CN209786798U - 一种低能耗节能型旁路无级调压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低能耗节能型旁路无级调压装置，其包括第一线路、第二线路、第三线路、第一继电器、第二继电器、补偿变压器及变换器模块，变换器模块包括电感、第一电容、第二电容、第一开关、第二开关、第四线路、第三开关、第四开关及四个调压单元，调压单元包括第五线路、第一电阻、第二电阻、二极管及第三电容。本实用新型不仅能根据当前电压情况利用变换器模块快速且无级地调节所需幅值的电压，其调压精度高且不会出现明显的滞后，使电压得以一直保持在标准的合格电压范围内，还能利用变换器模块输出容性波形，减少线路中的电流无功分量，提高供电系统的功率因数和装置实际出力，确保用电设备的运行安全性。

Description

一种低能耗节能型旁路无级调压装置

技术领域

本实用新型涉及调压装置领域，特别涉及一种低能耗节能型旁路无级调压装置。

背景技术

电压合格率是电压质量重要考核指标之一，也是最能直观体现用户电压质量指标，电压合格率对电力系统稳定及电力设备安全运行、工农业安全生产和人民生活用电都有直接影响。在我们国家经过改革开放发展的今天，经济飞速的腾飞，人民生活水平不断的提高，家用电器进入百姓生活，原来配电网络已经无法满足用电需求，加上受昼夜负荷、季节负荷变化，供电半径长，负荷分布不均等因素的影响，用电高峰与低谷时线路电压波动很大，用电高峰时变压器出力不足，电压过低会造成设备出力不足或工作不正常甚至损坏，用电低谷时电压过高又会影响用电设备的寿命。因此，提高电压合格率是供电部门是一个十分重要的任务，不仅影响供电公司的形象，同时也是一个民生问题，影响到百姓生活水平质量。

低压线路自动调压器是目前市场上一种专门为线路供电半径较长，线径细，线路电压损失大的台区而设计的低电压治理装置。其主要由补偿变压器、控制器、交流接触器等组成，当线路电压过低时，控制器控制交流接触器动作投切补偿变压器，对线路电压进行阶梯式补偿升压并不能实现升压后稳压。低压线路自动调压器有一定的解决低电压问题作用，但这种调压方式属于阶梯式的，即是输出电压受输入电压影响波动幅值比较大，稳压输出电压精度低，而且对于输入电压波动频繁的工况，装置调压速度会现滞后，无法满足现场。严重时会导致出现过压无法及时退档或者进入过压保护状态，大大影响调压器的调压效果。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低能耗节能型旁路无级调压装置，从而克服现有的低压线路自动调压器波动、大精度低且容易出现滞后的缺点。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种低能耗节能型旁路无级调压装置，其中，包括：第一线路，其前端与火线连接；第二线路，其前端与零线连接；第三线路，其后端与零线连接；第一继电器，其串接在火线上；第二继电器，其串接在所述第一线路的前端；补偿变压器，其一次线圈与所述第一继电器并联地连接在火线上；且该补偿变压器的二次线圈串接在所述第三线路的后端；以及变换器模块，其包括：电感，其一端与所述第一线路的后端连接，且该电感另一端与所述第三线路的前端连接；第一电容，其一端与所述第二线路的后端连接，且该第一电容的另一端与所述第三线路的前端连接；第二电容，其一端与所述第一线路的前部连接，且该第二电容的另一端与所述第二线路的前部连接；第一开关、第二开关，该第一开关和该第二开关依序串接在所述第一线路的中部；第四线路，其前端连接于所述第一线路上且位于所述第二开关的后面，且该第四线路的后端连接于所述二线路的后部；第三开关、第四开关，该第三开关和该第四开关依序串接在所述第四线路的中部；以及四个调压单元，第一个该调压单元与所述第一开关并联地连接在所述第一线路上，第二个该调压单元与所述第二开关并联地连接在所述第一线路上，第三个该调压单元与所述第三开关并联地连接在所述第四线路上，第四个该调压单元与所述第四开关并联地连接在所述第四线路上；每个该调压单元包括第五线路、第一电阻、第二电阻、二极管以及第三电容，所述二极管和所述第三电容依序串接在所述第五线路上，所述第一电阻和所述第二电阻与所述二极管并联地连接在所述第五线路上。

