專利名稱：：高效電力應(yīng)用的開關(guān)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明通常涉及動態(tài)地改變負(fù)載阻抗，并且涉及校正交流輸電線(supplyline)的電壓與電流之間的相4立角。尤其是，本發(fā)明涉及利用高頻開關(guān)方法來連接附加的電抗性負(fù)載，/人而才交正交流輸電線的電壓與電流之間的相位角。
背景技術(shù)：
：向遠(yuǎn)程負(fù)載輸送交流電，通常采用提供一種交流波形，在該波形中電流與電壓同相以便得到最大功率傳輸。然而，這并不是常見的情況，由住宅和商業(yè)負(fù)載提供的載荷通常向電力線(powerline)提供一種電抗性(代表性地為電感的)且非線性的負(fù)載，結(jié)果造成電壓與電流的相位差，一般表示為角度差6(在下文中被稱作"相位角")。還可能有高的諧波含量和額外的電壓尖峰(spike)，兩者都影響著所連接的設(shè)備。由于這個非零相位角供電，導(dǎo)致對于相同瓦特數(shù)需要更高的電流，所以非零相位角或非l功率因數(shù)(cos6)迫使使用具有更大電流容量的輸電線，這要提供更多的成本。為了有助于校正非零相位角，電力公司一般借助于諸如同步調(diào)相器，提供在電網(wǎng)上各配送點處的功率因數(shù)校正。盡管如此，在每個用戶處的負(fù)載仍舊通常呈現(xiàn)為電感性負(fù)載，其沒有被完全地補償，結(jié)果造成非1的功率因數(shù)、配電系統(tǒng)和用戶房屋端的功率使用的效率降低。許多電力提供商將其收費基于在零相位角處所使用的電能部分，或者處罰大于某個數(shù)值例如0.9的功率因數(shù)，試圖鼓勵用戶提高效率?，F(xiàn)已提出了各種提供用戶房屋端校正的方法，例如跨接用戶線浮動的電容器組。這種電容器一般基于所期望的負(fù)載或主要的功率因數(shù)來選5擇，且通常是不變的。此外，實現(xiàn)這些方法的成本昂貴，并且不一定提供穩(wěn)定為1的功率因數(shù)。因此，需要一種針對如下問題的解決方案，即提供由功率因數(shù)不為1的交流電源產(chǎn)生功率因凄史為1的交流電源波形的相對廉J介且高效的方法。本發(fā)明提供針對這個和其它問題的解決方案，其提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點，或者將至少向^^眾提供一種有用的選擇方案。開關(guān)技術(shù)的工作原理此處的術(shù)語"阻抗匹配"，意味著使得電力線上的非線性負(fù)載在電源看來好像是純電阻的線性負(fù)載。通過動態(tài)地合成跨接用戶負(fù)載的RC網(wǎng)絡(luò)(其實際上主要是非線性的)，能夠提供功率因數(shù)校正。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)對負(fù)載建模并且將負(fù)載作為線性元件提供給電源。這樣減少了渦電流和fR損失，進(jìn)而得到高效的功率轉(zhuǎn)換和能量節(jié)約。#支定有一個交流電壓源<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中^是峰值電壓，/是電源頻率。流經(jīng)固定電阻器R的負(fù)載的相應(yīng)交流電流由下式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>如果按周期T來切換固定電阻器R,那么負(fù)載被綜合成不同的電阻器R，，其數(shù)值取決于如下方式的占空比。在電阻器被接入(switchinto)電路達(dá)時間T。n的情況下，電阻器R綜合成電阻器R，，表達(dá)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中r。"為接通時間，7。#為關(guān)斷時間。在括號內(nèi)的項表示占空比。