CN214380651U - 一种功率因数校正电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电网功率因数校正技术领域，本实用新型提供一种功率因数校正电路，包括分别设置在三条相线上的三个相线可调滤波电感器、三个单相调谐滤波器和控制模块，相线可调滤波电感器的第一端连接电网，相线可调滤波电感器的第二端连接负载；三个单相调谐滤波器的第一端分别与三个相线可调滤波电感器的第二端连接，三个单相调谐滤波器的第二端相互连接，控制模块用于调整相线可调滤波电感器和单相调谐滤波器中的电容器和电感器。提供了无功功率的补偿，降低了反馈回电网的高次谐波电流,减小交流侧反馈回电网的电流畸变率THD，减小电网电压电流之间的相位角，提高功率因数。本实用新型还提供一种功率因数校正装置。

Description

一种功率因数校正电路及装置

技术领域

本实用新型属于电网功率因数校正技术领域，具体涉及一种功率因数校正电路和一种功率因数校正装置。

背景技术

在电镀行业如电解铝行业中，由于需要获得很高的直流电压而多采用变压器和三相不控整流桥配合使用。由于不控整流的特点造成流入电网的电流谐波含量高，电流质量差。目前，多采用电压型三相不控整流拓扑，直流侧用LC稳压滤波电路获得稳定的直流电压但交流侧的电流质量依旧很差，功率因数低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种功率因数校正电路。

本实用新型提供一种功率因数校正电路，包括分别设置在三条相线上的三个相线可调滤波电感器、三个单相调谐滤波器和控制模块，相线可调滤波电感器的第一端连接电网，相线可调滤波电感器的第二端连接负载；三个单相调谐滤波器的第一端分别与三个相线可调滤波电感器的第二端连接，三个单相调谐滤波器的第二端相互连接，控制模块用于调整相线可调滤波电感器和单相调谐滤波器中的电容器和电感器。

在第一种可选的实施方式中，功率因数校正电路还包括检测模块，用于检测相线的电压和电流，并将检测结果传送给控制模块，控制模块调整相线可调滤波电感器和单相调谐滤波器中的电容器和电感器。

在第二种可选的实施方式中，检测模块为智能电表。

在第三种可选的实施方式中，控制模块包括PLC和DSP控制器，DSP控制器用于根据检测模块的检测结果计算相线可调滤波电感器的电感设定值、单相调谐滤波器中电容器的电容设定值和电感器的电感设定值，PLC根据电感设定值、电容设定值调整相线可调滤波电感器和单相调谐滤波器中的电容器和电感器。

在第四种可选的实施方式中，检测模块为PMC-350三相数字电表，单相调谐滤波器的电容器为BZMJ系列并联电容器。

在第五种可选的实施方式中，功率因数校正电路还包括显示模块，用于显示检测模块的检测结果。

在第六种可选的实施方式中，功率因数校正电路还包括输入模块和显示模块，显示模块显示通过输入模块输入的相线的输入电压和功率因数校正电路的输出功率的预设值，控制模块根据相线的输入电压和功率因数校正电路的输出功率的预设值调整相线可调滤波电感器和单相调谐滤波器中的电容器和电感器。

在第七种可选的实施方式中，相线可调滤波电感器的第二端通过三相不控整流桥连接直流负载。

在第八种可能的实现方式中，单相调谐滤波器为单调谐滤波器，包括串联的电阻、可调电感器和可调电容器。

本实用新型还提供一种功率因数校正装置，包括上述的功率因数校正电路设置和外壳，功率因数校正电路通过外壳上的三相输入端口连接电网，通过外壳上的三相输出端口连接负载。

本实用新型提供的功率因数校正电路，提供了无功功率的补偿，降低了反馈回电网的高次谐波电流,减小交流侧反馈回电网的电流畸变率THD，减小电网电压电流之间的相位角，提高功率因数。

本实用新型提供的功率因数校正装置包含上述功率因数校正电路，具有相同的有益效果。

附图说明

图1是本实用新型提供的功率因数校正电路的一种实现方式的结构框图；

图2是本实用新型提供的功率因数校正电路的另一种实现方式的结构框图；

图3是本实用新型提供的功率因数校正电路的仿真模型图；

图4是本实用新型提供的功率因数校正电路的A相电压电流的仿真波形图；

图5是本实用新型提供的功率因数校正电路的直流电压的仿真波形图；

图6是本实用新型提供的功率因数校正装置的一种实现方式的外观图；

图7是本实用新型提供的功率因数校正装置的另一种实现方式的外观图；

附图标记说明：

100、功率因数校正电路；110、相线可调滤波电感；120、单相调谐滤波器；130、控制模块；140、检测模块；150、显示模块；160、输入模块；200、不控整流桥；300、负载；

