專利名稱：用于補(bǔ)償電網(wǎng)干擾和電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的功率電子電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率電子電路領(lǐng)域。它是一種用于補(bǔ)償供電網(wǎng)的電網(wǎng)干擾和電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的功率電子電路，包括a)一個(gè)供電變流器，它經(jīng)一個(gè)供電變壓器與供電網(wǎng)相連，該變流器由一個(gè)第一輔助電源提供第一輔助電壓U1，并且在出現(xiàn)電網(wǎng)干擾和電網(wǎng)電壓擾動(dòng)時(shí)，向供電網(wǎng)提供補(bǔ)償電壓，b)一個(gè)濾波器，它在電網(wǎng)側(cè)與供電變壓器并聯(lián)連接。
這種電路也被稱為動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)，為補(bǔ)償電網(wǎng)電壓擾動(dòng)和電網(wǎng)干擾，以串連方式向受到干擾的供電網(wǎng)提供一個(gè)外部電壓。這種方式可使負(fù)載只有不明顯的變動(dòng)或干擾。為此目的，供電變流器必須有高動(dòng)態(tài)反應(yīng)，所以要求變流器的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件要有很高的開(kāi)關(guān)頻率。同樣也要求電網(wǎng)至供電變壓器之間連接的濾波器應(yīng)盡量地小。在公知的中、小功率系統(tǒng)中，可使用IGBT器件和相應(yīng)較低的級(jí)間電路耦連電壓。當(dāng)以所要求的開(kāi)關(guān)頻率運(yùn)行時(shí)，這種配置中的典型器件導(dǎo)通損失是主要的，也沒(méi)有其他措施可降低總損耗。在較高的功率下，一方面越來(lái)越難以使用IGBT器件，另一方面必須提高級(jí)間耦連電路電壓，使得繼續(xù)對(duì)出現(xiàn)的電流保持良好的控制。普通的GTO(閘門(mén)電路斷開(kāi))器件的缺點(diǎn)是，其開(kāi)關(guān)速度不夠快。一般而言，硅半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件在較高的電壓負(fù)載下會(huì)呈現(xiàn)較高的開(kāi)關(guān)損耗。這不僅適用于IGBT器件，也適用于GTO器件。現(xiàn)代的硬特性控制GCT(門(mén)換向閘流晶體管)和IGBT器件相比，具有較低的導(dǎo)通損耗。就導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗的關(guān)系而言，對(duì)于大功率用途更多地表現(xiàn)在開(kāi)關(guān)損耗這方面，特別是使用GCT器件時(shí)更是如此。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種可補(bǔ)償電網(wǎng)干擾和電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的電路，它可經(jīng)濟(jì)地用于大功率場(chǎng)合。特別是在工作中可維持低的開(kāi)關(guān)損耗，并且提高系統(tǒng)的總效率和半導(dǎo)體器件的承載能力。該任務(wù)的解決方案體現(xiàn)在獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分中。
本發(fā)明的核心是，設(shè)置一個(gè)第二輔助電源，并選擇其電壓低于第一輔助電源的電壓。第二輔助電源可通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)與供電變流器相耦連。所以本發(fā)明所述電路可以有兩種不同的工作狀態(tài)如果將第一輔助電源耦連到供電變流器上，則可提供足夠大的電壓，從而補(bǔ)償電網(wǎng)的欠壓或過(guò)壓。當(dāng)強(qiáng)度較小時(shí)，將電壓較低的第二輔助電源耦連到供電變流器上，使電網(wǎng)干擾無(wú)需較大的開(kāi)關(guān)損耗即可得到補(bǔ)償。所述電路工作在調(diào)節(jié)方式下，供電變流器的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損失可以保持在一個(gè)可以承受的水平上，典型的方式是低于導(dǎo)通損耗。通過(guò)發(fā)出節(jié)拍，特別是在調(diào)節(jié)方式下使開(kāi)關(guān)進(jìn)入脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制，可實(shí)現(xiàn)影響電壓的另一種方法。
相應(yīng)的從屬權(quán)利要求給出了其他有利的實(shí)施方案。
下面對(duì)照附圖所示實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖中所使用的標(biāo)記及其含義集中列在標(biāo)記一覽表中。圖中的相同元件原則上使用相同的標(biāo)記。
本發(fā)明的實(shí)施方式圖1表示本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。標(biāo)號(hào)1表示一個(gè)三相供電網(wǎng)。本發(fā)明所述電路向電網(wǎng)提供一個(gè)外部電壓，用于補(bǔ)償短暫的電網(wǎng)電壓擾動(dòng)或補(bǔ)償電網(wǎng)干擾，所以在負(fù)載13上只會(huì)出現(xiàn)不明顯的波動(dòng)或干擾。為此目的，所述電路包括一個(gè)供電變流器2，它經(jīng)一個(gè)供電變壓器3與電網(wǎng)1耦連。所述供電變流器2特別包括兩個(gè)半波變流器，它們分別構(gòu)成三相電路，并且由帶有反并聯(lián)二極管的斷路閘流晶體管構(gòu)成。所述斷路閘流晶體管最好是具有硬控制特性的GT0或GCT(門(mén)換向閘流晶體管)。所述供電變流器2由一個(gè)第一輔助電源4供電。此外還設(shè)置有第二輔助電源6。所述輔助電源4和6分別例如由一個(gè)電容構(gòu)成，該電容由整流器8供電。所述整流器8的電源或者來(lái)自電網(wǎng)1，從而使輔助電源4和6的電容在正常運(yùn)行中充電，或者由一個(gè)輔助電網(wǎng)10供電，該電網(wǎng)可在長(zhǎng)時(shí)間電網(wǎng)故障時(shí)向負(fù)載13持續(xù)供電。為在電網(wǎng)1和輔助電網(wǎng)10之間切換，設(shè)置有一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路12。為實(shí)現(xiàn)電壓匹配，整流器8之前可設(shè)置一個(gè)變壓器11。兩個(gè)輔助電源4和6可以有選擇地通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路7與供電變流器2耦連。所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路7如圖所示由兩個(gè)串連的帶有反并聯(lián)二極管的斷路閘流晶體管組成。第二輔助電源的電壓U2特別應(yīng)選擇成低于第一輔助電源的電壓U1。
