可抑制諧波的可控硅調(diào)壓裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種可抑制諧波的可控硅調(diào)壓裝置，涉及交流工頻電壓調(diào)壓裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。包括過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路、可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀1、變壓器T1和變壓器T2，三相輸入電壓LA、LB、LC相線第一路依次與變壓器T1和變壓器T2的低壓側(cè)串聯(lián)連接，三相輸入電壓LA、LB、LC相線的第二路分別與過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路的輸入端和可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀1的輸入端連接，過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路的輸出端與可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀1的控制端連接。所述裝置具有成本低、容量大、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，同時(shí)具有輸出電壓諧波成分低的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】可抑制諧波的可控硅調(diào)壓裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及交流工頻電壓調(diào)壓裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)工業(yè)用電量的增長(zhǎng)，終端供電線路條件日趨復(fù)雜，靠近配電變壓器的市電電壓普遍偏高，而且電壓隨供電負(fù)荷的變化而波動(dòng)，夜間大的工業(yè)負(fù)荷減輕，導(dǎo)致周邊的供電線路的電壓進(jìn)一步升高。在遭遇供電負(fù)荷高峰時(shí)，部分地區(qū)的市電電壓又會(huì)偏低。這種市電電壓的波動(dòng)對(duì)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行帶來(lái)不利影響，尤其是當(dāng)前大多數(shù)情況下，市電電壓偏高，會(huì)造成用電設(shè)備經(jīng)常處于過(guò)載運(yùn)行狀態(tài)，能耗增大，運(yùn)行的可靠性降低，故障率提高，增加了用戶(hù)的電費(fèi)支出，設(shè)備檢修費(fèi)用也隨之提高。
[0003]如果通過(guò)電網(wǎng)側(cè)的配電變壓器進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，雖然在一定程度上改善了這種市電電壓的波動(dòng)，但因?yàn)橛秒娯?fù)荷分布在供電線路的不同位置，難以兼顧大多數(shù)用戶(hù)的實(shí)際運(yùn)行需求。
[0004]通過(guò)用戶(hù)側(cè)的調(diào)壓裝置進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，來(lái)適應(yīng)設(shè)備的用電需求是一個(gè)比較可行的辦法，至少可以使用電設(shè)備的電壓穩(wěn)定在標(biāo)稱(chēng)的額定電壓之下，更進(jìn)一步還可以根據(jù)用電設(shè)備的特性進(jìn)一步降低電壓，使設(shè)備處在更低的能耗之下，達(dá)到節(jié)能的效果。目前調(diào)節(jié)電壓的方法有1、自耦變壓器調(diào)壓，如圖4所示；2、可控硅調(diào)壓，如圖5所示；3、IGBT調(diào)壓，如圖6所示。自耦變壓器調(diào)壓比較容易實(shí)現(xiàn)，但其電壓是通過(guò)切換不同的抽頭來(lái)實(shí)現(xiàn)，只能實(shí)現(xiàn)分級(jí)調(diào)節(jié)，且響應(yīng)速度慢。使用可控硅進(jìn)行相控?cái)夭?，可以?shí)現(xiàn)電壓的平滑調(diào)節(jié)，且成本低廉，響應(yīng)速度快，但輸出電壓的諧波含量高。使用IGBT進(jìn)行高頻斬波調(diào)壓，可以實(shí)現(xiàn)完美的正弦波輸出，同樣具有響應(yīng)速度高的特點(diǎn)，但其技術(shù)較復(fù)雜，且成本高，不易實(shí)現(xiàn)較大容量的調(diào)壓。因此，以上三種調(diào)壓技術(shù)都有各自的缺陷。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可抑制諧波的可控硅調(diào)壓裝置，所述裝置具有成本低、容量大、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，同時(shí)具有輸出電壓諧波成分低的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:一種可抑制諧波的可控硅調(diào)壓裝置，其特征在于:包括過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路、可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀1、變壓器Tl和變壓器T2，三相輸入電壓LA、LB、LC相線第一路依次與變壓器Tl和變壓器T2的低壓側(cè)串聯(lián)連接，三相輸入電壓LA、LB、LC相線的第二路分別與過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路的輸入端和可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l的輸入端連接，過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路的輸出端與可