一種三相不平衡調(diào)節(jié)裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種三相不平衡調(diào)節(jié)裝置，包括控制單元、用于采集A、B、C三相負(fù)載端電流信號的電流互感器、用于驅(qū)動IGBT導(dǎo)通/截止的IGBT控制電路、第一至第六IGBT、母線電容和第一至第三電抗；控制單元的輸入端與電流互感器的輸出端連接，控制單元的輸出端連接至IGBT控制電路的輸入端；第一IGBT與第二IGBT、第三IGBT與第四IGBT及第五IGBT與第六IGBT均相互串接后連接至所述母線電容的兩端，第一IGBT與第二IGBT、第三IGBT與第四IGBT及第五IGBT與第六IGBT的連接點分別連接至C、B、A三相負(fù)載端。本實用新型電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，能夠快速實現(xiàn)三相電流的平衡。
【專利說明】一種三相不平衡調(diào)節(jié)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種三相不平衡調(diào)節(jié)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)在相線與相線之間跨接電阻，具有在相線與相線之間轉(zhuǎn)移無功的能力。在相線與相線之間跨接電容或電感，具有在相線與相線之間轉(zhuǎn)移有功的能力。
[0003]1、如果不平衡有功電流相當(dāng)于AB相之間跨接一電阻，這時AB相有電流且電流為I，c相無電流。那么校正這個不平衡電流的方法是在BC相之間接入一電容，選擇電容量使其電流為0.581，在AC相之間接入一電感，選擇電感量使其電流為0.581，于是不平衡電流消失。(見圖1)
[0004]2、如果不平衡電流相當(dāng)于A相與中線之間跨接一電阻，這時的系統(tǒng)中只有A相有電流I，BC相均無電流。那么校正這個不平衡電流的方法是在AB相之間接入一電容，選擇電容量使其電流為0.671，在AC相之間接入一電感，選擇電感量使其電流為0.671，在B相與中線之間接入一電感，選擇電感量使其電流為0.581，在C相與中線之間接入一電容，選擇電容量使其電流為0.581，于是不平衡電流消失。(見圖2)
[0005]如果不平衡電流相當(dāng)于不只一個電阻，那么可以分別按各個電阻為準(zhǔn)，計算出所需的補償量，然后利用迭加原理進(jìn)行計算即可。
[0006]上述的調(diào)整不平衡電流的方法也帶來一個問題，就是需要使用電感。在調(diào)整不平衡電流的裝置里安裝大量的電感是一件很麻煩的事情，電感又大又重，成本很高，損耗較大。
[0007]所幸的是，在實際的系統(tǒng)中，往往擁有大量的感性負(fù)荷，正是因為這些感性負(fù)荷的存在，才需要進(jìn)行無功補償。而負(fù)荷中的電感正好可以為我們所利用。理論分析與現(xiàn)場實驗均表明:只要恰當(dāng)?shù)剡x擇電容器的接法，就可以達(dá)到即補償功率因數(shù)又調(diào)整不平衡電流的目的。
[0008]下面舉一例說明如何連接電容器來達(dá)到既補償無功又調(diào)整不平衡電流的目的。
[0009]設(shè)有一用電系統(tǒng)如圖3所示，這是一個功率因數(shù)很低且三相嚴(yán)重不平衡的例子，三相的功率因數(shù)均為0.71。C相電流比A相電流大一倍。由圖中可以看到:補償電容器的總?cè)萘壳『玫扔谪?fù)荷中的電感總?cè)萘?，只是由于恰?dāng)?shù)剡x擇了電容器的接法，從而使三相的電流平衡，并且三相的功率因數(shù)均等于1，零線沒有電流。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本實用新型的目的在于提供一種電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，能夠快速實現(xiàn)三相電流的平衡的三相不平衡調(diào)節(jié)裝置。