CN221100905U - 一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电气设备技术领域，提供了一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备。所述设备至少包括：容抗还原模块、补偿模块以及电流测量模块，上述模块相互连接，形成高次电流谐波消除网络，容抗还原模块用于模拟所述待消除谐波线路中的容性设备，其容抗值等同于所述待消除谐波线路的容抗值；电流测量模块用于获取流经所述容抗还原模块中的电流值，得到实测电流值；补偿模块用于基于所述实测电流值，向所述高次电流谐波消除网络中引入不同感抗值的补偿电感，以抵消高次谐波电流。本装置能够有效地适用于不同的生产环境，并现场测试出可消除高次谐波的电感值，进而保护容性设备免受高次谐波损害。

Description

一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备

技术领域

本实用新型属于电气设备技术领域，尤其涉及一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备。

背景技术

整流器、逆变器、磁控管等非线性负载的导通/截止过程，电弧炉、电感类设备的加热过程等，均会产生大量的高次谐波电流。将这些设备不经滤波直接接入电网，无疑会对电网造成较大的危害。而如今随着节能设备的逐渐普及，电网中的各类变频器、变频电动机的数量也愈加庞大，引入电网中的高次谐波日渐增多，但与之匹配的谐波消除设备却较为贫乏，因而此类设备成为当今电网中最为主要的高次电流谐波产生源。

电网中的高次电流谐波具有诸多危害，例如，导致电网中的有功功率损耗和无功功率增加，进而使电网的能效降低，增加电网的运行成本，并可能对供电能力产生限制。而对于变压器、电容器、电动机等设备来说，谐波的损害是较为致命的，严重缩短了这些设备的使用寿命，并增加设备的故障率，给工业生产带来了较高的损失。

现有的能够对容性设备进行保护的高次谐波消除设备类型非常多样，例如：有源滤波器、滤波电抗器、无功功率自动补偿式消谐器、电抗式消谐器以及谐振型消谐器等。但在实际的生产情况下，用户的线路中往往含有大量变频设备，以及容性和感性设备等，因而基于电力公式难以准确计算得到能够消除高次谐波的最佳电感值，因此目前市场上主流的被动式电抗消谐设备其引入的感抗值不精确，消谐效果较差；而主动式消谐设备虽然消谐精度较高，但由于采用了大量的电力电子器件，其生产采购成本往往较高，同样不便于推广使用。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，旨在解决由于基于电力公式难以准确计算得到能够消除高次谐波的最佳电感值，致使目前市场上主流的被动式电抗消谐设备其引入的感抗值不精确，消谐效果较差；而主动式消谐设备虽然消谐精度较高，但由于采用了大量的电力电子器件，其生产采购成本往往较高，同样不便于推广使用的问题。

本申请实施例是这样实现的，提供一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，所述设备包括：高次电流谐波消除装置，所述高次电流谐波消除装置至少包括补偿模块、电流测量模块以及容抗还原模块，所述容抗还原模块、补偿模块以及控制模块相互连接，形成高次电流谐波消除网络，所述高次电流谐波消除网络用于消除接入到该网络中的待消除谐波线路的高次谐波电流；所述容抗还原模块用于模拟所述待消除谐波线路中的容性设备，所述容抗还原模块容抗值等同于所述待消除谐波线路的容抗值；所述电流测量模块用于获取流经所述容抗还原模块中的电流值，得到测量电流值；所述补偿模块用于基于所述测量电流值，向所述高次电流谐波消除网络中引入不同感抗值的补偿电感，以抵消高次谐波电流。

优选地，所述补偿模块包含有若干个补偿单元，每个补偿单元用于向所述高次电流谐波消除网络中接入一种电感值的补偿电感；不同的所述补偿单元之间相互连接，用于向所述高次电流谐波消除网络提供不同的接入电感值。