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l的控制端連接，所述可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l的輸出端分別與電壓器Tl和電壓器T2的高壓側(cè)連接，變壓器Tl的高壓側(cè)采用三角形連接，變壓器T2的高壓側(cè)采用星形連接且中性點(diǎn)懸空，所述調(diào)壓裝置通過(guò)過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路檢測(cè)每一相電壓的過(guò)零點(diǎn)，并延遲一個(gè)角度后產(chǎn)生觸發(fā)脈沖使可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l內(nèi)部對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通。
[0007]優(yōu)選的，三相輸入電壓LA、LB> LC相線的輸出端設(shè)有低通濾波器。[0008]優(yōu)選的，所述過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的檢測(cè)及觸發(fā)單元和MCU，所述可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l包括三只可控硅；檢測(cè)及觸發(fā)單元包括電阻R1-R4、二極管D1-D3、光耦U1、電容Cl、變壓器T3、三極管Q3，電阻Rl的一端接相線，另一端經(jīng)雙向穩(wěn)壓二極管Dl接光耦Ul的一個(gè)輸入端，光耦Ul的另一個(gè)輸入端接零線；光耦輸出三極管Q2的集電極第一路接上拉電阻R2，光耦輸出三極管Q2的發(fā)射極接地，光耦輸出三極管Q2的集電極第二路接MCU的一個(gè)輸入端；MCU的一個(gè)輸出端電阻R4接三極管Q3的基極，三極管Q3的發(fā)射極接地，三極管Q3的集電極與變壓器T3的初級(jí)連接，電阻R3、電容Cl和二極管D4構(gòu)成鉗位電路與變壓器T3的初級(jí)連接，變壓器T3設(shè)有二兩次級(jí)繞阻，每個(gè)繞阻通過(guò)兩個(gè)二極管整流，驅(qū)動(dòng)一只可控硅。
[0009]優(yōu)選的，所述低通濾波器包括串聯(lián)在LA、LB、LC相線輸出端的濾波電感Lx、并聯(lián)在輸出端的包括電容Cx和電阻r的RC支路和并聯(lián)在輸出端的包括電容Cy的電容支路。
[0010]優(yōu)選的，所述調(diào)壓裝置通過(guò)過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路檢測(cè)每一相電壓的過(guò)零點(diǎn)，并延遲0-180°后產(chǎn)生觸發(fā)脈沖使可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l內(nèi)部對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通。
[0011]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:(I)可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l本身會(huì)產(chǎn)生較多的諧波，主要是3、5、7、9……等奇次諧波，但調(diào)壓出來(lái)的電壓通過(guò)變壓器降壓疊加在輸入的市電電壓之上，使得可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l的電壓只占輸出電壓的一小部分，所以輸出電壓的諧波成分大大減??；(2)通過(guò)變壓器的三角形連接或者星型連接不接中性線的方式，使得可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l輸出的含有諧波成分的電壓中的3、9、15……等3n次諧波被抵消掉，于是輸出電壓就只包含5、7、11、13……次諧波。(3)—臺(tái)高壓側(cè)星型連接的變壓器和一臺(tái)高壓側(cè)三角型連接的變壓器組合，使得5、7、17、19次諧波被衰減至原來(lái)的一半。(4)綜合上述三種諧波抑制的效果，系統(tǒng)中只含有較少的5、7、11、13次諧波，更高次的諧波雖然存在，但含量非常少?？傊C波可控制在2%以?xún)?nèi)。且變壓器和可控硅的容量都只是總?cè)萘康囊徊糠?，因此與自耦變壓器調(diào)壓方案相比所需的變壓器的容量大大減小，與單純的可控硅調(diào)壓方案相比，所需的可控硅控制容量大大減小。(5)在此基礎(chǔ)上增加低通濾波器，使高次諧波進(jìn)一步衰減，因?yàn)榇藭r(shí)需要處 理的諧波次數(shù)較高，所需濾波元件體積比較小，成本低。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0013]圖1是本實(shí)用新型不具有低通濾波器的原理框圖；
[0014]圖2是本實(shí)用新型過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路與可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l的原理框圖；
[0015]圖3是本實(shí)用新型具備低通濾波器的原理框圖；
[0016]圖4是傳統(tǒng)自耦變壓器調(diào)壓方法示意圖；
[0017]圖5是傳統(tǒng)可控硅調(diào)壓方法示意圖；