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是:一種三相不平衡調(diào)節(jié)裝置，包括控制單元、用于采集與電網(wǎng)輸出端連接的A、B、C三相負(fù)載端電流信號的電流互感器、用于驅(qū)動IGBT導(dǎo)通/截止的IGBT控制電路、第一至第六IGBT、母線電容和第一至第三電抗；所述控制單元的輸入端與所述電流互感器的輸出端連接，所述控制單元的輸出端連接至所述IGBT控制電路的輸入端，所述IGBT控制電路的控制端分別與第一至第六IGBT的門極連接；所述第一 IGBT的集電極與第二 IGBT的發(fā)射極連接，所述第三IGBT的集電極與第四IGBT的發(fā)射極連接，所述第五IGBT的集電極與第六IGBT的發(fā)射極連接，所述第一 IGBT的發(fā)射極、第三IGBT的發(fā)射極和第五IGBT的發(fā)射極相連接至所述母線電容的負(fù)極，所述第二 IGBT的集電極、第四IGBT的集電極和第六IGBT的集電極相連接至所述母線電容的正極；所述第一IGBT的發(fā)射極還經(jīng)第一電抗連接至C相負(fù)載端，所述第三IGBT的發(fā)射極還經(jīng)第二電抗連接至B相負(fù)載端，所述第五IGBT的發(fā)射極還經(jīng)第三電抗連接至A相負(fù)載端。
[0012]在本實用新型實施例中，所述電網(wǎng)輸出端的三相電流均為I，A、B、C三相負(fù)載端的電流分別為4、4、乙,且4 + h + 4 =31 ;當(dāng)4大于均小于I，控制單元根據(jù)A相負(fù)載端電流的偏移量λ/jI,控制第六IGBT導(dǎo)通及截止時間，為所述母線電容充電直至A相負(fù)載端電流/」=1 ;然后，控制單元根據(jù)B相負(fù)載端電流及C相負(fù)載端電流的偏移量AJj及Ala,分別控制第四IGBT及第二 IGBT的導(dǎo)通及截止時間，所述母線電容放電至所述B相負(fù)載端及C相負(fù)載端,直至B相負(fù)載端及C相負(fù)載端電流、/e,均為I ;同理，當(dāng)大于I且
均小于I的情況以及大于I且4、乙均小于I的情況均按上述過程調(diào)節(jié)IGBT的導(dǎo)通及截止時間，來實現(xiàn)三相電流平衡。
[0013]在本實用新型實施例中，所述電網(wǎng)輸出端的三相電流均為I，A、B、C三相負(fù)載端的電流分別為--α + /j + /c=3I ;當(dāng)/|/￡均大于I，/e小于I，控制單元根據(jù)A相負(fù)載端及B相負(fù)載端電流的偏移量八/1、八/￡,控制第六及第四IGBT導(dǎo)通及截止時間，為所述母線電容充電直至A相負(fù)載端及B相負(fù)載端電流;然后，控制單元根據(jù)C相負(fù)載端電流的偏移量,控制第二 IGBT的導(dǎo)通及截止時間，所述母線電容放電至所述C相負(fù)載端，直至C相負(fù)載端電流/‘為I ;同理，當(dāng)/￡、ie均大于I且Zj小于I的情況以及2』、/e大于I且/j小于I的情況均按上述過程調(diào)節(jié)IGBT的導(dǎo)通及截止時間，來實現(xiàn)三相電流平衡。
[0014]在本實用新型實施例中，所述電網(wǎng)輸出端的三相電流均為I，A、B、C三相負(fù)載端的電流分別為?!α + Ib + 1c =31 ;當(dāng)4大于ι,/j等于I，Ze小于I，控制單元根據(jù)
A相負(fù)載端電流的偏移量λ/j!,控制第六IGBT導(dǎo)通及截止時間，為所述母線電容充電直至A
相負(fù)載端電流/j=I ;然后，控制單元根據(jù)C相負(fù)載端電流的偏移量，控制第二 IGBT的導(dǎo)通及截止時間，所述母線電容放電至所述C相負(fù)載端，直至C相負(fù)載端電流/纟為I ;同理，
