专利名称：一种可分相控制的无级无功补偿装置的制作方法
技术领域：
—种可分相控制的无级无功补偿装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种无功补偿装置，尤其涉及一种可分相控制的无级无功补偿装置。
背景技术：
[0002]传统的无功补偿装置主要是通过机械开关或者电子开关分级投切电容器，为了避 免冲击，在电容器前串联有电抗器，为了分相补偿，也有控制器可以根据线路状况输出分相 补偿信号，但是投切都为有级投切。由于机械开关的开闭特性以及电容器不能承受频繁的 冲击，因此机械开关的响应速度很慢，一般为数分钟的响应时间。为了快速响应，目前市面 上也有采用电子开关(基本上为晶闸管)作为快速投切开关，采用过零投入，利用晶闸管的 电流过零自动切断的特性完成无冲击投切，但是由于晶闸管只能作为开关使用，因此也只 能有级投切电容器，由于晶闸管的关断特性，因此晶闸管的最小投切时间不能小于一个周 期，也就是20ms，随着用户的需求的改变以及设备的要求，存在很多需要快速无级无功补偿 的场所，目前为了达到无级补偿的目的，主要存在以下的技术手段:[0003](I) SVC:固定电容器，并联等容电抗器，通过晶闸管连续调节流过电抗器的电流， 从而连续改变电抗值，两者相加达到连续调节无功的目的，但是SVC存在很多的弊病，如控 制复杂、保护困难、在调制率较大的情况下会产生很大的谐波，必须设置专门的谐波滤除电 路；成本过高，由于具有电抗器持续工作，因此能耗大。SVC —般用在大功率的高压用电环 境中，如冶炼行业等用户。[0004](2) SVG=SVG作为最新的电力电子的技术成果，通过逆变发出或吸收无功，具有良 好的动态响应速度和非常良好的补偿效果，能够同时补偿感性和容性无功，克服了常规补 偿的很多缺点，比如不会与系统形成谐振、不会过载，在任何状况下都能够提供无功支撑， 但是也具有很多的目前暂时无法克服的缺点，如容量不能做的很大，价格昂贵，维护困难， 普通用户无法进行哪怕最简单的维护等。[0005]因此在很多需要快速无级调节无功的场所用户基于成本和维护性的考虑多数还 是采用分级电容器补偿方式来补偿无功。这样就导致无功波动较大，补偿效果较差，从而也 引起系统电压的波动，影响精密设备的工作，由于补偿效果不好，导致实际的功率因数低于 要求值，被加收额外的罚款。实用新型内容[0006]本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可分相控制的无级无功 补偿装置。[0007]本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的:[0008]本实用新型所述可分相控制的无级无功补偿装置包括三个呈星形连接的补偿单 元，每一个所述补偿单元分别与三相电源的相线对应，所述补偿单元包括功率因数控制器、 电压互感器、电流互感器、两个整形电路、DSP、CPLD、四个驱动芯片、四个晶体管、四个二极管、滤波电容、补偿电容、电感和变压器，所述功率因数控制器的模拟信号输出端与所述DSP的信号输入端连接，所述DSP的PWM信号输出端与所述CPLD的PWM信号输入端连接，所述电压互感器的信号输出端与一个所述整形电路串联后与所述CPLD的电压信号输入端连接，所述电流互感器的信号输出端与一个所述整形电路串联后与所述CPLD的电流信号输入端连接，所述CPLD的驱动反馈输出端与所述DSP的驱动反馈输入端连接，所述CPLD的四个控制输出端分别与四个所述驱动芯片的输入端连接，四个所述驱动芯片的故障信号输出端分别与所述CPLD的四个故障信号输入端连接；四个所述驱动芯片的输出端分别与四个所述晶体管的基极连接，第一晶体管的集电极分别与相线和第一二极管的负极连接，所述第一晶体管的发射极分别与第二晶体管的集电极、所述第一二极管的正极和第二二极管的正极连接，所述第二晶体管的发射极分别所述第二二极管的负极、电感的第一端、第三二极管的负极和第三三极管的集电极连接，所述第三三极管的发射极分别与所述第三二极管的正极、第四二极管的正极和第四三极管的集电极连接，所述第四三极管的发射极分别与所述第四二极管的负极、所述滤波电容的第一端、所述变压器的初级线圈的第一端和零线连接，所述电感的第二端分别与所述滤波电容的第二端和所述变压器的初级线圈的第二端连接，所述变压器的次级线圈的第一端与所述相线连接，所述变压器的次级线圈的第二端串联所述补偿电容后与所述零线连接。