[0018]圖6是IGBT調(diào)壓方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1所示，一種可抑制諧波的可控硅調(diào)壓裝置，包括過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路、可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀1、變壓器Tl和變壓器T2。三相輸入電壓LA、LB、LC相線第一路依次與變壓器Tl和變壓器T2的低壓側(cè)串聯(lián)連接，三相輸入電壓LA、LB、LC相線的第二路分別與過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路的輸入端和可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l的輸入端連接，過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路的輸出端與可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l的控制端連接；所述可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l的輸出端分別與電壓器Tl和電壓器T2的高壓側(cè)連接。變壓器Tl的高壓側(cè)采用三角形連接，變壓器T2的高壓側(cè)采用星形連接且中性點(diǎn)懸空，所述調(diào)壓裝置通過(guò)過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路檢測(cè)每一相電壓的過(guò)零點(diǎn)，并延遲0-180°后產(chǎn)生觸發(fā)脈沖使可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l內(nèi)部對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通。
[0020]可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l輸出的電壓包含3、5、7、9……等奇次諧波成分，其輸出的電壓連接到變壓器Tl和變壓器T2的高壓側(cè)時(shí)，因?yàn)門(mén)l的高壓側(cè)為三角形連接，沒(méi)有中性點(diǎn)，而T2的高壓側(cè)為星形連接且中性點(diǎn)懸空，導(dǎo)致3、9、15……等3η次諧波相互抵消，不會(huì)輸出到變壓器的低壓側(cè)；而變壓器Tl的三角型連接使得低壓側(cè)電壓和相電壓相比，存在30°的相位偏移，變壓器Τ2因?yàn)槭褂眯切芜B接，低壓側(cè)電壓和相電壓不存在相位偏移，隨著變壓器Tl和Τ2低壓側(cè)電壓的串聯(lián)疊加，其中的5、7次諧波因?yàn)檫@個(gè)相位差被放大到180°左右，使其幅度被削減I倍左右。
[0021]綜上所述，奇次諧波成分被抵消了 3η次的成分，諧波就只剩5、7、11、13次，更高次諧波的含量非常少，可以忽略不計(jì)。而5、7次諧波又被削減一倍左右，因此輸出電壓只含有少量的5、7、11、13次諧波。
[0022]因?yàn)樽儔浩鱐l、Τ2均為降壓變壓器，其輸出電壓僅僅是總輸出電壓的一部分，因此輸出諧波占總輸出電壓的比例被進(jìn)一步壓縮。同時(shí)因?yàn)樽儔浩鳓?、Τ2只承擔(dān)輸出容量的一小部分，所以變壓器的體積、成本都不大。而可控硅因?yàn)橐仓惶峁┳儔浩鱐l、Τ2的驅(qū)動(dòng)容量，因此也不需要很大的容量。例如變壓器Tl、Τ2采用8:1的變比，則輸出電壓可以在75-100%范圍內(nèi)可調(diào)，每臺(tái)變壓器只需要12.5KVA的容量，就能夠向負(fù)載提供100KVA的容量，而可控硅只需要使用70A/1200V的型號(hào)即可。
[0023]如圖2所示，所述過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的檢測(cè)及觸發(fā)單元和MCU，所述可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l包括三只可控硅。三個(gè)檢測(cè)及觸發(fā)單元的輸入端分別與三條相線連接，并分別控制可控`硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l中的一只可控硅。檢測(cè)及觸發(fā)單元包括電阻R1-R4、二極管D1-D4、光耦U1、電容Cl、變壓器Τ3、三極管Q3。電阻Rl的一端接相線，另一端經(jīng)雙向穩(wěn)壓二極管Dl接光稱(chēng)Ul的一個(gè)輸入端,光稱(chēng)Ul的另一個(gè)輸入端接零線；光|禹輸出三極管Q2的集電極第一路接上拉電阻R2，光耦輸出三極管Q2的發(fā)射極接地，光耦輸出三極管Q2的集電極第二路接MCU的一個(gè)輸入端；MCU的一個(gè)輸出端電阻R4接三極管Q3的基極，三極管Q3的發(fā)射極接地，三極管Q3的集電極與變壓器T3的初級(jí)連接，電阻R3、電容Cl和二極管D4構(gòu)成鉗位電路與變壓器T3的初級(jí)連接，變壓器T3設(shè)有二兩次級(jí)繞阻，每個(gè)繞阻通過(guò)兩個(gè)二極管整流，驅(qū)動(dòng)一只可控硅。MCU根據(jù)當(dāng)前輸出電壓目標(biāo)值計(jì)算出所需的延遲時(shí)間，并在相應(yīng)的時(shí)刻輸出一串脈沖波形，通過(guò)變壓器將脈沖施加到可控硅門(mén)極上。
[0024]優(yōu)選的，當(dāng)設(shè)備需要求供電電壓具有更低的諧波電壓時(shí)，可以在本實(shí)用新型的輸出端附加一個(gè)低通濾波器，如圖3所示。所述低通濾波器包括串聯(lián)在LA、LB、LC相線輸出端的濾波電感Lx、并聯(lián)在輸出端的包括電容Cx和電阻r的RC支路和并聯(lián)在輸出端的包括電容Cy的電容支路。由于通過(guò)上述各種技術(shù)措施，已經(jīng)將主要的諧波成分抑制得只剩很少的成分，對(duì)剩余的諧波成分，諧波次數(shù)較高，所需的濾波電抗Lx、RC支路、電容支路的元件無(wú)需很大的容量和體積。
