專(zhuān)利名稱(chēng)：三相網(wǎng)絡(luò)中的限壓和衰減電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相網(wǎng)絡(luò)中的限壓和衰減電路。
由待保護(hù)系統(tǒng)之外引起的且通過(guò)接線(xiàn)進(jìn)入系統(tǒng)或者通過(guò)感應(yīng)耦合或電容耦合在供電網(wǎng)中產(chǎn)生的過(guò)電壓會(huì)隨幅值和能量導(dǎo)致對(duì)接入電器的破壞。出現(xiàn)這種通常為非周期的過(guò)電壓是例如由于與高電位的直接耦合、開(kāi)關(guān)過(guò)程如其他用電器進(jìn)入供電網(wǎng)或無(wú)功功率補(bǔ)償電容在供電網(wǎng)中接通和斷開(kāi)，以及會(huì)在電線(xiàn)中出現(xiàn)一高壓行波的雷擊電線(xiàn)。其他原因是例如因供電線(xiàn)路中的短路，特別是在硬性中點(diǎn)接地中在相鄰線(xiàn)路內(nèi)會(huì)感生出強(qiáng)電流的感應(yīng)影響以及強(qiáng)電磁場(chǎng)的作用。此外，例如在許多亞洲國(guó)家，如中國(guó)，供電網(wǎng)通常具有強(qiáng)烈的波動(dòng)。如果現(xiàn)在用戶(hù)在對(duì)電壓波動(dòng)很敏感的供電網(wǎng)中被驅(qū)動(dòng)，則其不可能順利地不被干擾地工作。在直接在電網(wǎng)中發(fā)出脈沖的脈沖變換器中例如存在這種可能性，由于電網(wǎng)過(guò)壓和帶有高的電壓陡度dU/dt的電網(wǎng)電壓干擾而破壞電網(wǎng)輸入部分。此外，在單相的已發(fā)生的電網(wǎng)干擾中，對(duì)地電位會(huì)導(dǎo)致在接入的電能用戶(hù)中高的反向電流或電壓擊穿。
在有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如VDE0160中，要求電器有能承受過(guò)壓的證明。在歐共體成員國(guó)權(quán)益協(xié)調(diào)的進(jìn)程中作為政治努力的結(jié)果，為形成公開(kāi)的歐洲市場(chǎng)，宣布了一條準(zhǔn)則，要求電器制造者從1996年1月1日起，由他們制造和投入使用的電器要滿(mǎn)足該項(xiàng)準(zhǔn)則對(duì)電磁兼容性-簡(jiǎn)稱(chēng)EMV所確定的要求。EMV就是電器在一電磁環(huán)境中良性運(yùn)行、本身不以不允許的強(qiáng)電磁干擾加之于環(huán)境的性質(zhì)。因此，除了對(duì)干擾電壓的主動(dòng)發(fā)射，還要對(duì)電器上過(guò)壓引起的被動(dòng)影響提出要求。一重要的EMV準(zhǔn)則例如是EN50178。因此除了VDE的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外還有歐洲標(biāo)準(zhǔn)，該歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求，電器要能承受過(guò)壓脈沖。但經(jīng)驗(yàn)表明，迄今為止電器的參數(shù)設(shè)計(jì)還不能在所有情況下做到這一點(diǎn)。
這個(gè)問(wèn)題現(xiàn)在為止都是通過(guò)電器中的濾波器解決的。這些濾波器例如根據(jù)在脈沖變換器中發(fā)出脈沖的動(dòng)力單元，可以只在網(wǎng)絡(luò)各相之間安裝。所發(fā)生的對(duì)地電位變化此前在電器中無(wú)法布線(xiàn)。而且由于待安裝的去擾組件的參數(shù)設(shè)計(jì)的原因，最大的漏出能量被很強(qiáng)地局限了。因此通過(guò)常規(guī)的保護(hù)措施依然會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)電器故障。