流經(jīng)這個經(jīng)綜合后的電阻器的電流由下式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(4)現(xiàn)在，考慮電容性負(fù)載的情況，流經(jīng)與電源電壓K相連的電容器C的交流電流由下式結(jié)、出,-=c!,即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(5)類似地，如果只在一部分時間內(nèi)將電容器接入電路，那么負(fù)載被表示為由下式給出的不同數(shù)值C，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(6)流經(jīng)這個經(jīng)綜合后的電容器的電流由下式給出/=2<CVmcos2^(7)用電容器C來替換C，的數(shù)值，負(fù)載電流由下式給出714=cos2祈(8)現(xiàn)已得到在不同占空比下經(jīng)綜合后的電阻器和電容器的下列數(shù)值。電阻和電容的固定值為R=9.1kD和C=91nF。這個組合具有0.828秒的時間周期RC。下面給出的表l表示將時間周期固定為10ms(開關(guān)頻率為10kHz)并且改變T。n和T。ff將時間常數(shù)RC保持為初始值。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1這些結(jié)果強調(diào)了開關(guān)電阻器R和開關(guān)電容器C的乘積(RC)應(yīng)當(dāng)為常數(shù)。這個技術(shù)可應(yīng)用于給定開關(guān)頻率的固定值T。n和T。ff,以及在RC保持為常數(shù)情況下不同數(shù)值的R和C。對于實際的實施方案，R和C的數(shù)值可選為諸如C-211(其中n=0,l,2,3……)。通過使用8位二進(jìn)制數(shù)，根據(jù)負(fù)載，可切換從1pF,2iaF，4iaF……到256pF范圍內(nèi)的8個不同電容器以得到不同的情況。開關(guān)技術(shù)的電功率公式當(dāng)將并聯(lián)的開關(guān)電阻器R和開關(guān)電容器C跨接放置在施加有交流電壓V的非線性負(fù)載上時，所消耗的總功率P由尸=尸./'cos①給出，其中①是電壓K與負(fù)載電流/之間的相位角?？傠娏鱅t由下式^^出因此總功率由下式給出由公式(4)和(8)來替換iR和ic的數(shù)值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>峰值電壓vm和均方根電壓v之間的關(guān)系為乙=，其中所施加的電壓為正弦電壓。上面所給的公式可被寫為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>功率公式包含有T。n、T。ff、R和C項，通過對電源和負(fù)載阻抗進(jìn)行"阻抗匹配"，可控制所述項來最優(yōu)化到用戶負(fù)載的電功率轉(zhuǎn)換的值。所有的參考文獻(xiàn)，包括在本說明書中引用的任何專利或?qū)＠暾?，都將通過引用合并于此。未承認(rèn)任意參考文獻(xiàn)構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。參考文獻(xiàn)的討論陳述了它們作者所聲稱的內(nèi)容，本申請人保留質(zhì)疑這些引用文獻(xiàn)的正確性和切合性的權(quán)利。應(yīng)當(dāng)清楚地了解到，盡管在此提及了許多現(xiàn)有技術(shù)出版物，但是這種提及并不構(gòu)成關(guān)于在新西蘭或任何其它國家任何這些文獻(xiàn)形成本
技術(shù)領(lǐng)域：
中普遍公知內(nèi)容的一部分的一種承認(rèn)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，術(shù)語"包括"在不同的管轄范圍內(nèi)被認(rèn)為具有排他除外或者是包含在內(nèi)的意思。對本說明書來說，除非另有所指，術(shù)語"包括"應(yīng)當(dāng)具有包含在內(nèi)的意思，即它應(yīng)當(dāng)被理解為不僅包含其直接提及的所列部分，而且還包含其它未列舉的部分或元件。當(dāng)術(shù)語"已包括"或"正包括"關(guān)于方法或過程中的一個或多個步驟被使用時，這一基本原理也適用。
