專利名稱：一種可分相控制的無級無功補償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種可分相控制的無級無功補償裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種無功補償裝置，尤其涉及一種可分相控制的無級無功補償裝置。
背景技術(shù)：
[0002]傳統(tǒng)的無功補償裝置主要是通過機械開關(guān)或者電子開關(guān)分級投切電容器，為了避 免沖擊，在電容器前串聯(lián)有電抗器，為了分相補償，也有控制器可以根據(jù)線路狀況輸出分相 補償信號，但是投切都為有級投切。由于機械開關(guān)的開閉特性以及電容器不能承受頻繁的 沖擊，因此機械開關(guān)的響應(yīng)速度很慢，一般為數(shù)分鐘的響應(yīng)時間。為了快速響應(yīng)，目前市面 上也有采用電子開關(guān)(基本上為晶閘管)作為快速投切開關(guān)，采用過零投入，利用晶閘管的 電流過零自動切斷的特性完成無沖擊投切，但是由于晶閘管只能作為開關(guān)使用，因此也只 能有級投切電容器，由于晶閘管的關(guān)斷特性，因此晶閘管的最小投切時間不能小于一個周 期，也就是20ms，隨著用戶的需求的改變以及設(shè)備的要求，存在很多需要快速無級無功補償 的場所，目前為了達(dá)到無級補償?shù)哪康?，主要存在以下的技術(shù)手段:[0003](I) SVC:固定電容器，并聯(lián)等容電抗器，通過晶閘管連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流， 從而連續(xù)改變電抗值，兩者相加達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)無功的目的，但是SVC存在很多的弊病，如控 制復(fù)雜、保護(hù)困難、在調(diào)制率較大的情況下會產(chǎn)生很大的諧波，必須設(shè)置專門的諧波濾除電 路；成本過高，由于具有電抗器持續(xù)工作，因此能耗大。SVC —般用在大功率的高壓用電環(huán) 境中，如冶煉行業(yè)等用戶。[0004](2) SVG=SVG作為最新的電力電子的技術(shù)成果，通過逆變發(fā)出或吸收無功，具有良 好的動態(tài)響應(yīng)速度和非常良好的補償效果，能夠同時補償感性和容性無功，克服了常規(guī)補 償?shù)暮芏嗳秉c，比如不會與系統(tǒng)形成諧振、不會過載，在任何狀況下都能夠提供無功支撐， 但是也具有很多的目前暫時無法克服的缺點，如容量不能做的很大，價格昂貴，維護(hù)困難， 普通用戶無法進(jìn)行哪怕最簡單的維護(hù)等。[0005]因此在很多需要快速無級調(diào)節(jié)無功的場所用戶基于成本和維護(hù)性的考慮多數(shù)還 是采用分級電容器補償方式來補償無功。這樣就導(dǎo)致無功波動較大，補償效果較差，從而也 引起系統(tǒng)電壓的波動，影響精密設(shè)備的工作，由于補償效果不好，導(dǎo)致實際的功率因數(shù)低于 要求值，被加收額外的罰款。實用新型內(nèi)容[0006]本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種可分相控制的無級無功 補償裝置。[0007]本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的:[0008]本實用新型所述可分相控制的無級無功補償裝置包括三個呈星形連接的補償單 元，每一個所述補償單元分別與三相電源的相線對應(yīng)，所述補償單元包括功率因數(shù)控制器、 電壓互感器、電流互感器、兩個整形電路、DSP、CPLD、四個驅(qū)動芯片、四個晶體管、四個二極管、濾波電容、補償電容、電感和變壓器，所述功率因數(shù)控制器的模擬信號輸出端與所述DSP的信號輸入端連接，所述DSP的PWM信號輸出端與所述CPLD的PWM信號輸入端連接，所述電壓互感器的信號輸出端與一個所述整形電路串聯(lián)后與所述CPLD的電壓信號輸入端連接，所述電流互感器的信號輸出端與一個所述整形電路串聯(lián)后與所述CPLD的電流信號輸入端連接，所述CPLD的驅(qū)動反饋輸出端與所述DSP的驅(qū)動反饋輸入端連接，所述CPLD的四個控制輸出端分別與四個所述驅(qū)動芯片的輸入端連接，四個所述驅(qū)動芯片的故障信號輸出端分別與所述CPLD的四個故障信號輸入端連接；四個所述驅(qū)動芯片的輸出端分別與四個所述晶體管的基極連接，第一晶體管的集電極分別與相線和第一二極管的負(fù)極連接，所述第一晶體管的發(fā)射極分別與第二晶體管的集電極、所述第一二極管的正極和第二二極管的正極連接，所述第二晶體管的發(fā)射極分別所述第二二極管的負(fù)極、電感的第一端、第三二極管的負(fù)極和第三三極管的集電極連接，所述第三三極管的發(fā)射極分別與所述第三二極管的正極、第四二極管的正極和第四三極管的集電極連接，所述第四三極管的發(fā)射極分別與所述第四二極管的負(fù)極、所述濾波電容的第一端、所述變壓器的初級線圈的第一端和零線連接，所述電感的第二端分別與所述濾波電容的第二端和所述變壓器的初級線圈的第二端連接，所述變壓器的次級線圈的第一端與所述相線連接，所述變壓器的次級線圈的第二端串聯(lián)所述補償電容后與所述零線連接。