优选地，所述容抗还原模块至少有一个，当所述容抗还原模块为多个时，用于模拟不同的待消除谐波线路的容抗属性，每个所述容抗还原模块的容抗属性各不相同。

优选地，所述补偿单元至少包括开关S11、电感L1和通断指示器P1，所述开关S11用于控制所述电感L1的通断状态，所述通断指示器P1用于显示所述电感L1的通断状态。

优选地，所述设备还包括：控制装置，所述控制装置通过控制各个所述补偿单元在所述高次电流谐波消除网络中的通断情况，以改变所述高次电流谐波消除网络的感抗。

优选地，所述控制装置与所述高次电流谐波消除装置可插拔连接，所述控制装置用于控制所述补偿模块中接入高次电流谐波消除网络中的电感的值。

优选地，所述控制装置还包括档位选择键，所述档位选择键用于控制所述现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备内部的单片机，进而选取待消除谐波电流的谐波次数。

优选地，所述补偿模块还包括可短路备用电感，用于向所述高次电流谐波消除网络接入备用电感。

优选地，所述高次电流谐波消除装置还包括：显示单元，用于显示流经所述容抗还原模块的电流值。

本申请实施例提供的提供一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，能够有效地适用于不同的生产环境，在保证测量精度等前提下，具有更低的生产制造成本，便捷快速地测试抵消环境中的高次谐波，所需要的接入线路的最优电感值，进而保护容性设备免受高次谐波损害。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备的应用场景图；

图2为本申请实施例提供的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备的模块图；

图3为本申请实施例提供的另一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备的模块图；

图4为本申请实施例提供的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备的原理图；

图5为本申请实施例提供的一种补偿单元模块图；

图6为本申请实施例提供的一种补偿单元原理图；

图7为本申请实施例提供的另一种补偿模块原理图；

图8为本申请实施例提供的另一种补偿模块原理图；

图9为本申请实施例提供的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的方法的步骤图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一单元称为第二单元，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。

图1为本申请实施例提供的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备的应用环境图，如图1所示，在该应用环境中，包括配电侧与用电侧通过变压器连接，本实施例中所述设备可用于用电侧，但并不局限于此。图中符号M可代表若干容性设备的集合。在本方案安装于的配电侧可能含有若干变频设备等，使系统中存在着较高的高次谐波电流。

可以理解的是，在本申请实施中，本设备可以通过现场测试流过电容设备的最小谐波电流而找到最佳电感，达到对容性设备的保护，因此在同一条链路上的其他用电设备也因通过的谐波电流变小从而得到了保护。但如果是并联电路，则对于其他支路上的用电设备的保护作用则可能较为有限。并且，由于本设备中含有若干电感单元，因而能够特别针对容性设备提供保护。

如图2所示，在一个实施例中，提出了一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，所述设备包括：高次电流谐波消除装置，所述高次电流谐波消除装置至少包括补偿模块、电流测量模块以及容抗还原模块，所述容抗还原模块、补偿模块以及控制模块相互连接，形成高次电流谐波消除网络，所述高次电流谐波消除网络用于消除接入到该网络中的待消除谐波线路的高次谐波电流；所述容抗还原模块用于模拟所述待消除谐波线路中的容性设备，所述容抗还原模块容抗值等同于所述待消除谐波线路的容抗值；所述电流测量模块用于获取流经所述容抗还原模块中的电流值，得到测量电流值；所述补偿模块用于基于所述测量电流值，向所述高次电流谐波消除网络中引入不同感抗值的补偿电感，以抵消高次谐波电流。本实施例主要以该方法应用于上述图1中的用电侧来举例说明。

