專(zhuān)利名稱(chēng)：用于減小中性導(dǎo)線中的電流的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有至少兩相的電源系統(tǒng)，和每相有一個(gè)中性導(dǎo)線和一個(gè)可控制的負(fù)載，以及涉及在這樣的系統(tǒng)中的方法。
本發(fā)明也涉及單相的電系統(tǒng)，包括第一和第二負(fù)載，所述負(fù)載被串聯(lián)連接，以及兩個(gè)串聯(lián)連接的變壓器與負(fù)載并聯(lián)連接，在負(fù)載之間的一個(gè)點(diǎn)以及在變壓器之間的一個(gè)點(diǎn)，被導(dǎo)線連接，以及涉及在這樣的系統(tǒng)中的方法。
相關(guān)技術(shù)描述這樣的電系統(tǒng)在技術(shù)上是共同的，可控制的負(fù)載例如是整流器。
發(fā)明目的當(dāng)三相電源系統(tǒng)的中性導(dǎo)線與三相負(fù)載連接時(shí)，相電壓上或負(fù)載上的任何非對(duì)稱(chēng)性將導(dǎo)致中性導(dǎo)線中的電流，造成在中性導(dǎo)線中的功率損失。也有可能在負(fù)載中產(chǎn)生在某種程度上與三相電源系統(tǒng)的中性點(diǎn)不同的中性點(diǎn)。在這種情況下，中性導(dǎo)線中的電流將導(dǎo)致在產(chǎn)生中性點(diǎn)的單元中的功率損失。
本發(fā)明的一個(gè)目的是改進(jìn)雙相或三相電系統(tǒng)的性能。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是改進(jìn)包括兩個(gè)串聯(lián)連接的負(fù)載的單相電系統(tǒng)的性能。
發(fā)明概要按照本發(fā)明，上述的目的可以由開(kāi)始規(guī)定的電源系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)始規(guī)定的方法來(lái)達(dá)到，所述電源系統(tǒng)包括用于減小在中性導(dǎo)線中的電流的裝置，以所述方法包括減小在中性導(dǎo)線中的電流。
通過(guò)減小中性導(dǎo)線中的電流，達(dá)到以下的結(jié)果在存在人工中性點(diǎn)的情況下，對(duì)于平衡系統(tǒng)的電壓所需要的單元的尺寸是最小的。
在產(chǎn)生中性點(diǎn)的單元中可能出現(xiàn)的電壓降被減小或被阻止。
按照優(yōu)選實(shí)施例，所述用于減小中性導(dǎo)線中的電流的裝置包括-用于測(cè)量每相的電壓或電流的裝置，-用于測(cè)量中性導(dǎo)線中的電流的裝置，
-乘法裝置，用于把相應(yīng)于每相的電壓或電流的信號(hào)與相應(yīng)于中性導(dǎo)線中的電流的信號(hào)相乘，-反饋裝置，用于把相電壓和電流的乘積反饋回負(fù)反饋環(huán)中的負(fù)載。
所述設(shè)備也包括-接口裝置，用于把測(cè)量的電壓或電流變換成控制信號(hào)，-接口裝置，用于把中性導(dǎo)線中的測(cè)量的電流變換成控制信號(hào)，以及-通過(guò)低通濾波，歸一化所述乘法裝置的輸出的裝置。
按照優(yōu)選實(shí)施例，所述方法包括以下步驟-測(cè)量每相的瞬時(shí)相電壓或相電流，-測(cè)量中性導(dǎo)線中的瞬時(shí)電流，以及對(duì)于每相執(zhí)行以下步驟-把相應(yīng)于每相的相電壓或電流的信號(hào)與相應(yīng)于中性導(dǎo)線中的電流的信號(hào)相乘，-把相電壓和電流的乘積反饋回負(fù)反饋環(huán)中的負(fù)載。
優(yōu)選地，設(shè)備還包括濾波器裝置，用于通過(guò)低通濾波歸一化輸出。
所述目的也在開(kāi)始規(guī)定的單相電系統(tǒng)中通過(guò)在這樣的系統(tǒng)中的方法達(dá)到，所述系統(tǒng)包括用于減小在所述導(dǎo)線中的電流的裝置，以及所述方法包括減小在所述導(dǎo)線中的電流。