上述無級補償裝置是利用了補償電容器發(fā)出的無功與端電壓的平方成正比的原理構(gòu)造而成，利用串聯(lián)可變磁通補償調(diào)壓技術(shù)，通過交流斬波方式連續(xù)調(diào)節(jié)與濾波電容器串聯(lián)的變壓器的二次側(cè)的磁通，從而連續(xù)調(diào)節(jié)變壓器的一次側(cè)電壓，也就連續(xù)調(diào)節(jié)補償電容器的端電壓，即可 連續(xù)改變補償電容器發(fā)出的無功。如果變壓器的可調(diào)范圍為259^100%。那么無功補償可調(diào)的范圍則為6.259^100%連續(xù)可調(diào)，這個精度足夠滿足絕大多數(shù)的負(fù)載無功的變動。整個裝置由三個相同的補償單元連接成星形，接入三相四線制系統(tǒng)中，能夠快速地獨立補償三相的不平衡無功，從而達(dá)到近似無級的調(diào)節(jié)無功的效果。具體地，所述三極管為絕緣柵雙極型晶體管。所述驅(qū)動芯片為ΕΧΒ840高速驅(qū)動芯片。本實用新型的有益效果在于:本實用新型所述補償裝置能夠取得非常良好的補償效果，在成本上遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的SVG與SVC，并且維護(hù)較為簡單，可以和傳統(tǒng)的補償柜構(gòu)成快速無級補償裝置，提高補償精度，獲得更好的補償效果，尤其適用于三相不平衡的無功快速變動的用電場所，如汽車制造廠、金屬加工廠、焊接車間等場所。
圖1是本實用新型所述可分相控制的無級無功補償裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明:如圖1所示，本實用新型所述可分相控制的無級無功補償裝置包括三個呈星形連接的補償單元，每一個補償單元分別與三相電源的相線對應(yīng)，補償單元包括功率因數(shù)控制器、電壓互感器、電流互感器、兩個整形電路、DSP、CPLD、四個ΕΧΒ840高速驅(qū)動芯片、四個絕緣柵雙極型晶體管(即第一晶體管V1、第二晶體管V2、第三晶體管V3和第四晶體管V4)、 四個二極管(即第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4)、濾波電容 Cl、補償電容C2、電感LI和變壓器TA，功率因數(shù)控制器的模擬信號輸出端與DSP的信號輸 入端連接，DSP的PWM信號輸出端與CPLD的P麗信號輸入端連接，電壓互感器的信號輸出 端與一個整形電路串聯(lián)后與CPLD的電壓信號輸入端連接，電流互感器的信號輸出端與一 個整形電路串聯(lián)后與CPLD的電流信號輸入端連接，CPLD的驅(qū)動反饋輸出端與DSP的驅(qū)動 反饋輸入端連接，CPLD的四個控制輸出端分別與四個EXB840高速驅(qū)動芯片的輸入端連接， 四個EXB840高速驅(qū)動芯片的故障信號輸出端分別與CPLD的四個故障信號輸入端連接；四 個EXB840高速驅(qū)動芯片的輸出端分別與四個晶體管的基極連接，第一晶體管Vl的集電極 分別與相線A和第一二極管Dl的負(fù)極連接,第一晶體管Vl的發(fā)射極分別與第二晶體管V2 的集電極、第一二極管Dl的正極和第二二極管D2的正極連接，第二晶體管V2的發(fā)射極分 別第二二極管D2的負(fù)極、電感LI的第一端、第三二極管D3的負(fù)極和第三三極管V3的集電 極連接，第三三極管V3的發(fā)射極分別與第三二極管D3的正極、第四二極管D4的正極和第 四三極管V4的集電極連接，第四三極管V4的發(fā)射極分別與第四二極管D4的負(fù)極、濾波電 容Cl的第一端、變壓器TA的初級線圈的第一端和零線N連接，電感LI的第二端分別與濾 波電容Cl的第二端和變壓器TA的初級線圈的第二端連接，變壓器TA的次級線圈的第一端 與相線A連接，變壓器TA的次級線圈的第二端串聯(lián)補償電容C2后與零線N連接。其中，電 壓互感器、電流互感器、兩個整形電路、DSP、CPLD和四個EXB840高速驅(qū)動芯片共同構(gòu)成控 制裝置。[0017]如圖1所示，本無功補償裝置的工作過程如下:[0018]DSP接收來自功率因數(shù)控制器的模擬信號，DSP先通過A/D電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號，再產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波形，送給CPLD，電壓互感器和電流互感器同時檢測電流和電 壓，并通過整形電路輸出電壓和電流的方波，送到CPLD，通過CPLD的運算，得出四路絕緣柵 雙極型晶體管的非互補驅(qū)動信號，DSP同時執(zhí)行軟啟動功能，降低絕緣柵雙極型晶體管的沖 擊。