CN103296869B - 输出大电流的电源有源滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输出大电流的电源有源滤波器，包括电源，其特征是：还包括依次连接的无源输入滤波器、整流电路、逆变器和无源输出滤波器，所述无源输入滤波器和整流电路之间以及逆变器和无源输出滤波器之间分别连接有电流波形检测电路，电流波形检测电路与高速计算处理电路芯片连接。有益效果：通过PWM逆变器的选型及在结构上做相应调整，使功率元件的散热片与整体外壳的严密接触来保证整体散热，通过返回电路将多余的电能返回电网，经过高速计算处理电路芯片的检测对输入端做适当的输入前补偿，既减缓高速计算处理电路芯片进行实时补偿的工作量，又减少了热量释放。以满足有源滤波器最大电流输出15A和功率因数达到了90%的要求。

Description

输出大电流的电源有源滤波器

技术领域

本发明属于滤波装置，尤其涉及应用于非线性电子设备中，一种输出大电流的电源有源滤波器。

背景技术

非线性电子设备所产生的谐波分量通过电源网络干扰同一电源网络其它用电设备是普遍存在的现实，特别是各干扰源谐波分量发生谐振时将严重影响电源网络的品质。为消除这种有害干扰通常釆用大功率有源电力滤波器，用以滤除电源网络的谐波分量，同时予以无功补偿。但是，25HZ～10KHZ频率段的谐波很难滤除。如果能提高滤波器的功率因数，就能降低谐波对设备的干扰。因此，既能提高滤波器的功率因数，又要满足较小体积内实现滤除用电设备对线路本身的谐波干扰问题是目前研发15A滤波器的难点之一。在局部电源网络尚未设置大功率有源电力滤波器的情况下，其良好品质将难以得到维持。为此，尽量消除或降低非线性电子设备所产生的低频传导和高频辐射对局部电源网络的干扰显得非常重要。

申请人已有专利号200820074036.4公开了一种电源有源滤波器，由电压波形检测电路、内嵌软件的单片机为主的专用芯片构成的计算电路、补偿电路和内部整流电源所组成，其特征在于：电压波形检测电路输入端连接于局部电源网络，其输出端连接基频、谐波分解电路，所述分解电路其基频输出依次连接低次谐波滤除电路和高次谐波滤除电路，高次谐波滤除电路输出端连接用电设备，所述分解电路，其谐波输出连接于计算电路输入端，计算电路输出的补偿分量参数连接于补偿电路，所述补偿电路输出的补偿分量连接于电压波形检测电路输入端。上述技术改变了现有技术大功率补偿的电路结构较复杂、体积较大的技术问题，但是仅能满足输出较小电流（5A）的电源消除或降低非线性电子设备对局部电源网络干扰的问题。上述电流输出5A的有源滤波器在电流输出上的最大瓶颈在于功率元件（PWM逆变器）的散热问题和电感的磁饱和度问题而导致不能高负荷运行。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种输出大电流的电源有源滤波器，通过返回电路将多余的电能返回电网，经过高速计算模块的检测对输入端做适当的输入前补偿，既减缓高速计算芯片进行实时补偿的工作量，又减少了热量释放。以满足有源滤波器最大电流输出15A和功率因数达到了90%的要求。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种输出大电流的电源有源滤波器，包括电源，其特征是：还包括依次连接的无源输入滤波器、整流电路、逆变器和无源输出滤波器，所述无源输入滤波器和整流电路之间以及逆变器和无源输出滤波器之间分别连接有电流波形检测电路，所述电流波形检测电路与高速计算处理电路芯片连接；

所述电源的输入端连接无源输入滤波器；

所述无源输入滤波器通过电流波形检测电路对输入端的电流波形进行检测，再经过高速计算处理电路芯片检测输入波形，使逆变器输出端与输入波形一致，以达到最小化的能量储存，同时通过返回电路将多余的电能返回电网，经过高速计算模块的检测对输入端做适实输入前补偿；

经过输入端无源滤波器处理过的主回路电流通过整流电路变成直流信号，再通过逆变器变成交流信号；同时，经过逆变器输出的交流信号通过电流波形检测电路进行电流波形检测，并经过高速计算处理电路芯片进行处理修正后通过返回电路将多余的电能返回电网。

所述逆变器采用PWM逆变器。

所述逆变器与半导体制冷片连接，通过半导体制冷片对其进行制冷。

所述高速计算处理电路芯片采用响应时间为微妙级的计算处理电路芯片。

有益效果：解决了在产品要求的较小体积内实现滤除用电设备对线路本身的谐波干扰问题，在节省设备空间的基础上实现电网的洁净、安全。

通过PWM逆变器的选型及在结构上做相应调整，使功率元件的散热片与整体外壳的严密接触来保证整体散热，通过返回电路将多余的电能返回电网，经过高速计算处理电路芯片的检测对输入端做适当的输入前补偿，既减缓高速计算处理电路芯片进行实时补偿的工作量，又减少了热量释放。以满足有源滤波器最大电流输出15A和功率因数达到了90%的要求。

附图说明

图1是本发明的工作原理框图；

图2是有源滤波器在2000W混合负载下的温升曲线图。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：

实施例

详见附图1-2，本发明提供一种输出大电流的电源有源滤波器，包括电源，还包括依次连接的无源输入滤波器、整流电路、逆变器和无源输出滤波器，所述无源输入滤波器和整流电路之间以及逆变器和无源输出滤波器之间分别连接有电流波形检测电路，所述电流波形检测电路与高速计算处理电路芯片连接；所述电源的输入端连接无源输入滤波器；所述无源输入滤波器通过电流波形检测电路对输入端的电流波形进行检测，再经过高速计算处理电路芯片检测输入波形，使逆变器输出端与输入波形一致，以达到最小化的能量储存，同时通过返回电路将多余的电能返回电网，经过高速计算模块的检测对输入端做适实输入前补偿；经过输入端无源滤波器处理过的主回路电流通过整流电路变成直流信号，再通过逆变器变成交流信号；同时，经过逆变器输出的交流信号通过电流波形检测电路进行电流波形检测，并经过高速计算处理电路芯片进行处理修正后通过返回电路将多余的电能返回电网。