當(dāng)I1大于1、4等于I且/占小于I的情況，大于I Ja=I且2C小于I的情況，Js大于I Jc
=I且Zj小于I的情況，/e大于1^A=1且4小于I的情況以及ic?大于IΛ =I且ZjI小于I的情況均按上述過程調(diào)節(jié)IGBT的導(dǎo)通及截止時間，來實現(xiàn)三相電流平衡。
[0015]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下有益效果:本實用新型治理三相不平衡面向的對象是電流且實時采集，使得無論負(fù)載分布如何、用電時間不一致，只要實時檢測的三相電流因負(fù)載變化導(dǎo)致不平衡，都能快速動作平衡電流；一般出現(xiàn)三相不平衡的系統(tǒng)功率因數(shù)都比較低，本裝置在補償無功提高功率因數(shù)上有很理想的效果，可實現(xiàn)-1，I之間穩(wěn)定調(diào)節(jié)，這樣既可無功補償又能治理三相不平衡，相比“電感與電容組合調(diào)整”這種同樣既可無功補償又能治理三相不平衡方法之下，補償無功時更具穩(wěn)定性，不會受電網(wǎng)電壓影響，治理三相不平衡時安裝更簡便、減去前期繁瑣計算、接入方法的堪憂，即裝即治。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是現(xiàn)有的一種消除三相不平衡的方式。
[0017]圖2是現(xiàn)有另一種消除三相不平衡的方式。
[0018]圖3是現(xiàn)有第三種一種消除三相不平衡的方式。
[0019]圖4是本實用新型實施例圖一。
[0020]圖5是本實用新型實施例圖二。
[0021]圖6是本實用新型實施例圖三。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。
[0023]本實用新型的一種三相不平衡調(diào)節(jié)裝置，包括控制單元、用于采集與電網(wǎng)輸出端連接的A、B、C三相負(fù)載端電流信號的電流互感器、用于驅(qū)動IGBT導(dǎo)通/截止的IGBT控制電路、第一至第六IGBT、母線電容和第一至第三電抗；所述控制單元的輸入端與所述電流互感器的輸出端連接，所述控制單元的輸出端連接至所述IGBT控制電路的輸入端，所述IGBT控制電路的控制端分別與第一至第六IGBT的門極連接；所述第一 IGBT的集電極與第二 IGBT的發(fā)射極連接，所述第三IGBT的集電極與第四IGBT的發(fā)射極連接，所述第五IGBT的集電極與第六IGBT的發(fā)射極連接，所述第一 IGBT的發(fā)射極、第三IGBT的發(fā)射極和第五IGBT的發(fā)射極相連接至所述母線電容的負(fù)極，所述第二 IGBT的集電極、第四IGBT的集電極和第六IGBT的集電極相連接至所述母線電容的正極；所述第一 IGBT的發(fā)射極還經(jīng)第一電抗連接至C相負(fù)載端，所述第三IGBT的發(fā)射極還經(jīng)第二電抗連接至B相負(fù)載端，所述第五IGBT的發(fā)射極還經(jīng)第三電抗連接至A相負(fù)載端。
[0024]以下為三種情況下的三相平衡原理:
[0025]①三相負(fù)載端的一相電流大于電網(wǎng)輸出端的相電流I，兩相電流小于1:
[0026]所述電網(wǎng)輸出端的三相電流均為I, A、B、C三相負(fù)載端的電流分別為
--Α + 1￡ + Ι?=3Ι ;當(dāng)乙大于I，/5、/e均小于I，控制單元根據(jù)A相負(fù)載端電流的偏移量λ/j!,控制第六IGBT導(dǎo)通及截止時間，為所述母線電容充電直至A相負(fù)載端電流/i =I ;然后，控制單元根據(jù)B相負(fù)載端電流及C相負(fù)載端電流的偏移量八/5及八/^，分別控制第四IGBT及第二 IGBT的導(dǎo)通及截止時間，所述母線電容放電至所述B相負(fù)載端及C相負(fù)載端，直至B相負(fù)載端及C相負(fù)載端電流均為I ;同理，當(dāng)/占大于I且4々勾小于I的情況以及大于I且均小于I的情況均按上述過程調(diào)節(jié)IGBT的導(dǎo)通及截止時間，來實現(xiàn)三相電流平衡。
