CN206712460U - 一种低谐波高功率因数的大电流供电回路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低谐波高功率因数的大电流供电回路，包括依次连接的供电变压器、功率因数校正PFC模块和DC/DC模块；其中，供电变压器用于对输入的交流电进行变压，获取第一电压的交流电并通过输出端输出到PFC模块；PFC模块用于将第一电压的交流电整流为第二电压的直流电并输送至DC/DC模块；DC/DC模块用于对输入的第二电压的直流电进行调压，获取第三电压的直流电并输送给用电设备。该大电流供电回路的功率因数高，能够有效降低交流输入侧谐波影响；其供电回路传输效率高，且电路结构设计简单，能够大幅降低器件及整体供电成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及大电流供电技术领域，尤其涉及一种低谐波高功率因数的大电流供电回路。
背景技术
在工业生产中，常需要大电流供电，如电解、电镀、氯碱化工、冶金等行业。这些行业的供电具有供电为直流、电压低电流大、功率大、供电可靠性要求高的特征。例如，在电解、化工等生产过程中，工艺技术要求稳定的直流电源，其电流特别大(一般几十千安至几百千安)，并且电解槽长度较长。
为提供生产中所需要的大电流，通常在车间外部设置整流所，用于将输入的交流电整流成可控的直流，该整流所输出的电流电压即为生产需要的直流电流电压。例如，现有的一种大电流供电回路如图1所示，在现有的供电回路中，高压整流调压机组安装在整流所1内，通过断路器(QF1、QF2、QFk)和隔离开关(QS1、QS2、QS3、QS4、QSm、QSn)与35KV的AC供电线路连接。整流调压机组包括整流供电变压器(T1、T2、Tk)和整流调压器2，多台整流调压机组并联后输出需要的大电流，再通过远距离大电流传输线3传送至生产车间4的用电设备5中。对于前述行业中用电设备所需要的直流大电流，现有的供电回路中，整流调压器主要有以下两种实施方式：
一、采用晶闸管整流技术：通过控制晶闸管的移相角α，调节输出电压，实现恒定输出电流。此方式中，由于整流装置输出电流是随移相角改变的非正弦波形电流，增加了电源的谐波，并降低电源的功率因数。为了提高功率因数，减小视在功率及谐波对电网质量的影响，通常在整流供电变压器上设置多个调压档位，根据生产工艺需要，调节调压开关以选择合适的电压档位，使得在输出电压一定时，移相角最小，以尽量提高电源的功率因数，减小谐波；
二、采用二极管加饱和电抗器稳流技术：采用二极管整流时，其调压过程由带有载调压开关的调压供电变压器与饱和电抗器一起完成。由于饱和电抗器的调节范围小，需要带有载调压开关的调压供电变压器完成交流电压的有级调节，在较小的范围内由饱和电抗器调节输出电压，以满足生产工艺对电流大小及稳定度的要求。
然而，上述方案存在如下问题：由于整流供电变压器均需要设置不同档位，且整流供电变压器均需按照用电设备所需的最高电压、最大电流来制造，导致整流供电变压器的设计制造复杂、体积庞大且价格昂贵；在运行过程中，需要调压开关不断调节供电变压器档位，以满足晶闸管稳流方式的功率因数要求或者二极管整流方式的调压要求，由于开关动作频繁，导致操作复杂、设备维修量大且使用寿命短；需要在整流所集中整流之后再将直流电传输至用电设备，其传输距离远、电流大，导致传输线路的损耗大，且所需要的铜、铝排截面大、重量重，导致成本高；并且，采用晶闸管整流方式，其功率因数低，会产生大量谐波，需要配置专用无功补偿装置，进一步导致设备结构复杂、成本升高。
实用新型内容
本实用新型的目的之一至少在于，针对上述现有技术存在的问题，提供一种低谐波高功率因数的大电流供电回路，其功率因数高，能够有效降低交流输入侧谐波影响；其供电回路传输效率高，且电路结构设计简单，能够大幅降低器件及整体供电成本。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案包括以下各方面。