公知的是，用于限制過(guò)壓的常規(guī)電路如過(guò)壓限制器使用了如壓敏電阻器和氣體避雷放電器(參見(jiàn)D.Nuehrmann所著Das grosseWerkbuch Elektronik，A部分，第5版，1989年由慕尼黑Franzis出版有限公司出版，第696頁(yè)及以下幾頁(yè)；Siemens Matushita Co-mponents GmbH & Co.KG 1992年出版的Marketing，B5-P6204號(hào)，第48頁(yè)，圖23a和23b)。以一個(gè)三相系統(tǒng)為前提，這些壓敏電阻器和氣體避雷放電器通常在相與相之間以三角形方式接線(xiàn)。此外，為限制具有大的dU/dt值的較快的過(guò)壓干擾，根據(jù)壓敏電阻器的特定的電壓特性，響應(yīng)時(shí)間一般不能被定得足夠短。還有一個(gè)缺點(diǎn)，在低于1000V保護(hù)范圍中，由于壓敏電阻器固有的非線(xiàn)性，不能對(duì)過(guò)壓作足夠限制。
此外還公知，為了在例如一三相系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)輸入端限制過(guò)壓安裝了RC組件，當(dāng)電容以三角形連接方式被接入相與相之間時(shí)，電阻則被分別串聯(lián)到每一相上。但這種方案的缺點(diǎn)在于，因?yàn)槭褂昧穗娏﹄娙萜?，待處理的高的能量本身通常在?guī)格設(shè)計(jì)很大的情況下不能被完全抑制。這種措施更適于抑制較小的但因此更陡峭的過(guò)壓。此外，低頻干擾電壓不能被RC組件有效地過(guò)濾，而是被積分并加載到待保護(hù)的電器上，從而很可能破壞電器。
因此，在上述的限制過(guò)壓的常規(guī)電路中，必須容忍以下的缺點(diǎn)。在使用過(guò)壓限制器如壓敏電阻器的情況下會(huì)出現(xiàn)電壓畸變，而且對(duì)于dU/dt很大的過(guò)壓而言，壓敏變阻器的響應(yīng)時(shí)間由于其特定的電壓特性，一般不是足夠短。此外，基于壓敏電阻器本身的特征，正好在低于1000V的臨界區(qū)域內(nèi)留有一個(gè)漏保護(hù)區(qū)。在RC組件中具有小的dU/dt過(guò)壓也會(huì)加載到待保持的電器上。因此，不能保證加載到電器上的供電電壓保持一允許值。這兩種方案在預(yù)計(jì)會(huì)有陡峭電壓峰值的情況下只用于三角形連接線(xiàn)路。
本發(fā)明的目的在于，提供一種在三相網(wǎng)絡(luò)中的限壓和衰減電路，它能對(duì)偶然出現(xiàn)的不只是對(duì)稱(chēng)方式的、而且還可以是不對(duì)稱(chēng)方式的過(guò)壓進(jìn)行衰減。響應(yīng)時(shí)間也應(yīng)在遇到陡峭的過(guò)壓脈沖時(shí)被定得足夠短。同時(shí)具有極大的dU/dt過(guò)壓也應(yīng)該被有效地抑制。偶然出現(xiàn)的過(guò)壓脈沖在任何時(shí)刻應(yīng)被限制到一定值上，以使加到后面的電能用戶(hù)上的電壓能被妥當(dāng)?shù)靥幚怼?br> 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，提供一種在三相網(wǎng)絡(luò)中的限壓和衰減電路，其具有以下特點(diǎn)1.1為保護(hù)發(fā)電機(jī)免受反作用，為功率回路的每一相串聯(lián)一個(gè)預(yù)接扼流圈，
1.2為過(guò)濾對(duì)稱(chēng)干擾，在相與相之間以三角形連接方式接入去擾電容，1.3為過(guò)濾不對(duì)稱(chēng)干擾，在每相上以星形連接方式附加接入去擾電容，1.4為過(guò)濾對(duì)稱(chēng)干擾，在相與相之間以三角形連接方式接入壓敏電阻器，1.5為過(guò)濾對(duì)稱(chēng)干擾，在每相上以星形連接方式附加接入壓敏電阻器。