發(fā)明內(nèi)容在一個實例中，本發(fā)明存在于用于交流電源的相位角校正電路，其由相位角檢測電路、計數(shù)器電路和可切換的電抗組組成，特征在于根據(jù)所述計數(shù)器達(dá)到的最大計lt值，可將所述電抗組中的至少一部分電抗跨接在所述電源上，所述相位角檢測電路檢測所述交流電源的電壓和電流之間的相位差，所述計數(shù)器電路的峰值計數(shù)為所;險測到的當(dāng)前的相位角的函數(shù)。優(yōu)選地，所述電抗通過開關(guān)跨接在所述電源上，所述開關(guān)的連接由所述計數(shù)器的輸出啟動。優(yōu)選地，所述電抗在至少一段設(shè)置時間內(nèi)保持連接，不管相位角是否變化。優(yōu)選地，所述計數(shù)器電路由自激振蕩器來計時。優(yōu)選地，當(dāng)達(dá)到所述最大計數(shù)值時，將一電抗跨接在交流負(fù)載上，或者，如果已經(jīng)連接了一個或多個電抗，那么連接額外的電抗。優(yōu)選地，所述電抗具有相同的數(shù)值。優(yōu)選地，每個電抗都與電阻相關(guān)聯(lián)。優(yōu)選地，所述電阻與所述電抗并聯(lián)。優(yōu)選地，所述電抗為電容。優(yōu)選地，每個電阻/電容的組合具有相同的RC時間常數(shù)。優(yōu)選地，所述電抗具有二進(jìn)制分級數(shù)值，并且按電抗性數(shù)值順序連接成校正所述相位角所需的數(shù)值。優(yōu)選地，如果所述相位角減少，那么按順序斷開電抗。在另一個實施方式中，本發(fā)明涉及一種通過以下操作來校正交流電源相位角的方法監(jiān)控電源電壓與電源電流之間的即時相位角，在每個交流周期的至少一部分周期內(nèi)，橫跨交流電源兩端連接和斷開許多補償電路中的一個或多個，以及才艮據(jù)所監(jiān)控的相位角來改變所連4妄的補償電路。在又一個實施方式中，本發(fā)明涉及一種通過以下操作來校正交流電源的電壓與電流之間的相位角的方法，通過監(jiān)控電源電壓與電源電流之間的即時相位角，當(dāng)所述相位角滯后時，將至少一些相位角補償部件(component)連接至所述電源，重復(fù)地監(jiān)控電源電壓與電源電流之間的即時相位角，該方法特征在于，當(dāng)檢測到所述相位角滯后時，遞增式地增加所連接的補償，并當(dāng)^r測到所述相位角超前時，去除所有的補償。優(yōu)選地，按已知序列連接所述補償部件以向滯后的相位角提供遞增式的補償。優(yōu)選地，所述序列對于一個補償部件電路具有一基本連接周期，該基本連接周期比所述交流電源的一個周期要短得多。優(yōu)選地，所述序列基本連接周期小于所述交流電源的一個循環(huán)的周期的十分之一。優(yōu)選地，所述序列連接周期是規(guī)律性的，并且形成比所述交流電源頻率大至少兩個數(shù)量級的基本頻率。優(yōu)選地，所述連接/斷開的比率大約為1/1。優(yōu)選地，補償部件為電容器和電阻器的并聯(lián)組合。優(yōu)選地，對于所有的補償電路，以兆歐姆為單位的電阻值與以微法為單位的電容值的乘積基本上為常數(shù)。優(yōu)選地，在一序列中，一補償電路的電抗值為下一個補償電路的電抗值的一半或兩倍。在閱讀有關(guān)附圖的下面詳細(xì)描述和評論之后，體現(xiàn)本發(fā)明特征的這些和其它特點和優(yōu)點將是明顯的。圖1是完整的相位角校正裝置的流程圖。圖2是提供電源電壓和電流之間相位差的信號表示的一部分裝置的電路圖。圖3是更為詳細(xì)的本相位角校正裝置的脈沖電壓生成部分的結(jié)構(gòu)圖。圖4是驅(qū)動相位角校正部件的數(shù)字地址的獲取電路。圖5是本裝置的地址轉(zhuǎn)換和相位角部件開關(guān)部分的圖解。圖6是圖5的地址轉(zhuǎn)換部分的流程圖。圖7和圖8共同表示用于實現(xiàn)圖6流程圖的一種可能的處理電路。圖9是適用于將RC補償網(wǎng)絡(luò)接入電路的電子開關(guān)。具體實施例方式現(xiàn)在參見圖1，這表示優(yōu)選形式的新型功率相位角校正裝置的結(jié)構(gòu)圖。在優(yōu)選實施方式中的新型裝置的必需部件是狀態(tài)計數(shù)器，其維護(hù)表示補償?shù)漠?dāng)前狀態(tài)的計數(shù)，因為這無法通過測量即時相位角而得到。圖1表示，本裝置在方框104、105處接通時，這個計數(shù)器初始設(shè)置為0。一到裝置的一部分，其中得到電壓與電流之間的相位差。在103，將所得到的相位角與最大優(yōu)選的角度相比較，如果所得到的相位角大于最大優(yōu)選的角度，那么，在106，對這個狀態(tài)計數(shù)器增加一個計數(shù)。在107，將作為結(jié)果的計數(shù)與輸出的可能的最大校正值相比較，如果作為結(jié)果的計數(shù)大于可能的最大校正值，那么在104重置狀態(tài)計數(shù)器，并且重新啟動計數(shù)。