在本申请实施例中，可消除高次谐波的电感值的设备可用于在用户现场测试出消除高次谐波所需的电感的值。上述设备可包含多个装置或模块，其中至少含有高次电流谐波消除装置。高次电流谐波消除装置内部可由多个部分组成，如图2所示，至少含有补偿模块、电流测量模块以及容抗还原模块。补偿模块内部含有若干电感，这些电感的感抗值可能相同或不同，可以通过控制这些电感接入网络中的情况，进而可以得到适当的用于消除高次谐波电流的电感值。其中，电流测量模块可以是灵敏电流表，可以是一段导线，可以在该导线处通过互感式电流计等装置，测量得到流过装置中电容还原模块的电流的值，具体获取电流的方式不必限制。装置中容抗还原模块可以含有多个，每个容抗还原模块可以为一个或若干个电容的组合。在使用前可以根据线路的实际情况，例如查询用电侧设备的总容抗值，来选取对应的适合的容抗还原模块接入装置中，进而模拟原线路的容抗值，以提高装置的适用性。在使用时，基于电流测量模块中获取到的电流测量数据，手动调节或使通过设备自动调节补偿模块中接入网络的电感值，进而实现消除高次谐波。

在本申请实施例中，提供一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，能够有效地适用于不同的生产环境，具有较低的生产制造成本，在保证测量精度等前提下，便捷快速地测试抵消环境中的高次谐波，所需要的接入线路的最优电感值，进而保护容性设备免受高次谐波损害。

在一个实施例中，如图3所示，高次电流谐波消除装置中可以包含有单片机，还可以包含有数据存储模块，还可以包含有通讯模块。数据存储模块与通讯模块之间可以进行数据交互。可以理解的是，上述模块均与补偿模块、电流测量模块以及容抗还原模块，可以与单片机相连，进行数据交互，并可以被单片机控制。通过单片机内部的芯片，实现自动或手动调节补偿模块中接入网络的电感的值，进而实现消除高次谐波。数据存储模块中包含有记忆单元，能够存储保存的能够实现最佳消除谐波效果的电感值以及电流值等数据，并能够通过通讯模块将上述数据输出至USB设备等装置中。

在一个实施例中，高次电流谐波消除装置中还含有电流采样电路，该电路的输出端连接放大电路，电流信号通过A/D转换器后，输入单片机中的微型处理器计算而得到被测流过电容器和电感器的电流值，微型处理器将电流值输出到显示电路作为电感器的电感值的选择依据。

在一个实施例中，高次电流谐波消除装置中还含有电压采样电路，电压采样电路的输出端连接放大电路，电压信号通过A/D转换器后，输入单片机中的微型处理器计算而得到装置中若干被测电容器和电感器的电压值，微型处理器依据电压值通过相关控制设备中的电路和软件配合，使得装置运行在安全状态。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种高次电流谐波消除装置中部分结构的示意图，在该示意图中，Ⅰ部分可以指电源，其中V0为交流电源，在此处通入交流电，S0-2可以为设备的总开关，N点接零线；Ⅱ部分可以指一种补偿模块的结构，通过控制开关S11、S12、S13的通断状态，进而实现控制引入电感的值；Ⅲ部分可以指电流测量模块，在A0处能够获取流经所述容抗还原模块中的电流值，得到测量电流值；Ⅳ可以指容抗还原模块，电容C用于模拟所述待消除谐波线路中的容性设备，所述容抗还原模块容抗值等同于所述待消除谐波线路的容抗值。

在一个实施例中，所述补偿模块包含有若干个补偿单元，每个补偿单元用于向所述高次电流谐波消除网络中接入一种电感值的补偿电感；不同的所述补偿单元之间相互连接，用于向所述高次电流谐波消除网络提供不同的接入电感值。

在本申请实施例中，补偿单元的数量可根据情况进行调整，例如补偿模块中含有10个补偿单元，每个补偿单元均能够通过各自的开关被单独控制。如图5所示，提供了一种补偿单元的示意图，在该结构中含有3个补偿单元，3个补偿单元之间相互连接，图5中的E、F和G连接端的连接情况可入图4中所示。每个补偿单元如图6所示，通断指示器可以显示出该补偿单元的通断情况。通过多个组合式的补偿单元及其通断指示器组合，能够直观便捷地得知接入网络中对应电感的值。

