TWM575527U

TWM575527U - Power factor simulation device for AC load

Info

Publication number: TWM575527U
Application number: TW107213604U
Authority: TW
Inventors: 劉英彰
Original assignee: 博計電子股份有限公司
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2019-03-11

Abstract

一種交流負載的功率因數模擬裝置，包括一可調電阻網路、一可調電感網路、一可調電容網路、一控制單元，其中該可調電阻網路包括可選擇的至少一電阻;可調電感網路包括可選擇的至少一電感;可調電容網路，包括可選擇的至少一電容。控制單元依據一預設功率因數值及一負載電流值或電阻值、電感值及電容值選擇該可調電阻網路的該至少一電阻、該可調電感網路的該至少一電感及/或該可調電容網路的該至少一電容以一串並聯型式組成一交流負載，並通過導線連接至一交流電源。

Description

交流負載的功率因數模擬裝置

本創作係關於一種交流電子負載，特別是一種交流負載的功率因數模擬裝置。

交流負載模擬裝置係用以模擬交流電路中各種實際負載，以瞭解並測試交流電源供應裝置或功率組件在特定負載下之工作狀態。

逆變器(Inverter)、不斷電電源(UPS)等實際電負載可區分為電阻性、電容性、電感性及整流性負載，其中電阻性及整流性負載以目前市場之習用交流電子負載產品可以模擬，但電容性及電感性負載的模擬仍然有困難。

本創作申請人先前提出用補償電源方法來模擬電感性及電容性負載的交流負載模擬裝置(發明專利第I540329號)，以期解決交流LC的PF功率因素負載之正電壓負電流及負電壓正電流，電子元件無法工作的範圍。但此方法成本高，又當待測試電源的頻率變動或電源電壓波形不是正弦波時便不適用。

本創作之主要目的即是提供一種交流負載的功率因數模擬裝置。本創作採用被動元件及配合的控制電路來達成模擬電感性及電容性負載的目的。

本創作所採用之技術手段係在一負載模擬電路中包括一可調電阻網路、一可調電感網路、一可調電容網路、一控制單元，其中該可調電阻網路包括可選擇的至少一電阻;可調電感網路包括可選擇的至少一電感;可調電容網路，包括可選擇的至少一電容。控制單元依據一預設功率因數值及負載電流值或電阻值、電感值及電容值選擇該可調電阻網路的該至少一電阻、該可調電感網路的該至少一電感及/或該可調電容網路的該至少一電容以一串並聯型式組成一交流負載，並通過導線連接至一交流電源，該預設功率因素值及電流值，實質上就是負載的電阻、電感、電容所組成的結果，兩者為等效關係。

其中，可調電阻網路中的該至少一電阻係包括至少一電阻元件或操作於電子負載定電阻模式或定電流模式的電子負載之一。

其中，更包括一串聯等效電阻。

本創作另一實施例中，負載模擬電路包括一可調電阻網路、一可調電感網路，亦可包括一串聯等效電阻。

本創作另一實施例中，負載模擬電路包括一可調電阻網路、一可調電容網路，亦可包括一串聯等效電阻。

本創作另一實施例中，負載模擬電路包括一可調電感網路、一可調電容網路，亦可包括一串聯等效電阻。

在效果方面，本創作可廣泛使用在各種電阻性、電容性、電感性的測試。本創作也適用在整流性負載(亦即在電子產品的電源電路中包括有整流電路、濾波電容等元件)的測試。本創作也適用各種非正弦波或頻率變化(變頻)的測試應用。

本創作所採用的具體技術，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。

請同時參閱圖1所示，其顯示本創作交流負載的功率因數模擬裝置的第一實施例電路方塊圖。本創作包括一負載模擬電路1，其經由一對導線W1、W2連接一交流電源ACV。負載模擬電路1係可由一可調電阻網路R、一可調電感網路L、一可調電容網路C所組成。

一控制單元3連接於該負載模擬電路1中的可調電阻網路R、可調電感網路L、可調電容網路C。一設定單元4連接於該控制單元3，供使用者設定一預設功率因數值PF1、負載模擬電路1的負載電流值I1或電阻、電感及電容設定值。

控制單元3依據設定單元4所設定的預設功率因數值PF1及負載電流值I1或電阻值、電感值及電容值，以選擇信號21、22、23選擇性地將該負載模擬電路1的可調電阻網路R、可調電感網路L、可調電容網路C以一串並聯型式連接於該交流電源ACV，以組成符合該預設功率因數值PF1及負載電流值I1或電阻、電感及電容設定值的交流負載電路。