如果所得的計數(shù)小于最大值，那么反復(fù)執(zhí)行監(jiān)控即時相位角和調(diào)整狀態(tài)計數(shù)器的計數(shù)的過程。在IIO，狀態(tài)計數(shù)器的計數(shù)被轉(zhuǎn)換為適于驅(qū)動補償電路的輸出，在111，以高于交流電源頻率的中斷頻率來切換這個輸出。圖2表示如方框101所需的從輸入的交流電源得到電流和電壓。為了實現(xiàn)這一點，將交流電源施加至變壓器203的端子201、202，經(jīng)由二極管205、206,平滑電容器208和調(diào)節(jié)器207,為傳感器電路提供直流電源。來自變壓器的一部分交流電壓通過分壓器209、210，限流電阻211、212和保護(hù)二極管213施加至運算放大器217的一個端子。通過電阻器214、215、216對直流電源的偏置，以及經(jīng)由電阻器218、219的正反饋，設(shè)置了放大器217的工作點和增益，以便其作為一個比較器來在220處提供方波，該方波的轉(zhuǎn)變點在交流電壓波形的過零時刻。交流電流的信號表示由與負(fù)載電阻器231串聯(lián)的低阻值電阻器221得到，該負(fù)載電阻器231表示相位角校正裝置所提供的負(fù)載。因而，所表示的負(fù)載一般不為電阻性的，但通常具有電感性的部分。來自跨接電阻器221的交流電壓傳到運算放大器226，其中橋接二^L管222、223通過在峰值電流上導(dǎo)通以限制施加至放大器的電壓來提供過壓保護(hù)。該放大器由電阻器224、225偏置，并且由經(jīng)過電阻器227、229的正反饋來設(shè)置增益，以便其充當(dāng)比較器。在230處的輸出提供方波，且該方波的轉(zhuǎn)變點在交流電流波形的過零點處。圖3示出了提供相位角e的信號表示的一種電路形式，適于控制補償，從而減小電壓與電流之間的相位角以更接近于零的期望值，同時還提供指示電流的相位角是超前還是滯后于電壓的信號。將由圖1的波形得到的電流和電壓施加至220、230，其中電容器301、302用于去除波形中高頻波動。在303處反相的一種形式的電壓波形被施加至與門306的一個輸入端，一種形式的電流波形經(jīng)過反相器304、305以非反相形式施加至與門306的另一個輸入端。與門306的輸出，其脈寬等價于電壓與電流波形的相位差，經(jīng)由電阻器307、光電二極管/光電晶體管光隔離偶307、308輸出至端子310。接著處理與門312、或門314和與門315的子電路，并假定反相器313的輸入為低，當(dāng)與門306的輸出為高時，即在電流與電壓不同相的交流波形周期內(nèi)，與門312的輸出將變高。因此，或門314的輸入將變高，同時反相器303的輸出施加于與門315。來自門315的反饋確保了一旦為高時，與門的輸出將保持為高，直至反相的電壓波形變低為止。這個輸出在反相器316、317中得以緩沖，并且經(jīng)由電阻器318形成輸出至光隔離器319、320。此處的高輸出是指超前的相位角，低電壓指滯后的相位角。同樣的輸出信號進(jìn)入與門324、或門325和與門326的子電路。與先前子電路相同的方式，這個子電路接收與門306的反相形式的輸出和先前子電路的反相形式的輸出，以提供一種波形，當(dāng)306處的電壓輸出為低并且來自315的輸出為低時，該波形變高，保持高電平，直至在303處的電壓波形變低。因此，只要反相器303的輸出為高，門328的輸出通過反相器313來抑制門315的輸出。這會導(dǎo)致雙穩(wěn)態(tài)行為，隨著相位角從超前到滯后，輸出也從高轉(zhuǎn)變到低。反相器優(yōu)選SN74LS04的部分，與門優(yōu)選構(gòu)成GD74HC08的部分，或門優(yōu)選構(gòu)成SN74LS32的部分，以及光隔離器可為4N35部件。圖4顯示，在獲得了表示需要校正的相位角的方波信號時，如何將這個從圖3的310到圖4的401的信號通過積分電路403、402、404施加至運算放大器405。這個積分器的時間常數(shù)使得積分器的輸出為鋸齒波形，這試圖消除相位角表示脈沖波形中的抖動。運算放大器405的另一個輸入來自電位計406，其調(diào)節(jié)運算放大器405的工作點，以便放大器的輸出與鋸齒波形上的設(shè)置電平相對應(yīng)。這提供了放大器405的脈沖輸出，對于電壓與電流之間所檢測到的相位差，該脈沖輸出變低，但其由電位計406進(jìn)行了微調(diào)，使得較小的相位角無法生成輸出。因此，可生成從大約超前3°到滯后3。