文档介绍：遥控电器零功耗待机技术设计说明书
(节能减排大赛科技竞赛国家一等奖)
设计者:游杰,段琪,蒋薇,宋涛,白坚实,徐兢浩,林轩池
指导教师:杨国田
(华北电力大学控制与计算机工程学院,北京市 102206)
作品内容简介
随着遥控家电电器的保有量剧增,电器待机能的浪费问题凸显出来,已为国际社会普遍关注。降低家用电器待机能耗,对于节能减排、节能家庭用电开支具有重要意义。作品通过分析家电待机功耗的来源,研究降低或消除待机功耗的途径,找到了解决待机功耗问题的方法。开机时,采用触发源触发电路,由交流电路为开启动作提供能量,不需内部直流源。待机时,利用信号补充交流关机电路,切断遥控板及主机的交流电连接,回归零功耗待机。
作品已设计出分离遥控开启功能的零功耗待机方案,并制作了无内置电源实物模型,能实现零功耗待机时遥控开启负载(交流开机),有功待机时正常直流开关机,以及遥控交流关机全过程,达到了预期的待机的零功耗。
关键词:零功耗待机功耗多级触发无内置
联系人:杨国田联系电话:********** E-mail: ******@ncedp.
1 研制背景及意义
能源是经济发展的血脉。进入21世纪,能源消耗比重的不断增大严重制约着全球经济的发展速度。而作为能源重要形式的电能,在全球各个领域均居首要地位,全球各国纷纷采取节电措施,最大限度的利用电能、节约电能。
我国是一个电力资源严重不足的国家。自2002年以来,国内供电形势一直比较紧张,电量缺口很大。进入2004年以后,电力供应形势更加严峻,出现了24省区拉闸限电的局面。仅2005年的前五个月,华东电网拉闸限电总量就超过56亿kWh,高峰电力缺口达到1800万千瓦,占最高需要量的20%。随着电力的普及,即便接近亚洲市场的平均电力使用水平,也都会使中国的电力市场不堪重负。
“待机能耗”是指具有待机功能的电器设备在不使用的时候,没有断开电源所发生的电能消耗。具有待机能耗的电器设备主要有空调、电脑与通讯系统(包括电脑主机、显示屏、电脑音响、打印机、扫描仪、充电器、路由器等)、家庭视频与音频系统(包括电视机、DVD、VCD、音响、功放、机顶盒、卫星接收器等)。为了避免频繁插拔电器插头的麻烦,或是为了保存对电器使用状态的设置,许多用户很****惯地采用不断开电源而仅用遥控器方便地闭合电器,使电器非使用期间长期处于待机状态。待机功能在为居民用户提供便利的同时,也造成了大量的能源浪费。
随着我国电器的使用量与日俱增,一直并不为人重视的电器待机耗能的浪费问题也日益突现出来。据中国节能产品认证中心调查发现,待机能耗已占民用电力消耗的3%-13%,家电待机能耗占家庭电力消耗的10%左右,各种家电产品的平均待机能耗为15-30瓦之间。北京市的调查结果指出,,如果算上企事业单位的待机能耗,数字则更为惊人。据上海电力公司近期组织的一项调查显示,该市空调、家庭视频与音频系统、电脑与通讯系统这三类主要家用电器的待机能耗总量约为7亿千瓦时,如果平均每发电1千瓦时,需要消耗468克原煤,那么将白白浪费30多万吨原煤。每年7亿千瓦时的待机能耗,直接造成消费者约3亿元电费支出的浪费。
“待机能耗”问题眼下已为国际社会普遍关注,降低家用电器待机能耗,不仅可为消费者节省用电开支,对缓解日趋紧张的能源压力也有积极作用。
2 设计思路
受声光控路灯的启发,我们提出了分离遥控开启与普通遥控功能的设想——设计简单的电路单独实现遥控开启的功能,通过触发源触发电路,继而由交流电电路为开启动作提供所需能量,不需内部提供直流源。
仅仅依靠外部的触发能量不足以驱动继电器执行动作,而内部又不提供直流电源,要实现“蚍蜉撼大树”的效果,必须对触发能量进行放大。我们想到了“滚雪球”,触发能量好比雪球开始滚动时原始的核心,通过不断累积外部的能量最终达到可以驱动继电器的程度。“滚雪球”的过程要利用外部能量,但在平时又要保持不消耗能量,经过查阅资料,我们决定用场效应管配合三极管的方案来实现。
对于触发电路,我们认为,如果要用外置电源来直接提供触发电压,就要求一定有长时间待机的某种电源了,与我们的设计理念相违背。出于这种分析,我们设计了一种外部提供小电压的设备来触发。在现有的无线传输能量的方式中光电池技术相对成熟,于是我们提出了光电池提供触发电压来提供这部分电能,再通过导通放大装置来启动电路的方案。
对于触发、关断的控制开关,我们曾经设想几个装置方案:继电器、IGBT还有双向可控硅等,通过调试我们发现IGBT不够稳定,对控制电路所需求的保护性太高。最终选择用继电器是因为我们多次调试之后发现了一种磁保持的继电器(冲击继电器),就是能在开、关互相独立的可以通过磁性装置保持状态的逻辑开关