[0027]②三相負(fù)載端的兩相電流大于I，一相電流小于1:
[0028]所述電網(wǎng)輸出端的三相電流均為I, A、B、C三相負(fù)載端的電流分別為/丨/丨、/。,
--Λ + Ι￡ + 1α=3Ι ;當(dāng)/^、/5均大于I,Ze小于I，控制單元根據(jù)A相負(fù)載端及B相負(fù)載端電流的偏移量Δ&、λ/￡,控制第六及第四IGBT導(dǎo)通及截止時間，為所述母線電容充電直至A相負(fù)載端及B相負(fù)載端電流=Ul ' =I ;然后，控制單元根據(jù)C相負(fù)載端電流的偏移量

JLM
Alc,控制第二 IGBT的導(dǎo)通及截止時間，所述母線電容放電至所述C相負(fù)載端，直至C相負(fù)載端電流/纟為I ;同理，當(dāng)ij、/c均大于I且/j|小于I的情況以及/j、/e大于I且/j小于I
的情況均按上述過程調(diào)節(jié)IGBT的導(dǎo)通及截止時間，來實現(xiàn)三相電流平衡。
[0029]③三相負(fù)載端的一相電流大于I，一相電流等于I，一相電流小于1:
[0030]所述電網(wǎng)輸出端的三相電流均為I, A、B、C三相負(fù)載端的電流分別為且!We =31 ;當(dāng)匕大于1,4等于I，/e小于I，控制單元根據(jù)A相負(fù)載端電流的偏移量Aljl,控制第六IGBT導(dǎo)通及截止時間，為所述母線電容充電直至A相負(fù)載端電流=I ；然后，控制單元根據(jù)C相負(fù)載端電流的偏移量,控制第二 IGBT的導(dǎo)通及截止時間，所述母線電容放電至所述C相負(fù)載端，直至C相負(fù)載端電流Jfc!為I ;同理,當(dāng)Jji大于1、/e等于I且小于I的情況，(e大于1、/j=I且4?小于I的情況，Zj大于Ida=I且Zjt小于I的情況，Ze大于I =I且/名小于I的情況以及/e大于I Jb=I且Za小于I的情況均按上述過程調(diào)節(jié)IGBT的導(dǎo)通及截止時間，來實現(xiàn)三相電流平衡。
[0031]以下為三相負(fù)載端三相電流其中一相電流大于I，一相電流等于I，一相電流小于I的一具體實施例。
[0032]如圖4所示，假設(shè)A、B、C三相負(fù)載電流分別為:5A、10A、15A，這時候我們就認(rèn)為此系統(tǒng)的三相電流出現(xiàn)了不平衡，三相電流完全平衡的狀態(tài)應(yīng)該是A、B、C三相電流全部為10A。
[0033]本裝置在運行時，會通過外接電流互感器(本實施例中采用的電流互感器為SCTK662B-45-0.66 500/5A)實時檢測系統(tǒng)電流，然后將A、B、C三相電流互感器(CT)采集到的電流信息發(fā)給內(nèi)部控制單元進(jìn)行處理，經(jīng)過控制單元(本實施例中的控制單元可采用MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)，也可采用其他能夠?qū)崿F(xiàn)本實施例控制單元功能的其他單片機(jī))分析之后，同時計算出三相電流達(dá)到平衡狀態(tài)所需轉(zhuǎn)換的電流值。以圖4為例，A相電流想達(dá)到平衡狀態(tài)則需要增加5A的電流，B相電流正好為1A無需調(diào)整，C相電流想達(dá)到平衡狀態(tài)則需要減少5A的電流。計算完成之后，控制單元就會通過IGBT控制電路來驅(qū)動IGBT動作，從而使得電流從系統(tǒng)C相流入本裝置5A,從本裝置內(nèi)部流出5A到系統(tǒng)A相。從而使得A、B、C三相電流全部重新分配為10A，而系統(tǒng)的三相總電流保持不變。當(dāng)然，這一系列的計算及控制動作都是在很短的時間內(nèi)完成的，并且，在這一過程中本裝置只是起到一個重新分流的作用，只需消耗很小一部分的能量(如風(fēng)扇運轉(zhuǎn)、控制器件的能量消耗、開關(guān)器件的能量消耗)。
