專利名稱：自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力工程技術(shù)領(lǐng)域，用電設(shè)備功率因數(shù)補(bǔ)償控制。
背景技術(shù)：
利用電容器進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償是目前普及和公認(rèn)的節(jié)電方法，現(xiàn)有的補(bǔ)償電路大都由計(jì)算機(jī)對多組電力電容器進(jìn)行組合控制，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的定量補(bǔ)償。電力電容器在投切時(shí)一般采用限流電阻或電感來限制瞬間電流過大，存在體積大，損耗和成本高等缺點(diǎn)。新型的可控硅控制零點(diǎn)投切雖可克服上述不足，但由于可控硅器件固有的非自關(guān)斷特性，只能解決投切的限流問題，而無法適應(yīng)動態(tài)控制補(bǔ)償電流隨負(fù)載變化的要求，不可避免造成欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償；另一方面，多組電容器組合致使補(bǔ)償設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，使用和維修困難，且該補(bǔ)償設(shè)備只適用于大功率用戶，而不適用于用電占大多數(shù)的千瓦到幾十千瓦的用戶，從而嚴(yán)重地制約補(bǔ)償設(shè)備的推廣及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路。該控制電路采用反向并聯(lián)連接有二極管的兩只自關(guān)斷器件組成的開關(guān)電路，由邏輯驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、零點(diǎn)檢測電路和功率因數(shù)檢測電路控制開關(guān)電路內(nèi)的自關(guān)斷器件的通斷，以控制電容器充放電電壓的高低，調(diào)節(jié)電容器補(bǔ)償電流的大小，實(shí)現(xiàn)對電容器功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)目刂啤１景l(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路由開關(guān)電路、邏輯驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、零點(diǎn)檢測電路、功率因數(shù)檢測電路、濾波電路、電容器和交流電輸入端H、輸出端M及公共地端N組成。所述的開關(guān)電路是由兩只自關(guān)斷器件T1、T2和兩只二極管D1、D2組成，自關(guān)斷器件Tl、T2的陰陽極分別與二極管Dl、D2的陰陽極反向并聯(lián)連接，兩只自關(guān)斷器件Tl和T2 的陰極相連接為開關(guān)電路的公共端，Tl和T2的控制極為開關(guān)電路的兩個(gè)控制端q和r，Tl 和T2的陽極分別為開關(guān)電路開關(guān)的兩個(gè)端點(diǎn)。在交流電的正半周期內(nèi)，Tl對電容器進(jìn)行電壓可調(diào)式充電控制，T2對電容器進(jìn)行放電控制；在交流電的負(fù)半周期內(nèi)，T2對電容器進(jìn)行電壓可調(diào)式充電控制，Tl對電容器進(jìn)行放電控制；從而在交流電周期性工作中實(shí)現(xiàn)了電容器充電電壓可調(diào)，進(jìn)而調(diào)整了電容器對電源的功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)碾娏?。所述的自關(guān)斷器件 Tl和T2包括門極輔助關(guān)斷晶間管、場效應(yīng)晶體管、普通晶體三極管、絕緣柵雙極晶體管和具有自關(guān)斷特性的電子器件。所述的邏輯驅(qū)動電路由兩只二輸入端或門電路Ml和M2組成，或門電路Ml的b端與或門電路M2的d端相連接為充電控制端，或門電路Ml的a端為交流電的負(fù)半周的放電控制端，或門電路M2的c端為交流電的正半周的放電控制端；根據(jù)選擇的自關(guān)斷器件驅(qū)動功率的需要可分別在自關(guān)斷器件Tl的控制端q與或門電路Ml的輸出端和自關(guān)斷器件T2 的控制端r與或門電路M2的輸出端之間增加驅(qū)動級(已有技術(shù))。