通過(guò)減少在所述導(dǎo)線中的電流來(lái)平衡在兩個(gè)負(fù)載上的電壓。
按照優(yōu)選實(shí)施例，系統(tǒng)包括-第一測(cè)量裝置，用于測(cè)量導(dǎo)線中的電流，-第二和第三測(cè)量裝置，用于測(cè)量在所述第一和第二負(fù)載上的電壓，或流過(guò)所述第一和第二負(fù)載的電流，-用于把來(lái)自第一和第二測(cè)量裝置的輸出信號(hào)相乘，處理結(jié)果的信號(hào)和把它饋送到第一負(fù)載的裝置，以及-用于把來(lái)自第一和第三測(cè)量裝置的輸出信號(hào)相乘，處理結(jié)果的信號(hào)和把它反饋到第二負(fù)載的裝置。
按照優(yōu)選實(shí)施例，所述方法包括以下步驟-把至少兩個(gè)變壓器繞組與串聯(lián)連接的負(fù)載相并聯(lián)連接和串聯(lián)連接這些繞組，所述變壓器繞組被繞在同一個(gè)磁芯上，
-通過(guò)導(dǎo)線把兩個(gè)負(fù)載之間的一個(gè)點(diǎn)與兩個(gè)負(fù)載之間的一個(gè)點(diǎn)相連接，以及-減小導(dǎo)線中的電流。
按照優(yōu)選實(shí)施例，所述方法包括以下步驟-測(cè)量導(dǎo)線中的電流；-測(cè)量每個(gè)負(fù)載上的電壓，或流過(guò)每個(gè)負(fù)載的電流，對(duì)于每相負(fù)載-把相應(yīng)于負(fù)載上的電壓的信號(hào)與相應(yīng)于導(dǎo)線中的電流的信號(hào)相乘；-把乘積的結(jié)果反饋到負(fù)反饋環(huán)中的各自的負(fù)載。
本發(fā)明利用這樣的事實(shí)，具有比其它負(fù)載的電流大的電流的負(fù)載將導(dǎo)致中性導(dǎo)線中的電流，它與這一相的電流同相，或如果cos≈1，與這一相的電壓同相，是相位角。如果相電流或相電壓與中性導(dǎo)線中的電流同相，則電流和電壓的乘積的平均值將是最大值。如果中性電流和相電流或相電壓具有在90°-270°范圍內(nèi)的相位角，則乘積的平均值將是負(fù)值，最小值在180°相位角處。
本發(fā)明給出以下優(yōu)點(diǎn)在其中產(chǎn)生人工中性點(diǎn)的二相或三相系統(tǒng)中，減小流過(guò)這個(gè)人工中性點(diǎn)的電流是特別有用的。
中性電流最小化本身總是有利的。
在單相系統(tǒng)中，達(dá)到穩(wěn)定的負(fù)載分布。
附圖簡(jiǎn)述下面將參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中

圖1顯示其中可以應(yīng)用實(shí)施本發(fā)明方法和設(shè)備的三相系統(tǒng)；圖2顯示應(yīng)用于三相系統(tǒng)的、本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例的原理；圖3顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、被加在反饋環(huán)中信號(hào)處理單元；圖4A顯示其中可以應(yīng)用實(shí)施本發(fā)明方法和設(shè)備的單相系統(tǒng)；圖4B顯示圖4A的系統(tǒng)中本發(fā)明設(shè)備的實(shí)施方案。
實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明圖1顯示具有三相R、S與T和中性導(dǎo)線N的電系統(tǒng)。第一整流器1被連接到相R，第二整流器3被連接到相S，和第三整流器5被連接到相T。整流器1、3、5的第二輸入端被互聯(lián)到連接點(diǎn)NL。