上述无级补偿装置是利用了补偿电容器发出的无功与端电压的平方成正比的原理构造而成，利用串联可变磁通补偿调压技术，通过交流斩波方式连续调节与滤波电容器串联的变压器的二次侧的磁通，从而连续调节变压器的一次侧电压，也就连续调节补偿电容器的端电压，即可 连续改变补偿电容器发出的无功。如果变压器的可调范围为259^100%。那么无功补偿可调的范围则为6.259^100%连续可调，这个精度足够满足绝大多数的负载无功的变动。整个装置由三个相同的补偿单元连接成星形，接入三相四线制系统中，能够快速地独立补偿三相的不平衡无功，从而达到近似无级的调节无功的效果。具体地，所述三极管为绝缘栅双极型晶体管。所述驱动芯片为ΕΧΒ840高速驱动芯片。本实用新型的有益效果在于:本实用新型所述补偿装置能够取得非常良好的补偿效果，在成本上远低于传统的SVG与SVC，并且维护较为简单，可以和传统的补偿柜构成快速无级补偿装置，提高补偿精度，获得更好的补偿效果，尤其适用于三相不平衡的无功快速变动的用电场所，如汽车制造厂、金属加工厂、焊接车间等场所。
图1是本实用新型所述可分相控制的无级无功补偿装置的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明:如图1所示，本实用新型所述可分相控制的无级无功补偿装置包括三个呈星形连接的补偿单元，每一个补偿单元分别与三相电源的相线对应，补偿单元包括功率因数控制器、电压互感器、电流互感器、两个整形电路、DSP、CPLD、四个ΕΧΒ840高速驱动芯片、四个绝缘栅双极型晶体管(即第一晶体管V1、第二晶体管V2、第三晶体管V3和第四晶体管V4)、 四个二极管(即第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4)、滤波电容 Cl、补偿电容C2、电感LI和变压器TA，功率因数控制器的模拟信号输出端与DSP的信号输 入端连接，DSP的PWM信号输出端与CPLD的P丽信号输入端连接，电压互感器的信号输出 端与一个整形电路串联后与CPLD的电压信号输入端连接，电流互感器的信号输出端与一 个整形电路串联后与CPLD的电流信号输入端连接，CPLD的驱动反馈输出端与DSP的驱动 反馈输入端连接，CPLD的四个控制输出端分别与四个EXB840高速驱动芯片的输入端连接， 四个EXB840高速驱动芯片的故障信号输出端分别与CPLD的四个故障信号输入端连接；四 个EXB840高速驱动芯片的输出端分别与四个晶体管的基极连接，第一晶体管Vl的集电极 分别与相线A和第一二极管Dl的负极连接,第一晶体管Vl的发射极分别与第二晶体管V2 的集电极、第一二极管Dl的正极和第二二极管D2的正极连接，第二晶体管V2的发射极分 别第二二极管D2的负极、电感LI的第一端、第三二极管D3的负极和第三三极管V3的集电 极连接，第三三极管V3的发射极分别与第三二极管D3的正极、第四二极管D4的正极和第 四三极管V4的集电极连接，第四三极管V4的发射极分别与第四二极管D4的负极、滤波电 容Cl的第一端、变压器TA的初级线圈的第一端和零线N连接，电感LI的第二端分别与滤 波电容Cl的第二端和变压器TA的初级线圈的第二端连接，变压器TA的次级线圈的第一端 与相线A连接，变压器TA的次级线圈的第二端串联补偿电容C2后与零线N连接。其中，电 压互感器、电流互感器、两个整形电路、DSP、CPLD和四个EXB840高速驱动芯片共同构成控 制装置。[0017]如图1所示，本无功补偿装置的工作过程如下:[0018]DSP接收来自功率因数控制器的模拟信号，DSP先通过A/D电路将模拟信号转换为 数字信号，再产生相应的PWM波形，送给CPLD，电压互感器和电流互感器同时检测电流和电 压，并通过整形电路输出电压和电流的方波，送到CPLD，通过CPLD的运算，得出四路绝缘栅 双极型晶体管的非互补驱动信号，DSP同时执行软启动功能，降低绝缘栅双极型晶体管的冲 击。