在一个实施例中，所述容抗还原模块至少有一个，当所述容抗还原模块为多个时，用于模拟不同的待消除谐波线路的容抗属性，每个所述容抗还原模块的容抗属性各不相同。

在本申请实施例中，每个容抗还原模块中至少包括有一个电力电容，可以选择合适的电力电容模块接入装置之中，来模拟不同的待消除谐波线路的容抗属性，优选地，每个只需接入装置中一个容抗还原模块。通过可选的容抗还原模块能够提高本设备的适用范围。

在一个实施例中，所述补偿单元至少包括开关S11、电感L1和通断指示器P1，所述开关S11用于控制所述电感L1的通断状态，所述通断指示器P1用于显示所述电感L1的通断状态。

在本申请实施例中，如图7所示，为三个补偿单元相互连接的连接方式示意图。断指示器P1可以由：二极管T11、二极管T12、和电阻R1构成；优选地，两个二极管互相正负极首尾相连，且为发光二极管，电阻用于分压。所述R1的一端与T1的正极相连，另一端与L1相连；所述T12与T11正负极互相首尾相连；所述R1与L1相连的一端还与S11的一端相连。通过上述设置方式，二极管能够直观地显示出电感的通断状态。图7中的连接端E'、F'、G'的连接情况可入图4中所示。

在一个实施例中，所述现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备还包括：控制装置，所述控制装置通过控制各个所述补偿单元在所述高次电流谐波消除网络中的通断情况，以改变所述高次电流谐波消除网络的感抗。

在本申请实施例中，控制装置可以是单片机，单片机能够获取电力模块中测量得到的电流值，进而对接入网络中的每个补偿单元的通断状况进行自动控制。可以理解的是，当装置中不包含单片机时，也可以手动操作各个电感所对应的控制开关的通断，以改变接入线路中的总电感值，进而实现消除测量消除高次谐波所需电流值的功能。

在一个实施例中，所述控制装置与所述高次电流谐波消除装置可插拔连接，所述控制装置用于控制所述补偿模块中接入高次电流谐波消除网络中的电感的值。

在本申请实施例中，控制装置的一部分可以采用可拔插连接的方式与高次电流谐波消除装置的本体连接，优选地，控制装置中包含有一个可拔插的键盘，键盘中含有若干控制按键，可由操作人员通过操作按键对接入电感的值进行认为控制，通过隔离设置方式，使得控制更加安全。

在一个实施例中，所述控制装置还包括档位选择键，所述档位选择键用于控制所述现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备内部的单片机，进而选取待消除谐波电流的谐波次数。

在本申请实施例中，优选地，操作人员可通过控制器中的操作按键选择合适的待消除谐波的谐波次数，例如3、5、7、9等。控制装置还可以包括最佳电感值存储按键。

在一个实施例中，所述补偿模块还包括可短路备用电感，用于向所述高次电流谐波消除网络接入备用电感。

在本申请实施例中，当补偿模块中若干个补偿单元的电感值均接入网络中但依然难以实现消除高次谐波时，可将默认处于短路状态的备用电感接入网络中，以提高设备的适用性。

在一个实施例中，所述高次电流谐波消除装置还包括：显示单元，用于显示流经所述容抗还原模块的电流值和所述补偿模块的电感值。

在本申请实施例中，当设备内部含有单片机时，显示单元可与设备内部的单片机连接以显示各类数值。优选地，所述显示单元还能够显示所述补偿模块中接入网络中的电感值，以及存储在数据存储单元中的各类数据。使得显示更加直观，提高设备使用的便捷程度。

在一个实施例中，如图8所示，提供了一种电感板，在该电感板上包含有10个补偿单元，其连接方式如图所示。

在一个实施例中，如图9所示，提供了一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的方法，所述方法基于上述的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备实施，所述方法包括以下步骤：