為了平衡整流器上的電壓，連接一個(gè)平衡單元7。這樣的平衡單元7可以以幾種方式被實(shí)施。如果三個(gè)電流的總和不是零，則一個(gè)電流將流入這一點(diǎn)。為了使得對(duì)于產(chǎn)生穩(wěn)定的人工中性點(diǎn)所需要的電路的尺寸最小化，這個(gè)電流應(yīng)當(dāng)被最小化。
圖1所示的系統(tǒng)只是一個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)例子，在該系統(tǒng)中按照本發(fā)明的設(shè)備可以是有用的。它在帶有連接成星形結(jié)構(gòu)的燈的照明系統(tǒng)中或在供暖系統(tǒng)中也可以是有用的。在這樣的系統(tǒng)中，它將起到平衡相電壓的作用，如果負(fù)載在各相中是非平衡分布的話。
圖2顯示被應(yīng)用于像圖1那樣的三相網(wǎng)絡(luò)的、按照本發(fā)明的設(shè)備。第一11，第二12和第三13元件分別被連接到R相，S相和T相。元件11，12，13可以是圖1所示的整流器。每個(gè)整流器具有第一和第二輸入端，第一和第二輸出端，以及第一和第二控制輸入端。除了整流器外，元件11，12和13可以是具有可控制的輸入電流的任何種類(lèi)的元件。在第一輸出端與地之間的阻抗Z11，Z12，Z13分別代表在第一11，第二12，和第三13整流器上的負(fù)載。第二輸出端被連接到地。
如果設(shè)備要被應(yīng)用到圖1所示的系統(tǒng)，則阻抗Z11，Z12和Z13可以互相并聯(lián)連接(圖2上未示出)。
在每個(gè)元件的第一輸入端上，加上相對(duì)于地的各自的相電壓。第二輸入端被連接到人工中性點(diǎn)。
對(duì)于每個(gè)元件11，12，13，有反饋環(huán)，包括以下元件-分別有接口單元21，22，23，把輸入電壓或電流變換成控制信號(hào)，它可以是數(shù)字信號(hào)或模擬電信號(hào)，-分別有乘法單元31，32，33，-處理單元41，42，43。
加到每個(gè)接口單元21，22，23的輸入是相對(duì)于地的各自的相電壓或電流。輸出是具有與輸入電壓相同的頻率和相位角的控制信號(hào)。每個(gè)接口單元21，22，23的輸出信號(hào)被饋送到乘法單元31，32，33。
中性導(dǎo)線中的電流在測(cè)量單元35中被測(cè)量，以及被加到第四接口單元37的輸入端，把輸入電流信號(hào)變換成具有與輸入電流相同的頻率和相位角的輸出控制信號(hào)。來(lái)自第四接口單元37的輸出信號(hào)被饋送到乘法單元31，32，33。這樣，來(lái)自每個(gè)乘法單元31，32，33的輸出信號(hào)是各個(gè)相電壓或電流與中性導(dǎo)線中的電流的乘積。這個(gè)乘積分別通過(guò)處理單元41，42，43被反饋到相應(yīng)的整流器11，12，13的控制輸入端。
處理單元41，42，43可以包括執(zhí)行不同的功能的幾個(gè)不同的單元，正如下面結(jié)合圖3討論的。
如果中性電流中的電流是零，則來(lái)自乘法器41，42，43的輸出信號(hào)將是零。如果電流不是零，則輸出信號(hào)將是正弦波，其頻率基波頻率的兩倍，以及平均值不是零。
假定第一整流器11在中性導(dǎo)線中產(chǎn)生比其它整流器12，13強(qiáng)的電流，則中性導(dǎo)線中的電流就具有幾乎與R相的相電壓相同的相位，如果cos≈1的話，是相位角。這樣，來(lái)自乘法單元41的輸出信號(hào)將是強(qiáng)的和正的。在負(fù)反饋中，強(qiáng)的和負(fù)的信號(hào)將被加到第一整流器11的控制輸入端，以便減小流到這個(gè)整流器的輸入電流。這可以通過(guò)控制輸出電流或輸出功率而被完成。
如果相電壓或電流具有與中性導(dǎo)線中的電流的相反的相位，則相電壓或電流與中性電流的乘積將是負(fù)的。這樣，在這一相中的反饋信號(hào)將是正的，以及流到整流器的輸入電流將增加。
同樣地，對(duì)于中性導(dǎo)線中的電流貢獻(xiàn)非常小的整流器，加到這個(gè)整流器的控制信號(hào)將是相當(dāng)弱的。