一种低谐波高功率因数的大电流供电回路，其包括依次连接的供电变压器、功率因数校正PFC模块和DC/DC模块；
其中，供电变压器用于对输入的交流电进行变压，获取第一电压的交流电并通过输出端输出到PFC模块；PFC模块用于将第一电压的交流电整流为第二电压的直流电并输送至DC/DC模块；DC/DC模块用于对输入的第二电压的直流电进行调压，获取第三电压的直流电并输送给用电设备。
优选地，所述大电流供电回路包括多个并联的DC/DC模块，且均与同一个PFC模块连接。
优选地，所述大电流供电回路包括多个并联连接的PFC模块和多个DC/DC模块，每个PFC模块与一个或多个DC/DC模块连接。
优选地，所述供电变压器设置在高压电网侧，所述PFC模块和DC/DC模块均设置在用电设备侧。
优选地，所述供电变压器和PFC模块均设置在高压电网侧，所述DC/DC模块均设置在用电设备侧。
优选地，所述供电变压器为固定比例变压器，不设置调压档位和调压开关。
优选地，所述第二电压为第三电压的N倍，N为大于1的自然数。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型至少具有以下有益效果：
通过PFC模块提高供电设备的功率因数，有效降低交流输入侧谐波电流含量给电网带来的污染程度，减少对电网的冲击，同时为用电设备提供可靠的直流电源；通过DC/DC模块的调压作用，一方面，供电变压器不需要设置调压档位，也不需要设计调压开关，简化了供电变压器的设计和制造，降低了设备成本，另一方面，通过提高大电流供电回路中的传输电压，有效降低传输线路中的电能损失，能够进一步降低供电成本；而且，由于不需要设置专门的无功补偿单元，简化了电路设计，可以进一步降低器件成本。
附图说明
图1是现有技术中的一种供电回路结构示意图。
图2是根据本实用新型一实施例的多个低谐波高功率因数的大电流供电回路的应用结构示意图。
图3是根据本实用新型另一实施例的多个低谐波高功率因数的大电流供电回路的应用结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，以使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例一
图2示出了根据本实用新型一实施例的多个低谐波高功率因数的大电流供电回路100并联在35KV的高压电网与用电设备5之间的应用示意图。如图所示，每个设备100包括：依次连接的供电变压器(T1、T2、或Tk)、多个功率因数校正PFC模块7和多个DC/DC模块6(在其他实施例中，每个设备100也可以包括一个功率因数校正PFC模块7和多个DC/DC模块6)。
其中，供电变压器(T1、T2、或Tk)可以设置在位于高压电网侧的供电变压器室中，通过断路器(QF1、QF2、QFk)和隔离开关(QS1、QS2、QS3、QS4、QSm、QSn)与35KV的高压电网连接。通过对输入的35KV交流电进行变压，获取第一电压的交流电并通过输出端输出到PFC模块7。PFC模块7将第一电压的交流电整流为第二电压的直流电并输送至DC/DC模块6；DC/DC模块6对输入的第二电压的直流电进行调压，获取第三电压的直流电并输送给位于生产车间4中的用电设备5。
由于PFC模块7具有功率因数校正功能，能大大提高设备功率因数，能够有效降低交流输入侧谐波电流含量给电网带来的污染程度，减少对电网的冲击，同时为用电设备提供可靠的直流电源。
如图2和图3所示，在优选的实施例中，设备100可以包括多个并联的DC/DC模块6，均与同一个PFC模块7连接；或者，设备100可以包括多个并联连接的PFC模块7和多个DC/DC模块6，每个PFC模块7与一个或多个DC/DC模块6连接。
