CN218633341U - 一种单相调压系统和三相调压系统 - Google Patents

Abstract

一种单相调压系统和三相调压系统，涉及电路调节装置领域，包括：箱体，所述箱体设有单相电源接口和用户负载接口；滤波模块，通过所述单相电源接口连接外部电源；PFC模块，连接所述滤波模块和一储能电容，用于整流升压，得到并将所述升压后的直流电源存储于所述储能电容；逆变模块，连接所述储能电容，使所述电源逆变为交流电源；旁路控制模块，控制所述交流电源是否输出到用户负载；本实用新型中可以电路电压不符合预设值时启动调压，通过预充电回路进行储存和释放电能，通过PFC模块进行整流升压，获得升压后的直流电流，并通过逆变模块进行逆变输出正常的交流电压，通过切换的旁路控制模块输出连接用户端，从而保证用户端上的稳定的电压输出。

Description

一种单相调压系统和三相调压系统

技术领域

本实用新型涉及电路调节装置领域，更具体地，涉及一种单相调压系统和三相调压系统。

背景技术

随着配电网容量的日益增大，电网中的电能质量也存在着日益严重的污染，因此如何净化电能质量，改善电网运行环境，并进一步节能，成为电力系统的研究方向。

目前己经有很多种成熟的设备用于提高电能质量，例如在电网中加装固定补偿电容器或并联电抗器等进行调节，调压型的无功补偿成套装置是采用调压器对电网系统进行无功功率的补偿。成套装置中的各个设备均安装在混凝土基础上，通过铜排、导线连接，由围栏护挡，其占地面积较大，且露天安装，使设备整天处于风吹日晒中，不仅缩短设备的使用寿命，还容易受外界的影响，造成短路、断路现象的发生；并且安装完成后不易重复拆装，硬性拆装必然造成设备的损坏。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种单相调压系统和三相调压系统，用于解决调压系统受安装环境影响的问题。

本实用新型采取的技术方案是，

一种单相调压系统，包括：

箱体，所述箱体外设有单相电源接口和用户负载接口，所述箱体的一侧面设有集成插头，所述箱体另一相对的侧面设有可与所述集成插头配合的集成插座；

滤波模块，设于所述箱体内并通过所述单相电源接口连接外部电源，用于对所述外部电源进行滤波生成滤波后的电源；

PFC模块，设于所述箱体内并连接所述滤波模块和一储能电容，用于对所述滤波后的电源进行整流升压，得到升压后的直流电源，将所述升压后的直流电源存储于所述储能电容；

逆变模块，设于所述箱体并连接所述储能电容，用于将存储于所述储能电容的所述升压后的直流电源逆变为交流电源；

旁路控制模块，设于所述箱体并连接所述逆变模块，用于控制所述交流电源是否通过所述用户负载接口输出到用户负载。

基于所述的一种单相调压系统，本实用新型进一步设计了一种模块化的箱体设计，通过设定一种通用的插头与插座实现箱体之间的连接，从而将复杂的系统最终可以模块化组装在所述电能箱中，实现更灵活的应用方式；为实现输出用户状态电压，本实用新型通过测量输入电路的电压参数并判断是否属于用户所需的电压，若符合上述要求，则直接通过非切换的旁路控制模块直接输出连接用户端，若不符合要求，则启动调压程序，生成调压信号，包括：通过储能电容进行储存和释放电能，通过PFC模块进行整流升压，获得升压后的直流电流，并通过逆变模块进行逆变输出正常的交流电压，通过切换的旁路控制模块输出连接用户端，从而稳定在用户端的电压输出，保证用户端上的稳定的电压输出；在具体的电路调压应用场景中，并没有一个可以将电路模块化应用或者封装的箱体，从而简化单相调压系统的简易重复安装，对后续工作电路进行巡检时，模块化应用的箱体结构使得巡检人员能够根据箱体封装特性进行选择性的检查，节省了操作人员需要重新检查电路走线的时间，同样节约了巡检成本。

作为一种优选的实施方式，还包括：预充电回路，设于所述箱体并连接在所述滤波模块与所述PFC模块之间，用于控制所述PFC模块利用所述升压后的直流电源对所述储能电容进行充电。

作为一种优选的实施方式，所述预充电回路设有两条并联的支路，一条所述并联支路设有短路开关K3，另一条所述并联支路设有负载开关K2，所述负载开关K2在所述的并联支路中还串联有负载电阻R1。

