CN202353225U - 自关断器件功率因数补偿控制电路 - Google Patents

Abstract

自关断器件功率因数补偿控制电路，主要包括开关电路、逻辑驱动电路、脉宽调制电路、零点检测电路、功率因数检测电路、滤波电路和电容器。利用自关断器件控制关断的特性，采用两只并联有二极管的自关断器件组成开关电路，控制开关电路对电容器进行充放电电压控制，进而实现对功率因数补偿的控制。用本实用新型制成的功率因数补偿控制装置，由一组电容器替代现有的多组组合电容器，减少了控制电路数量，零点软开关控制充放电，损耗小，不但可实现自动控制，还具有结构简单、成本低、使用和维修方便等优点，尤其适合几千瓦到几十千瓦广大用电用户。

Description

自关断器件功率因数补偿控制电路

技术领域

本实用新型属于电力工程技术领域，用电设备功率因数补偿控制。 

背景技术

利用电容器进行功率因数补偿是目前普及和公认的节电方法，现有的补偿电路大都由计算机对多组电力电容器进行组合控制，实现功率因数的定量补偿。电力电容器在投切时一般采用限流电阻或电感来限制瞬间电流过大，存在体积大，损耗和成本高等缺点。新型的可控硅控制零点投切虽可克服上述不足，但由于可控硅器件固有的非自关断特性，只能解决投切的限流问题，而无法适应动态控制补偿电流随负载变化的要求，不可避免造成欠补偿和过补偿；另一方面，多组电容器组合致使补偿设备结构复杂，成本高，使用和维修困难，且该补偿设备只适用于大功率用户，而不适用于用电占大多数的千瓦到几十千瓦的用户，从而严重地制约补偿设备的推广及应用。 

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型要解决的技术问题是，提供一种功率因数补偿控制电路。该控制电路采用反向并联连接有二极管的两只自关断器件组成的开关电路，由逻辑驱动电路、脉宽调制电路、零点检测电路和功率因数检测电路控制开关电路内的自关断器件的通断，以控制电容器充放电电压的高低，调节电容器补偿电流的大小，实现对电容器功率因数补偿的控制。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，一种自关断器件功率因数补偿控制电路由开关电路、逻辑驱动电路、脉宽调制电路、零点检测电路、功率因数检测电路、滤波电路、电容器和交流电输入端H、输出端M及公共地端N组成。 

所述的开关电路是由两只自关断器件T1、T2和两只二极管D1、D2组成，自关断器件T1、T2的阴阳极分别与二极管D1、D2的阴阳极反向并联连接，两只自关断器件T1和T2的阴极相连接为开关电路的公共端，T1和T2的控制极为开关电路的两个控制端q 和r，T1和T2的阳极分别为开关电路开关的两个端点。在交流电的正半周期内，T1对电容器进行电压可调式充电控制，T2对电容器进行放电控制；在交流电的负半周期内，T2对电容器进行电压可调式充电控制，T1对电容器进行放电控制；从而在交流电周期性工作中实现了电容器充电电压可调，进而调整了电容器对电源的功率因数补偿的电流。所述的自关断器件T1和T2包括门极辅助关断晶闸管、场效应晶体管、普通晶体三极管、绝缘栅双极晶体管和具有自关断特性的电子器件。 

所述的逻辑驱动电路由两只二输入端或门电路M1和M2组成，或门电路M1的b端与或门电路M2的d端相连接为充电控制端，或门电路M1的a端为交流电的负半周的放电控制端，或门电路M2的c端为交流电的正半周的放电控制端；根据选择的自关断器件驱动功率的需要可分别在自关断器件T1的控制端q与或门电路M1的输出端和自关断器件T2的控制端r与或门电路M2的输出端之间增加驱动级(已有技术)。 

所述的功率因数检测电路由变压器B、电流互感器DL、相位比较器yx组成；所述的滤波电路由电感L，电容器C1和C2组成，用于电流滤波；交流电由输入端H输入，经所述的功率因数检测电路内的电流互感器DL由端M输出，与公共地端N构成供负载使用的电源；所述的功率因数检测电路内的变压器B的次级线圈检测到的电压波形与所述的功率因数检测电路内电流互感器DL检测到的电流波形经所述的功率因数检测电路内的相位比较器yx进行相位比较后，根据负载的功率因数值向所述的脉宽调制电路发出相应值的调制电压。 