反饋環(huán)中來(lái)自乘法器的輸出信號(hào)的處理包括改變正負(fù)號(hào)。這樣，來(lái)自乘法器41，42，43的正的平均輸出信號(hào)將減小相應(yīng)的一相上中的負(fù)載。按照優(yōu)選實(shí)施例，輸出信號(hào)的處理包括以下步驟-把信號(hào)與一個(gè)負(fù)數(shù)相乘，-濾波正弦波信號(hào)，以便產(chǎn)生沒(méi)有任何AC分量的信號(hào)。
圖3顯示相應(yīng)于圖2所示的處理單元41，42，43之一的處理裝置的一個(gè)實(shí)施例。來(lái)自乘法器的輸入信號(hào)(它是基頻的兩倍的正弦波)，首先在倒相裝置101(它也可以是放大裝置)中被倒相。信號(hào)也可以施加其它處理，例如，在積分裝置103中進(jìn)行積分。在濾波單元中實(shí)行到直流的變換，它也可以以技術(shù)上熟知的任何方式來(lái)實(shí)施。這里，顯示了包括電阻107和電容109的RC濾波器。來(lái)自RC濾波器的輸出形成控制信號(hào)，被饋送到適當(dāng)?shù)恼髌鞯目刂戚斎攵恕?br> 以上只參照三相系統(tǒng)討論了本發(fā)明。正如對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的，它可以容易地適應(yīng)于單相或雙相系統(tǒng)，而除了去除一個(gè)相以外不用改變實(shí)施方案。
圖4A顯示其中可以利用本發(fā)明想法的單相系統(tǒng)。對(duì)于被加到串聯(lián)連接的兩個(gè)負(fù)載201，203。在同一個(gè)磁芯上的兩個(gè)變壓器繞組205，207與負(fù)載201，203并聯(lián)連接。兩個(gè)支路通過(guò)在負(fù)載201，203之間的一個(gè)點(diǎn)與在變壓器繞組205，207之間的一個(gè)點(diǎn)之間的連接209被互聯(lián)。繞組205，207確保在兩個(gè)負(fù)載201，203上的電壓相等的分布。如果通過(guò)負(fù)載201，203的電流不相等，則在兩個(gè)支路之間的連接209中有一個(gè)電流。
在圖4B上，按照本發(fā)明的設(shè)備被連接來(lái)減小在支路之間的連接209中的電流。負(fù)載201，203，繞組205，207與連接209是與圖4A相同的。在這個(gè)實(shí)施例中，連接209中的電流被測(cè)量，以及如果想要的話，在測(cè)量裝置212中，被變換成相同頻率與相位角的控制信號(hào)。在兩個(gè)元件202，203的每個(gè)元件上的電壓或通過(guò)每個(gè)元件的電流分別在第二和第三測(cè)量裝置215，217中被測(cè)量。
來(lái)自第一212和第二215測(cè)量裝置的輸出信號(hào)被輸入到第一乘法裝置219。來(lái)自第一乘法裝置219的輸出，如上所述地，在第一處理單元223中被倒相和被處理，以及被饋送到第一負(fù)載201的控制輸入端。來(lái)自第一212和第三217變換裝置的輸出信號(hào)被輸入到第二乘法裝置221。來(lái)自第二乘法裝置221的輸出，如上所述地，在第二處理單元225中被倒相和被處理，以及被饋送到第二負(fù)載203的控制輸入端。
類(lèi)似于以上的討論，這將導(dǎo)致一個(gè)正的信號(hào)，被饋送到一個(gè)元件上，它負(fù)向地貢獻(xiàn)到導(dǎo)線209中的電流，和一個(gè)負(fù)的信號(hào)，被饋送到一個(gè)元件上，它正向地貢獻(xiàn)到導(dǎo)線209中的電流，這樣，通過(guò)平衡負(fù)載201，203上的電壓，用來(lái)減小所述電流。
