一種三相不平衡負載功率因數校正及系統電流平衡設備技術方案

本發明專利技術公開了一種三相不平衡負載功率因數校正及系統電流平衡設備，其包括補償裝置，補償裝置包括IGBT橋式電路及電容補償單元。電容補償單元包括連接在系統的A相與B相間的第一補償支路、連接在B相與C相間的第二補償支路、連接在C相與A相間的第三補償支路。每條補償支路均包括依次串聯的投切晶閘管、第一電容、電抗器。IGBT橋式電路包括依次串聯在系統的A相與B相間的第一連接電抗器與第一補償模塊、依次串聯在B相與C相間的第二連接電抗器與第二補償模塊、依次串聯在C相與A相間的第三連接電抗器與第三補償模塊。本發明專利技術從根本上改變了傳統無功補償控制器單靠無功功率計算的分級投切策略，使投切容量的計算速度徹底改善。

【技術實現步驟摘要】
一種三相不平衡負載功率因數校正及系統電流平衡設備
本專利技術涉及汽車制造行業專用的電網功率因數校正與三相電流平衡設備，具體的說是一種用于汽車制造行業三相不平衡負載功率因數校正及系統電流平衡設備。
技術介紹
近些年，中國經濟發展迅速，汽車消費勢頭強勁，所以汽車制造行業獲得了很大發展，興起了眾多汽車制造廠。汽車制造過程分為沖壓、焊裝、噴涂、總裝等工藝流程。在沖壓流程中大型沖壓機在提升降落過程中電流波動巨大且存在功率回饋過程，導致無功功率存在很大波動，若無快速跟蹤的無功支撐，會引起電壓的大幅度閃變，從而影響生產質量。焊裝車間中的點焊機安裝于相間，因為各個相間安裝的點焊機功率等級不同且工作在不同時段，所以工作過程中三相電流大小與相位均有很大不同，造成三相不平衡問題；同時點焊機工作為斷續沖擊型負載，工作過程連續時間多在0.1-1秒，在此過程中電流很大，無功需求很大，若此時段中容性無功支持不足，會引起系統電壓嚴重跌落，從而影響點焊機的焊機溫度，導致焊接質量下降，出現殘次品。噴涂車間的打磨、電泳、淋洗設備均有較大無功需求且三相不平衡嚴重。包括總裝車間在內的所有生產過程中均存在大量變頻器驅動操作機構，這些變頻大多為6脈波或12脈波整流橋，功率因數低。綜合以上事實，汽車制造行業中所需要的功率因數校正設備與其它普通工業現場或民用配電場合相比存在諸多特殊要求，尤其是無功功率需求的快速度跟蹤以及相間負載引起的三相電流不平衡，與普通配電場合存在本質機理上的區別。經過多年的發展以及技術沿化，市場上存在多種無功補償及三相不平衡治理的設備，從技術先進程度與解決現場問題的實用性方面講，晶閘管投切的電容電抗以及有源的動態無功補償設備凸現出了其優越性，但也存在其固有的缺點；其中晶閘管投切電容電抗器成本較低但傳統的操作方式下其投切速度特別是投入時的速度很慢，均大于0.02秒，尤其是在波動型無功需求時根本無法跟蹤；而有源的動態無功補償裝置由于采用了快速的IGBT電力電子開關，所以跟蹤速度很快，對波動型負載的跟蹤很快，但是電力電子開關的故障率與成本均較高，且運行過程中噪音很大，電力電子開關的通斷過程會給電網帶來高次諧波，同時單機容量不能做得太大(通常最大500kVA)，因此雖然技術上存在優勢但應用仍受諸多限制。如圖1所示，傳統三相三線晶閘管投切電容器補償設備雖然電容器也呈三角形接法接于電網相間，這種接法僅僅是出于安全考慮，不能實現分相電容投切。圖2中的傳統三相三線有源無功補償裝置為三相橋式電路，其可以快速跟蹤負載變化，但因為電路結構的固有特點，使之對相間不平衡效果治理效果較差。而針對三相不平衡負載，業界開發了圖3中所示的三相四線晶閘管投切電容器補償設備與圖4所示的三相四線有源無功補償裝置，這兩種設備均是通過電網的相與中線之間接入電容或發生與補償相中所需的反向無功電流來完成無功補償及三相平衡工作，這兩種設備在包括很多單相負載的民用配電場合比較適用，在汽車制造行業，動力網中沒有中性線，即使可以接成些種接線方式，現場需要接中性線，會給中性線間帶來很大三次諧波電流，雖然從三相間測量有補償效果，但從三相四線系統整體來看并未完成三相平衡與功率因數校正功能。通過以上分析，可以看出傳統裝置無法徹底解決汽車制造行業中的電能質量問題，有必要專利技術一種成本低廉，性能可靠，適用于汽車制造行業的的功率因數校正及三相電流平衡裝置。
技術實現思路