具体的，系统内有较大的所述储能电容，若无预充电回路，上电瞬间电容两端电压接近为0，此时相当于瞬间短路，产生很大冲击电流，会造成继电器和其他元器件损坏；

预充电回路工作中，短路开关K3断开，负载开关K2闭合通过电阻R1给装置充电，电阻R1起到限流的作用，稳定后负载开关K2断开，短路开关K3闭合。以此来实现对装置的充电保护；本实用新型进一步说明了预充电回路的充电方式，通过控制两条支路上的开关与负载电容的状态实现电路的充电与放电，避免电路中突变的电流对系统的影响。

作为一种优选的实施方式，所述单相电源接口包括L进端、N进端，所述PFC模块设有整流桥，所述整流桥包括第一输入端、第二输入端、第三输出端、第四输出端，所述第一输入端连接所述预充电回路的输出端，所述第二输入端连接所述单相电源接口，所述第三输出端、所述第四输出端分别连接所述储能电容的正极、负极。

作为一种优选的实施方式，所述第三输出端、所述储能电容的正极之间连接有第一支路、第二支路、第三支路，所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路相互并联，所述第一支路设有分流二极管D1，所述第二支路设有相互串联的回路电感L1和升压二极管D2，所述第三支路设有相互串联的回路电感L2和升压二极管D4。

作为一种优选的实施方式，所述第四输出端与所述回路电感L1输出端之间连接有开关管Q3，所述第四输出端与所述回路电感L2输出端之间连接有开关管Q4。

作为一种优选的实施方式，所述开关管Q3、所述开关管Q4为IGBT开关管。

具体的，PFC模块中，回路电感L1、回路电感L2在IGBT开关管Q3、IGBT开关管Q4导通时储存能量，在开关管截止时，回路电感L1、回路电感L2上感应出右正左负的电压，将导通时储存的能量通过升压二极管D2、升压二极管D4对储能电容C2充电，输出能量。

本实用新型中PFC模块后面储能电容C2和回路电感L1、回路电感L2是串联的，由于回路电感L1、回路电感L2上的电流不能突变，就对储能电容C2的浪涌电流起了限制作用。由于没有电感的限制作用，另一个分流二极管D1所在的支路对储能电容C2的冲击反而会更大，但它可以保护升压二极管D2、升压二极管D4，特别是开关管Q3、开关管Q4。由于开关管Q3、开关管Q4是在电感电流不为零的时候关断的，需要承受更大的应力，而升压二极管D2、升压二极管D4是快速恢复二极管，要求升压二极管D2、升压二极管D4有极低甚至为零的反向恢复电流，因此二者承受浪涌电流的能力较弱。减小反向恢复电流和提高浪涌电压承载力是相互牵制的，因此分流二极管D1所采用的是普通的整流二极管，承受浪涌电流的能力很强。

作为一种优选的实施方式，所述逆变模块包括两个相互并联的桥臂，两个所述桥臂分别与所述储能电容并联，一个所述桥臂设有开关管Q9和开关管Q10，另一个所述桥臂设有开关管Q11和开关管Q12，开关管Q9、开关管Q11导通时开关管Q10、开关管Q12关断，开关管Q9、开关管Q11关断时开关管Q10、开关管Q12导通，开关管Q9、开关管Q11同时通断，开关管Q10、开关管Q12同时通断，开关管Q10与开关管Q9之间设有端口，所述端口与所述旁路控制模块连接。

作为一种优选的实施方式，所述旁路控制模块，还通过所述单相电源接口连接外部电源，用于控制所述外部电源是否通过所述用户负载接口输出到用户负载。

一种三相调压系统，包括三个所述的单相调压系统，三个所述单相调压系统依次连接，所述外部电源为三相电源，每个所述单相调压系统的所述单相电源接口连接所述外部电源的一相电源。

基于所述的一种单相调压系统，本实用新型进一步设计了一种模块化的箱体设计，通过设定一种通用的插头与插座实现箱体之间的连接，从而将复杂的系统最终可以模块化组装在所述电能箱中，实现更灵活的应用方式。

作为一种优选的实施方式，三个所述单相调压系统通过所述集成插头和所述集成插座依次连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

采用箱体结构，将复杂的电路集成连接于箱体内，通过多箱体组合连接实现多相电源之间的调压；

同时本实用新型通过设置预充电回路、PFC模块、逆变模块，对不符合电源要求的交流电源进行整流升压，通过逆变模块进行切换输出端的电源极性，使得直流变回交流，电路结构进一步简化；

