專利名稱：低壓無功功率自動發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及輸配電力系統(tǒng)的接入設備，用于提高功率因數(shù)。具體地說，是一種低壓無功功率自動發(fā)生器。
②容易產(chǎn)生諧振。電力電容器的容抗XC=12πfc]]>，當并入電網(wǎng)運行以后，往往與電網(wǎng)的電感元件(變壓器、線路)構成串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振回路，由于供電系統(tǒng)中存在著諧波源，在某一個諧波頻率下，將產(chǎn)生很高的諧波電流和諧波電壓，既要損壞電力電容器，也會損壞其它電氣設備(如變壓器、電動機等)(電能質量技術叢書《電力系統(tǒng)高次諧波》呂潤余編者)；由于諧振的原因，往往電容器組不能投入運行。
③產(chǎn)生很大的合閘涌流。電容器組投入時的主要問題是涌流，涌流的頻率很高，可達幾百到幾千赫，幅值比電容器正常工作電流大幾倍到幾十倍。涌流過大可能造成斷路器、接觸器觸頭熔焊、燒損；涌流產(chǎn)生的電動力可能會使電流互感器等電氣設備造成絕緣損傷，縮短電容器、互感器和電氣設備的使用壽命。(《高壓開關開合電容電流和小電感電流》，中國電力出版社，錢家驪等編者)。
實現(xiàn)上述目的的技術方案一種低壓無功功率自動發(fā)生器，包括相位檢測器、控制器、驅動器、三相逆變橋和儲能電抗器，相位檢測器輸出接控制器，控制器將相位檢測器檢測到的功率因數(shù)角轉換成控制脈沖信號輸入驅動器，三相逆變橋的每個橋臂兩端分別由帶有反并聯(lián)二極管的全控型絕緣柵雙極晶體管串聯(lián)單向導通的二極管組成，六個驅動器的控制信號輸出分別接六個全控型絕緣柵雙極晶體管的門極端，儲能電抗器并接在三相逆變橋的橋臂兩端。
設置濾波回路，濾波回路由電抗器和電容器并聯(lián)而成，儲能電抗器與濾波回路串聯(lián)后并接在三相逆變橋的橋臂兩端。
采用上述技術方案，本實用新型有益的技術效果在于
①無功功率自動發(fā)生器所用的儲能元件不是電力電容器，而是電抗器，通過強迫換流原理將電抗器的感性電流變成容性電流輸出到電網(wǎng)，提高功率因數(shù)。由于不存在容抗XC，故不會出現(xiàn)與電網(wǎng)感性元件構成諧振回路。
②通過跟蹤用電負荷的大小，自動調節(jié)全控型晶體管的開放角度，改變無功發(fā)生器發(fā)出無功功率的大小，達到自動無級連續(xù)輸出無功功率的目的，不存在過補償和倒送無功功率的矛盾。
③由于不需要自動投切，所以也不會出現(xiàn)合閘涌流，開關被燒毀的現(xiàn)象也不存在了。
特別地，本實用新型與公開號為CN86205336、申請日為1986年7月16日、發(fā)明名稱為“強迫換流自動無功補償裝置”的專利技術相比較，不同之處在于①元器件不一樣。原來專利技術中使用的是半控型普通晶體管SCR，本實用新型技術中采用的是全控型絕緣柵雙極晶體管IGBT，這是當今電力電子技術領域研制出的電功率MOSFET和晶體管技術結合的新型復合器件，具耐高壓、電流大、導通電阻小、控制功率小等良好性能。
②強迫換流方式不一樣。原來專利技術采用半控型普通晶體管SCR，強迫換流方式使用的是電感一電容裝置，即L-C環(huán)節(jié)，這種換流電路的特點是必須借助于換流電感LS1～LS6和換流電容CS1～CS6來實現(xiàn)的。本實用新型技術的強迫換流不采用L-C環(huán)節(jié)，而是通過全控型絕緣柵雙極晶體管IGBT本身的控制門極的導通和關斷來實現(xiàn)的。僅保留儲能用的電抗器L1及功率很微小的L-C濾波回路(詳見附

圖1)，這里所用的電容器不是電力電容器，而是體積很小的普通電容器。
③關斷手段不一樣。半控型普通晶體管(SCR)導通條件是陽極電位比陰極電位高，同時在門極加上觸發(fā)脈沖信號，兩個條件缺一不可。要使晶體管關斷，一是給晶體管加反向電壓，使陰極電位高于陽極電位；二是減小流過晶體管的電流，使其小于維持電流時方可關斷。本實用新型使用的是全控型絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，只要在門極施加正電壓就可保證導通，將外加電壓降低至零電位即可關斷。
④安全可靠性高。本實用新型技術由于采用了IGBT晶體管，它具有開關時間短，開關頻率高，控制極用電壓控制，驅動功率小等優(yōu)點，遇到故障時可以迅速關斷，而不至于引起元器件燒毀。而原來專利技術采用普通晶體管SCR，由于不是靠控制脈沖關斷，往往在故障時電流超過強迫換流能力時，因不能迅速有效關斷，常常導致元器件燒毀。
⑤性能改善，成本降低。原來采用的普通晶體管，需要外部條件控制關斷，效果往往不很理想，而且強迫換流需附加換流環(huán)節(jié)，即L-C環(huán)節(jié)，需要數(shù)量多、體積大的電抗器和電容器，既不方便、又不經(jīng)濟。而采用IGBT其關斷性能良好，不需要L-C環(huán)節(jié)進行強迫換流，既提高了靈敏度和可靠性，又降低了成本。
