容接入家庭用电线路中，所述单片机的Pl. 6引脚、Pl. 7引脚分别与各自接入的电容补偿单元中第一个三极管的基极通过电阻连接。本实用新型能够有效提高家庭用电的功率因数，并实时智能化检测无功功率，实现自动补偿，进而提高家用空调、冰箱、洗衣机、抽油烟机、电磁炉等感性负载的功率因数， 以达到节约用电的目的。

图1为本实用新型节电器控制单元一电路原理图。图2为本实用新型交流电流信号采集单元电路原理图。图3为本实用新型交流电压信号采集单元电路原理图。图4为本实用新型单片机Pl. 6引脚上的电容补偿执行单元电路原理图。图5为本实用新型单片机Pl. 7引脚上的电容补偿执行单元电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，家庭节电器包括有控制单元、交流电流信号采集单元、电压信号采集单元、电容补偿执行单元，控制单元包括型号为AT89C4051的单片机UOl，单片机UOl的VPP 引脚通过电阻ROl接地，VCC引脚接外部+5V电源，且VPP引脚与VCC引脚之间接有电容 CE01，单片机UOl的XTALl引脚与XTAL2引脚之间接有晶振电路，单片机UOl的GND引脚接地，Pl. 0引脚通过二极管DOl接地，Pl. 0引脚还通过电阻R02接外部电源，交流电流信号采集单元的输出接入单片机UOl的Pl. 1引脚，电压信号采集单元的输出接单片机UOl的Pl. 2 引脚，单片机UOl的Pl. 6引脚、Pl. 7引脚分别接有电容补偿单元。如图2所示，交流电流信号采集单元包括型号为AH3144E的单极霍尔元件U04，单极霍尔元件U04通过检测“C”型磁环中是否感应到交流线路中电流的磁场变化，将单片机的Pl. 1脚信号从高电位下拉为低电平，促使单片机内部比较器输出端P3. 6发生反转。如图3所示，电压信号采集单元包括型号为PC817的光耦合器U02，光耦合器U02 两输入端分别通过二极管D02、D03接入家庭用电线路中，且光耦合器U02两输入端的二极管D02、D03方向相反，光耦合器U02两输入端之间还接有另一稳压二极管D04，光耦合器 U02—个输出端接地，另一个输出端与单片机UOl的Pl. 2引脚连接，且光耦合器U02与单片机UOl的Pl. 2引脚连接的输出端还通过上拉电阻R04接外部+5V电源。如图4所示，接入单片机UOl的Pl. 6引脚的电容补偿执行单元包括两个三极管 Q01、Q02，两个三极管Q01、Q02的发射极分别接地，其中第一个三极管QOl集电极与第二个三极管Q02基极连接，第一个三极管QOl的基极、集电极分别各自通过电阻R06、R07接外部电源，第二个三极管Q02的集电极接有继电器K01，继电器KOl的输出上连接有补偿电容 C03，补偿电容C03接入家庭用电线路中，单片机UOl的Pl. 6引脚与第一个三极管QOl的基极通过电阻R08连接。如图5所示。接入单片机UOl的Pl. 7引脚的电容补偿执行单元包括两个三极管 Q03、Q004，两个三极管Q03、Q004的发射极分别接地，其中第一个三极管Q03集电极与第二个三极管Q004基极连接，第一个三极管Q03的基极、集电极分别各自通过电阻R09、RlO接外部电源，第二个三极管Q004的集电极接有继电器K02，继电器K02的输出上连接有补偿电容C04，补偿电容C04接入家庭用电线路中，单片机UOl的Pl. 7引脚与第一个三极管Q03 的基极通过电阻Rll连接。本实用新型中，首先要测量家庭用电线路中电压、电流之间的相位差Φ，因为家庭用电中，一般只有两种一种为纯电阻型负载，如电饭锅、电热水器、电热毯等；另一种为感性负载，如家用空调、冰箱、洗衣机、抽油烟机、电磁炉等。