S202：基于待消除谐波线路中的容抗，选择合适的容抗还原模块接入所述高次电流谐波消除装置。

S204：将所述设备接入电网，通过所述电流测量模块读取电流测量值。

S206：通过所述控制装置，调整所述补偿模块中接入高次电流谐波消除网络中的电感的值，将调整过程中得到的电流测量值的最小值记为最佳电流值。

S208：获取所述最佳电流值，所对应的最佳电感值，所述最佳电感值即为可消除高次谐波的电感值。

在本申请实施例中，首先根据实际情况选取包含有合适的容抗还原模块的装置或将装置中接入合适的容抗还原模块。然后将所述设备接入电网，通过所述电流测量模块读取电流测量值。通过所述控制装置，使设备自动调整或手动调整所述补偿模块中接入高次电流谐波消除网络中的电感的值，将调整过程中得到的电流测量值的最小值记为最佳电流值。最后当获取到最佳电流值时，记录最佳电流值所对应的最佳电感值，所述最佳电感值即为可消除高次谐波的电感值。

在本申请实施例中，提供一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，能够有效地适用于不同的生产环境，具有较低的生产制造成本，在保证测量精度等前提下，便捷快速地测试抵消环境中的高次谐波，所需要的接入线路的最优电感值，进而保护容性设备免受高次谐波损害。

本领域技术人员可以理解，图1～图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的装置模块图或框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

应该理解的是，虽然本申请各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，其特征在于，所述设备包括：

高次电流谐波消除装置，所述高次电流谐波消除装置至少包括补偿模块、电流测量模块以及容抗还原模块，

所述容抗还原模块、补偿模块以及控制模块相互连接，形成高次电流谐波消除网络，所述高次电流谐波消除网络用于消除接入到该网络中的待消除谐波线路的高次谐波电流；

所述容抗还原模块用于模拟所述待消除谐波线路中的容性设备，所述容抗还原模块容抗值等同于所述待消除谐波线路的容抗值；

所述电流测量模块用于获取流经所述容抗还原模块中的电流值，得到测量电流值；

所述补偿模块用于基于所述测量电流值，向所述高次电流谐波消除网络中引入不同感抗值的补偿电感，以抵消高次谐波电流。

2.根据权利要求1所述的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，其特征在于，所述补偿模块包含有若干个补偿单元，每个补偿单元用于向所述高次电流谐波消除网络中接入一种电感值的补偿电感；

不同的所述补偿单元之间相互连接，用于向所述高次电流谐波消除网络提供不同的接入电感值。

3.根据权利要求1所述的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，其特征在于，所述容抗还原模块至少有一个，当所述容抗还原模块为多个时，用于模拟不同的待消除谐波线路的容抗属性，每个所述容抗还原模块的容抗属性各不相同。

4.根据权利要求2所述的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，其特征在于，所述补偿单元至少包括开关S11、电感L1和通断指示器P1，所述开关S11用于控制所述电感L1的通断状态，所述通断指示器P1用于显示所述电感L1的通断状态。

5.根据权利要求2所述的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，其特征在于，所述设备还包括：控制装置，所述控制装置通过控制各个所述补偿单元在所述高次电流谐波消除网络中的通断情况，以改变所述高次电流谐波消除网络的感抗。

6.根据权利要求5所述的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，其特征在于，所述控制装置与所述高次电流谐波消除装置可插拔连接，所述控制装置用于控制所述补偿模块中接入高次电流谐波消除网络中的电感的值。

7.根据权利要求5所述的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，其特征在于，所述控制装置还包括档位选择键，所述档位选择键用于控制所述现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备内部的单片机，进而选取待消除谐波电流的谐波次数。

8.根据权利要求2所述的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，其特征在于，所述补偿模块还包括可短路备用电感，用于向所述高次电流谐波消除网络接入备用电感。

9.根据权利要求2所述的一种现场测试出可消除高次谐波的电感值的设备，其特征在于，所述高次电流谐波消除装置还包括：显示单元，用于显示流经所述容抗还原模块的电流值。