优选地，上述技术方案中，还包括一主控制器，该主控制器通过一电压检测装置来检测供电线路上的输入电压和输出电压，且该主控制器用于控制所述第一继电器、所述第二继电器、所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关的通断。

优选地，上述技术方案中，所述第一继电器为常闭继电器，所述第二继电器为常开继电器。

优选地，上述技术方案中，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关均为交流管开关。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型不仅能根据当前电压情况利用变换器模块快速且无级地调节所需幅值的电压，其调压精度高且不会出现明显的滞后，使电压得以一直保持在标准的合格电压范围内，还能利用变换器模块输出容性波形，减少线路中的电流无功分量，提高供电系统的功率因数和装置实际出力，确保用电设备的运行安全性。

附图说明

图1是根据本实用新型低能耗节能型旁路无级调压装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型低能耗节能型旁路无级调压装置的变换器模块的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-火线，2-零线，3-避雷器，4-断路器，5-电流互感器，6-第一线路，7-第二线路，8-第三线路，9-第一继电器，10-第二继电器，11-补偿变压器，12-变换器模块，13-电感，14-第一电容，15-第二电容，16-第一开关，17-第二开关，18-第四线路，19-第三开关，20-第四开关，21-调压单元，22-主控制器，23-第一电阻，24-第二电阻，25-二极管，26-第三电容，27-第五线路。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1至图2显示了根据本实用新型优选实施方式的一种低能耗节能型旁路无级调压装置的结构示意图，该低能耗节能型旁路无级调压装置包括第一线路6、第二线路7、第三线路8、第一继电器9、第二继电器10、补偿变压器11以及变换器模块12。参考图1，输电线路为常规的输电线路，在其火线1的输入端设置有一个起防雷保护作用的避雷器(FV)3，火线1和零线2的输入端在避雷器3的后面还设置有一个用于手动切断电源的断路器(QF)4，断路器4可以为塑料外壳式断路器。另外，火线1的输入端和输出端各设置有一个电流互感器(TA)5，以分别用于检测输入端和输出端的电流。

继续参考图1，第一线路6的前端与火线1连接，第二线路7的前端与零线2连接，第三线路8的后端与零线2连接，第三线路8与零线2的连接处位于第二线咱7与零线2的连接处的后面。第一继电器9串接在火线1上，第一继电器9位于第一线路6与火线1的连接处的后面。第二继电器10串接在第一线路6的前端。补偿变压器(TBa)11的一次线圈与第一继电器9并联地连接在火线1上，且补偿变压器11的二次线圈串接在第三线路8的后端。优选地，第一继电器9为常闭继电器，第二继电器10为常开继电器，从而在不需要调压时，火线上的电流直接从第一继电器9通过，第二继电器10使变压器模块12断开。变换器模块12包括电感13、第一电容14、第二电容15、第一开关16、第二开关17、第四线路18、第三开关19、第四开关20以及四个调压单元21。

继续参考图1和图2，电感(Lc)13的一端与第一线路6的后端连接，且电感13的另一端与第三线路8的前端连接；第一电容(C_A)14的一端与第二线路7的后端连接，且第一电容14的另一端与第三线路8的前端连接。第二电容(C)15的一端与第一线路6的前部连接，连接处位于第二继电器10的后面，且第二电容15的另一端与第二线路7的前部连接。第二电容15的作用是EMI滤波作用。