一功率因數錶5連接於交流電源ACV和負載模擬電路1之間，可依據交流電源ACV的電壓值V、電流值I及交流電源的功率值計算檢測一實測功率因數值PF2，並可將該實測功率因數值PF2傳送至控制單元3。

除電感、電容外，會再視需要增加一個串聯等效電阻Rs。串聯等效電阻Rs是模擬實際應用時交流電源(例如UPS或Inverter)輸出到電器設備輸入之導線、保險絲、開關、EMI濾波器及連接器之等效電阻，此串聯等效電阻Rs即是模擬實際的等效電阻值。

可調電阻網路R中包括至少一電阻元件，亦可採用操作於電子負載定電阻模式的電子負載或操作於定電流模式的電子負載之一。可調電感網路L中包括至少一電感元件。可調電容網路L中包括至少一電容元件。

前述可調電阻網路R可採用操作於電子負載定電阻模式(CR Mode)或定電流模式(CC Mode)的電孒模擬負載，亦可採用內建一個或多個電阻元件而構成可調電阻網路R。

可調電感網路L是模擬實際負載(例如馬達、壓縮機、吸塵器、冷氣機、洗衣機、電冰箱等)的等效電感值。可調電感網路L中內建一個或多個電感元件。

可調電容網路C是模擬實際上倂聯於電感性負載的等效電容器，因為馬達或壓縮機等實際負載會變化，功率因數調整是偏重載時調整到約大於-0.8以上，所以當空載或輕載時會變成電容性，這時候電流會超前電壓，所以有電容性存在。可調電容網路C中內建一個或多個電容元件。

基本上電感、電容阻抗的範圍分別視負載而定，例如電感負載或電容負載是負載的50%，另外50%為電子負載或電阻負載，這樣的功率因數值為45度約能達到+0.707~-0.707，滿足實際電容性及電感性的負載需求。若要更大功率因數範圍就需要再並聯電阻、電感、電容模組，就能夠實現。

控制單元3可依據負載電流值與功率因數值計算出所需的電阻值、電感值、電容值。以功率因數值PF=0.707為例，R=XC，PF=-0.707時，R=XL，然後依據頻率及公式XL=2πfL，XC=1/2πfC就可計算出電感值、電容值及電阻值。

控制單元3依據計算出的電感值、電容值及電阻值，即可選擇性地選擇可調電阻網路R中的至少一電阻元件(或控制電孒模擬負載)、可調電感網路L中的至少一電感元件及/或可調電容網路C中的至少一電容元件組合成符合所需電阻值、電感值、電容值及功率因素值的各種不同的串並聯電路，便能達成可模擬電感性及電容性的功率因數交流負載。

前述的串並聯電路，例如可為電阻和電感並聯、電阻和電感串聯、電阻和電容並聯、電阻和電容串聯、串聯等效電阻和電感串聯後再與電阻並聯、串聯等效電阻和電感和電阻串聯、串聯等效電阻和電容串聯後再與電阻並聯、串聯等效電阻和電容和電阻串聯...等各種不同型式。

本創作即是結合電孒模擬負載(或實際的電阻元件)與可調電感網路L及可調電容網路C所組合的負載，搭配功率因數錶來達成電感性負載與電容性負載之功率因素模擬，可用來測試驗證Inverter或UPS對實際各種電器設備，其功率因素都不相同之負載條件下，輸出能力是否穩定、足夠及是否能正常運作。

圖2顯示本創作交流負載的功率因數模擬裝置的第二實施例電路方塊圖。本實施例的組成構件與第一實施例大致相同，故相同元件乃標示相同的元件編號，以資對應。本實施例中的負載模擬電路1a係由一可調電阻網路R、一可調電感網路L所組成，可作為不同電特性的電器設備在不同功率因素之負載條件下的測試驗證。負載模擬電路1a中亦可包括一串聯等效電阻Rs。

圖3顯示本創作交流負載的功率因數模擬裝置的第三實施例電路方塊圖。本實施例的負載模擬電路1b係由一可調電阻網路R、一可調電容網路C所組成，可作為不同電特性的電器設備在不同功率因素之負載條件下的測試驗證。負載模擬電路1b中亦可包括一串聯等效電阻Rs。

圖4顯示本創作交流負載的功率因數模擬裝置的第四實施例電路方塊圖。本實施例的負載模擬電路1c係由一可調電感網路L、一可調電容網路C所組成，可作為不同電特性的電器設備在不同功率因素之負載條件下的測試驗證。負載模擬電路1c中亦可包括一串聯等效電阻Rs。