[0034]正如通常我們所說的電流值的大小是電流有效值一樣，我們前文所述的本裝置分流電流的大小也是在一定時間內(nèi)的有效值。而實際上本裝置補償三相不平衡時開關(guān)器件的動作都是瞬時的。
[0035]在某一個瞬時，C相的IGBT動作，將C相的交流電整流為直流電之后儲存在本裝置內(nèi)部的母線電容中，如圖5所示。
[0036]而在另一個瞬時，A相的IGBT動作，裝置內(nèi)部的母線電容(A、B、C公用同一組母線電容)上的直流電進(jìn)行逆變，然后釋放到系統(tǒng)A相上，如圖6所示。
[0037]本裝置的動作是瞬時的，而在某一段時間內(nèi)其收發(fā)電流的有效值卻是平衡的，因此可以將其動作的結(jié)果理解為分流作用，使得系統(tǒng)三相電流的有效值達(dá)到一個平衡狀態(tài)。
[0038]當(dāng)系統(tǒng)三相電流都偏離平衡點時，補償原理與以上所述的兩相偏離平衡點的狀況類似。其根本原則就是將某相多出來的電流存儲到本裝置母線電容中，然后從母線電容取出電流補償需要補償?shù)哪诚唷?br> [0039]本實用新型治理三相不平衡面向的對象是電流且實時采集，使得無論負(fù)載分布如何、用電時間不一致，只要實時檢測的三相電流因負(fù)載變化導(dǎo)致不平衡，都能快速動作平衡電流。這就解決了三相不平衡解決方法中的客觀局限性。一般出現(xiàn)三相不平衡的系統(tǒng)功率因數(shù)都比較低，本裝置在補償無功提高功率因數(shù)上有很理想的效果，可實現(xiàn)-1，I之間穩(wěn)定調(diào)節(jié)，這樣既可無功補償又能治理三相不平衡，相比“電感與電容組合調(diào)整”這種同樣既可無功補償又能治理三相不平衡方法之下，補償無功時更具穩(wěn)定性，不會受電網(wǎng)電壓影響，治理三相不平衡時安裝更簡便、減去前期繁瑣計算、接入方法的堪憂，即裝即治。
[0040]以上是本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本實用新型技術(shù)方案的范圍時，均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種三相不平衡調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:包括控制單元、用于采集與電網(wǎng)輸出端連接的A、B、C三相負(fù)載端電流信號的電流互感器、用于驅(qū)動IGBT導(dǎo)通/截止的IGBT控制電路、第一至第六IGBT、母線電容和第一至第三電抗；所述控制單元的輸入端與所述電流互感器的輸出端連接，所述控制單元的輸出端連接至所述IGBT控制電路的輸入端，所述IGBT控制電路的控制端分別與第一至第六IGBT的門極連接；所述第一 IGBT的集電極與第二 IGBT的發(fā)射極連接，所述第三IGBT的集電極與第四IGBT的發(fā)射極連接，所述第五IGBT的集電極與第六IGBT的發(fā)射極連接，所述第一 IGBT的發(fā)射極、第三IGBT的發(fā)射極和第五IGBT的發(fā)射極相連接至所述母線電容的負(fù)極，所述第二 IGBT的集電極、第四IGBT的集電極和第六IGBT的集電極相連接至所述母線電容的正極；所述第一 