所述的功率因數(shù)檢測電路由變壓器B、電流互感器DL、相位比較器yx組成；所述的濾波電路由電感L，電容器Cl和C2組成，用于電流濾波；交流電由輸入端H輸入，經(jīng)所述的功率因數(shù)檢測電路內(nèi)的電流互感器DL由端M輸出，與公共地端N構(gòu)成供負(fù)載使用的電源；所述的功率因數(shù)檢測電路內(nèi)的變壓器B的次級線圈檢測到的電壓波形與所述的功率因數(shù)檢測電路內(nèi)電流互感器DL檢測到的電流波形經(jīng)所述的功率因數(shù)檢測電路內(nèi)的相位比較器yx進(jìn)行相位比較后，根據(jù)負(fù)載的功率因數(shù)值向所述的脈寬調(diào)制電路發(fā)出相應(yīng)值的調(diào)制電壓。所述的脈寬調(diào)制電路依據(jù)調(diào)制電壓值和所述的零點(diǎn)檢測電路發(fā)出的同步控制脈沖，向控制邏輯驅(qū)動電路內(nèi)的或門電路Ml的b端和或門電路M2的d端提供一定寬度的脈沖，在交流電0-π正半周期內(nèi)，驅(qū)動所述的開關(guān)電路內(nèi)的自關(guān)斷器件Tl的控制端q控制自關(guān)斷器件Tl導(dǎo)通，經(jīng)二極管D2對電容器進(jìn)行充電控制，充電時(shí)間以0點(diǎn)為起始點(diǎn)在0- π /2 周范圍內(nèi)可調(diào)；在交流電η-2 π負(fù)半周期內(nèi)，驅(qū)動所述的開關(guān)電路內(nèi)的自關(guān)斷器件Τ2的控制端r控制自關(guān)斷器件Τ2導(dǎo)通，經(jīng)二極管Dl對電容器進(jìn)行充電控制，充電時(shí)間以π點(diǎn)為起始點(diǎn)在π-3 π/2范圍內(nèi)可調(diào)。所述的零點(diǎn)檢測電路依據(jù)功率因數(shù)檢測電路內(nèi)的變壓器B的次級線圈檢測到的正負(fù)半周交流電壓波形，向所述的脈寬調(diào)制電路提供交流電壓零點(diǎn)同步脈沖；同時(shí)在交流正電半周期內(nèi)，向所述邏輯驅(qū)動電路內(nèi)或門電路Μ2的c端提供與正半周交流電壓同步的方波，經(jīng)所述的開關(guān)電路內(nèi)的自關(guān)斷器件Τ2的控制端r控制自關(guān)斷器件T2導(dǎo)通，當(dāng)電源電壓低于電容器兩端電壓時(shí)，經(jīng)所述的開關(guān)電路內(nèi)的二極管Dl將存儲在電容器內(nèi)的電荷釋放回電源；在交流電負(fù)半周期內(nèi)，向所述邏輯驅(qū)動電路內(nèi)的或門電路Ml的a端提供與負(fù)半周交流電壓同步的方波，經(jīng)所述的開關(guān)電路內(nèi)的自關(guān)斷器件Tl的控制端q控制自關(guān)斷器件Tl 導(dǎo)通，當(dāng)電源電壓低于電容器兩端電壓時(shí)，經(jīng)所述的開關(guān)電路內(nèi)的二極管D2將存儲在電容器內(nèi)的電荷釋放回電源。該電路在交流電的周期工作中控制電容器的充放電電壓，調(diào)節(jié)了補(bǔ)償電流的大小，實(shí)現(xiàn)了電容器對功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)目刂?。本發(fā)明由于采用共陰極方式只用一個(gè)用直流穩(wěn)壓電源供電。GND為開關(guān)電路、邏輯驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、零點(diǎn)檢測電路和功率因數(shù)檢測電路的公共端。如將所述的自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路作為1個(gè)單元，用3個(gè)單元進(jìn)行組合，可對三相交流電用電負(fù)載進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償控制。本發(fā)明的有益效果在于，由于采用脈寬調(diào)制控制自關(guān)斷器件的導(dǎo)通時(shí)間，對補(bǔ)償電容器的充放電電壓進(jìn)行控制，控制了補(bǔ)償電流大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)淖詣涌刂啤３潆姇r(shí)采用零點(diǎn)電壓導(dǎo)通自關(guān)斷器件，減小了開通損耗，放電時(shí)利用電源電壓低于電容器端電壓自然放電即零電壓導(dǎo)通和零電流關(guān)斷，進(jìn)一步降低關(guān)斷損耗，極大地提高了效率。用本發(fā)明制成的自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)備，用一組電容器替代多組組合電容器， 減少了控制電路數(shù)量，且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、使用維修方便，尤其適合用電千瓦到幾十千瓦的廣大用戶。


圖1自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路實(shí)施的實(shí)例電路原理中標(biāo)號
1、開關(guān)電路
2、邏輯驅(qū)動電路
3、脈寬調(diào)制電路
4、零點(diǎn)檢測電路
5、功率因數(shù)檢測電路
6、濾波電路
7、電容器
圖2工作時(shí)各點(diǎn)波形
(1)、電容器充放電電壓波形
(2)、q點(diǎn)驅(qū)動波形
(3)、r點(diǎn)驅(qū)動波形