本实用新型进一步设置了预充电回路，避免了上电瞬间电容两端瞬间短路，产生较大的冲击电流，造成继电器等其他元器件的破坏，提供了充电保护。

附图说明

图1为本实用新型的单相调压系统的结构框图。

图2为本实用新型的单相调压系统的电路结构图。

图3为本实用新型的滤波模块的结构图。

图4为本实用新型的预充电回路的结构图。

图5为本实用新型的PFC模块的结构图。

图6为本实用新型的逆变模块的结构图。

图7为本实用新型的旁路控制模块的结构图。

图8为本实用新型的控制系统的结构图。

图9为本实用新型的集成插座的俯视图。

图10为本实用新型的集成插头的侧面结构图。

图11为本实用新型的三相调压系统的结构图。

图中，滤波模块100，实时检测保护电路200，PFC模块300，逆变模块400，旁路控制模块500，控制系统600，LN孔710，通讯孔720，信号孔730。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，一种单相电路调压系统，包括：

箱体，所述箱体外设有单相电源接口和用户负载接口，所述箱体的一侧面设有集成插头，所述箱体另一相对的侧面设有可与所述集成插头配合的集成插座；

滤波模块100，设于所述箱体内并通过所述单相电源接口连接外部电源，用于对所述外部电源进行滤波生成滤波后的电源；

PFC模块300，设于所述箱体内并连接所述滤波模块100和一储能电容，用于对所述滤波后的电源进行整流升压，得到升压后的直流电源，将所述升压后的直流电源存储于所述储能电容；

逆变模块400，设于所述箱体并连接所述储能电容，用于将存储于所述储能电容的所述升压后的直流电源逆变为交流电源；

旁路控制模块500，设于所述箱体并连接所述逆变模块400，用于控制所述交流电源是否通过所述用户负载接口输出到用户负载。

基于所述的一种单相调压系统，本实用新型进一步设计了一种模块化的箱体设计，通过设定一种通用的插头与插座实现箱体之间的连接，从而将复杂的系统最终可以模块化组装在所述电能箱中，实现更灵活的应用方式；为实现输出用户状态电压，本实用新型通过测量输入电路的电压参数并判断是否属于用户所需的电压，若符合上述要求，则直接通过非切换的旁路控制模块500直接输出连接用户端，若不符合要求，则启动调压程序，生成调压信号，包括：通过储能电容进行储存和释放电能，通过PFC模块300进行整流升压，获得升压后的直流电流，并通过逆变模块400进行逆变输出正常的交流电压，通过切换的旁路控制模块500输出连接用户端，从而稳定在用户端的电压输出，保证用户端上的稳定的电压输出；在具体的电路调压应用场景中，并没有一个可以将电路模块化应用或者封装的箱体，从而简化单相调压系统的简易重复安装，对后续工作电路进行巡检时，模块化应用的箱体结构使得巡检人员能够根据箱体封装特性进行选择性的检查，节省了操作人员需要重新检查电路走线的时间，同样节约了巡检成本。

如图2、3所示，作为一种优选的实施方式，所述滤波模块100设有安规电容，用于减弱电路中的电磁干扰。

其中，所述外部电源端包括L进端、N进端、接地端，所述安规电容R2并联与所述L进端、所述单相电源接口之间，所述单相电源接口通过安规电容R6接地，所述L进端通过安规电容R7接地。

如图2、4所示，还包括：预充电回路，设于所述箱体并连接在所述滤波模块100与所述PFC模块300之间，用于控制所述PFC模块300利用所述升压后的直流电源对所述储能电容进行充电。

作为一种优选的实施方式，所述预充电回路设有两条并联的支路，一条所述并联支路设有短路开关K3，另一条所述并联支路设有负载开关K2，所述负载开关K2在所述的并联支路中还串联有负载电阻R1。

具体的，系统内有较大的所述储能电容，若无预充电回路，上电瞬间电容两端电压接近为0，此时相当于瞬间短路，产生很大冲击电流，会造成继电器和其他元器件损坏；

预充电回路工作中，短路开关K3断开，负载开关K2闭合通过电阻R1给装置充电，电阻R1起到限流的作用，稳定后负载开关K2断开，短路开关K3闭合。以此来实现对装置的充电保护；本实用新型进一步说明了预充电回路的充电方式，通过控制两条支路上的开关与负载电容的状态实现电路的充电与放电，避免电路中突变的电流对系统的影响。