范圍內(nèi)的"死區(qū)"，來在相位角接近于零時，避免所施加補償?shù)牟粩喔淖儭Ｈ绻麤]有脈沖輸入，運算放大器405的輸出經(jīng)電阻器406被拉高，并^皮施加至計數(shù)器407的復(fù)位輸入端以正常地使之無效。計數(shù)器407優(yōu)選為CD4060,并且包括使用部件408和409的振蕩器和14級紋波(ripple)二進(jìn)制計數(shù)器。當(dāng)計數(shù)器啟動時，該振蕩器的工作頻率使得第12階紋波級的輸出每開/關(guān)周期大約為2秒。通常，當(dāng)將表示大于5°的相位角的脈寬應(yīng)用于電路時，消除計數(shù)器重置信號，并且計數(shù)器開始計數(shù)。如果在脈沖下降且計數(shù)器重置之前達(dá)到足夠改變第12階紋波級狀態(tài)的計數(shù)，那么時鐘脈沖從計數(shù)器407到達(dá)狀態(tài)計數(shù)器413、414的第一部分。狀態(tài)計數(shù)器413、414是8位二進(jìn)制計數(shù)器，提供8個輸出中的N個，即8個輸出級中的任何N個可同時為高或低。例如，它可包括兩個74163同步4位計數(shù)器集成電路。狀態(tài)計數(shù)器在8路輸出線415上產(chǎn)生輸出，對于來自運算放大器405的表示大于諸如5度的設(shè)置值的每個時鐘脈沖，對該輸出進(jìn)行計時上升一位，其中這等價于在計數(shù)器407的紋波級12處生成脈沖所需要的計數(shù)。通過來自電阻器410、電容器411和反相器412的復(fù)位，電源故障將狀態(tài)計數(shù)器返回至O計數(shù)。計數(shù)器413、414的8輸出地址線用輸出線415來表示。圖5示出表示為處理器508的輸入500、501—507的8輸出線415。該處理器優(yōu)選實現(xiàn)圖6所示的算法，其中在601檢查所有的地址線，如果所有的地址線都為低，那么在603將輸出地址0(輸入500)置高，不管地址線O是高還是低。這并不是必需的，但是期望針對在交流波形上一直存在的噪音提供一些平滑措施。然后，在602、607處順序檢查其它的地址，且如果為高，那么在608將其地址線狀態(tài)輸出設(shè)置為高。在604，不斷地檢查交流電壓信號，并且在(優(yōu)選如同在圖1的電路中所檢測的)過零點時，在605,地址通過，到達(dá)在606的狀態(tài)切換過程。此處，狀態(tài)#皮設(shè)置為高的每條地址線按通常為20KHz的開關(guān)中斷速率被切換為高和低。地址線的中斷輸出是來自圖5的處理器508的輸出，應(yīng)用于與補償電路相連接的開關(guān)。1來自處理器的每條地址線驅(qū)動不同開關(guān)509、513、516、519、522、525、528、531中的一個開關(guān)。開關(guān)509、513等中的每一個開關(guān)都用于將RC電^各511、512;514、515;517、518等中的一個RC電鴻-跨接在交流電源線上。因此，這些開關(guān)的工作方式為，使得在以20KHz的速率接通和關(guān)斷網(wǎng)絡(luò)的情況下，當(dāng)來自處理器的適當(dāng)輸出為高時，若適當(dāng)?shù)牡刂肪€為高，則RC網(wǎng)絡(luò)511、512;514、515等被以分流的方式^爭接在交流線上。優(yōu)選地，每個RC網(wǎng)絡(luò)的微法電容和千歐電阻的乘積為1,使得如果電容器512為0.1微法，那么電阻器511為IOOK歐姆。優(yōu)選地，RC網(wǎng)絡(luò)中的每一級的電容的值為前一級的兩倍，因此電容器515為0.2微法，而電阻器514為50000歐姆，電容器516為0.4微法，電阻器515為25000歐姆，等等。由于所施加的控制信號以8個中的N個數(shù)字的方式變化來提供256個不同的地址，由RC組合提供的負(fù)載可通過逐級的方式變化，每一級等于最小電抗的RC網(wǎng)絡(luò)。這提供了在電源線上的相位角校正負(fù)載，其從輕電容性的負(fù)載變化為高電容性的負(fù)載，優(yōu)選地，這個變化足以解決所提供的負(fù)載的問題，即使相位角發(fā)生常規(guī)變化時也是如此。這對電源提供了負(fù)載的"阻抗匹配"。在異常的情況下，狀態(tài)計數(shù)器無法鎖定，但將保持循環(huán)，直至出現(xiàn)將相位角減少至0的匹配。開關(guān)模塊509、513等可為商用的開關(guān)模塊，其按20KHz頻率提供所需的電流開關(guān)能力。