EXB840高速驅(qū)動芯片的故障信號送至CPLD，在故障的時候封鎖驅(qū)動信號，從而保護(hù)絕 緣柵雙極型晶體管。[0019]上述無級補償裝置是利用了補償電容器C2發(fā)出的無功與端電壓的平方成正比的 原理構(gòu)造而成，利用串聯(lián)可變磁通補償調(diào)壓技術(shù)，通過交流斬波方式連續(xù)調(diào)節(jié)與濾波電容 器Cl串聯(lián)的變壓器TA的次級線圈的磁通，從而連續(xù)調(diào)節(jié)變壓器TA的初級線圈的電壓，也 就連續(xù)調(diào)節(jié)補償電容器C2的端電壓，即可連續(xù)改變補償電容器C2發(fā)出的無功。如果變壓 器TA的可調(diào)范圍為25% 100%。那么無功補償可調(diào)的范圍則為6.25% 100%連續(xù)可調(diào)，這個 精度足夠滿足絕大多數(shù)的負(fù)載無功的變動。整個裝置由三個相同的補償單元連接成星形， 接入三相四線制系統(tǒng)中，能夠快速地獨立補償三相的不平衡無功，從而達(dá)到近似無級的調(diào) 節(jié)無功的效果。
權(quán)利要求1.一種可分相控制的無級無功補償裝置，其特征在于:包括三個呈星形連接的補償單元，每一個所述補償單元分別與三相電源的相線對應(yīng)，所述補償單元包括功率因數(shù)控制器、電壓互感器、電流互感器、兩個整形電路、DSP、CPLD、四個驅(qū)動芯片、四個晶體管、四個二極管、濾波電容、補償電容、電感和變壓器，所述功率因數(shù)控制器的模擬信號輸出端與所述DSP的信號輸入端連接，所述DSP的PWM信號輸出端與所述CPLD的PWM信號輸入端連接，所述電壓互感器的信號輸出端與一個所述整形電路串聯(lián)后與所述CPLD的電壓信號輸入端連接，所述電流互感器的信號輸出端與一個所述整形電路串聯(lián)后與所述CPLD的電流信號輸入端連接，所述CPLD的驅(qū)動反饋輸出端與所述DSP的驅(qū)動反饋輸入端連接，所述CPLD的四個控制輸出端分別與四個所述驅(qū)動芯片的輸入端連接，四個所述驅(qū)動芯片的故障信號輸出端分別與所述CPLD的四個故障信號輸入端連接；四個所述驅(qū)動芯片的輸出端分別與四個所述晶體管的基極連接，第一晶體管的集電極分別與相線和第一二極管的負(fù)極連接，所述第一晶體管的發(fā)射極分別與第二晶體管的集電極、所述第一二極管的正極和第二二極管的正極連接，所述第二晶體管的發(fā)射極分別所述第二二極管的負(fù)極、電感的第一端、第三二極管的負(fù)極和第三三極管的集電極連接，所述第三三極管的發(fā)射極分別與所述第三二極管的正極、第四二極管的正極和第四三極管的集電極連接，所述第四三極管的發(fā)射極分別與所述第四二極管的負(fù)極、所述濾波電容的第一端、所述變壓器的初級線圈的第一端和零線連接，所述電感的第二端分別與所述濾波電容的第二端和所述變壓器的初級線圈的第二端連接，所述變壓器的次級線圈的第一端與所述相線連接，所述變壓器的次級線圈的第二端串聯(lián)所述補償電容后與所述零線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可分相控制的無級無功補償裝置，其特征在于:所述三極管為絕緣柵雙極型晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可分相控制的無級無功補償裝置，其特征在于:所述驅(qū)動芯片為EXB 840高速驅(qū)動芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種可分相控制的無級無功補償裝置，包括三個呈星形連接的補償單元，每一個補償單元分別與三相電源的相線對應(yīng)，補償單元中，功率因數(shù)控制器的輸出端與DSP的輸入端連接，DSP的輸出端與CPLD的輸入端連接，電壓互感器和電流互感器的輸出信號經(jīng)整形電路整形后與CPLD的輸入端連接，CPLD的四個控制輸出端分別與四個驅(qū)動芯片串聯(lián)后分別與四個晶體管的基極連接，再通過四個晶體管、四個二極管、濾波電容、電感和變壓器共同實現(xiàn)對補償電容的控制。本實用新型所述補償裝置能夠取得非常良好的補償效果，在成本上遠(yuǎn)低于SVG與SVC，并且維護(hù)較為簡單，可以和傳統(tǒng)的補償柜構(gòu)成快速無級補償裝置，提高補償精度，獲得更好的補償效果。
文檔編號H02J3/18GK203166533SQ20132015547
公開日2013年8月28日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者羅文 , 趙章明, 吳永祥 申請人:四川華儀電器有限公司