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本实用新型进行详细描述。应理解，所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而并不用于限定本实用新型。文中的诸如第一、第二等用语仅用来对一个实体(或操作)与另一个实体(或操作)进行区分，而不表示这些实体(或操作)之间存在任何关系或顺序；另外，文中的诸如上、下、左、右、前、后等表示方向或方位的用语，仅表示相对的方向或方位，而非绝对的方向或方位。在没有额外限制的情况下，由语句“包括”限定的要素，不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在其他要素。

请参看图1和图2，本实用新型提供一种功率因数校正电路100，包括分别设置在三条相线上的三个相线可调滤波电感110器、三个单相调谐滤波器120和控制模块130，相线可调滤波电感110器的第一端连接电网，相线可调滤波电感110器的第二端连接负载300；三个单相调谐滤波器120的第一端分别与三个相线可调滤波电感110器的第二端连接，三个单相调谐滤波器120的第二端相互连接，控制模块130用于调整相线可调滤波电感110器和单相调谐滤波器120中的电容器和电感器。

本实用新型提供的功率因数校正电路100通过相线可调滤波电感110和单相调谐滤波器 120提供了无功功率的补偿，降低了反馈回电网的高次谐波电流,减小交流侧反馈回电网的电流畸变率THD，减小电网电压电流之间的相位角，提高功率因数。

请参看图1，作为一种可选的实施方式，功率因数校正电路100还包括检测模块140，用于检测相线的电压和电流，并将检测结果传送给控制模块130，控制模块130调整相线可调滤波电感110器和单相调谐滤波器120中的电容器和电感器。

通过检测模块140配合控制模块130，可以自动调整单相调谐滤波器120的电感、电容参数。

具体的，检测模块140为智能电表。

具体的，控制模块130包括PLC和DSP控制器，DSP控制器用于根据检测模块140的检测结果计算相线可调滤波电感110器的电感设定值、单相调谐滤波器120中电容器的电容设定值和电感器的电感设定值，PLC根据电感设定值、电容设定值调整相线可调滤波电感110器和单相调谐滤波器120中的电容器和电感器。

可选的，检测模块140为PMC-350三相数字电表，单相调谐滤波器120的电容器为BZMJ 系列并联电容器。

当三相电和负载300之间接入功率因数校正电路100后，智能电表在单相调谐滤波器120 的电感电容参数为0时读取输入相电压与相电流传送给DSP控制器，DSP控制器根据已知参数计算得出合理的相线可调滤波电感110的电感值和单相调谐滤波器120中电容和电感的电容值与电感值并传送给PLC，PLC根据接收的数据调整单相调谐滤波器120中电容和电感，达到滤除谐波与无功补偿的效果。

作为一种可选的实施方式，功率因数校正电路100还包括显示模块150，用于显示检测模块140的检测结果。

显示模块150可显示测得的相电压，功率因数和谐波含量等信息。

请参看图2，作为另一种可选的实施方式，功率因数校正电路100还包括输入模块160 和显示模块150，所述显示模块150显示通过所述输入模块160输入的所述相线的输入电压和功率因数校正电路100的输出功率的预设值，所述控制模块130根据相线的输入电压和功率因数校正电路100的输出功率的预设值调整所述相线可调滤波电感110器和所述单相调谐滤波器120中的电容器和电感器。

输入模块160具体的按钮设置请参看图4，使用时，按下“输入电压/V”按钮即可开始输入相线的输入电压的值，按“确定”按钮完成该参数的设置；按下“输出功率/W”按钮即可开始输入功率因数校正电路100的输出功率的预设值，按“确定”按钮完成该参数的设置。