這些模塊可用于交流電機或電源的脈寬調(diào)制控制，通常使用MOSFET或IGBT,并且可用于匹配低電平的數(shù)字驅(qū)動信號。針對150A容量，在橋式結(jié)構(gòu)中，這樣的一個模塊可使用ST半導(dǎo)體L6668智能主控制器(SmartPrimaryController)和ST半導(dǎo)體STGE200NB60SIGBT。通常，50A的IGBT已足夠應(yīng)付小的工作場合。圖9示出可選開關(guān)模塊，其中電容器卯l、電阻器902、抽頭變壓器904和晶體管903組成的Hartley振蕩器由Vcc供電。在905處，對變壓器904的振蕩器輸出進(jìn)行整流，以提供由電容器906平滑的隔離式直流電源，其通過電阻器911和截止二^l管912驅(qū)動晶體管910。在907處，向電阻器908和LED909提供來自處理器508的開關(guān)電壓。當(dāng)開關(guān)電壓為高時，晶體管910被偏置導(dǎo)通，以將電阻器913上的驅(qū)動電壓提供至IGBT914、915的柵4及，IGBT914、915在916、917處與交流電源電壓、圖5的電容器/電阻器對相連接。必要時，可以按可變的開/關(guān)速率來切換開關(guān)模塊，以提供R和C的合成數(shù)值，這個數(shù)值提供所需的"阻抗匹配"。圖7和圖8示出才艮據(jù)本發(fā)明的處理器508的部件。盡管由簡單的74NN系列數(shù)字集成電路構(gòu)成，包含有與圖6所示相當(dāng)?shù)乃惴ǖ奶幚砥鬟B同EPROM是能夠構(gòu)成本發(fā)明部件的處理器的實例。在這個電路中，Ul、U2、U4、U5、U6和U7是8位三態(tài)觸發(fā)器，用作輸入信號和控制信號的寄存器，U3、U8、U9、UlO和Ull是3態(tài)八進(jìn)制收發(fā)器，U12、U13、U14和U15是4位計數(shù)器。在施加的時鐘和地址信號的作用下，這些用于檢測相位超前或滯后的幅度，并且利用EPROMU24和U25來選擇與圖5的各種補償電路的遞增式連接。應(yīng)當(dāng)注意到，所描述的結(jié)構(gòu)無法減少所連接的RC電路的數(shù)量，并且僅僅增加補償，直至達(dá)到接近于0的相位角，不允許因電感性負(fù)載的減少而變化。實現(xiàn)可使相位角減小的結(jié)構(gòu)是簡單的，并且如下裝置將實現(xiàn)所期望的效果所述裝置檢測輸出321何時從高變低，并重置狀態(tài)計數(shù)器，使得"阻抗匹配"過程重復(fù)。還可提供執(zhí)行實際倒計數(shù)的許多其它精巧方法。由如上所述的處理器內(nèi)的子程序按高于電源頻率的頻率、以循環(huán)的方式來連接校正負(fù)載，優(yōu)選在20KHz的范圍內(nèi)。每個校正部件組合在短時間內(nèi)連接，而后又在短時間內(nèi)斷開。這個連接/斷開的比率的范圍可從50/50到90/10，但優(yōu)選70/30。在這種方式下，每次連接時出現(xiàn)對電抗校正部件的初始起動涌入電流，其用于增加所施加校正的效果。當(dāng)斷開校正部件時，在該部件再次連接之前，電容器上的任意剩余電壓通過并聯(lián)電阻器降低到至少一定程度。開關(guān)過程中的任意剩余假象(artifact)可通過設(shè)置在電源上的低值電容來過濾。雖然這個所示實例采用并聯(lián)電阻器和電容器組的組合，但是其它電路也可實現(xiàn)同樣的目的，例如可添加已調(diào)諧至適當(dāng)頻率的一組諧振電路，以移去特定的諧波或在所用的開關(guān)或其它組合部件上添加的緩沖電阻器，其將具有調(diào)整所施加電源電壓的相位角的作用。所示的電路形式具有充分16減少電源頻率諧波的特性。所使用的電抗性電路具有等于1的RC常數(shù)，并且對于50Hz電源具有20KHz開關(guān)頻率，并具有大約70/30的脈沖/空隔(mark/space)比。連接/斷開的比率被看作是相位角減少的主要因素。保相比于補償部件通常20KHz的循環(huán)切換頻率和50或60Hz的交流電源頻率，時間常數(shù)RC的數(shù)值很大，所以當(dāng)斷開循環(huán)開關(guān)時，在電容器上的電壓降低得很少。然而，并不要求電抗性部件的數(shù)值乘以電阻性部件的數(shù)值等于常數(shù)1。這個數(shù)值也可等于提供相位角可接受的減小的0.5、2、3或任意指定的數(shù)值。