正如對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的，包括初級(jí)和次級(jí)繞組的兩個(gè)變壓器可被使用，代替帶有在同一個(gè)磁芯的繞組的變壓器。在兩個(gè)分開(kāi)的變壓器的情況下，來(lái)自變壓器的輸出應(yīng)當(dāng)被并聯(lián)連接，以迫使初級(jí)電壓相等。相同的原理可被使用于三相系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.在具有至少兩相(R，S，T)和中性導(dǎo)線(N)以及每個(gè)相一個(gè)可控制的負(fù)載(11，12，13)的電源系統(tǒng)中使用的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于減小在中性導(dǎo)線中的電流的裝置，其特征在于，所述裝置包括-電壓測(cè)量裝置(21，22，23)，用于測(cè)量每相(R，S，T)的電壓，或相電流測(cè)量裝置(21，22，23)，用于測(cè)量每相(R，S，T)的電流，-電流測(cè)量裝置(35)，用于中性導(dǎo)線(N)中的電流，-乘法裝置(31，32，33)，用于把相應(yīng)于每相的相電壓的信號(hào)與相應(yīng)于中性導(dǎo)線中的電流的信號(hào)相乘，-反饋裝置，用于把相電壓，或相電流，和電流的乘積反饋回負(fù)反饋環(huán)中的負(fù)載。
2.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，它包括-接口裝置(21，22，23)，用于把測(cè)量的電壓或電流變換成控制信號(hào)，-接口裝置(37)，用于把中性導(dǎo)線(N)中的測(cè)量的電流變換成控制信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求1或2的任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，它包括-濾波裝置(41，42，43)，通過(guò)低通濾波，歸一化所述乘法裝置(31，32，33)的輸出。
4.在具有至少兩相(R，S，T)和一個(gè)中性導(dǎo)線(N)以及每個(gè)相一個(gè)可控制的負(fù)載(11，12，13)的電源系統(tǒng)中減小中性導(dǎo)線中的電流的方法，所述方法的特征在于，包括以下步驟-測(cè)量每相(R，S，T)的相電壓或相電流，-測(cè)量中性導(dǎo)線(N)中的瞬時(shí)電流，以及對(duì)于每相(R，S，T)執(zhí)行以下步驟-把相應(yīng)于相電壓的信號(hào)與相應(yīng)于中性導(dǎo)線中的電流的信號(hào)相乘，-把相電壓，或相電流，與電流的乘積反饋到負(fù)反饋環(huán)中的負(fù)載。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，以下步驟-通過(guò)低通濾波，歸一化該乘積。
6.單相電系統(tǒng)，包括第一(201)和第二(203)負(fù)載，所述負(fù)載(201，203)被串聯(lián)連接，以及兩個(gè)串聯(lián)連接的繞組(205，207)與負(fù)載(201，203)并聯(lián)連接，在負(fù)載(201，203)之間的一個(gè)點(diǎn)(210)以及在繞組(205，207)之間的一個(gè)點(diǎn)(211)，被導(dǎo)線(209)連接，其特征在于，它包括-用于減小所述導(dǎo)線(209)中的電流的裝置。
7.按照權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其特征在于，它包括-第一測(cè)量裝置(212)，用于測(cè)量導(dǎo)線(209)中的電流，-第二和第三測(cè)量裝置(215，217)，用于測(cè)量在所述第一(201)和第二(203)負(fù)載上的電壓，-用于把來(lái)自第一(212)和第二(215)測(cè)量裝置的輸出信號(hào)相乘，處理相乘得到的信號(hào)和把它饋送到第一負(fù)載(201)的裝置(219)，以及-用于把來(lái)自第一(212)和第三(217)測(cè)量裝置的輸出信號(hào)相乘，處理相乘得到的信號(hào)和把它饋送到第二負(fù)載(203)的裝置(221)。
