基于ＡＣ／ＡＣ斩波器的串联型电能质量补偿器制造技术

本实用新型专利技术是基于ＡＣ／ＡＣ斩波器的串联型电能质量补偿器，由ＡＣ／ＡＣ斩波器电路、补偿变压器、输出滤波电路构成。主要优点有：无调感式补偿器的电抗器，且补偿变压器工作在高频调制状态，减小整体的体积重量；对输出电压进行无极平滑调节，动态响应快；对输出电压的瞬时值进行控制，输出电压波形正弦质量高，对外界电网电压闪变、谐波等具有抑制作用；电路结构简单，易于实现，在ＡＣ／ＡＣ电路中属于使用器件较少的，电路开销小。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一、
本技术涉及一种基于AC/AC斩波器的串联型电能质量补偿器，属于电能变换装置中的交流稳压器。 二、
技术介绍
我国外界电网电压波动较大，存在着各种干扰，特别是近年来随着国民经济的发展，用电需求量急速上升，电力电子装置等非线性设备的逐渐普及给电网产生了严重的谐波污染，严重影响仪器设备及家用电器的正常工作，因此，交流稳压器就成为许多重要设备必不可少的供电设备。目前实际应用的交流稳压器种类很多，包括磁饱和稳压器、参数型稳压器和补偿式稳压器，其中补偿式稳压器使用最为广泛，又可分为：接触式调压器和可控硅或继电器调感的补偿式交流稳压器等。其中磁饱和稳压器体积大、重量重、效率低。参数型稳压器在启动过程会引起输出电压大的波动，其波动电压可达到两倍输出电压；由于电感的存在，在接通或断开同一交流稳压器的负载时，会严重干扰其他设备。接触式调压器使用伺服电机改变调压器的二次电压来改变补偿电压，反应速度慢，主要问题是由于有触点，机械传动系统噪声大、易磨损、体积大、成本高、维修困难。晶闸管或继电器调感的补偿式交流稳压器在稳压精度和效率上较磁饱和稳压器有了很大提高，但仍然采用重量重和体积大的电抗器作主调回路；采用继电器调感的补偿式交流稳压器仍然有机械触点存在，而采用晶闸管调感的交流稳压器在调节过程中容易产生晶闸管共态导通，使晶闸管损坏；并且这种调感式的交流稳压器的输出电压为有极调节，输出电压不平滑，仅能调节有效值，对输入电压波形畸变并没有调节或抑制能力，不能调节输出电压的正弦度。总之，目前应用的各种交流稳压器均存在着明显的缺陷，特别是不能有效地消除各种电磁扰动，这成为我国电源技术工作者面临的重大课题。 三、
技术实现思路
 1、目的：本技术的目的是提供一种无触点能实现输出电压快速平滑调节且具有波形调节能力的电能质量补偿器。 2、技术方案：为了解决上述的问题，本技术的基于AC/AC斩波器的串联型电能质量补偿器，包括AC/AC斩波器电路1、补偿变压器2和滤波电路3；AC/AC斩波器电路1包括第一双向开关Q1、第二双向开关Q2、第三双向开关Q3、第四双向开关Q4、桥臂输出滤波电容Cc；滤波电路3包括输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cf；AC/AC斩波器电路1的输入端接外界电网电压ui，AC/AC斩波器电路1的输出端接补偿变压器2的原边，补偿变压器2的副边串联在外界电网电压ui的输出端和滤波电路3之间，滤波电路3的输出接外界负载Z。