為滿(mǎn)足VDE0160的有關(guān)要求，必須使向電力電容器上充的電在5秒鐘之內(nèi)被降到60V電壓內(nèi)，本發(fā)明的有利結(jié)構(gòu)具有下列特征2.1設(shè)有一與去擾電容并聯(lián)的放電電阻。
一更為有利的結(jié)構(gòu)在于，阻止了為限壓而采取的措施所導(dǎo)致的電振蕩的發(fā)生。該結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)3.1設(shè)有阻尼電阻串聯(lián)于三角形接線(xiàn)線(xiàn)路的去擾電容上。
另一有利的結(jié)構(gòu)在于，阻止了在發(fā)生短路時(shí)，在短路處流動(dòng)的短路電流超過(guò)所使用的導(dǎo)線(xiàn)橫截面允許的安培數(shù)。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是4.1去擾電容和壓敏電阻器的線(xiàn)路通過(guò)保險(xiǎn)元件連接在每個(gè)預(yù)接扼流圈上。
本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)尤其在于，在供電網(wǎng)出現(xiàn)過(guò)壓脈沖的情況下電氣用戶(hù)可以得到有效的保護(hù)。除此之外，通過(guò)本發(fā)明方法還以很小的費(fèi)用和特別的質(zhì)量滿(mǎn)足了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如VDE和EMV準(zhǔn)則的要求。此外，首先可以在遇到陡峭的過(guò)壓脈沖時(shí)將響應(yīng)時(shí)間定得足夠短。還有，無(wú)論是對(duì)稱(chēng)過(guò)壓還是非對(duì)稱(chēng)過(guò)壓，以及相與相之間的過(guò)壓和相與地之間的過(guò)壓，都同時(shí)以較小的線(xiàn)路費(fèi)用被有效地衰減了。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。附圖所示為

圖1為本發(fā)明的在三相供電網(wǎng)中限壓和衰減電路的方塊電路圖。
圖中示出了本發(fā)明的在三相供電網(wǎng)中限壓和衰減電路的方塊電路圖。其中，在三個(gè)功率相L1、L2、L3上分別串聯(lián)有一預(yù)接扼流圈D1，D2和D3。與之相鄰，每一相通過(guò)一保險(xiǎn)元件S1、S2、S3引出。在單獨(dú)的、由保險(xiǎn)元件保護(hù)的相之間，有壓敏電阻器V12、V13、V23以三角形接法連接。同時(shí)電容C12、C13、C23連同串聯(lián)的阻尼電阻R12、R13、R23也在這些相之間以三角形接法連接。此外，這些相通過(guò)以星形接法連接的壓敏電阻器V1、V2、V3接到地電位PE上。另外，電容C1、C2、C3也以星形接法連接，由每個(gè)保險(xiǎn)元件S1、S2和S3保護(hù)的相經(jīng)這些電容接到地電位PE上。所有接入的電容C1、C2、C3、C12、C13和C23都分別有一個(gè)與其并聯(lián)的放電電阻RA使其放電。
為了同時(shí)限制和衰減對(duì)稱(chēng)的過(guò)壓和不對(duì)稱(chēng)的過(guò)壓，以及例如因相與相之間的短路或相與地之間的短路而引起的電壓尖峰，根據(jù)本發(fā)明，使預(yù)接扼流圈D1、D2和D3與每個(gè)功率相L1、L2和L3相串聯(lián)。這與其后的接入相與相之間的RC組件C12和R12、C13和R13、以及C23和R23一起，構(gòu)成一個(gè)R-L-C回路形式的衰減濾波器，其中電阻與電容分別串聯(lián)。該濾波器由于阻尼電阻R12、R13、R23而實(shí)現(xiàn)衰減并因此可以不陷入振蕩，通過(guò)該濾波器，例如出現(xiàn)在相與相之間的過(guò)壓形式的對(duì)稱(chēng)干擾被有效抑制了。