如图2、5所示，作为一种优选的实施方式，所述单相电源接口包括L进端、N进端，所述PFC模块300设有整流桥，所述整流桥包括第一输入端、第二输入端、第三输出端、第四输出端，所述第一输入端连接所述预充电回路的输出端，所述第二输入端连接所述单相电源接口，所述第三输出端、所述第四输出端分别连接所述储能电容的正极、负极。

作为一种优选的实施方式，所述第三输出端、所述储能电容的正极之间连接有第一支路、第二支路、第三支路，所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路相互并联，所述第一支路设有分流二极管D1，所述第二支路设有相互串联的回路电感L1和升压二极管D2，所述第三支路设有相互串联的回路电感L2和升压二极管D4。

作为一种优选的实施方式，所述第四输出端与所述回路电感L2输出端之间连接有开关管Q3，所述第四输出端与所述回路电感L1输出端之间连接有开关管Q4。

具体的，PFC模块300中，回路电感L1、回路电感L2在IGBT开关管Q4、IGBT开关管Q3导通时储存能量，在开关管截止时，回路电感L1、回路电感L2上感应出右正左负的电压，将导通时储存的能量通过升压二极管D2、升压二极管D4对储能电容C2充电，输出能量。

本实用新型中PFC模块300后面储能电容C2和回路电感L1、回路电感L2是串联的，由于回路电感L1、回路电感L2上的电流不能突变，就对储能电容C2的浪涌电流起了限制作用。由于没有电感的限制作用，另一个分流二极管D1所在的支路对储能电容C2的冲击反而会更大，但它可以保护升压二极管D2、升压二极管D4，特别是开关管Q3、开关管Q4。由于开关管Q3、开关管Q4是在电感电流不为零的时候关断的，需要承受更大的应力，而升压二极管D2、升压二极管D4是快速恢复二极管，要求升压二极管D2、升压二极管D4有极低甚至为零的反向恢复电流，因此二者承受浪涌电流的能力较弱。减小反向恢复电流和提高浪涌电压承载力是相互牵制的，因此分流二极管D1所采用的是普通的整流二极管，承受浪涌电流的能力很强。

如图2、6所示，作为一种优选的实施方式，所述逆变模块400包括两个相互并联的桥臂，两个所述桥臂分别与所述储能电容并联，一个所述桥臂设有开关管Q9和开关管Q10，另一个所述桥臂设有开关管Q11和开关管Q12，开关管Q9、开关管Q11导通时开关管Q10、开关管Q12关断，开关管Q9、开关管Q11关断时开关管Q10、开关管Q12导通，开关管Q9、开关管Q11同时通断，开关管Q10、开关管Q12同时通断，开关管Q10与开关管Q9之间设有端口，所述端口与所述旁路控制模块500连接。

具体的，当开关管中Q9、Q11导通Q10、Q12关断时，输出端接于逆变后的直流电源正端，两个输出端之间的输出电压Uun＝Uc，Uc为直流电源电压值；当开关管中Q10、Q12导通Q9、Q11关断时，输出端接于逆变后的直流电源负端，输出电压Uun＝-Uc。

如图2、7所示，作为一种优选的实施方式，所述旁路控制模块500，还通过所述单相电源接口连接外部电源，用于控制所述外部电源是否通过所述用户负载接口输出到用户负载。

作为一种优选的实施方式，设有输入电压测量电路、输出电压电流测量电路，分别用于检测输入、或输出的电路参数。

如图8所示，设有控制系统600，所述控制系统600包括STM32芯片，通过对输入的电压采样，来决定PFC模块300、逆变模块400、旁路控制模块500的控制信号，实现有序调压。

作为一种优选的实施方式，所述控制系统600连接有驱动电路，用于驱动所述PFC模块300或逆变模块400。

作为一种优选的实施方式，所述控制系统600还连接有装置侧参数检测处理电路，用于检测所述PFC模块300和逆变模块400的调压效果，所述控制系统600进一步根据检测的调压效果决定是否继续执行驱动电路。

具体的，图9为所述集成插头示意图，图10为集成插座示意图；

作为一种优选的实施方式，所述箱体的一侧面设有集成插头，所述箱体另一相对的侧面设有可与所述集成插头配合的集成插座，三个所述单相调压系统通过所述集成插头和所述集成插座依次连接。

作为一种优选的实施方式，所述集成插座设有LN孔710、通讯孔、信号孔，所述LN孔710用于连接单相电源接口和用户负载接口，所述通讯孔用于实现相邻电能箱之间的通讯连接，所述信号孔用于提供多种特定控制信号给所述一种单相调压系统。