本专利技术的基于AC/AC斩波器的串联型电能质量补偿器的特征在于，AC/AC斩波器电路1中，第一双向开关Q1的一端和第二双向开关Q2的一端连接于第一桥臂中点A，构成第一桥臂，第三双向开关Q3的一端和第四双向开关Q4的一端连接于第二桥臂中点B，构成第二桥臂；第一双向开关Q1的另一端和第三双向开关Q3的另一端连接到外界电网电压ui的输出端，第二双向开关Q2的另一端和第四双向开关Q4的另一端连接到外界电网电压的负极即“地”，桥-->臂输出滤波电容Cc的一端连到第一桥臂中点A，桥臂输出滤波电容Cc的另一端连到第二桥臂中点B；补偿变压器2的原边第一端(p1)和补偿变压器2的副边第一端s1为同名端，补偿变压器2的原边第二端p2和补偿变压器2的副边第二端s2为同名端；补偿变压器2的原边第一端p1连到第一桥臂中点A， 补偿变压器2的原边第二端p2连到第二桥臂中点B，补偿变压器2的副边第二端s2连到外界电网电压ui的输出端，补偿变压器2的副边第一端s1连到输出滤波电感Lf的一端；输出滤波电感Lf的另一端和输出滤波电容Cf的一端相连，构成输出滤波电路3，输出滤波电感Lf和输出滤波电容Cf的连接点接外界负载Z的一端，输出滤波电容Cf的另一端和外界负载Z的另一端同时接“地”。 3、有益效果：本技术具有如下优点：采用交交直接变换的AC/AC斩波器电路完成电压补偿，既能完全完成所需功能又简化了电路。若采用传统的AC/DC加DC/AC的两级电路结构构建补偿单元，两级电路都需能够双向流通能量，需分别加以控制和判断，又需整体协调控制，需对直流母线电压进行稳压，电路结构和控制上都十分复杂，开销大；通过对AC/AC斩波器工作桥臂的选择，可以很方便地选择进行正补偿还是负补偿。而这在使用两级式结构时实现起来十分复杂；根据输入电压瞬时值计算占空比调节补偿电压，该方法使得输出电压的瞬时值也能得到控制，补偿器对输入电压的闪变、畸变等都能进行补偿和抑制，这在补偿单元采用两级式结构时也可以做到但实现算法复杂，而调感式稳压器等传统交流稳压器只能控制输出电压的有效值；本技术完全采用电子开关，无机械切换触点；采用AC/AC变换电路作为补偿电路，使用器件少，没有调感式补偿器的电抗器，且补偿变压器工作高频调制状态，这些都极大地减小整体的体积重量；电路结构和控制算法都比较简单，易于实现；对输出电压进行无极平滑调节，动态响应快；对输出电压的瞬时值进行控制，输出电压波形正弦质量很高，对外界电网电压闪变、谐波等具有抑制作用。 4、附图说明附图1是基于AC/AC斩波器的串联型电能质量补偿器电路结构示意图。 附图2是双向开关实际构造图。 附图3是开关模态Ⅰ示意图。 附图4是开关模态Ⅱ示意图。 附图5是开关模态Ⅲ示意图。 附图6是开关模态IV示意图。 附图7是基于AC/AC斩波器的串联型电能质量补偿器采用的控制框图。 附图中，1是AC/AC斩波器电路、2是补偿变压器、3是滤波电路；A是第一桥臂中点，即第一双向开关Q1和第二双向Q2的连接点；B是第二桥臂中点，即第三双向开关Q3和第四双向开关Q4的连接点；Cc是桥臂输出滤波电容；Cf是输出滤波电容；io是输出电流；Lf是输出滤波电感；p1～p2是补偿变压器原边两端；Q1～Q4是第一～第四双向开关；s1～s2是补偿变压器副边两端；uAB是桥臂电压，即第一桥臂中点A和第二桥臂中点B之间的电压；uc是补偿电压，即补偿变压器2副边电压，补偿变压器2的原副边匝比为n，uc＝uAB/n；ui是补偿变压器输入电压，即外界电网电压；uo是本专利技术的基于AC/AC斩波器的串联型电能质量补偿器的输出电压；ur是AC/AC斩波器电路的电压基准；us是补偿变压器2输出电压即滤波前电感，us＝ui-uc；usin是输出电压基准，即理想电压；uZ是线路阻抗上的压降；Z是外-->界负载。 