也不要求所有組合的數(shù)值精確地等于指定的常數(shù)，但通常等于在標(biāo)準(zhǔn)部件公差的20%范圍內(nèi)。同樣地，不要求對于50Hz的電源，開關(guān)頻率精確地為20KHz,因為其它頻率將提供給出足夠減小的相位角的解決方案，但從10KHz到100KHz的頻率為優(yōu)選項。雖然期望的相位角為O,但是交流電源的實際情況表明，將相位角減小至O度且保持在O度并不可行。通常，輸入電源上的變化的諧波和位于用戶房屋端的變化的負(fù)載使得不可能維持始終如一的0相位角，本發(fā)明的目的是將相位角減少至不大于5度的實際數(shù)值，并且將該相位角實質(zhì)上保持在零的正負(fù)5度的范圍內(nèi)。所示的實施方式使用許多標(biāo)準(zhǔn)邏輯集成電路來提供數(shù)字信號處理。這些電路的功能可由幾種不同裝置來提供，其中的一種可選項為可編程邏輯陣列結(jié)合到所需模擬線路的接口電路，另一種則為微處理器。這些變化都落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解到，盡管已在前面的描述中闡述了本發(fā)明各種實施方式的許多特性和優(yōu)點以及本發(fā)明各種實施方式的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)，但是，本公開內(nèi)容僅是說明性的，只要對本發(fā)明的運行沒有不利影響，可在細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。例如，相位角校正裝置的特定元件可根據(jù)其被使用的特定應(yīng)用來改變，本發(fā)明的實質(zhì)和范圍內(nèi)沒有變化。此外，盡管此處所描述的優(yōu)選實施方式是針對在小型商用或家用系統(tǒng)中使用的相位角校正電路，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到，本發(fā)明的教義可被運用于諸如獨立發(fā)電機的其它系統(tǒng)，而不偏離本發(fā)明范圍和實質(zhì)。工業(yè)實用性本發(fā)明的相位角校正電路用于減小交流電源的電流與電壓之間的相位角，并且將電源與在電力用戶處的和負(fù)載的阻抗進(jìn)行匹配，從而提供更有效率的用戶負(fù)載驅(qū)動，以及需要較少成本的固定線路和機器。因此，本發(fā)明具有工業(yè)實用性。權(quán)利要求1.一種用于交流電源的相位角校正電路，所述相位角校正電路由相位角檢測電路、計數(shù)器電路和可切換的電抗組組成，所述相位角檢測電路檢測所述交流電源的電壓和電流之間的相位差，所述計數(shù)器電路的峰值計數(shù)為所檢測到的當(dāng)前的相位角的函數(shù)，所述相位角校正電路特征在于，根據(jù)所述計數(shù)器達(dá)到的最大計數(shù)值，所述電抗組中的至少一部分電抗可跨接在所述電源上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位角校正電路，其特征在于，所述電抗通過開關(guān)跨接在所述電源上，所述開關(guān)的連接由所述計數(shù)器的輸出啟動。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位角校正電路，其特征在于，所述電抗在至少一段設(shè)置時間內(nèi)保持連接，而不管相位角的變化。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位角校正電路，其特征在于，所述計數(shù)器電路由自激振蕩器來計時。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位角校正電路，其特征在于，當(dāng)達(dá)到所述最大計數(shù)值時，一電抗被跨接在交流負(fù)載上，或者如果已經(jīng)連接了一個或多個電抗，那么連接額外的電抗。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位角校正電路，其特征在于，所述電抗具有相同的數(shù)值。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位角校正電路，其特征在于，每個電抗都與電阻相關(guān)聯(lián)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相位角校正電路，其特征在于，所述電阻與所述電抗并聯(lián)。