以上所舉實施例僅係用以說明本創作，並非用以限制本創作之範圍，凡其他未脫離本創作所揭示之精神下而完成的等效修飾或置換，均應包含於後述申請專利範圍內。

1、1a、1b、1c‧‧‧負載模擬電路

21、22、23‧‧‧選擇信號

3‧‧‧控制單元

4‧‧‧設定單元

5‧‧‧功率因數錶

ACV‧‧‧交流電源

R‧‧‧可調電阻網路

Rs‧‧‧串聯等效電阻

L‧‧‧可調電感網路

C‧‧‧可調電容網路

PF1‧‧‧預設功率因數值

PF2‧‧‧實測功率因數值

V‧‧‧電壓值

I‧‧‧電流值

I1‧‧‧負載電流值

W1、W2‧‧‧導線

［圖1］顯示本創作交流負載的功率因數模擬裝置的第一實施例電路方塊圖。［圖2］顯示本創作交流負載的功率因數模擬裝置的第二實施例電路方塊圖。［圖3］顯示本創作交流負載的功率因數模擬裝置的第三實施例電路方塊圖。［圖4］顯示本創作交流負載的功率因數模擬裝置的第四實施例電路方塊圖。

Claims

一種交流負載的功率因數模擬裝置，包括：一可調電阻網路，包括可選擇的至少一電阻; 一可調電感網路，包括可選擇的至少一電感; 一可調電容網路，包括可選擇的至少一電容; 一控制單元，連接該可調電阻網路、該可調電感網路、該可調電容網路; 其中，該控制單元依據一預設功率因數值及一負載電流值或電阻、電感、電容值選擇該可調電阻網路的該至少一電阻、該可調電感網路的該至少一電感及/或該可調電容網路的該至少一電容以一串並聯型式組成一交流負載，並通過導線連接至一交流電源。
依據申請專利範圍第1項所述之交流負載的功率因數模擬裝置，其中該可調電阻網路中的該至少一電阻係包括至少一電阻元件或操作於電子負載定電阻模式的電子負載或操作於定電流模式的電子負載之一。
依據申請專利範圍第1項所述之交流負載的功率因數模擬裝置，更包括一串聯等效電阻，該串聯等效電阻係串聯連接於該導線。
一種交流負載的功率因數模擬裝置，包括：一可調電阻網路，包括可選擇的至少一電阻; 一可調電感網路，包括可選擇的至少一電感; 一控制單元，連接該可調電阻網路、該可調電感網路; 其中，該控制單元依據一預設功率因數值及一負載電流值或電阻及電感值選擇該可調電阻網路的該至少一電阻、該可調電感網路的該至少一電感以一串並聯型式組成一交流負載，並通過導線連接至一交流電源。
依據申請專利範圍第4項所述之交流負載的功率因數模擬裝置，其中該可調電阻網路中的該至少一電阻係包括至少一電阻元件或操作於電子負載定電阻模式的電子負載或操作於定電流模式的電子負載之一。
依據申請專利範圍第4項所述之交流負載的功率因數模擬裝置，更包括一串聯等效電阻，該串聯等效電阻係串聯連接於該導線。
一種交流負載的功率因數模擬裝置，包括：一可調電阻網路，包括可選擇的至少一電阻; 一可調電容網路，包括可選擇的至少一電容; 一控制單元，連接該可調電阻網路、該可調電容網路; 其中，該控制單元依據一預設功率因數值及一負載電流值或電阻及電容值選擇該可調電阻網路的該至少一電阻、該可調電容網路的該至少一電容以一串並聯型式組成一交流負載，並通過導線連接至一交流電源。
依據申請專利範圍第7項所述之交流負載的功率因數模擬裝置，其中該可調電阻網路中的該至少一電阻係包括至少一電阻元件或操作於電子負載定電阻模式的電子負載或操作於定電流模式的電子負載之一。
依據申請專利範圍第7項所述之交流負載的功率因數模擬裝置，更包括一串聯等效電阻，該串聯等效電阻係串聯連接於該導線。
一種交流負載的功率因數模擬裝置，包括：一可調電感網路，包括可選擇的至少一電感; 一可調電容網路，包括可選擇的至少一電容; 一控制單元，連接該可調電感網路、該可調電容網路; 其中，該控制單元依據一預設功率因數值及一負載電流值或電感及電容值選擇該可調電感網路的該至少一電感、該可調電容網路的該至少一電容以一串並聯型式組成一交流負載，並通過導線連接至一交流電源。
依據申請專利範圍第10項所述之交流負載的功率因數模擬裝置，更包括一串聯等效電阻，該串聯等效電阻係串聯連接於該導線。