G)、b、d點(diǎn)充電控制波形
(5)、c點(diǎn)放電控制波形
(6)、a點(diǎn)放電控制波形
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路。圖1是利用該電路實(shí)施的一種自關(guān)斷器件電容器功率因數(shù)補(bǔ)償控制裝置的電路原理圖。該電路由開關(guān)電路1、邏輯驅(qū)動電路2、脈寬調(diào)制電路3、零點(diǎn)檢測電路4、功率因數(shù)檢測電路5、濾波電路6、電容器7和交流電輸入端H、輸出端M及公共端地N組成。當(dāng)輸入端H與公共地端N接入交流電，輸出端M和公共地端N接上負(fù)載，電流經(jīng)濾波電路6內(nèi)的電容器Cl，電感L，電容器C2濾波后，由電容器7經(jīng)開關(guān)電路1構(gòu)成回路。工作時(shí)功率因數(shù)檢測電路5內(nèi)的電流互感器DL將檢測出的電流波形傳給相位比較器yx與功率因數(shù)檢測電路5內(nèi)的變壓器B的次級線圈的檢測到的電壓波形進(jìn)行相位比較后，以電壓形式傳給脈寬調(diào)制電路3，同時(shí)零點(diǎn)檢測電路4依據(jù)功率因數(shù)檢測電路5內(nèi)的變壓器B的次級線圈檢測到的電壓波形向脈寬調(diào)制電路3發(fā)出零點(diǎn)同步脈沖電壓，脈寬調(diào)制電路3再根據(jù)接收到的零點(diǎn)同步脈沖電壓和調(diào)制電壓高低輸出相應(yīng)脈寬電壓波形，如圖2(4)所示，輸出脈寬寬度在交流電正負(fù)半周分別以零點(diǎn)和π點(diǎn)為起點(diǎn)在 0-π/2和內(nèi)周期性變化。交流電壓周期性脈沖串，用以控制邏輯驅(qū)動電路2內(nèi)的或門電路Ml的b端和或門電路M2的d端，在交流電的正半周由開關(guān)電路1內(nèi)的自關(guān)斷器件Tl的控制端q控制Tl導(dǎo)通，經(jīng)開關(guān)電路1內(nèi)的二極管D2對電容器7進(jìn)行充電控制；在交流電的負(fù)半周由開關(guān)電路1內(nèi)的自關(guān)斷器件T2的控制端r端控制T2導(dǎo)通，經(jīng)開關(guān)電路 1內(nèi)的二極管Dl對電容器7進(jìn)行充電控制，電容器充電波形如圖2(1)所示，圖中黑色面積為電容器7充電放電波形。零點(diǎn)檢測電路4將功率因數(shù)檢測電路5內(nèi)的變壓器B次級線圈感生的交流電壓的正負(fù)半周分為正半周方波和負(fù)半周方波，正半周方波輸出至或門電路M2 的c端，由開關(guān)電路1內(nèi)的自關(guān)斷器件T2的控制端r控制T2導(dǎo)通，經(jīng)開關(guān)電路1內(nèi)的二極管Dl對電容器7進(jìn)行放電控制，如圖2 所示；負(fù)半周期方波輸出至或門電路Ml的a端， 由開關(guān)電路1內(nèi)的自關(guān)斷器件Tl的控制端q控制Tl導(dǎo)通，經(jīng)開關(guān)電路1內(nèi)的二極管D2對電容器7進(jìn)行放電控制，如圖2(6)所示。圖2(1)的黑色部分為控制后的電容器7兩端的電壓波形，該電路在交流電周期性的工作中實(shí)現(xiàn)了在自關(guān)斷器件以端電壓零點(diǎn)開始對電容器充電，零點(diǎn)電壓對電容器放電的低功耗開關(guān)控制。由于本發(fā)明控制電路采用共陰極方式為公共端GND，開關(guān)電路、邏輯驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、零點(diǎn)檢測電路和功率因數(shù)檢測電路只用單一電源供電，使電路得以簡化。 利用本發(fā)明自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路制成的自關(guān)斷器件電容器功率因數(shù)補(bǔ)償控制裝置，補(bǔ)償因數(shù)可動態(tài)自動控制，自關(guān)斷器件軟開關(guān)工作，具有損耗小、效率高、 體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路，其特征是該電路包括開關(guān)電路(1)、邏輯驅(qū)動電路O)、脈寬調(diào)制電路(3)、零點(diǎn)檢測電路G)、功率因數(shù)檢測電路(5)、濾波電路(6) 和電容器(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路，其特征是所述的開關(guān)電路(1)由兩只自關(guān)斷器件T1、T2和兩只二極管D1、D2組成，自關(guān)斷器件Tl的陰陽極與二極管Dl的陰陽極反向并聯(lián)連接，自關(guān)斷器件T2的陰陽極與二極管D2的陰陽極反向并聯(lián)連接，兩只自關(guān)斷器件Tl和T2的陰極相連，作為開關(guān)電路(1)的公共端，Tl和T2的控制極為開關(guān)電路(1)的兩個(gè)控制端q和r，Tl和T2的陽極分別為開關(guān)電路(1)開關(guān)的兩個(gè)端點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路，其特征是所述的邏輯驅(qū)動電路O)由兩只二輸入端或門電路Ml和M2組成，或門電路Ml的b端與或門電路 