綜上所述，本實用新型采用全控型絕緣柵雙極晶體管IGBT構成三相逆變橋，以電抗器作為儲能元件，根據(jù)變頻調速的強迫換流原理，通過IGBT的開通和關斷，在電網(wǎng)電壓的第三象限，使電抗器發(fā)出的無功電流超前電壓90°，成為容性電流輸送到電網(wǎng)，補償無功功率，提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，降低輸電線路及供電變壓器的損耗，提高經(jīng)濟效益。所以，“低壓無功功率自動發(fā)生器”，是根據(jù)現(xiàn)代高新技術和采用高科技元器件而研制成的最先進的高科技節(jié)能產(chǎn)品。
以下結合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步詳細的說明
工作原理三相逆變橋每個橋臂上、下兩只IBGT管子，例如T1和T4它們每隔180°交替工作；兩個橋臂之間的晶體管(如T2和T1)按順序相差60°導通，以此類推。關斷晶體管也是按順序相差60°關斷。由此形成電流相位超前電壓90°的容性電流，輸送給電網(wǎng)補償無功功率?？刂戚敵鰺o功功率的大小是通過改變控制角α值來實現(xiàn)的。當α＝240°(-120°)時，T3、T4、T5導通，此時iA點電位最低，B點與C點電位均高于A點，故無電流通過儲能元件，此后直至300°時間角范圍內均無電流通過。當ωt經(jīng)過30°時間角后，C點電位仍最高，但A點電位與B點電位發(fā)生變化，A點電位高于B點電位。A點電位可以通過Z4及已處于準導通狀態(tài)的T4、T3和Z3，與B點更低電位構成電流回路。此時，T4及T3的陽極電位均高于自身的陰極電位(可以把T4及T3通過Z4及Z3串聯(lián)起來看)。因此，A相與B相之間有電流iA及iB通過。一直到ωt為60°時，根據(jù)預先編好的程序，T3的控制信號停發(fā)，而T6的控制信號出現(xiàn)。此時情況發(fā)生變化，A點與B點之間因T3斷開通電狀態(tài)而停止電流導通。而C點電位仍最高，按電網(wǎng)電源的電壓狀況，應無電流通過主電路。但是，這時儲能元件L1中的電流id不能瞬時斷開，在T3斷開過程中，id因減小而在電抗L1兩端感應強大電勢。根據(jù)電路電磁感應定律，其方向為上“+”、下“-”，正好克服C點與A點之間的電位差而使T5及T4導通(即感應電勢大于UCA電壓而使電流id繼續(xù)保持導通)。此時，A相仍保持電流iA，B相電流iB消失，C相有電流iC通過。直到ωt為90°時，情況與ωt為30°時相似。當ωt為120°時，T4關斷，T1導通。以后，按編制程序使T6、T1、T2，T1、T2、T3，T2、T3、T4……依次循環(huán)工作。
本實用新型技術由于運用了當代變頻調速技術的強迫換流原理，采用了當代最先進的電力電子技術的最新成果，即全控型絕緣柵雙極晶體管IGBT，其電流大、功率小，速度快，靈感度高等優(yōu)點，所以成套裝置頻率高、開關時間短、安全工作范圍大、可靠性高、損耗小、體積小。與傳統(tǒng)的以電力電容器為儲能元件的無功功率補償裝置比較，具有無可比擬的生命力。
權利要求1.一種低壓無功功率自動發(fā)生器，包括相位檢測器、控制器、驅動器、三相逆變橋和儲能電抗器，相位檢測器輸出接控制器，控制器將相位檢測器檢測到的功率因數(shù)角轉換成控制脈沖信號輸入驅動器，儲能電抗器并接在三相逆變橋的橋臂兩端，其特征在于三相逆變橋的每個橋臂兩端分別由帶有反并聯(lián)二極管的全控型絕緣柵雙極晶體管串聯(lián)單向導通的二極管組成，六個驅動器的控制信號輸出分別接六個全控型絕緣柵雙極晶體管的門極端。
2.根據(jù)權利要求1所述低壓無功功率自動發(fā)生器，其特征在于設置濾波回路，濾波回路由電抗器和電容器并聯(lián)而成，儲能電抗器與濾波回路串聯(lián)后并接在三相逆變橋的橋臂兩端。
專利摘要一種低壓無功功率自動發(fā)生器，由相位檢測器、控制器、驅動器、三相逆變橋、儲能電抗器和濾波回路組成，相位檢測器輸出接控制器，控制器將相位檢測器檢測到的功率因數(shù)角轉換成控制脈沖信號輸入驅動器，儲能電抗器與濾波回路串聯(lián)后并接在三相逆變橋的橋臂兩端，三相逆變橋的每個橋臂兩端分別由帶有反并聯(lián)二極管的全控型絕緣柵雙極晶體管串聯(lián)單向導通的二極管組成，驅動器的控制信號輸出分別接六個全控型絕緣柵雙極晶體管的門極端。本實用新型提供了一種能提高配電設備的利用率、改善功率因數(shù)和電壓質量、降低損耗、節(jié)省電費、增加經(jīng)濟效益的低壓無功功率自動發(fā)生器。
文檔編號H02J3/18GK2563808SQ02226528
公開日2003年7月30日 申請日期2002年3月30日 優(yōu)先權日2002年3月30日
發(fā)明者陳偉俊, 陶近賢, 陳珈楓, 陳侃楓 申請人:深圳市威爾辰電力電子科技有限公司