本專利技術提供了一種針對于汽車制造行業專用的電網功率因數校正與三相電流平衡設備，用于汽車制造行業中的相間負載，尤其是點焊機的所造成電能質量問題。本專利技術為應用于汽車制造行業用于平衡三相電流及快速度跟蹤負載無功變化并進行補償的裝置，專門針對汽車制造業中的引起三相電流不平衡的相間負載以及工作電流頻繁變化的裝置。本專利技術是這樣實現的，一種三相不平衡負載功率因數校正及系統電流平衡設備，其包括補償裝置，該補償裝置包括至少一個IGBT橋式電路以及至少一個電容補償單元；該至少一個電容補償單元包括連接在系統的A相與B相之間的第一補償支路(9)、連接在系統的B相與C相之間的第二補償支路(10)、連接在系統的C相與A相之間的第三補償支路(11);每條補償支路中均包括依次串聯的投切晶閘管、第一電容、電抗器；該至少一個IGBT橋式電路也是接于系統的相間，包括依次串聯在系統的A相與B相之間的第一連接電抗器(15)與第一補償模塊(12)、依次串聯在系統的B相與C相之間的第二連接電抗器(16)與第二補償模塊(13)、依次串聯在系統的C相與A相之間的第三連接電抗器(17)與第三補償模塊(14);每個補償模塊中均包括橋式功率管模塊以及第二電容，該第二電容的兩端分別連接在該橋式功率管模塊的兩個輸入端，該橋式功率管模塊的兩個輸出端分別連接相應的連接電抗器與相應的相。本專利技術的三相不平衡負載功率因數校正及系統電流平衡設備，可以完成無功功率的補償，以提高功率因數，同時可以完成系統三相電流的平衡。本專利技術的區別于傳統無功補償裝置的特點在于:采用了相間三角形接線方式，并可以根據負載的等效相間阻抗分別投切，以改變電網的相間阻抗，在校正功率因數的同時起到三相電流的平衡作用；電容的配置為4n:2:l的形式，階梯式的投切保證較小的負載電流補償級差；同時相間三角形接法的IGBT橋式電路，可以快速跟蹤負載電流的微小變化；電容輪換熱備用的投切方式不但保證了電容投切的快速，而且保證投入瞬間的零沖擊電流。本專利技術的諸多創新使傳統的電容補償方式的速度與精度等多方面性能大大提高。【附圖說明】圖1為傳統三相三線晶閘管投切電容器補償設備的結構示意圖；圖2為傳統三相三線有源無功補償裝置的結構示意圖；圖3為傳統三相四線晶閘管投切電容器補償設備的結構示意圖；圖4為傳統三相四線有源無功補償裝置的結構示意圖；圖5為本專利技術三相不平衡負載功率因數校正及系統電流平衡設備的無功補償及平衡二相電流的本質架構不意圖；圖6為應用本專利技術的系統架構示意圖；圖7為圖6中的其中一個IGBT三相橋式電路與其中一個電容單元的結構示意圖；圖8為圖7中第一電容循環投切的示意圖。【具體實施方式】為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。如圖5所示的三相三線制配電網，負載接于線間，圖中Yab=Gab_jBab，Ybc=Gbc-JBbc, 為負載導納，G為電導，B為導納；通過分析，無功功率產生的本質就是負載中除了電阻(電導)外還存在電抗(電納)，而三相不平衡是因為YabYbcTea三個相間導納不相等造成的。從這個角度出發，無功功率補償與平衡三相電流的本質就是將系統相間接入或容性或感性的電納，使相間的導納相等=Yab=Ybc=Yc^所以如圖中所示，接入電容性電納為 Y，ab=jB’ ab，Y，bc=jB’ bc，V ca=jB，ca，而接入的感性電納為 Y”ab=_jB”ab，Y”bc=_jB”bc，Υ”Μ=-.?Β”Μ，由于負載大多為感性，所以補償時大多用容性，而如果用到感性補償電納，則可以由IGBT橋式電路提供。如圖6所示，整個系統分為控制器1、三相橋式電路5、多個電容單元(圖中給出了3組，即電容單元6、7、8)組成，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三相不平衡負載功率因數校正及系統電流平衡設備，其特征在于：其包括補償裝置，該補償裝置包括至少一個IGBT橋式電路以及至少一個電容補償單元；該至少一個電容補償單元包括連接在系統的A相與B相之間的第一補償支路（9）、連接在系統的B相與C相之間的第二補償支路（10）、連接在系統的C相與A相之間的第三補償支路（11）；每條補償支路中均包括依次串聯的投切晶閘管、第一電容、電抗器；該至少一個IGBT橋式電路也是接于系統的相間，包括依次串聯在系統的A相與B相之間的第一連接電抗器（15）與第一補償模塊（12）、依次串聯在系統的B相與C相之間的第二連接電抗器（16）與第二補償模塊（13）、依次串聯在系統的C相與A相之間的第三連接電抗器（17）與第三補償模塊（14）；每個補償模塊中均包括橋式功率管模塊以及第二電容，該第二電容的兩端分別連接在該橋式功率管模塊的兩個輸入端，該橋式功率管模塊的兩個輸出端分別連接相應的連接電抗器與相應的相。

【技術特征摘要】
1.一種三相不平衡負載功率因數校正及系統電流平衡設備，其特征在于:其包括補償裝置，該補償裝置包括至少一個IGBT橋式電路以及至少一個電容補償單元；該至少一個電容補償單元包括連接在系統的A相與B相之間的第一補償支路(9)、連接在系統的B相與C相之間的第二補償支路(10)、連接在系統的C相與A相之間的第三補償支路(11);每條補償支路中均包括依次串聯的投切晶閘管、第一電容、電抗器；該至少一個IGBT橋式電路也是接于系...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李瑜，尹陸軍，齊東流，郁伉，王敏，
申請(專利權)人：安徽天沃電氣技術有限公司，
類型：發明
國別省市：