所述的脉宽调制电路依据调制电压值和所述的零点检测电路发出的同步控制脉冲，向控制逻辑驱动电路内的或门电路M1的b端和或门电路M2的d端提供一定宽度的脉冲，在交流电0-π正半周期内，驱动所述的开关电路内的自关断器件T1的控制端q控制自关断器件T1导通，经二极管D2对电容器进行充电控制，充电时间以0点为起始点在0-π/2周范围内可调；在交流电π-2π负半周期内，驱动所述的开关电路内的自关断器件T2的控制端r控制自关断器件T2导通，经二极管D1对电容器进行充电控制，充电时间以π点为起始点在π-3π/2范围内可调。 

所述的零点检测电路依据功率因数检测电路内的变压器B的次级线圈检测到的正负半周交流电压波形，向所述的脉宽调制电路提供交流电压零点同步脉冲；同时在交流正电半周期内，向所述逻辑驱动电路内或门电路M2的c端提供与正半周交流电压同步的方波， 经所述的开关电路内的自关断器件T2的控制端r控制自关断器件T2导通，当电源电压低于电容器两端电压时，经所述的开关电路内的二极管D1将存储在电容器内的电荷释放回电源；在交流电负半周期内，向所述逻辑驱动电路内的或门电路M1的a端提供与负半周交流电压同步的方波，经所述的开关电路内的自关断器件T1的控制端q控制自关断器件T1导通，当电源电压低于电容器两端电压时，经所述的开关电路内的二极管D2将存储在电容器内的电荷释放回电源。 

该电路在交流电的周期工作中控制电容器的充放电电压，调节了补偿电流的大小，实现了电容器对功率因数补偿的控制。本实用新型由于采用共阴极方式只用一个用直流稳压电源供电。GND为开关电路、逻辑驱动电路、脉宽调制电路、零点检测电路和功率因数检测电路的公共端。如将所述的自关断器件功率因数补偿控制电路作为1个单元，用3个单元进行组合，可对三相交流电用电负载进行功率因数补偿控制。 

本实用新型的有益效果在于，由于采用脉宽调制控制自关断器件的导通时间，对补偿电容器的充放电电压进行控制，控制了补偿电流大小，进而实现了对功率因数补偿的自动控制。充电时采用零点电压导通自关断器件，减小了开通损耗，放电时利用电源电压低于电容器端电压自然放电即零电压导通和零电流关断，进一步降低关断损耗，极大地提高了效率。用本实用新型制成的自关断器件功率因数补偿设备，用一组电容器替代多组组合电容器，减少了控制电路数量，且结构简单、体积小、成本低、使用维修方便，尤其适合用电千瓦到几十千瓦的广大用户。 

附图说明

图1自关断器件功率因数补偿控制电路实施的实例电路原理图。 

图中标号： 

1、开关电路 

2、逻辑驱动电路 

3、脉宽调制电路 

4、零点检测电路 

5、功率因数检测电路 

6、滤波电路 

7、电容器 

图2工作时各点波形图。 

(1)、电容器充放电电压波形 

(2)、q点驱动波形 

(3)、r点驱动波形 

(4)、b、d点充电控制波形 

(5)、c点放电控制波形 

(6)、a点放电控制波形 

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本实用新型做进一步详细说明。 

本实用新型是一种自关断器件功率因数补偿控制电路。图1是利用该电路实施的一种自关断器件电容器功率因数补偿控制装置的电路原理图。该电路由开关电路1、逻辑驱动电路2、脉宽调制电路3、零点检测电路4、功率因数检测电路5、滤波电路6、电容器7和交流电输入端H、输出端M及公共端地N组成。当输入端H与公共地端N接入交流电，输出端M和公共地端N接上负载，电流经滤波电路6内的电容器C1，电感L，电容器C2滤波后，由电容器7经开关电路1构成回路。工作时功率因数检测电路5内的电流互感器DL将检测出的电流波形传给相位比较器yx与功率因数检测电路5内的变压器B的次级线圈的检测到的电压波形进行相位比较后，以电压形式传给脉宽调制电路3，同时零点检测电路4依据功率因数检测电路5内的变压器B的次级线圈检测到的电压波形向脉宽调制电路3发出零点同步脉冲电压，脉宽调制电路3再根据接收到的零点同步脉冲电压和调制电压高低输出相应脉宽电压波形，如图2(4)所示，输出脉宽宽度在交流电正负半周分别以零点和π点为起点在0-π/2和π-3π/2内周期性变化。交流电压周期性脉冲串，用以控制逻辑驱动电路2内的或门电路M1的b端和或门电路M2的d端，在交流电的正半周由开关电路1内的自关断器件T1的控制端q控制T1导通，经开关电路1内的二极管D2对电容器7进行充电控制；在交流电的负半周由开关电路1内的自关断器件T2的控制端r端控制T2导通，经开关电路1内的二极管D1对电容器7进行充电控制，电容器充电波形如图2(1)所示，图中黑色面积为电容器7充电放电波形。零点检测电路4 将功率因数检测电路5内的变压器B次级线圈感生的交流电压的正负半周分为正半周方波和负半周方波，正半周方波输出至或门电路M2的c端，由开关电路1内的自关断器件T2的控制端r控制T2导通，经开关电路1内的二极管D1对电容器7进行放电控制，如图2(5)所示；负半周期方波输出至或门电路M1的a端，由开关电路1内的自关断器件T1的控制端q控制T1导通，经开关电路1内的二极管D2对电容器7进行放电控制，如图2(6)所示。图2(1)的黑色部分为控制后的电容器7两端的电压波形，该电路在交流电周期性的工作中实现了在自关断器件以端电压零点开始对电容器充电，零点电压对电容器放电的低功耗开关控制。由于本实用新型控制电路采用共阴极方式为公共端GND，开关电路、逻辑驱动电路、脉宽调制电路、零点检测电路和功率因数检测电路只用单一电源供电，使电路得以简化。 

