[实用新型]交流动态有源功率因数补偿电路

说明书

【技术领域】：本实用新型属于电力功率因数补偿技术领域，利用有源功率因数补偿方法替代电容器补偿方法，具体而言是一种交流负载功率因数有源动态补偿电路。

【背景技术】：交流功率因数补偿是世界公认的节约电能的方法，现有的电力功率因数补偿大都采用电力电容器进行功率因数补偿。功率因数补偿装置大都采用步进式切换方法，不能随机动态自适应随负载变化投入其合适容量的电容器，经常出现欠补偿和过补偿现象。欠补偿设备没有起到应有的作用，过补偿将造成电网电压升高危及其他用电设备安全，严重时会烧坏用电设备。由于电力电容器体积大，并且投切时为了限制电流过大还需配备电抗器，致使设备体积大、效率低。尤其是在对三相电源进行补偿时，由于三相电源中每相功率因数是不可能一致的，并且每个单相在正负半波的工作周期内，随负载变化的电流和电压波形也是不一致的，需要补偿的功率因数值也不一样。现有装置的补偿功率因数值大都经两项电压与另一相电流的相位位移进行采样比较而得出，因此，现有的这种功率因数采样方法不能如实反映每一相的实际功率因数。即便所谓的静止型补偿装置，虽然可自动跟踪控制功率因数，但是三相功率因数本身也不可能是均衡的，并且由于结构复杂，成本高而难以推广。能否发挥电解电容器所具有的体积小、容量大的优点，利用电力电子开关元件对其进行有源精准控制，实现交流负载动态功率因数补偿，并缩小补偿装置的体积，是电力补偿行业亟待解决的问题。

【实用新型内容】：本实用新型目的是克服现有电容器式功率补偿装置的缺点，提供一种交流动态有源功率因数补偿电路。

本实用新型提供的交流动态有源功率因数补偿电路包括：

补偿主电路：用于实现对负载的动态功率因数的补偿；

稳压电源：由补偿主电路供电，稳定输出直流电压供给检测电路和控制电路；

检测电路：用于检测补偿主电路中的电压波形和电流波形，并根据电压波形和电流波形的比较结果向控制电路发出相位控制信号和功率因数控制信号；

控制电路；根据检测电路发出的相位控制信号和功率因数控制信号实现补偿主电路中的动态功率因数的补偿。

所述的补偿主电路包括依次并联的输入滤波电路、变换电路、回能电路和输出滤波电路，其中：

输入滤波电路：由输入滤波电容C1、滤波电感L1和电容器C2滤波构成；

变换电路：依次由变压器B、充放电电容器组C3、自关断元件S和限流电阻RX串联，再由二极管D与自关断元件S和限流电阻RX并联组成；

回能电路：由变压器B的次级绕组N2和吸收电容C4并联后、再与耦合电容C5串联构成；

输出滤波电路：由变压器B的初级绕组N1和次级绕组N2之间并联的输出滤波电感L2和输出滤波电容C6构成。

所述的充放电电容器组由两只电解电容器与两只半导体二极管采用反极性连接组成。所述的自关断元件可以是晶体三极管、场效管(IGBT和GTO)、或者是二者的组合。

所述的检测电路包括：

电压变压器DY：电压变压器的初级绕组与补偿主电路并联，用于检测补偿主电路的电压波形；

电流互感器DL：设置于补偿主电路的回路中并与电压变压器的次级绕组串联，用于检测补偿主电路的电流波形；

功率因数检测电路GL：功率因数检测电路的两个输入端与电压变压器的次级绕组和电流互感器构成的串联之路并接，用于对检测到的电压波形与电流波形进行比较后向控制电路发出功率因数控制信号；

相位检测电路W：相位检测电路的两个输入端与补偿主电路并接，根据检测到的电压波形向控制电路发出相位控制信号。

所述的控制电路包括：

PWM控制电路P：PWM控制电路的两个输入端a和b，分别连接检测电路中的相位控制信号输出端和功率因数控制信号输出端，并根据检测电路发出的相位控制信号和功率因数控制信号实现对驱动电路的控制；

驱动电路Q：驱动电路通过电路c由PWM控制电路控制，输出端连接补偿主电路的变换电路中的自关断元件控制极，并驱动自关断元件按照检测电路发出的相位控制信号和功率因数控制信号指令的相位和脉宽工作；

限流电路X：限流电路的两个输入端与补偿主电路的变换电路中的限流电阻并接，根据限流电阻检测到的补偿主电路工作电流的大小向PWM控制电路发出控制脉宽宽窄的控制电压，当限流电阻检测到补偿主电路工作电流超出额定值时，限流电路发出控制电压给PWM控制电路控制脉冲变窄，限制了输出电流过大进而保护自关断元件S。

以上所述的补偿电路为交流单相电路，通过对其组合可完成三相交流动态功率因数补偿电路，实现对三相交流电设备的功率因数进行补偿。