四、具体实施方式如附图1所示，其结构是AC/AC斩波器电路1的输入端接外界电网电压ui，AC/AC斩波器电路1的输出端接补偿变压器2的原边，补偿变压器2的副边串联在外界电网电压ui的输出端和滤波电路3之间，滤波电路3的输出接外界负载Z；AC/AC斩波器电路1中，第一双向开关Q1的一端和第二双向开关Q2的一端连接于第一桥臂中点A，构成第 一桥臂，第三双向开关Q3的一端和第四双向开关Q4的一端连接于第二桥臂中点B，构成第二桥臂；第一双向开关Q1的另一端和第三双向开关Q3的另一端连接到外界电网电压ui的输出端，第二双向开关Q2的另一端和第四双向开关Q4的另一端连接到外界电网电压的负极即“地”，桥臂输出滤波电容Cc的一端连到第一桥臂中点A，桥臂输出滤波电容Cc的另一端连到第二桥臂中点B；补偿变压器2的原边第一端(p1)和补本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＡＣ／ＡＣ斩波器的串联型电能质量补偿器，包括ＡＣ／ＡＣ斩波器电路（１）、补偿变压器（２）和滤波电路（３），其特征在于，ＡＣ／ＡＣ斩波器电路（１）中，第一双向开关（Ｑ↓［１］）的一端和第二双向开关（Ｑ↓［２］）的一端连接于第一桥臂中点（Ａ），构成第一桥臂，第三双向开关（Ｑ↓［３］）的一端和第四双向开关（Ｑ↓［４］）的一端连接于第二桥臂中点（Ｂ），构成第二桥臂；第一双向开关（Ｑ↓［１］）的另一端和第三双向开关（Ｑ↓［３］）的另一端连接到外界电网电压（ｕ↓［ｉ］）的输出端，第二双向开关（Ｑ↓［２］）的另一端和第四双向开关（Ｑ↓［４］）的另一端连接到外界电网电压的负极即“地”，桥臂输出滤波电容（Ｃ↓［ｃ］）的一端连到第一桥臂中点（Ａ），桥臂输出滤波电容（Ｃ↓［ｃ］）的另一端连到第二桥臂中点（Ｂ）；补偿变压器（２）的原边第一端（ｐ↓［１］）和补偿变压器（２）的副边第一端（ｓ↓［１］）为同名端，补偿变压器（２）的原边第二端（ｐ↓［２］）和补偿变压器（２）的副边第二端（ｓ↓［２］）为同名端；补偿变压器（２）的原边第一端（ｐ↓［１］）连到第一桥臂中点（Ａ），补偿变压器（２）的原边第二端（ｐ↓［２］）连到第二桥臂中点（Ｂ），补偿变压器（２）的副边第二端（ｓ↓［２］）连到外界电网电压（ｕ↓［ｉ］）的输出端，补偿变压器（２）的副边第一端（ｓ↓［１］）连到输出滤波电感（Ｌ↓［ｆ］）的一端；输出滤波电感（Ｌ↓［ｆ］）的另一端和输出滤波电容（Ｃ↓［ｆ］）的一端相连，构成输出滤波电路（３），输出滤波电感（Ｌ↓［ｆ］）和输出滤波电容（Ｃ↓［ｆ］）的连接点接外界负载（Ｚ）的一端，输出滤波电容（Ｃ↓［ｆ］）的另一端和外界负载（Ｚ）的另一端同时接“地”。...

【技术特征摘要】
1.一种基于AC/AC斩波器的串联型电能质量补偿器，包括AC/AC斩波器电路(1)、补偿变压器(2)和滤波电路(3)，其特征在于，AC/AC斩波器电路(1)中，第一双向开关(Q1)的一端和第二双向开关(Q2)的一端连接于第一桥臂中点(A)，构成第一桥臂，第三双向开关(Q3)的一端和第四双向开关(Q4)的一端连接于第二桥臂中点(B)，构成第二桥臂；第一双向开关(Q1)的另一端和第三双向开关(Q3)的另一端连接到外界电网电压(ui)的输出端，第二双向开关(Q2)的另一端和第四双向开关(Q4)的另一端连接到外界电网电压的负极即“地”，桥臂输出滤波电容(Cc)的一端连到第一桥臂中点(A)，桥臂输出滤波电容(Cc)的另一端连到第二桥臂中点(B)；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广明，嵇保健，洪峰，窦迅，汤斐挺，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]