本发明的优选方案：逆变器采用PWM逆变器。所述逆变器与半导体制冷片连接，通过半导体制冷片对其进行制冷，保证整体散热。

本发明的优选方案：高速计算处理电路芯片采用响应时间为微妙级的计算处理电路芯片。如高速处理芯片ATLERA MAX CPLD。

以一种军工产品为例，产品根据GJB的要求均需要做电磁兼容试验。以往产品在进行CE101项目测试时，25HZ-10KHZ频率段的谐波很难滤除。通过改善功率因数，减少线路中总电流和供电系统中的电气元件的容量，不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。确保良好的功因数值，减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量。进行对功率因数的提升，采用补偿无功或减少无功损耗方法。如果能提高滤波器的功率因数，就能降低谐波对设备的干扰。研发过程中同时还要满足产品的体积较小，因此带来的器件发热问题，也是研制15A滤波器的难点之一。经过无数次的设计、测试、实验，我们研发的MAF5015A型有源滤波器功率因数达到了90%。试验证明，在某设备电源的输入端接入本型号滤波器，能将25HZ-10KHZ频率段的谐波滤除8-15db。从而满足GJB151A-97中对设备电磁兼容性的要求

本发明的滤波器基本不储能，只进行对输出端的细微补偿，通过高速计算处理电路芯片检测输入波形，使逆变器输出端与输入波形一致，以达到最小化的能量储存，从而减少能量在存储过程中的消耗，从而减少无功损耗。

本发明的滤波器通过高速计算处理电路芯片对输入端与输出端的双重精确补偿，亦起到了等同于无功补偿的作用，能显著提高功率因数。

本发明的滤波器采用半导体制冷等降温措施：通过半导体制冷片进行制冷工作，使逆变器为主的局部位置降温，半导体热端表面涂抹导热硅脂，加装散热片并导热至外壳，做整体散热处理。

本发明滤波器通过返回电路将多余的电能返回电网，经过高速计算处理电路芯片的检测对输入端做适当的输入前补偿，既减缓高速计算芯片进行实时补偿的工作量，又克服了一般滤波器将多余电能通过电阻进行释放，产生大量热量的问题。

高速计算处理电路芯片筛选记录表

工作原理

有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和大小都变化的谐波和无功进行补偿，可以弥补无源滤波器的缺点，获得比无源滤波器更好的补偿特性，是一种理想的补偿谐波装置。有源电力滤波器为了能及时产生补偿电流以抵消谐波源负载的谐波电流，要求其控制电路必须实时检测、计算补偿对象的谐波电流。完成这部分工作的主要是基于瞬时无功功率理论的各种检测计算电路。降低白噪音提高系统响应速度，延长设备使用寿命，提高系统功率因数，确保各类传感器的信号正确性。

高速计算处理电路芯片的响应时间为微妙级，通过高速计算处理电路芯片检测输入电流波形，并实时计算出对应的标准波形，根据标准波形依靠高速计算处理电路芯片控制PWM逆变器输出对现有波形进行实时补偿，使输出端的电流波形在带载的情况下仍输出为标准的正弦波。

新型滤波器基本不储能，只进行对输出端的细微补偿，通过高速计算芯片检测输入波形，使逆变器输出端与输入波形一致，以达到最小化的能量储存，从而减少能量在存储过程中的消耗，降低发热量。

技术指标

1、工作电压：220v±5%

2、中心频率：50HZ

3、功率因素：MAF5015A型λ≥0.9

4、最大输出电流：MAF5015A型为15A

5、转移频率：0.01HZ

6、外型尺寸：200*60*60（mm）

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种输出大电流的电源有源滤波器，包括电源，其特征是：还包括依次连接的无源输入滤波器、整流电路、逆变器和无源输出滤波器，所述无源输入滤波器和整流电路之间以及逆变器和无源输出滤波器之间分别连接有电流波形检测电路，所述电流波形检测电路与高速计算处理电路芯片连接；

所述电源的输入端连接无源输入滤波器；

所述无源输入滤波器通过电流波形检测电路对输入端的电流波形进行检测，再经过高速计算处理电路芯片检测输入波形，使逆变器输出端与输入波形一致，以达到最小化的能量储存，同时通过返回电路将多余的电能返回电网，经过高速计算模块的检测，对输入端做输入前补偿；

经过输入端无源滤波器处理过的主回路电流通过整流电路变成直流信号，再通过逆变器变成交流信号；同时，经过逆变器输出的交流信号通过电流波形检测电路进行电流波形检测，并经过高速计算处理电路芯片进行处理修正后通过返回电路将多余的电能返回电网 。

2.根据权利要求1所述的输出大电流的电源有源滤波器，其特征是：所述逆变器采用PWM逆变器。

3.根据权利要求1或2所述的输出大电流的电源有源滤波器，其特征是：所述逆变器与半导体制冷片连接，通过半导体制冷片对其进行制冷。

4.根据权利要求3所述的输出大电流的电源有源滤波器，其特征是：所述高速计算处理电路芯片采用响应时间为微秒级的计算处理电路芯片。