CN1102254C - 一种综合提高用电质量的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种综合提高用电质量的方法及其装置，以具有产生容性电流、升压和整流功能的变换器、变频器、测控电路和受其控制的功能切换开关为主要部件。直接从市电中拉取能量获得稳定的直流电压，再变频向负载提供额定交流电压，以消除瞬间电压降的危害和稳定负载电压，在市电正常时，产生容性电流。木发明方法构思新颖，设计合理，无任何储能元件，集不间断电源的消除瞬间电压降危害、电磁调压器的稳压和交流电容器的无功功率补偿等三种功能为一体，具有功能多、成本低、易维护等优点。
Description
技术领域 本发明涉及用于电源或类似的电力系统的变换设备以及它们的控制或调节装置，尤其涉及一种综合提高用电质量的方法及其装置。
背景技术 目前常用不间断电源来消除市电瞬间电压降所造成的危害，用电磁稳压器来稳定电压，用交流电容器来提高功率因数。但是这些设备在运行时存在着下列问题：不间断电源的真正工作时间极短，绝大部分时间处于备用状态，且蓄电池价格高、寿命短，不适应大功率长时间调整电压的需要，而电磁稳压器响应时间太长，无法进行瞬间电压降时的调压，交流电容器的体积又太大。
发明内容 本发明的目的是克服现有技术的不足提出一种综合提高用电质量的方法。
本发明的又一目的是提出一种实现综合提高用电质量的方法的装置。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现。
这种综合提高用电质量的方法，以具有产生容性电流、升压和整流功能的变换器，变频器，测控电路和功能切换开关为主要部件，功能切换开关受控于实时在线检测市电电压的测控电路，其工作优先顺序为消除市电瞬间电压降的危害、交流稳压和无功功率补偿，在市电产生瞬间电压降以及市电低电压时，采用脉宽调制技术，自动控制变换器的电力电子开关器件使市电所剩电压直接加在电感线圈上，然后再突然减少电感中的电流，使电感两端产生电压，并使其与市电所剩的极低电压相加从市电中拉取能量给滤波电容器充电，在滤波电容器上获得稳定的直流电压，再通过变频器即逆变工作开关电路将该直流电变成与市电同相位的额定交流电压提供给负载，在市电电压较高时，负载上的交流电也来自变频器，而变频器所需直流电由市电按常规整流方式后获得，在市电正常时，负载所需的交流电经功能切换开关直接来自市电，而使该系统产生容性交流电流，进而提高馈电支路的功率因数。
这种综合提高用电质量的装置，包括变换器、双极单位开关和变频器，变换器输入端接市电，输出端通过双极单位开关与变频器相连接，其特征是设有一实时在线检测市电电压的测控电路以及受其控制的功能切换开关，负载通过功能切换开关分别与市电、变频器相连接。在市电产生瞬间电压降以及市电电压异常时，测控电路控制功率切换开关，使负载的交流电由变频器供给，而变频器的直流电源来自变换器，变换器根据市电剩余电压的高低和负载的大小，通过对电力电子器件导通宽度的调整，在电感和大电容的共同作用下，从市电仅有剩余电压的市电中拉取能量，获得稳定的直流电压，而不用任何储能元件，在市电正常时，测控电路控制功率切换开关，使负载的交流电直接来自市电，而变换器用来产生无功功率。
本发明装置可以采用模拟电路，也可以采用数字电路组成。
本发明方法构思新颖，设计合理。发明装置无任何储能元件，集不间断电源的消除瞬间电压降的危害、电磁调压器的稳压和交流电容器的无功功率补偿等三种功能为一体，具有功能多、体积小、成本低和易维护等优点。本发明可广泛应用于化钎、电子、钢铁、交通和造纸等要求连续生产的行业，尤其适用于现代调速系统、气体放电照明系统以及计算机过程控制等技术领域。
附图说明 本发明有以下附图：
图1是本发明方法的示意图；
图2是变换器1的组成简图；
图3是控制器4的组成方框图；
图4是变换器1的控制器4的实施电路图；
图5是变频器2的组成方框图；
图6是变频器2的实施例电路图；
图7是测控电路3的组成方框图；
图8是测控电路3的实施例电路图。
具体实施方式 下面结合实施例并对照附图对本发明的方法及其装置作出说明。
实施例装置包括变换器1、双极单位开关K1(HS260ZK)、变频器2，变换器1输入端接市电，输出端通过双极单位开关K1与变频器2相连接，设有一实时在线检测市电电压的测控电路3以及受其控制的功能切换开关K0(HS260ZK)，负载Z(1千瓦)通过功能切换开关K0分别与市电、变频器2相连接。在市电正常时，测控电路3检测到市电正常后，发出信号给功能切换开关K0，使其实现K0-1-K0-2和K0-1’-K0-2’之间接通，同时发出信号给双极单位开关K1使其处于断开位。给负载Z的交流电直接来自市电“～”，供电回路为：市电(～)-→K0-2-→K0-1-→Z-→K0-1’-→K0-2’-→市电(～)；同时测控电路3控制变换器1产生相位超前市电电压90度的容性电流，以提高馈电支路的功率因数。在市电电压异常时，测控电路3检测到市电电压异常如电压过高、过低或产生瞬间电压降，便发出控制信号给功率切换开关K0，使其K0-1-K0-3和K0-1’-K0-3’之间接通，同时发出信号给双极单位开关K1，使其处于接通位。给负载Z的交流电来自变频器2，供电回路为：市电(～)-→变换器1-→K1-0-→K1-1-→变频器(2)-→K0-3-→K0-1-→Z-→K0-1’-→K0-3’-→变频器2-→K1-1’-→K1-0’-→变换器1-→市电(～)。