IGBT的發(fā)射極還經(jīng)第一電抗連接至C相負(fù)載端，所述第三IGBT的發(fā)射極還經(jīng)第二電抗連接至B相負(fù)載端，所述第五IGBT的發(fā)射極還經(jīng)第三電抗連接至A相負(fù)載端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相不平衡調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述電網(wǎng)輸出端的三相電流均為I，A、B、C三相負(fù)載端的電流分別為4'4'4^4+4+4=31 ;當(dāng)4大于均小于I，控制單元根據(jù)a相負(fù)載端電流的偏移量λ/j,控制第六IGBT導(dǎo)通及截止時間，為所述母線電容充電直至A相負(fù)載端電流!2 =I ;然后，控制單元根據(jù)B相負(fù)載端電流及C相負(fù)載端電流的偏移量分別控制第四IGBT及第二 IGBT的導(dǎo)通及截止時間，所述母線電容放電至所述B相負(fù)載端及C相負(fù)載端,直至B相負(fù)載端及C相負(fù)載端電流/&、/e均為I ;同理，當(dāng)4大于I且ZjJe均小于I的情況以及大于I且/j、i5均小于I的情況均按上述過程調(diào)節(jié)IGBT的導(dǎo)通及截止時間，來實現(xiàn)三相電流平衡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相不平衡調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述電網(wǎng)輸出端的三相電流均為I，A、B、C三相負(fù)載端的電流分別為/ff ￡、/e, ?!α + Ib + Ic =31均大于I，ie小于I，控制單元根據(jù)A相負(fù)載端及B相負(fù)載端電流的偏移量λ/ι、λΙ￡，控制第六及第四IGBT導(dǎo)通及截止時間，為所述母線電容充電直至A相負(fù)載端及B相負(fù)載端電流/X=I ;然后，控制單元根據(jù)C相負(fù)載端電流的偏移量,控制第二 IGBT的導(dǎo)通及截止時間，所述母線電容放電至所述C相負(fù)載端，直至C相負(fù)載端電流為I ;同理，當(dāng) 均大于I且/j小于I的情況以及/ji Jc(大于I且ij小于I的情況均按上述過程調(diào)節(jié)IGBT的導(dǎo)通及截止時間，來實現(xiàn)三相電流平衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相不平衡調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述電網(wǎng)輸出端的三相電流均為I，A、B、C三相負(fù)載端的電流分別為IjrZiJe,且Zj + Ib + Ia =31 ；當(dāng)!A大于Ii5等于I，ic小于I，控制單元根據(jù)A相負(fù)載端電流的偏移量Aij,控制第六IGBT導(dǎo)通及截止時間，為所述母線電容充電直至A相負(fù)載端電流/j=〗；然后，控制單元根據(jù)C相負(fù)載端電流的偏移量A/e,控制第二 IGBT的導(dǎo)通及截止時間，所述母線電容放電至所述C相負(fù)載端，直至C相負(fù)載端電流/‘為I ;同理，當(dāng)/jj大于I Je等于I且小于I的情況，/￡大于1、ZjI =I且?小于I的情況，i^大于1、1 q =I且ij|小于I的情況，大于1、Jji =I且/Jj小于I的情況以及/e大于I Jb=I且ZjJ小于I的情況均按上述過程調(diào)節(jié)IGBT的導(dǎo)通及截止時間，來實現(xiàn)三相電流平衡。
【文檔編號】H02J3/26GK204012736SQ201420443246
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】鄭麗榕, 聶志輝, 湯雁彬 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司寧德供電公司, 國網(wǎng)福建福鼎市供電有限公司, 福建通用恒泰電氣設(shè)備有限公司