M2的d端相連接，為充電控制端，或門電路Ml的a端為交流電的負(fù)半周的放電控制端，或門電路M2的c端為交流電的正半周的放電控制端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路，其特征是所述的功率因數(shù)檢測電路(5)內(nèi)的變壓器B的次級線圈檢測到的電壓波形與所述的功率因數(shù)檢測電路(5)內(nèi)的互感器DL檢測到的電流波形，經(jīng)所述的功率因數(shù)檢測電路(5)內(nèi)的相位比較器yx進(jìn)行相位比較后，根據(jù)負(fù)載的功率因數(shù)值向所述的脈寬調(diào)制電路⑶發(fā)出相應(yīng)的調(diào)制電壓值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路，其特征是所述的脈寬調(diào)制電路C3)依據(jù)調(diào)制電壓值和所述的零點(diǎn)檢測電路(4)發(fā)出的同步控制脈沖，向控制邏輯驅(qū)動電路(2)內(nèi)的或門電路Ml的b端和或門電路M2的d端提供一定寬度的脈沖，在交流電0-π正半周期內(nèi)，驅(qū)動所述的開關(guān)電路(1)內(nèi)的自關(guān)斷器件Tl的控制端q控制自關(guān)斷器件Tl導(dǎo)通，經(jīng)二極管D2對電容器進(jìn)行充電控制，充電時(shí)間以0點(diǎn)為起始點(diǎn)在0- π /2 周范圍內(nèi)可調(diào)；在交流電負(fù)半周期內(nèi)，驅(qū)動所述的開關(guān)電路(1)內(nèi)的自關(guān)斷器件Τ2 的控制端r控制自關(guān)斷器件T2導(dǎo)通，經(jīng)二極管Dl對電容器進(jìn)行充電控制，充電時(shí)間以π 點(diǎn)為起始點(diǎn)在η-3 π/2范圍內(nèi)可調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路，其特征是所述的零點(diǎn)檢測電路(4)依據(jù)功率因數(shù)檢測電路(5)內(nèi)的變壓器B的次級線圈得到正負(fù)半周交流電壓波形，向所述的脈寬調(diào)制電路C3)提供交流電壓零點(diǎn)同步脈沖；同時(shí)在交流正電半周期內(nèi)，向所述邏輯驅(qū)動電路O)內(nèi)或門電路Μ2的c端提供與正半周交流電壓同步的方波， 經(jīng)所述的開關(guān)電路(1)內(nèi)的自關(guān)斷器件Τ2的控制端r控制自關(guān)斷器件Τ2導(dǎo)通，當(dāng)電源電壓低于電容器兩端電壓時(shí)，經(jīng)所述的開關(guān)電路(1)內(nèi)的二極管Dl將存儲在電容器內(nèi)的電荷釋放回電源；在交流電負(fù)半周期內(nèi)，向所述邏輯驅(qū)動電路O)內(nèi)的或門電路Ml的a端提供與負(fù)半周交流電壓同步的方波，經(jīng)所述的開關(guān)電路(1)內(nèi)的自關(guān)斷器件Tl的控制端q控制自關(guān)斷器件Tl導(dǎo)通，當(dāng)電源電壓低于電容器兩端電壓時(shí)，經(jīng)所述的開關(guān)電路(1)內(nèi)的二極管D2將存儲在電容器內(nèi)的電荷釋放回電源。
全文摘要
自關(guān)斷器件功率因數(shù)補(bǔ)償控制電路，主要包括開關(guān)電路、邏輯驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、零點(diǎn)檢測電路、功率因數(shù)檢測電路、濾波電路和電容器。利用自關(guān)斷器件控制關(guān)斷的特性，采用兩只并聯(lián)有二極管的自關(guān)斷器件組成開關(guān)電路，控制開關(guān)電路對電容器進(jìn)行充放電電壓控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)目刂?。用本發(fā)明制成的功率因數(shù)補(bǔ)償控制裝置，由一組電容器替代現(xiàn)有的多組組合電容器，減少了控制電路數(shù)量，零點(diǎn)軟開關(guān)控制充放電，損耗小，不但可實(shí)現(xiàn)自動控制，還具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用和維修方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合幾千瓦到幾十千瓦廣大用電用戶。
文檔編號H02J3/18GK102368616SQ20111039097
公開日2012年3月7日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者張煒, 李香龍, 毛書凡 申請人:李香龍