EXB840高速驱动芯片的故障信号送至CPLD，在故障的时候封锁驱动信号，从而保护绝 缘栅双极型晶体管。[0019]上述无级补偿装置是利用了补偿电容器C2发出的无功与端电压的平方成正比的 原理构造而成，利用串联可变磁通补偿调压技术，通过交流斩波方式连续调节与滤波电容 器Cl串联的变压器TA的次级线圈的磁通，从而连续调节变压器TA的初级线圈的电压，也 就连续调节补偿电容器C2的端电压，即可连续改变补偿电容器C2发出的无功。如果变压 器TA的可调范围为25% 100%。那么无功补偿可调的范围则为6.25% 100%连续可调，这个 精度足够满足绝大多数的负载无功的变动。整个装置由三个相同的补偿单元连接成星形， 接入三相四线制系统中，能够快速地独立补偿三相的不平衡无功，从而达到近似无级的调 节无功的效果。
权利要求1.一种可分相控制的无级无功补偿装置，其特征在于:包括三个呈星形连接的补偿单元，每一个所述补偿单元分别与三相电源的相线对应，所述补偿单元包括功率因数控制器、电压互感器、电流互感器、两个整形电路、DSP、CPLD、四个驱动芯片、四个晶体管、四个二极管、滤波电容、补偿电容、电感和变压器，所述功率因数控制器的模拟信号输出端与所述DSP的信号输入端连接，所述DSP的PWM信号输出端与所述CPLD的PWM信号输入端连接，所述电压互感器的信号输出端与一个所述整形电路串联后与所述CPLD的电压信号输入端连接，所述电流互感器的信号输出端与一个所述整形电路串联后与所述CPLD的电流信号输入端连接，所述CPLD的驱动反馈输出端与所述DSP的驱动反馈输入端连接，所述CPLD的四个控制输出端分别与四个所述驱动芯片的输入端连接，四个所述驱动芯片的故障信号输出端分别与所述CPLD的四个故障信号输入端连接；四个所述驱动芯片的输出端分别与四个所述晶体管的基极连接，第一晶体管的集电极分别与相线和第一二极管的负极连接，所述第一晶体管的发射极分别与第二晶体管的集电极、所述第一二极管的正极和第二二极管的正极连接，所述第二晶体管的发射极分别所述第二二极管的负极、电感的第一端、第三二极管的负极和第三三极管的集电极连接，所述第三三极管的发射极分别与所述第三二极管的正极、第四二极管的正极和第四三极管的集电极连接，所述第四三极管的发射极分别与所述第四二极管的负极、所述滤波电容的第一端、所述变压器的初级线圈的第一端和零线连接，所述电感的第二端分别与所述滤波电容的第二端和所述变压器的初级线圈的第二端连接，所述变压器的次级线圈的第一端与所述相线连接，所述变压器的次级线圈的第二端串联所述补偿电容后与所述零线连接。
2.根据权利要求1所述的可分相控制的无级无功补偿装置，其特征在于:所述三极管为绝缘栅双极型晶体管。
3.根据权利要求1所述的可分相控制的无级无功补偿装置，其特征在于:所述驱动芯片为EXB 840高速驱动芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种可分相控制的无级无功补偿装置，包括三个呈星形连接的补偿单元，每一个补偿单元分别与三相电源的相线对应，补偿单元中，功率因数控制器的输出端与DSP的输入端连接，DSP的输出端与CPLD的输入端连接，电压互感器和电流互感器的输出信号经整形电路整形后与CPLD的输入端连接，CPLD的四个控制输出端分别与四个驱动芯片串联后分别与四个晶体管的基极连接，再通过四个晶体管、四个二极管、滤波电容、电感和变压器共同实现对补偿电容的控制。本实用新型所述补偿装置能够取得非常良好的补偿效果，在成本上远低于SVG与SVC，并且维护较为简单，可以和传统的补偿柜构成快速无级补偿装置，提高补偿精度，获得更好的补偿效果。
文档编号H02J3/18GK203166533SQ20132015547
公开日2013年8月28日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者罗文 , 赵章明, 吴永祥 申请人:四川华仪电器有限公司