8.按照權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其特征在于，它包括-第一測(cè)量裝置(212)，用于測(cè)量導(dǎo)線(209)中的電流，-第二和第三測(cè)量裝置(215，217)，用于測(cè)量流過(guò)所述第一(201)和第二(203)負(fù)載的電流，-用于把來(lái)自第一(212)和第二(215)測(cè)量裝置的輸出信號(hào)相乘，處理相乘得到的信號(hào)和把它饋送到第一負(fù)載(201)的裝置(219)，以及-用于把來(lái)自第一(212)和第三(217)測(cè)量裝置的輸出信號(hào)相乘，處理相乘得到的信號(hào)和把它饋送到第二負(fù)載(203)的裝置(221)。
9.在單相系統(tǒng)中平衡兩個(gè)串聯(lián)連接的負(fù)載上的電壓的方法，包括以下步驟-把一個(gè)變壓器繞組與每個(gè)串聯(lián)連接的負(fù)載相并聯(lián)連接以及串聯(lián)連接這些繞組，所述變壓器繞組被繞在同一個(gè)磁芯上，-通過(guò)導(dǎo)線(209)把兩個(gè)負(fù)載(201，203)之間的一個(gè)點(diǎn)(210)與兩個(gè)負(fù)載(205，207)之間的一個(gè)點(diǎn)(211)相連接；其特征在于以下步驟-減小導(dǎo)線(209)中的電流。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于以下步驟-測(cè)量導(dǎo)線(209)中的電流；-測(cè)量每個(gè)負(fù)載(201，203)上的電壓，對(duì)于每個(gè)負(fù)載-把相應(yīng)于負(fù)載(201，203)上的電壓的信號(hào)與相應(yīng)于導(dǎo)線(209)中的電流的信號(hào)相乘；-把相乘的結(jié)果反饋回負(fù)反饋環(huán)中的各自的負(fù)載(201，203)。
11.按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于以下步驟-測(cè)量導(dǎo)線(209)中的電流；-測(cè)量流過(guò)每個(gè)負(fù)載(201，203)的電流；對(duì)于每個(gè)負(fù)載-把相應(yīng)于流過(guò)負(fù)載的電流的信號(hào)與相應(yīng)于導(dǎo)線(209)中的電流的信號(hào)相乘；-把相乘的結(jié)果反饋回負(fù)反饋環(huán)中的各自的負(fù)載(201，203)。
全文摘要
用于減小在電雙相或三相系統(tǒng)的中性導(dǎo)線中的電流的設(shè)備,包括:用于測(cè)量每相的電壓或電流的裝置(21,22,23);用于測(cè)量中性導(dǎo)線中的電流的裝置(35);乘法裝置(31,32,33),用于把每相的相電壓或電流與中性導(dǎo)線中的電流相乘,用于把相電壓和電流的乘積反饋回負(fù)反饋環(huán)中的負(fù)載的裝置(42)。所述設(shè)備還可包括:接口裝置(21,22,23),用于把測(cè)量的電壓或電流和中性電流變換成控制信號(hào);以及裝置(107,109),用于通過(guò)低通濾波,把所述乘法裝置的輸出歸一化。也揭示了用于減小中性電流的方法。
文檔編號(hào)H02J3/26GK1308785SQ9980834
公開(kāi)日2001年8月15日 申請(qǐng)日期1999年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月6日
發(fā)明者M·卡爾森 申請(qǐng)人:埃默森能源系統(tǒng)有限公司