在市电电压偏高时，变换器1与一般整流器相同。而在市电电压偏低时，接到测控电路3的信号后，控制器4给电力电子开关器件VT1-VT4(BSM50GB120DN2)输送脉宽调制信号，在二极管VD1-VD4的共同作用下，将A，B两点瞬间短路，从市电剩余的电压中拉取能量，在相邻的瞬间关断电力电子开关器件VT1-VT4，则使电感L(2毫亨)中的电流急剧变小，在其两端产生电势，该电势与市电剩余电压相加给大电容C(5000微法)充电，向变频器2提供平稳的直流电压。在市电电压正常时，如前所述，负载Z所需的交流电流来自市电，此时变换器1产生容性电流。
在市电电压偏低时，测控电路3控制单极双位开关K2(HEF4011)的K2-0-K2-1接通。给定直流电压401(200伏)与反馈电压Ed经电压调节器402(LM324)产生交流电流调节器给定电压的幅值，它与来自锁相器403(LM324)的正弦信号经过乘法器404(5G33)所产生的积，即是与市电同相位的交流电流给定，该交流电流给定与反馈交流电流Ia经电流调节器405(LM324)后得到所期望的交流信号的过程量，该过程量与市电电压经加法器406(LM324)相加后得到所期望的交流调制信号，该交流调制信号与三角波发生器412(LM324)产生的载波信号共同作用于调制器407(LM339)后变为相应宽度的0、1信号，最后经驱动器408(M57962L)变为对应的脉冲去控制电力电子开关器件VT1-VT4的通断。通过电感L和大电容C的共同作用，即使在市电电压只有20％额定值的极端条件下，也可有稳定的直流电压。
在产生无功功率时，测控电路3控制单极双位开关K2的K2-0-K2-2接通，无功补偿电流幅值给定409(6安)与移相器410(LM324)来的正弦信号经乘法器411(5G33)后得到相位超前市电电压90度的交流电流给定，该交流电流给定与反馈电流Ia经电流调节器405调节后得到所期望的交流给定的过程量，该过程量与市电电压经加法器406相加后得到所期望的交流调制信号，它与来自发生器412的三角波经调制器407调制和驱动器408增幅后控制电力电子开关器件的通断，在电感L和大电容C的共同作用下，从市电中吸取容性无功电流。
变频器2的组成与工作过程是：市电拉着同步信号发生器21(LM324)产生与市电同频率同相位的方波，正弦信号发生器22(LM324)将方波变为正弦波作为电压给定，送至交流差动放大器23(LM324)，参考变频器反馈电压后得到一准正弦波，调制器25(LM339)借助于来自三角波发生器24(LM339、TC4001)的三角波信号把该准正弦波变为相应的宽度的0、1信号，驱动器26(M57962L)再将其变为相应的脉冲去控制电力电子器件27(BSM50GB120DN2)的通断进行功率放大，变压器28的作用为直流隔离，并在滤波电容器的共同作用下将电力电子开关器件27输出的脉冲变为正弦波工频交流电提供给负载29(Z)(1千瓦)。
最后，对测控电路3作进一步的说明。
当市电产生瞬间电压降或电压低于设定值时，市电电压Ua经衰减器31衰减后，一路通过双极比较器32(LM339)送至低压鉴幅器33(LM339)的输入端，由于其值小于设定的基准电压，使低压鉴幅器33经输出器34(三极管2073、与非门4011和或门CC4078)输出高电平分别作用于：功能切换开关K0，使其实现K0-1-K0-3和K0-1’-K0-3’之间接通；双极单位开关K1，使其处于接通位；变换器1，参照市电电压瞬时值升压；以及变频器2，开始变频。
市电电压正常时，低压鉴幅器33经输出器34输出低电平分别作用于：功能切换开关K0，使其实现K0-1-K0-2和K0-1’-K0-2’之间接通；双极单位开关K1，使其处于断开位；变换器1，开始产生容性电流；以及变频器2，停止变频。
当市电电压Ua高于设定值时，经衰减器31衰减后，通过双极比较器32(LM339)送至高压鉴幅器36(LM339)的输入端，由于其值大于设定的基准电压，从而使高压鉴幅器35经输出器34输出高电平分别作用于：功能切换开关K0，使其实现K0-1-K0-3和K0-1’-K0-3’之间接通；双极单位开关K1，使其处于接通位；变换器1，开始一般整流；变频器2，开始变频。
实验例的装置容量为1千伏安。
Claims (2)
1.一种综合提高用电质量的方法，以具有产生容性电流、升压和整流功能的变换器，变频器，测控电路和功能切换开关为主要部件，功能切换开关受控于实时在线检测市电电压的测控电路，其工作优先顺序为消除市电瞬间电压降的危害、交流稳压和无功功率补偿，在市电产生瞬间电压降以及市电低电压时，采用脉宽调制技术，自动控制变换器的电力电子开关器件使市电所剩电压直接加在电感线圈上，然后再突然减少电感中的电流，使电感两端产生电压，并使其与市电所剩的极低电压相加从市电中拉取能量给滤波电容器充电，在滤波电容器上获得稳定的直流电压，再通过变频器即逆变工作开关电路将该直流电变成与市电同相位的额定交流电压提供给负载，在市电电压较高时，负载上的交流电也来自变频器，而变频器所需直流电由市电按常规整流方式后获得，在市电正常时，负载所需的交流电经功能切换开关直接来自市电，而使该系统产生容性交流电流。
2.一种综合提高用电质量的装置，包括变换器、双极单位开关、变频器、变换器输入端接至市电，输出端通过双极单位开关与变频器相连接，其特征是设有一定时在线检测市电电压的测控电路以及受其控制的功能切换开关，负载通过功能切换开关分别与市电、变频器相连接。
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