例如，在一个PFC模块7与N个DC/DC模块6并联连接的实施例中(N为大于1的自然数)，可以将PFC模块7输出的电压设置为用电设备5所需电压的N倍，则输入DC/DC模块6的电流为用电设备电流的1/N。由于输入DC/DC模块6前的电流减小，使得供电变压器到DC/DC模块6的电流传输线的截面积可以减小到现有技术方案的1/N以下。当需要传输同样大的功率时，可有效减小传输电流，因此能够减小传输线路中金属导体(例如，铜、铝)的使用量，达到减小传输线路电能损失和传输成本的目的。
进一步地，由于单台DC/DC模块6输出电流能力有限，多台DC/DC模块6并联输出即可满足用电设备要求的功率，因此不再需要设置专门的无功补偿单元，从而简化了电路设计，并减少了元器件成本。并且，由于DC/DC模块的调压作用，供电变压器不需要设置调压档位，也不需要设计调压开关，简化了供电变压器的设计和制造，节省了成本。
在图2所示的实施例中，PFC模块7和DC/DC模块均设置在用电设备5一侧，例如生产车间4中，供电变压器则设置在高压电网侧，例如供电变压器室8中。在图3所示的实施例中，DC/DC模块设置在用电设备5一侧，例如生产车间4中，供电变压器和PFC模块则设置在高压电网侧，例如供电变压器室8中。由于供电变压器到DC/DC模块6的电流传输线的截面积可以减小到现有技术方案的1/N以下，在相同的传输损耗下，本实用新型能够节约传输成本。
上述实施例中，通过PFC模块提高供电设备的功率因数，有效降低交流输入侧谐波电流含量给电网带来的污染程度，减少对电网的冲击，同时为用电设备提供可靠的直流电源；通过DC/DC模块的调压作用，一方面，供电变压器不需要设置调压档位，也不需要设计调压开关，简化了供电变压器的设计和制造，降低了设备成本，另一方面，通过提高大电流供电回路中的传输电压，有效降低传输线路中的电能损失，能够进一步降低供电成本；而且，由于不需要设置专门的无功补偿单元，简化了电路设计，可以进一步降低器件成本。因此，本实用新型的供电设备可以广泛应用于包括电解直流供电系统，以及其他诸如氯碱化工、电解冶炼铜、电镀等电化学和冶金工业中需要大功率直流电的系统中。
以上所述，仅为本实用新型具体实施方式的详细说明，而非对本实用新型的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低谐波高功率因数的大电流供电回路，其特征在于，所述大电流供电回路包括依次连接的供电变压器、功率因数校正PFC模块和DC/DC模块；
其中，供电变压器用于对输入的交流电进行变压，获取第一电压的交流电并通过输出端输出到PFC模块；PFC模块用于将第一电压的交流电整流为第二电压的直流电并输送至DC/DC模块；DC/DC模块用于对输入的第二电压的直流电进行调压，获取第三电压的直流电并输送给用电设备。
2.根据权利要求1所述的大电流供电回路，其特征在于，所述大电流供电回路包括多个并联的DC/DC模块，且均与同一个PFC模块连接。
3.根据权利要求1所述的大电流供电回路，其特征在于，所述大电流供电回路包括多个并联连接的PFC模块和多个DC/DC模块，每个PFC模块与一个或多个DC/DC模块连接。
4.根据权利要求1所述的大电流供电回路，其特征在于，所述供电变压器设置在高压电网侧，所述PFC模块和DC/DC模块均设置在用电设备侧。
5.根据权利要求1所述的大电流供电回路，其特征在于，所述供电变压器和PFC模块均设置在高压电网侧，所述DC/DC模块均设置在用电设备侧。
6.根据权利要求1所述的大电流供电回路，其特征在于，所述供电变压器为固定比例变压器，不设置调压档位和调压开关。
7.根据权利要求2或3所述的大电流供电回路，其特征在于，所述第二电压为第三电压的N倍，N为大于1的自然数。
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