CN1127195C - 跟踪式电力有源滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跟踪式电力有源滤波器。将一种由前置电压放大单元和功率级电压跟随器构成的滤波单元串接于经简单无源滤波后的开关变流器与负载之间，使负载上波形完全跟踪参考信号，对阻性、感性、容性、可控硅及其组合负载和不同大小负载的输出波形具有不变性，实现优波供电；且构成滤波单元的压控对管上降落的纹波电压置于饱和压降量级，是高效滤波单元；将该滤波单元串于带简单滤波的变流装置与电网之间也可实现优波馈电。

Description

跟踪式电力有源滤波器

本发明涉及一种电力滤波技术，特别是一种电力有源滤波器。

由可关断电力电子器件以脉宽调制机理构成的功率变流器向负载供电或向电网馈电的过程中，往往需要按照负载或电网的绿色化程度需求进行滤波，常用无源、有源或混合式滤波技术达到目的。现有的滤波方式使变流器抵御负载扰动、适应各类负载(阻性、容性、感性、可控硅或其组合)的能力和保持波形不变性的能力十分有限。

本发明的目的就是要克服现有技术中存在的问题，提供一种跟踪式电力有源滤波器，用于在保持同等滤波效果的前提下，提高功率变流装置的带负载能力和负载适应性。

本发明跟踪式电力有源滤波器，其特点是：它包括产生信号的信号源1，将信号源1发出的信号进行电压放大的电压放大单元2，将电压放大单元2放大后的信号进行跟随输出的功率对管跟随器3，从电压放大单元2进行取样的取样单元4，将取样信号进行开关变流产生开关电压波形的开关变流器5，将开关变流器的输出波形进行小参数无源滤波的无源滤波器6，无源滤波器6输出的带的纹波的与信号源相同波形的信号作为功率对管跟随器3的工作电源。

由于本发明是利用功率对管跟随器的电压跟随作用和高输入阻抗特性，故本装置在带阻性、感性、容性、可控硅等及其组合负载时具有波形不变性，在带重载到轻载时具有波形不变性，可实现高效的功率级的任意波形交换。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的结构方框图。

图2是本发明的功率对管跟随器的一种组合电路。

图3是本发明的功率对管跟随器的另一种组合电路。

跟踪式有源滤波器由电压放大单元2，功率对管跟随器3和取样单元4组成，与信号源1，开关变流器5，无源滤波器6共同组成以跟踪式电力有源滤波技术为特征的开关---线性复合功率变流器向负载7供电。

图1中，信号源1发出的信号经电压放大单元2放大后，作为功率对管跟随器3的电压激励；另一方面由电压放大单元2经取样单元4得到的信号控制开关变流器(例如PWM变流器)5，产生开关电压波形(列如脉宽调制)的输出波形，经较小参数的无源滤波器6大致滤波后，还含有迭加在与信号源相同波形上的纹波。该纹波在经过功率对管跟随器3时，全部谐波电压降在对管上，可控制在管子的饱和压降量级。其中一管流过正半周电流，另一管流过负半周电流。由于功率对管跟随器3的电压跟随作用和高输入阻抗特性，使负载7上得到完全与电压放大单元2输出的大电压信号同频率、同相位、同形状的功率级电压；且使该复合变流装置在带阻性、感性、容性、可控硅等及其组合负载时具有波形不变性，在带重载到轻载时具有波形不变性，因此可以实现高效的功率级的任意波形变换。

显然，取样单元4可以省去，由信号源1直接控制开关变流器5，但此举的可靠性不及设置取样单元4的情况。

当附图1中的功率对管跟随器3的输出端不接负载而是接电网，信号源1的信号不由本机产生，而是由电网电压取样时，本发明装置的功能将是向电网回馈优波的工频电能。

在用跟踪式电力有源滤波技术实现上述供馈电功能过程中，由电压放大单元2、功率对管跟随器3组成的本发明核心部件效率可达98％，它与关键部件信号源1、无源滤波器6、负载7的多种组合形式可由图2和图3加以说明。

在附图2中，功率对管跟随器3由同型压控器件T1、T2串联组成，无源滤波器6输出带纹波的整周期功率级电压Vab，电压放大单元2提供与无源滤波器6的输出Vab同步、同频、同相位的大电压Vgg′，幅值略低于Vab的纹波电压；在负载7两端得到幅值略低于电压放大单元2产生的信号的平滑电压。在带纹波的正半周电压作用时，电流由a端流经压控器件T1、负载7、二极管D2回到b端；在带纹波的负半周电压作用时，电流由b端流经压控器件T2、负载7、二极管D1回a端。

在附图3中，功率对管跟随器3由异型压控器件T1、T2串联组成(N、P沟道配对管)，电压放大单元2输出电压Vg对压控器件T1、T2的公共门极施控。其它功能与附图2相同。

串联结构意味着即使对管损坏，只相当于少了一级有源滤波，性能降低而已，不构成对整机的威胁。

实施例1：附图2方式曾用于提高市电的供电质量。某装置需要正弦失真度小于2％的电源供电，而市电电网失真度指标不稳定，直接影响装置变换负载时的测试结果。在市电和所用装置之间加入附图2中的信号源1、电压放大单元2、功率对管跟随器3组合单元，使信号源1与电网信号同步，即插入了本发明的跟踪式有源滤波器，其中本机信号源1本身的正弦失真度设定小于0.5％，即可满足要求。

实施例2：改造PWM-VVVF变频调速系统的性能指标。变频调速器在开关频率小于20KHZ范围起动和运行的音频噪音刺耳，在开关频率高于20KHZ超音频范围起劲、运行，虽使刺耳噪音消失，但开关过程、脉冲电流上升、下降沿的射频含量增加，同样有害于人体健康；软开关和电磁兼容性措施还不能满足上容量等级的要求；另外PWM方式VVVF变频器克服低速转矩脉动和过零径向振颤也是一个技术难点问题，从控制上解决较复杂。发明人将附图3中的电压放大单元2、功率对管跟随器3、取样单元4、无源滤波器6单元构成的跟踪式混合滤波器串接入VVVF变频器的电压输出端和电机绕组(相当于图中的负载7)之间，而用VVVF变频器本机中信号源作为图3中的信号源1，结果使绕组得到纯正弦波电压电流供电；且不需要设定超音频的开关频率，在几KHZ开关频率就可使音频、射频噪音消失，低速转矩脉动得到最大限度的抑制，在开环条件下就几乎可与直接转矩控制的闭环系统相比。

Claims (3)

1、一种跟踪式电力有源滤波器，其特征在于：它包括产生信号的信号源(1)，将信号源(1)发出的信号进行电压放大的电压放大单元(2)，将电压放大单元(2)放大后的信号进行跟随输出的功率对管跟随器(3)，从电压放大单元(2)进行取样的取样单元(4)，将取样信号进行开关变流产生开关电压波形的开关变流器(5)，将开关变流器的输出波形进行小参数无源滤波的无源滤波器(6)，无源滤波器(6)输出的带有纹波的与信号源相同波形的信号作为功率对管跟随器(3)的工作电源。

2、根据权利要求1所述的一种跟踪式电力有源滤波器，其特征在于：所述的功率对管跟随器(3)由同型压控器件串联组成。

3、根据权利要求1所述的一种跟踪式电力有源滤波器，其特征在于：所述的功率对管跟随器(3)由异型压控器件串联组成。

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