預(yù)接扼流圈D1、D2和D3在與電容C1、C2和C3的連接中起同樣作用，其中電容在相與地電位PE之間以星形連接?；谛切坞娐返慕尤?，由于在電容上的電壓降很小(功率與電壓平方成正比)，由電容C1、C2和C3產(chǎn)生的、反饋到發(fā)電機(jī)中的干擾能量具有較小的功率，所使用的預(yù)接扼流圈就足以防止反饋，因?yàn)樵擃A(yù)接扼流圈象分壓器一樣將反饋的干擾電壓降下來(lái)。由于這個(gè)原因，以星形連接的電容C1、C2和C3不需要阻尼電阻。
預(yù)接扼流圈D1、D2和D3在與三角形方式連接的RC組件C12和R12、C13和R13、以及C23和R23的連接中，同樣構(gòu)成對(duì)發(fā)電機(jī)的足夠保護(hù)，它防止了在三角形連接的電容中儲(chǔ)存的較高功率對(duì)發(fā)電機(jī)的反作用。在使用例如一脈沖變換器作為電能用戶(hù)的情況下，最終會(huì)造成變換器被瞬時(shí)短接，并在預(yù)接扼流圈D1、D2和D3中分別形成一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)，當(dāng)其消失的時(shí)候，會(huì)通過(guò)其中的感生電流為電能用戶(hù)提供所需的能量。如說(shuō)明書(shū)前敘部分已經(jīng)提到的，由于不僅在三角形連接中而且在星形連接中因?yàn)镽C組件的使用首先適合于抑制具有大的dU/dt的較低的干擾電壓，所以根據(jù)本發(fā)明，為衰減極高的過(guò)壓，附加使用壓敏電阻器作為限制過(guò)壓的元件。由于這個(gè)原因，壓敏電阻器V12、V13和V23在相與相之間以三角形連接方式連接，而另外的壓敏電阻器V1、V2和V3在每一相與地電位PE之間以星形連接方式連接。這些壓敏變阻器一方面在三角形連接中限制了高的對(duì)稱(chēng)過(guò)壓，另一方面在星形連接中限制了高的非對(duì)稱(chēng)過(guò)壓。除此之外它們還有如下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)這些壓敏電阻器可以有效限制具有很小dU/dt的過(guò)壓，因?yàn)檫@種過(guò)壓無(wú)法被RC組件抑制，反而被多次積分并被加載到接入的電能用戶(hù)的輸入端。因此同時(shí)使用壓敏電阻器和RC組件不僅在三角形連接中而且在星形連接中都構(gòu)成了有效防護(hù)，防止了具有大的dU/dt和小的dU/dt的極高過(guò)壓和較低過(guò)壓以及非對(duì)稱(chēng)的和對(duì)稱(chēng)的干擾。
迄今為止不可能根據(jù)例如因電能脈沖變換器發(fā)出脈沖的動(dòng)力單元產(chǎn)生的對(duì)地電位變化而接入星形連接的電容及壓敏變阻器，現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)預(yù)接扼流圈D1、D2和D3接到功率相L1、L2和L3上而實(shí)施了。因此根據(jù)本發(fā)明，預(yù)接扼流圈具有雙重功能，除了允許接入星形線(xiàn)路外，還與不僅在星形而且在三角形連接中所使用的RC組件一起，構(gòu)成有效的RLC組件或LC組件用于過(guò)濾過(guò)壓。
為滿(mǎn)足在VDE0160中要求的、電力電容器的放電在5秒鐘之內(nèi)其上的電壓要降到60V內(nèi)，應(yīng)使放電電阻RA并聯(lián)到在裝置中使用的電容C1、C2、C3、C12、C13和C23上。