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相位角校正電路，其特征在于，所述電抗為電容。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的相位角校正電路，其特征在于，每個電阻/電容的組合具有相同的RC時間常數(shù)。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位角校正電路，其特征在于，所述電抗具有二進(jìn)制分級數(shù)值，并且按電抗性數(shù)值順序來連接成校正所述相位角所需的數(shù)值。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位角校正電路，其特征在于，如果所述相位角減小，那么按順序斷開所述電抗。13.—種方法，其通過以下操作來校正交流電源的相位角監(jiān)控電源電壓與電源電流之間的即時相位角，在每個交流周期的至少一部分周期內(nèi)，橫跨所述電源兩端連接和斷開多個補償電路中的一個或多個，以及根據(jù)所監(jiān)控的相位角來改變所連接的補償電路。14.一種方法，其通過以下才喿作來校正交流電源的電壓與電流之間的相位角監(jiān)控電源電壓與電源電流之間的即時相位角，當(dāng)所述相位角滯后時，將至少一些相位角補償部件連接至所述電源，重復(fù)地監(jiān)控電源電壓與電源電流之間的所述即時相位角，所述方法特征在于，當(dāng)4全測到所述相位角滯后時，遞增式地增加所連接的補償，而當(dāng)檢測到所述相位角超前時，去除所有的補償。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的相位角校正電路，其特征在于，所述補償部件是按已知序列連接的，以對滯后的相位角提供遞增式的補償。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的相位角校正電路，其特征在于，所述序列對于一個補償部件電路具有一基本連接周期，該基本連接周期比所述交流電源的一個周期要短得多。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的相位角校正電路，其特征在于，所述序列的基本連接周期小于所述交流電源的一個循環(huán)的周期的十分之一。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的相位角校正電路，其特征在于，所述序列的連接周期是規(guī)律性的，并且形成比所述交流電源的頻率大至少兩個數(shù)量級的基本頻率。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的相位角校正電路，其特征在于，連接/斷開的比率大約為1/1。20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的相位角校正電路，其特征在于，補償部件為電容器和電阻器的并聯(lián)組合。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的相位角校正電路，其特征在于，對于所有的補償電路，以兆歐姆為單位的所述電阻器的值與以微法為單位的所述電容器的值的乘積實質(zhì)上為常數(shù)。22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的相位角校正電路，其特征在于，在一序列中，一補償電路的電抗值為下一個補償電路的電抗值的一半或兩倍。全文摘要一種校正交流電源的電壓與電流之間相位角的主動式相位角校正電路，其通過檢測相位角，電抗性以及阻抗性地逐步對交流饋電線添加負(fù)載，直至相位角在接近0的期望水平，然后保持或遞增式調(diào)整負(fù)載，來改變交流饋電線的電容性負(fù)載以將相位角減小至接近為0。所施加的負(fù)載可按照比電網(wǎng)供電頻率大得多的速率來連續(xù)接通和切斷。文檔編號G05F1/70GK101689061SQ200880011031公開日2010年3月31日申請日期2008年2月1日優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日發(fā)明者穆罕默德·西拉杰丁申請人:先進(jìn)環(huán)境科技有限公司