众所周知电阻型负载功率因数为1. 0，而电感型负载，功率因数一般都低，只有0. 8左右，这时就需要检测出电流滞后于电压相位差的多少，来进行电容的补偿。交流电有正负半周，当电压在正半周过零点时，通过高低压光电隔离，使单片机Pl. 2脚采集到电压信号后，单片机内部TO计时器开始计时，一直等到单片机内部比较器输出端P3. 6由高电平变为低电平时，停止计时，此计时时间的大小与相位差成正比。当计数为零时，即表示负载为纯电阻型，不需要进行电容补偿；当计数值越大，补偿电容投入越多。交流电流的检测没有采用体积庞大的电流互感器，因为此节电器仅需要采集正半周电流过零点时的信号，所以选用体积小的单极霍尔开关采集电流相位传感器，当“C”状的磁环中有交流电流产生的变化磁场时，单片机的Pl. 1脚将采集到单极霍尔开关输出变化信号，促使单片机内部比较器输出端P3. 6发生反转，基于此计时时间的多少，单片机进行逻辑判断，是否进行电容补偿，补偿量多少，先补偿的先切除，后补偿的延时切除。
权利要求1.家庭节电器，所述家庭节电器包括有控制单元、交流电流信号采集单元、电压信号采集单元、电容补偿单元，控制单元包括型号为AT89C4051的单片机，所述单片机的VPP引脚通过电阻接地，VCC引脚接外部+5V电源，且VPP引脚与VCC引脚之间接有电容，单片机的 XTALl引脚与XTAL2引脚之间接有晶振电路，单片机的GND引脚接地，Pl. 0引脚通过二极管接地，Pl. 0引脚还通过电阻接外部电源，所述交流电流信号采集单元的输出接入单片机的 Pl. 1引脚，电压信号采集单元的输出接单片机的Pl. 2引脚，单片机的Pl. 6引脚、Pl. 7引脚分别接有电容补偿单元；所述交流电流信号采集单元包括型号为AH3144E的单极霍尔元件，所述单极霍尔元件通过检测“C”型磁环中是否感应到交流线路中电流的磁场变化，将单片机的Pl. 1脚信号从高电位下拉为低电平，促使单片机内部比较器输出端P3. 6发生反转；所述电压信号采集单元包括型号为PC817的光耦合器，所述光耦合器两输入端分别通过二极管接入家庭用电线路中，且光耦合器两输入端的二极管方向相反，光耦合器两输入端之间还接有另一稳压二极管，所述光耦合器一个输出端接地，另一个输出端与单片机的 Pl. 2引脚连接，且光耦合器与单片机Pl. 2引脚连接的输出端还通过上拉电阻接外部+5V电源；所述电容补偿单元包括两个三极管，两个三极管的发射极分别接地，其中第一个三极管集电极与第二个三极管基极连接，第一个三极管的基极、集电极分别各自通过电阻接外部电源，第二个三极管的集电极接有继电器，所述继电器的输出上连接有补偿电容，所述补偿电容接入家庭用电线路中，所述单片机的Pl. 6引脚、Pl. 7引脚分别与各自接入的电容补偿单元中第一个三极管的基极通过电阻连接。
专利摘要本实用新型公开了一种家庭节电器，包括有控制单元，以及接入控制单元的交流电流信号采集单元、交流电压信号采集单元、电容补偿控制单元，控制单元由单片机构成，交流电流信号采集单元由单极霍尔开关构成，电压信号采集单元由光耦合器构成，电容补偿执行单元由三极管和继电器构成。本实用新型能够有效提高家庭用电的功率因数，并实时智能化检测无功功率，实现自动补偿，进而提高家用空调、冰箱、洗衣机、抽油烟机、电磁炉等感性负载的功率因数，以达到节约用电的目的。
文档编号G01R15/22GK202142863SQ20112022301
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者李祖军, 梁秀沧, 罗来伟 申请人:六安天时节能科技服务有限公司