利用本实用新型自关断器件功率因数补偿控制电路制成的自关断器件电容器功率因数补偿控制装置，补偿因数可动态自动控制，自关断器件软开关工作，具有损耗小、效率高、体积小、结构简单、成本低、使用和维修方便等优点。 

Claims (6)

1.一种自关断器件功率因数补偿控制电路，其特征是：该电路包括开关电路(1)、逻辑驱动电路(2)、脉宽调制电路(3)、零点检测电路(4)、功率因数检测电路(5)、滤波电路(6)和电容器(7)。

2.根据权利要求1所述的一种自关断器件功率因数补偿控制电路，其特征是：所述的开关电路(1)由两只自关断器件T1、T2和两只二极管D1、D2组成，自关断器件T1的阴阳极与二极管D1的阴阳极反向并联连接，自关断器件T2的阴阳极与二极管D2的阴阳极反向并联连接，两只自关断器件T1和T2的阴极相连，作为开关电路(1)的公共端，T1和T2的控制极为开关电路(1)的两个控制端q和r，T1和T2的阳极分别为开关电路(1)开关的两个端点。

3.根据权利要求1所述的一种自关断器件功率因数补偿控制电路，其特征是：所述的逻辑驱动电路(2)由两只二输入端或门电路M1和M2组成，或门电路M1的b端与或门电路M2的d端相连接，为充电控制端，或门电路M1的a端为交流电的负半周的放电控制端，或门电路M2的c端为交流电的正半周的放电控制端。

4.根据权利要求1所述的一种自关断器件功率因数补偿控制电路，其特征是：所述的功率因数检测电路(5)内的变压器B的次级线圈检测到的电压波形与所述的功率因数检测电路(5)内的互感器DL检测到的电流波形，经所述的功率因数检测电路(5)内的相位比较器yx进行相位比较后，根据负载的功率因数值向所述的脉宽调制电路(3)发出相应的调制电压值。

5.根据权利要求1所述的一种自关断器件功率因数补偿控制电路，其特征是：所述的脉宽调制电路(3)依据调制电压值和所述的零点检测电路(4)发出的同步控制脉冲，向控制逻辑驱动电路(2)内的或门电路M1的b端和或门电路M2的d端提供一定宽度的脉冲，在交流电0-π正半周期内，驱动所述的开关电路(1)内的自关断器件T1的控制端q控制自关断器件T1导通，经二极管D2对电容器进行充电控制，充电时间以0点为起始点在0-π/2周范围内可调；在交流电π-2π负半周期内，驱动所述的开关电路(1)内的自关断器件T2的控制端r控制自关断器件T2导通，经二极管D1对电容器进行充电控制，充电时间以π点为起始点在π-3π/2范围内可调。

6.根据权利要求1所述的一种自关断器件功率因数补偿控制电路，其特征是：所述的零点检测电路(4)依据功率因数检测电路(5)内的变压器B的次级线圈得到正负半周交流电压波形，向所述的脉宽调制电路(3)提供交流电压零点同步脉冲；同时在交流正电半周期内，向所述逻辑驱动电路(2)内或门电路M2的c端提供与正半周交流电压同步的方波，经所述的开关电路(1)内的自关断器件T2的控制端r控制自关断器件T2导通，当电源电压低于电容器两端电压时，经所述的开关电路(1)内的二极管D1将存储在电容器内的电荷释放回电源；在交流电负半周期内，向所述逻辑驱动电路(2)内的或门电路M1的a端提供与负半周交流电压同步的方波，经所述的开关电路(1)内的自关断器件T1的控制端q控制自关断器件T1导通，当电源电压低于电容器两端电压时，经所述的开关电路(1)内的二极管D2将存储在电容器内的电荷释放回电源。

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