继续参考图1和图2，第一开关16和第二开关17依序前后串接在第一线路6的中部，第一开关16位于第二电容15与第一线路6的连接处的后面，第二开关17位于电感13的前面。第四线路18的前端连接于第一线路6上且位于第二开关17的后面，即第四线路18的前端位于第二开关17和电感13之间。第四线路18的后端连接于第二线路7的后部，即第四线路的后端位于第二电容15与第二线路7的连接处和第一电容14与第二线路7的的连接处之间。第三开关19和第四开关20依序前后串接在第四线路18的中部。优选地，第一开关16、第二开关17、第三开关19以及第四开关20均为交流开关管(PS)。

继续参考图1和图2，变压器模块12的四个调压单元21中，第一个调压单元21与第一开关16并联地连接在第一线路6上，第二个调压单元21与第二开关17并联地连接在第一线路6上，第三个调压单元21与第三开关19并联地连接在第四线路18上，第四个调压单元21与第四开关20并联地连接在第四线路18上，通过控制不同的开关的通断，便能调整电流从哪些调压单元21通过。

继续参考图1和图2，每个调压单元21包括第五线路27、第一电阻23、第二电阻24、二极管25以及第三电容26，第五线路27与对应的开关并联分布，二极管25和第三电容26依序串接在第五线路27上，第一电阻23和第二电阻24与二极管25并联地连接在第五线路27上。第一电阻23、第二电阻24、第三电容26组成RC吸收回路，保护可控硅不被浪涌电流或换向过电压击穿，二极管25，可以迅速地把尖峰脉冲引向电容，使电容吸收尖峰的效果提高。各个电阻可以使电容电压在管子导通时释放掉，为下次吸收能量做准备。开关打开瞬间电流是从二极管25里走的，不是从电阻里面走。

继续参考图1，本实用新型进一步地，还包括一主控制器22，主控制器22通过一电压检测装置来检测供电线路上的输入电压和输出电压，还可另外通过电流检测装置来检测供电线中上的输入电流和输出电流，以实现监控。且主控制器22用于控制第一继电器9、第二继电器10、第一开关16、第二开关17、第三开关19以及第四开关20的通断。主控制器22的型号TMS320F2812PGFACG-41APTSW

本实用新型的无级调压过程为：

通过检测线路输入电压Ui和输出电压Uo来判断需要是否进入调节电压工作模式，进入调压工作模式后，根据装置输出电压Uo反馈计算所需电压，快速驱动变换器模块12产生连续可调所需幅值电压Uo′加在补偿变压器11的二次回路，再由补偿变压器11能过电磁感电压ΔU叠加在主回路中，输出电压等于Uo＝Ui+ΔU(连续可调)；即能将电压升至国家标准合格电压范围内并且稳定所指定某一个值。

参考图2，变压器模块12为Buck型AC/AC交流变换器的电路结构，其中

第一开关(PS1)16、第二开关(PS2)17为一对交流开关管，第三开关(PS3)19和第四开关(PS4)20为另一对交流开关管，两对交流开关管互补开通，开通时间分别为DTS、(1-D)TS，其中D为占空比，TS为开关周期。占空比D为常数，根据ω＝2πf，ω为输入电压角频率，f为输入电压频率，可知,输出电压Uo是正弦变化，其相位和输入电压Uin一致，但幅值不大于输入电压的幅值Um。再根据输入电压Uin和电感13的电流iLc的极性不同，在一个输入电压周期内，存在四种不同阶段：Uin>0，iLc>0；Uin>0，iLc<0；Uin<0，iLc<0；Uin<0，iLc>0。

U_in＝U_msin_t

(1)当出现Uin>0，iLc>0时:

第二开关(PS2)17、第四开关(PS4)20保持恒通，第一开关(PS1)16、第三开关(PS3)19高频互补开通,该阶段电路有两种开关模态，当第一开关(PS1)16接通,第三开关(PS3)19断开,输入电压通过第一开关(PS1)16、电感(Lc)13给第一电容(Ca)14和负载供电；当第一开关(PS1)16断开、第三开关(PS3)19开通时，电感电流iLc经电感(Lc)13、第一电容(Ca)14和负载、第三开关(PS3)19的反向二极管续流，电感(Lc)13和第一电容(Ca)14共同向负载供电。