為使本發(fā)明的電路構(gòu)造盡可能小而緊湊，所用的導(dǎo)線(xiàn)橫截面不允許超過(guò)一確定值。由于這個(gè)原因，在預(yù)接扼流圈D1、D2和D3與接到該扼流圈上的壓敏變阻器及RC組件組成的線(xiàn)路之間，接有保險(xiǎn)元件S1、S2和S3。這些保險(xiǎn)元件形成有效的短路保護(hù)，并能以例如熔斷器的形式得以實(shí)現(xiàn)。這就保證了在短路的情況下，由所使用的導(dǎo)線(xiàn)橫截面決定的安培數(shù)不會(huì)被超過(guò)。
通過(guò)上述措施可以做到，電網(wǎng)通過(guò)在電容以及安裝的預(yù)接扼流圈中儲(chǔ)存的能量而平衡，而且因此保護(hù)了接入的電能用戶(hù)不受例如由一個(gè)穩(wěn)定性很差的帶有很大的電壓波動(dòng)的發(fā)電機(jī)造成的干擾。
為確定單個(gè)元件的參數(shù)，在為一個(gè)電流300A時(shí)其功率200KW的發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)給出下述元件值。預(yù)接扼流圈具有30μH感抗或其值處于電網(wǎng)感抗范圍內(nèi)。星形連接中接入的電容C1、C2和C3，其值為15μF，三角形連接中接入的電容C12、C13和C23，其值為47μF。三角形連接中RC組件的阻尼電阻值為1Ω。放電電阻RA的值為30KΩ。
權(quán)利要求
1.三相網(wǎng)絡(luò)中的限壓和衰減電路，其特征在于1.1為保護(hù)發(fā)電機(jī)免受反作用，為功率回路的每一相(L1、L2、L3)串聯(lián)一個(gè)預(yù)接扼流圈，1.2為過(guò)濾對(duì)稱(chēng)干擾，在相與相之間以三角形連接方式接入去擾電容(C12、C13、C23)，1.3為過(guò)濾不對(duì)稱(chēng)干擾，在每相上以星形連接方式附加接入去擾電容(C1、C2、C3)，1.4為過(guò)濾對(duì)稱(chēng)干擾，在相與相之間以三角形連接方式接入壓敏電阻器(V12、V13、V23)，1.5為過(guò)濾不對(duì)稱(chēng)干擾，在每相上以星形連接方式附加接入壓敏電阻器(V1、V2、V3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，2.1放電電阻(RA)與去擾電容并聯(lián)設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路，其特征在于，3.1設(shè)有阻尼電阻(R12、R13、R23)串聯(lián)于以三角形連接的去擾電容(C12、C13、C23)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電路，其特征在于，4.1去擾電容和壓敏電阻器的線(xiàn)路通過(guò)保險(xiǎn)元件連接在每個(gè)預(yù)接扼流圈上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在三相網(wǎng)絡(luò)中限壓和衰減的電路，為保護(hù)發(fā)電機(jī)免受反作用，為功率回路的每一相串聯(lián)一預(yù)接扼流圈(D1、D2、D3)，為過(guò)濾對(duì)稱(chēng)干擾使去擾電容(C12、C13、C23)及壓敏變阻器(V12、V13、V23)以三角形接法接于相與相之間，為過(guò)濾不對(duì)稱(chēng)干擾附設(shè)去擾電容(C1、C2、C3)以及壓敏電阻器(V1、V2、V3)以星形接法接于每一相上。去擾電容和壓敏變阻器線(xiàn)路經(jīng)保險(xiǎn)元件(S1、S2、S3)接在每個(gè)預(yù)接扼流圈上。
文檔編號(hào)H02H9/00GK1135112SQ9610400
公開(kāi)日1996年11月6日 申請(qǐng)日期1996年2月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月8日
發(fā)明者弗朗茲·伊姆里克 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司