[0025]本實(shí)用新型的有益效果在于:(I)可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l本身會(huì)產(chǎn)生較多的諧波，主要是3、5、7、9……等奇次諧波，但調(diào)壓出來(lái)的電壓通過(guò)變壓器降壓疊加在輸入的市電電壓之上，使得可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l的電壓只占輸出電壓的一小部分，所以輸出電壓的諧波成分大大減??；(2)通過(guò)變壓器的三角形連接或者星型連接不接中性線的方式，使得可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l輸出的含有諧波成分的電壓中的3、9、15……等3η次諧波被抵消掉，于是輸出電壓就只包含5、7、11、13……次諧波。(3) —臺(tái)高壓側(cè)星型連接的變壓器和一臺(tái)高壓側(cè)三角型連接的變壓器組合，使得5、7、17、19次諧波被衰減至原來(lái)的一半。(4)綜合上述三種諧波抑制的效果，系統(tǒng)中只含有較少的5、7、11、13次諧波，更高次的諧波雖然存在，但含量非常少?？傊C波可控制在2%以?xún)?nèi)。且變壓器和可控硅的容量都只是總?cè)萘康囊徊糠?，因此與自耦變壓器調(diào)壓方案相比所需的變壓器的容量大大減小，與單純的可控硅調(diào)壓方案相比，所需的可控硅控制容量大大減小。(5)在此基礎(chǔ)上增加低通濾波器，使高次諧波進(jìn)一步衰減，因?yàn)榇藭r(shí)需要處理的諧波次數(shù)較高，所需濾波元件體積比較小，成本低。
[0026]本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及其實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用來(lái)幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下還可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這 些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可抑制諧波的可控硅調(diào)壓裝置，其特征在于:包括過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路、可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀1、變壓器Tl和變壓器T2，三相輸入電壓LA、LB、LC相線第一路依次與變壓器Tl和變壓器T2的低壓側(cè)串聯(lián)連接，三相輸入電壓LA、LB、LC相線的第二路分別與過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路的輸入端和可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l的輸入端連接，過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路的輸出端與可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l的控制端連接，所述可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l的輸出端分別與電壓器Tl和電壓器T2的高壓側(cè)連接，變壓器Tl的高壓側(cè)采用三角形連接，變壓器T2的高壓側(cè)采用星形連接且中性點(diǎn)懸空，所述調(diào)壓裝置通過(guò)過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路檢測(cè)每一相電壓的過(guò)零點(diǎn)，并延遲一個(gè)角度后產(chǎn)生觸發(fā)脈沖使可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l內(nèi)部對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可抑制諧波的可控硅調(diào)壓裝置，其特征在于:三相輸入電壓LA、LB、LC相線的輸出端設(shè)有低通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可抑制諧波的可控硅調(diào)壓裝置，其特征在于:所述過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的檢測(cè)及觸發(fā)單元和MCU，所述可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l包括三只可控硅；檢測(cè)及觸發(fā)單元包括電阻R1-R4、二極管D1-D3、光耦U1、電容Cl、變壓器T3、三極管Q3,電阻Rl的一端接相線，另一端經(jīng)雙向穩(wěn)壓二極管Dl接光稱(chēng)Ul的一個(gè)輸入端,光耦Ul的另一個(gè)輸入端接零線；光耦輸出三極管Q2的集電極第一路接上拉電阻R2，光耦輸出三極管Q2的發(fā)射極接地，光耦輸出三極管Q2的集電極第二路接MCU的一個(gè)輸入端；MCU的一個(gè)輸出端電阻R4接三極管Q3的基極，三極管Q3的發(fā)射極接地，三極管Q3的集電極與變壓器T3的初級(jí)連接，電阻R3、電容Cl和二極管D4構(gòu)成鉗位電路與變壓器T3的初級(jí)連接，變壓器T3設(shè)有二兩次級(jí)繞阻，每個(gè)繞阻通過(guò)兩個(gè)二極管整流，驅(qū)動(dòng)一只可控硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可抑制諧波的可控硅調(diào)壓裝置，其特征在于:所述低通濾波器包括串聯(lián)在LA、LB、LC相線輸出端的濾波電感Lx、并聯(lián)在輸出端的包括電容Cx和電阻r的RC支路和并聯(lián)在輸出端的包括電容Cy的電容支路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可抑制諧波的可控硅調(diào)壓裝置，其特征在于:所述調(diào)壓裝置通過(guò)過(guò)零檢測(cè)及觸發(fā)電路檢測(cè)每一相電壓的過(guò)零點(diǎn)，并延遲0-180°后產(chǎn)生觸發(fā)脈沖使可控硅調(diào)壓?jiǎn)卧猀l內(nèi)部對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通。
【文檔編號(hào)】H02M1/12GK203491880SQ201320638071
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】郭春雨, 瞿文慧 申請(qǐng)人:廊坊英博電氣有限公司