(2)Uin>0,iLc<0

第二开关(PS2)17、第四开关(PS4)20，第一开关(PS1)16、第三开关(PS3)19，该阶段电路有两种开关模态，当第一开关(PS1)16接通,第三开关(PS3)19时，输入电压通过第一开关(PS1)16的反向二极管、电感(Lc)13给第一电容(Ca)14和负载供电；当第一开关(PS1)16断开，第三开关(PS3)19开通时，电感电流iLc经电感(Lc)13、第三开关(PS3)19、第一电容(Ca)14和负载续流，电感(Lc)13和第一电容(Ca)14共同向负载供电。

(3)Uin<0,iLc<0

第一开关(PS1)16、第三开关(PS3)19恒通，第二开关(PS2)17、第四开关(PS4)20高频互补开通。该阶段电路有两种开关模态，当第二开关(PS2)17开通、第四开关(PS4)20关断时，输入电压通过第二开关(PS2)17、电感(Lc)13给第一电容(Ca)14和负载供电；当第二开关(PS2)17断开，第四开关(PS4)20开通时，电感电流iLc经电感(Lc)13、第四开关(PS4)20的反向二极管、第一电容(Ca)14和负载续流，电感(Lc)13和第一电容(Ca)14共同向负载供电。

(4)Uin<0,iLc>0

第一开关(PS1)16、第三开关(PS3)19恒通，第二开关(PS2)17、第四开关(PS4)20高频互补开通。该阶段电路有两种开关模态，当第二开关(PS2)17开通、第四开关(PS4)20关断时，输入电压通过第二开关(PS2)17的反向二极管、电感(Lc)13给第一电容(Ca)14和负载供电；当第二开关(PS2)17断开，第四开关(PS4)20开通时，电感电流iLc经电感(Lc)13、第一电容(Ca)14和负载、第四开关(PS4)20续流，电感(Lc)13和第一电容(Ca)14共同向负载供电。

根据在一个输入电压周期内，存在四种不同阶段：Uin>0,iLc>0；Uin>0,iLc<0；Uin<0,iLc<0；Uin<0,iLc>0。输出电压经反馈采样后，经过主控制器把其与基准输出电压信号进行比较，得到高频PWM控制信号，第二开关(PS2)17反相后得到控制信号SN2；输入电压经采样后，经过主控制器产生低频的输入电压极性信号，第一开关(PS1)16反相后得到信号SN1；第二开关(PS2)17、SN2分别与第一开关(PS1)16、SN1进行逻辑或调制，产生第一开关(PS1)16、第二开关(PS2)17、第三开关(PS3)19、第四开关(PS4)20的控制信号K1、K2、K3、K4，通过改变开关的开通时间来得输出电压Uo。

2)低能耗节能型旁路：当装置输入压处于国家标准合格范围内或者出现故障保护功能时，主控制器22判断并断开第二继电器10，此时第二继电器10不再需要电源维护进而实现低能耗节能型旁路。

3)提高功率因数：

低能耗节能型旁路无级调压装置利用变换器模块12中的电力电子可以根据线路运行情况输出容性波形，减少线路中的电流无功分量，提高供电系统的功率因数和装置实际出力，用电设备的运行安全性也将得到提高。

4)在线监测：

主控制器22能对整套设备的运行参数进行测量、统计，并通过GPRS与远程服务器系统的数据进行交互实现配变在线监测功能，主要包括：

①采集电压、电流，实现电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数的测量；

②变换器模块12日动作次数、总动作次数、并统计运行时间；

5)过载和短路保护：

低能耗节能旁路无级调压装置中装设断路器4，当过载或短路时，对应的断路器4分断以达到保护功能。当短时过载或短路发生在补偿变压器11时，主控制器22会根据设定的保护参数控制第二继电器10动作，将装置切换到旁路状态，保护设备的安全。