作为一种可选的实施方式，相线可调滤波电感110的第二端通过三相不控整流桥200连接直流负载300。

作为一种可选的实施方式，所述单相调谐滤波器120为单调谐滤波器，包括串联的电阻、可调电感器和可调电容器。

由于，不控整流桥200中的二极管根据电网电压周期进行有规律的开关造成了电路产生了很多谐波电流反馈回电网，尤其以5、7、11、13次谐波居多。因为次数越低的谐波含量越高，所以，本实用新型根据特定次数谐波电流的频率设计单调谐滤波器来消除低次谐波电流的影响。在本实施例中，针对谐波含量较高的5次谐波设计单调谐滤波器进行消除，其他含量较低的高次谐波则通过网侧的滤波电感(由于滤波电感对越高频的谐波电流作用越明显) 进行消除。由于单调谐滤波器基波频率范围内呈容性，其作用类似于无功补偿器，可发出无功功率供给滤波电感，选取好合适的电容值可将入网电流的相位调整得与电网电压同相位。

假设测得的三相电为相电压U＝220V，ω＝314.15926rad/s，输入电流I＝39A。为了减少损耗和保持供电的效率，无功补偿的功率取输出功率的10％，即相线可调滤波电感110所需要的无功功率为P1＝10％P。根据P1＝3*I*I*ωL，求得相线可调滤波电感110的电感值L＝1.79mH。由于相线可调滤波电感110基波分压小，所以第二端电压接近第一端电压，此时单调谐滤波器的阻抗呈容性，可通过10％P＝3*U*U*ωC，求得单调谐滤波器的电容C＝57μF。根据谐振原理1/L1*C＝5ω*5ω，求得单调谐滤波器的电感L’＝3.18mH。单调谐滤波器的电阻R＝1Ω。

可以理解的是，单相调谐滤波器120也可以为双调谐滤波器等。

请参看图3，假设负载300包括直流侧稳压电容和负载300电阻，取直流侧稳压电容为 1000μF，负载300电阻为10Ω，其余参数与上文计算过程推导参数一致，在matlab/simulink 中搭建三相不控整流电路的仿真模型图。

仿真结果请参看图4和图5，图4中的实线表示电压，虚线表示电流。

请参看图6和图7本实用新型还提供一种功率因数校正装置，上述功率因数校正电路100 设置于外壳内，功率因数校正电路100通过所述外壳上的三相输入端口连接电网，通过所述外壳上的三相输出端口连接负载300。

作为一种可选的实施方式，显示模块150设置于外壳的前侧板上。

作为另一种可选的实施方式，显示模块150和输入模块160都设置于外壳的前侧板上。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种功率因数校正电路，其特征在于，包括分别设置在三条相线上的三个相线可调滤波电感器、三个单相调谐滤波器和控制模块，所述相线可调滤波电感器的第一端连接电网，所述相线可调滤波电感器的第二端连接负载；三个所述单相调谐滤波器的第一端分别与三个所述相线可调滤波电感器的第二端连接，三个所述单相调谐滤波器的第二端相互连接，所述控制模块用于调整所述相线可调滤波电感器和所述单相调谐滤波器中的电容器和电感器。

2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，还包括检测模块，用于检测相线的电压和电流，并将检测结果传送给控制模块，控制模块调整所述相线可调滤波电感器和所述单相调谐滤波器中的电容器和电感器。

3.根据权利要求2所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述检测模块为智能电表。

4.根据权利要求2所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述控制模块包括PLC和DSP控制器，所述DSP控制器用于根据所述检测模块的检测结果计算所述相线可调滤波电感器的电感设定值、所述单相调谐滤波器中电容器的电容设定值和电感器的电感设定值，所述PLC根据所述电感设定值、电容设定值调整所述相线可调滤波电感器和所述单相调谐滤波器中的电容器和电感器。

5.根据权利要求4所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述检测模块为PMC-350三相数字电表，所述单相调谐滤波器的电容器为BZMJ系列并联电容器。

6.根据权利要求2所述的功率因数校正电路，其特征在于，还包括显示模块，用于显示检测模块的检测结果。

7.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，还包括输入模块和显示模块，所述显示模块显示通过所述输入模块输入的所述相线的输入电压和功率因数校正电路的输出功率的预设值，所述控制模块根据相线的输入电压和功率因数校正电路的输出功率的预设值调整所述相线可调滤波电感器和所述单相调谐滤波器中的电容器和电感器。

8.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述相线可调滤波电感器的第二端通过三相不控整流桥连接直流负载。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述单相调谐滤波器为单调谐滤波器，包括串联的电阻、可调电感器和可调电容器。

10.一种功率因数校正装置，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的功率因数校正电路和外壳，所述功率因数校正电路通过所述外壳上的三相输入端口连接电网，通过所述外壳上的三相输出端口连接负载。

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