所述電路的功能如下所述
在正常情況下，供電變流器2不發(fā)出節(jié)拍。在這種情況下，與第一和第二輔助電源4和6連接的斷路閘流晶體管的負(fù)極導(dǎo)通。它構(gòu)成一個(gè)經(jīng)供電變壓器3的端子形成的短路，所以電網(wǎng)電壓不受影響地加在負(fù)載13上。
如果有電網(wǎng)故障，則轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路7的上部閘流晶體管截止，下部的閘流晶體管導(dǎo)通，所以第一輔助電源4與供電變流器2耦連。供電變流器的閘流晶體管發(fā)出節(jié)拍，使電壓擾動(dòng)被填平。特別是該開(kāi)關(guān)發(fā)出脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制節(jié)拍時(shí)。所述供電變流器在此情況中必須有高動(dòng)態(tài)反應(yīng)，所以要求具有相當(dāng)高的開(kāi)關(guān)頻率，例如21x額定頻率＝1050Hz。
如果轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路的上部閘流晶體管導(dǎo)通，而下部的閘流晶體管關(guān)閉，則第二輔助電源6與供電變流器2相耦連。所述電路在該工作方式下處于調(diào)節(jié)模式。此時(shí)在供電變流器2上僅輸出較小的電壓。所以也只能提供較小的供電電壓。這種工作方式僅用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)干擾。這種工作方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，供電變流器2的閘流晶體管由于工作電壓低，其開(kāi)關(guān)損耗遠(yuǎn)低于導(dǎo)通損耗。此外在這種工作方式下也可以選擇較低的開(kāi)關(guān)頻率，從而進(jìn)一步降低開(kāi)關(guān)損耗。
在正常情況中的調(diào)節(jié)工作方式和補(bǔ)償電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的工作模式相比，更為經(jīng)常發(fā)生。所以本發(fā)明所述電路主要運(yùn)行在開(kāi)關(guān)損耗低的情況下。通過(guò)這種方式可將總損耗保持在很小的程度上。
此外，當(dāng)用于調(diào)節(jié)范圍小(例如小于5％)并且負(fù)載13的功率因數(shù)明顯小于1(例如cosφ＝0.8)的工況時(shí)，可完全放棄在第二輔助電源的范圍內(nèi)使用整流器8。所述供電變流器2發(fā)出節(jié)拍的方式是，其輸出電壓和供電變壓器3的次級(jí)負(fù)載電流錯(cuò)開(kāi)90度。在這種方式下，供電變流器2不必傳輸有功功率。
標(biāo)記一覽表1供電網(wǎng)2供電變流器3供電變壓器4第一輔助電源5濾波器6第二輔助電源7轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路8整流器
9開(kāi)關(guān)10輔助電網(wǎng)11變壓器12轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路13負(fù)載
權(quán)利要求
1.一種用于補(bǔ)償供電網(wǎng)(1)的電網(wǎng)干擾和電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的功率電子電路，包括a)一個(gè)供電變流器(2)，它經(jīng)一個(gè)供電變壓器(3)與供電網(wǎng)(1)相連，該變流器由一個(gè)第一輔助電源(4)提供第一輔助電壓U1，并且在出現(xiàn)電網(wǎng)干擾和電網(wǎng)電壓擾動(dòng)時(shí)，向供電網(wǎng)提供補(bǔ)償電壓，b)一個(gè)濾波器(5)，它在電網(wǎng)側(cè)與供電變壓器(3)并聯(lián)連接，其特征是，(c)至少設(shè)置一個(gè)具有第二輔助電壓U2的第二輔助電源(6)，它可代替第一輔助電源(4)與供電變流器(2)耦連，其中第二輔助電壓U2低于第一輔助電源的電壓U1。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征是，出現(xiàn)電網(wǎng)干擾時(shí)，所述供電變流器(2)以脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制方式發(fā)出節(jié)拍。
全文摘要
一種用于補(bǔ)償電網(wǎng)干擾和電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的功率電子電路，包括一個(gè)第二輔助電源，并選擇其電壓低于第一輔助電源的電壓。所述第二輔助電源可借助一個(gè)開(kāi)關(guān)電路與供電變流器耦連。所以本發(fā)明所述電路可以有兩種不同的工作狀態(tài)；如果將第一輔助電源耦連到供電變流器上，則可提供足夠大的電壓，從而補(bǔ)償電網(wǎng)的欠壓或過(guò)壓。當(dāng)強(qiáng)度較小時(shí)，將電壓較低的第二輔助電源耦連到供電變流器上，使電網(wǎng)干擾無(wú)需較大的開(kāi)關(guān)損耗即可得到補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H02J3/18GK1239344SQ99107319
公開(kāi)日1999年12月22日 申請(qǐng)日期1999年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月2日
發(fā)明者P·達(dá)勒, H·格呂寧 申請(qǐng)人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司