为实现插头和插座之间集成化，本实用新型通过对插头与插座进行分区处理，分成通讯孔区、LN孔710、以及信号孔，通讯区实现多个箱体之间通讯连接，LN孔710用于实现单相电源接口的L进、N进和用户负载接口的L出、N出，信号孔用于实现电路中各种芯片信号源的传递。

作为一种优选的实施方式，所述电能箱设有指示灯，所述指示灯连接所述控制系统600，用于显示所述电能调节装置的工作状态。

作为一种优选的实施方式，所述电路调节装置设有对应所述通讯孔的卡针，用于实现相邻的电路调节装置电连接。

实施例2

如图11所示，一种三相调压系统，包括三个如实施例1所述的单相调压系统，三个所述单相调压系统依次连接，所述外部电源为三相电源，每个所述单相调压系统的所述单相电源接口连接所述外部电源的一相电源。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单相调压系统，其特征在于，包括：

箱体，所述箱体外设有单相电源接口和用户负载接口，所述箱体的一侧面设有集成插头，所述箱体另一相对的侧面设有可与所述集成插头配合的集成插座；

滤波模块，设于所述箱体内并通过所述单相电源接口连接外部电源，用于对所述外部电源进行滤波生成滤波后的电源；

PFC模块，设于所述箱体内并连接所述滤波模块和一储能电容，用于对所述滤波后的电源进行整流升压，得到升压后的直流电源，将所述升压后的直流电源存储于所述储能电容；

逆变模块，设于所述箱体并连接所述储能电容，用于将存储于所述储能电容的所述升压后的直流电源逆变为交流电源；

旁路控制模块，设于所述箱体并连接所述逆变模块，用于控制所述交流电源是否通过所述用户负载接口输出到用户负载。

2.根据权利要求1所述的一种单相调压系统，其特征在于，还包括：

预充电回路，设于所述箱体并连接在所述滤波模块与所述PFC模块之间，用于控制所述PFC模块将所述升压后的直流电源存储于所述储能电容。

3.根据权利要求2所述的一种单相调压系统，其特征在于，所述预充电回路设有两条并联支路，每条并联支路一端与所述滤波模块连接，另一端与所述PFC模块连接；一条所述并联支路设有短路开关K3，另一条所述并联支路设有负载开关K2，所述负载开关K2在所述的并联支路中还串联有负载电阻R1。

4.根据权利要求2所述的一种单相调压系统，其特征在于，所述PFC模块设有整流桥，所述整流桥包括第一输入端、第二输入端、第三输出端、第四输出端，所述第一输入端连接所述预充电回路的输出端，所述第二输入端连接所述单相电源接口，所述第三输出端、所述第四输出端分别连接所述储能电容的正极、负极。

5.根据权利要求4所述的一种单相调压系统，其特征在于，所述第三输出端与所述储能电容的一端之间连接有第一支路、第二支路、第三支路，所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路相互并联，所述第一支路设有分流二极管D1，所述第二支路设有相互串联的回路电感L1和升压二极管D2，所述第三支路设有相互串联的回路电感L2和升压二极管D4。

6.根据权利要求5所述的一种单相调压系统，其特征在于，所述第四输出端与所述回路电感L1输出端之间连接有开关管Q3，所述第四输出端与所述回路电感L2输出端之间连接有开关管Q4。

7.根据权利要求1所述的一种单相调压系统，其特征在于，所述逆变模块包括两个相互并联的桥臂，两个所述桥臂分别与所述储能电容并联，一个所述桥臂设有开关管Q9和开关管Q10，另一个所述桥臂设有开关管Q11和开关管Q12，开关管Q9、Q11导通时开关管Q10、Q12关断，开关管Q9、Q11关断时Q10、Q12导通，开关管Q9、Q11同时通断，开关管Q10、Q12同时通断，开关管Q10与开关管Q9之间设有端口，所述端口与所述旁路控制模块连接。

8.根据权利要求1所述的一种单相调压系统，其特征在于，所述旁路控制模块，还通过所述单相电源接口连接外部电源，用于控制所述外部电源是否通过所述用户负载接口输出到用户负载。

9.一种三相调压系统，其特征在于，包括三个如权利要求1至8任一项所述的单相调压系统，三个所述单相调压系统依次连接，所述外部电源为三相电源，每个所述单相调压系统的所述单相电源接口连接所述外部电源的一相电源。

10.根据权利要求9所述的三相调压系统，其特征在于，三个所述单相调压系统通过所述集成插头和所述集成插座依次连接。

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