6)防雷保护：

配电箱中安装避雷器3有效防止雷击过电压和操作过电压引起的损坏。如果遇到过电压，避雷器3导通将涌流引入接地系统。

本实用新型的主控制器22采集到供电线路的输出电压(Uo)与输入电压(Ui)进行比较，不合格时，第一接触器9断开，第二继电器10断开，以接入变压器模块12进行调压，主控制器22驱动变换器模块12产生同相位所需幅值的连续电压加在补偿变压器11的二次回路，连续可调的电压(ΔU)经过补偿变压器11的电磁感应叠加到供电线路，即输出电压等于Uo＝Ui+ΔU；因为变换器模块12输出电压是连续自动调节的，所以经过补偿变压器12之后供电线路的输出电压是稳定的，即输出电压稳定在国家标准合格电压内某一值；当输入电压恢复到国家标准合格后，第二继电器10断开，第一继电器9接通，以使补偿变压器11和变换器模块12停止工作，无级调压装置进入低能耗节能型旁路。与传统线路调压器相比，低能耗节能型旁路无级调压装置解决了电压输出调节速度慢和输出电压波动大、旁路装置功耗大等问题，通过变换器模块12产生连续可调所需幅值的电压叠加在补偿变压器11的主回路，变换器模块12中的电力电子可以快速高频率工作，使得输出电压处于所设定国家合格电压中某一个值，不受输入电压波动影响。低能耗节能型旁路无级调压装置利用变换器模块12中的电力电子可以根据线路运行情况输出容性波形，减少线路中的电流无功分量，提高供电系统的功率因数和装置实际出力，用电设备的运行安全性也将得到提高。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (4)

1.一种低能耗节能型旁路无级调压装置，其特征在于，包括：

第一线路，其前端与火线连接；

第二线路，其前端与零线连接；

第三线路，其后端与零线连接；

第一继电器，其串接在火线上；

第二继电器，其串接在所述第一线路的前端；

补偿变压器，其一次线圈与所述第一继电器并联地连接在火线上；且该补偿变压器的二次线圈串接在所述第三线路的后端；以及

变换器模块，其包括：

电感，其一端与所述第一线路的后端连接，且该电感另一端与所述第三线路的前端连接；

第一电容，其一端与所述第二线路的后端连接，且该第一电容的另一端与所述第三线路的前端连接；

第二电容，其一端与所述第一线路的前部连接，且该第二电容的另一端与所述第二线路的前部连接；

第一开关、第二开关，该第一开关和该第二开关依序串接在所述第一线路的中部；

第四线路，其前端连接于所述第一线路上且位于所述第二开关的后面，且该第四线路的后端连接于所述二线路的后部；

第三开关、第四开关，该第三开关和该第四开关依序串接在所述第四线路的中部；以及

四个调压单元，第一个该调压单元与所述第一开关并联地连接在所述第一线路上，第二个该调压单元与所述第二开关并联地连接在所述第一线路上，第三个该调压单元与所述第三开关并联地连接在所述第四线路上，第四个该调压单元与所述第四开关并联地连接在所述第四线路上；每个该调压单元包括第五线路、第一电阻、第二电阻、二极管以及第三电容，所述二极管和所述第三电容依序串接在所述第五线路上，所述第一电阻和所述第二电阻与所述二极管并联地连接在所述第五线路上。

2.根据权利要求1所述的低能耗节能型旁路无级调压装置，其特征在于，还包括一主控制器，该主控制器通过一电压检测装置来检测供电线路上的输入电压和输出电压，且该主控制器用于控制所述第一继电器、所述第二继电器、所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关的通断。

3.根据权利要求1所述的低能耗节能型旁路无级调压装置，其特征在于，所述第一继电器为常闭继电器，所述第二继电器为常开继电器。

4.根据权利要求1所述的低能耗节能型旁路无级调压装置，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关均为交流管开关。