專利名稱：一種無源功率因數(shù)補償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)中功率因數(shù)校正領(lǐng)域，更具體地涉及一種無源功率因素補償裝置。
現(xiàn)有高頻開關(guān)整流器與傳統(tǒng)的相控整流器相比，具有體積小、重量輕、噪聲低、效率高、易擴容等優(yōu)點，因而在通信領(lǐng)域中，它正逐步取代相控整流器。而許多高頻開關(guān)整流器采用單相全波整流電路作為輸入級，如

圖1所示。圖1為現(xiàn)有高頻開關(guān)整流器所采用的單相全波整流濾波電路。它包括由二極管D1、D2、D3、D4組成的整流橋101和電容C1。圖中VA為輸入交流電壓，IA為輸入電流。有關(guān)的電壓、電流波形如圖2A-2B所示。圖2A和圖2B分別為圖1中輸入電壓VA和輸入電流IA的波形，其中橫坐標為時間參數(shù)T，縱坐標為幅度P。從圖2B中可以發(fā)現(xiàn)輸入電流IA波形發(fā)生了很大的畸變，由此可判斷此電路的功率因數(shù)很低。功率因數(shù)PF可用下式表示。
PF＝I1Cosθ/Is……(1.1)式中θ表示輸入基波電流與電壓的相位差，I1為輸入電流的基波有效值，Is為輸入電流總有效值。由于IA波形中的低次諧波分量很大(3、5、7、9等次)，使得單相全波整流電路的功率因數(shù)PF值很低(≤0.6)，而郵電部的入網(wǎng)標準是PF≥0.92，因此有必要采取措施改善輸入電流波形，減小波形畸變，以滿足入網(wǎng)標準。
目前提高功率因數(shù)有許多方法，最基本的方法是無源整形法和有源整形法。無源整形法指矯正電路僅由電感、電容組成。圖3為現(xiàn)有用電感進行功率因數(shù)校正的單相整流濾波電路。如圖所示，圖3為一種采用L-C濾波器對輸入電流整形以提高功率因數(shù)的常用電路，由于加了電感L，限制了二極管D1-D4電流的上升率，延長了導(dǎo)通時間，減小了輸入電流的失真度，從而使功率因數(shù)有所提高。這種方法的優(yōu)點是簡單可靠，但存在如下缺點(1)整形后的電流波形質(zhì)量仍不高，并隨負載變化，特別是在輕載情況下難以滿足國標要求。
(2)由于電路工作在工頻，所以要求電感值大，帶來體積重量和費用問題。
圖4為現(xiàn)有帶有源功率因數(shù)校正電路的整流濾波電路。如圖4所示，有源整形法是指在整流橋401和電容C間加入包括開關(guān)變換器403和控制電路404的可控功率因數(shù)校正器402，通過功率因數(shù)校正器402的作用實現(xiàn)提高功率因數(shù)目的。這種方法可以將功率因數(shù)矯正到接近1.0，并適用寬的負載變化范圍。缺點是控制電路復(fù)雜，故成本高，同時由于器件多，可靠性低，還因開關(guān)器件工作在高頻，使高頻干擾變得更為嚴重。
在通信領(lǐng)域，電源系統(tǒng)一般由多個整流器并聯(lián)組成，輸入為三相工頻電壓，對單相整流器組成的系統(tǒng)，必須采用三相四線制，圖5為現(xiàn)有電源系統(tǒng)。它包括交流配電501和整流器1(502)、整流器2(503)、整流器N(504)等多個并聯(lián)的整流器。A、B、C、N為三相交流電輸入端；如圖5所示。圖中Ia、Ib、Ic、IN分別表示A、B、C三相線電流及中線N的電流；V0為輸出電壓。其對應(yīng)的電流波形如圖6所示。圖6A-6D為圖5中Ia、Ib、Ic、In的波形圖。Ia、Ib、Ic分別可用下式表示。
Ia＝∑IanSin(nwt)…… (1.2)Ib＝∑IbnSin(n(wt-2π/3))…… (1.3)Ic＝∑IcnSin(n(wt+2π/3))…… (1.4)其中Ian＝Ibn＝Icn＝In為a、b、c三相線電流各次諧波幅值，ω為角頻率，且ω＝2π×50＝100π，n表示諧波次數(shù)，n＝1表示基波。根據(jù)基爾霍夫電流定理有IN=Ia+Ib+Ic={0n≠3k k=1,2,3···(1.5)Σ3Insin(nwt)n=3k k=1,2,3···]]>上式表明IN中含3及3的倍數(shù)次諧波電流，其幅值為對應(yīng)各相線電流中3及3的倍數(shù)次諧波的3倍。由于3及3的倍數(shù)次諧波分量在輸入線電流Ia、Ib、Ic中占有很大的比重，因此中線電流IN很大，由此會帶來如下問題(1)增大中線損耗。
(2)引起中點偏移，導(dǎo)致三相電壓不平衡。
增大中線的直徑可以減小中線的損耗，但這必然加大成本和導(dǎo)致布線困難。如圖7所示，為了從根本上去掉中線，可以在用電設(shè)備前增加一三角形連接至星形連接轉(zhuǎn)換變壓器601，但是三相不平衡的問題未得到解決，用電設(shè)備對電網(wǎng)的危害仍然很大。
本發(fā)明的目的就是提供一種三相三線制到三相四線輸入轉(zhuǎn)換的同時將功率因數(shù)提高到郵電部入網(wǎng)標準以上的無源功率因數(shù)補償裝置，以減小用電設(shè)備對電網(wǎng)的危害。
為達到上述目的的本發(fā)明裝置包括一輸入為三相三線制，輸出為三相四線制變壓器，該變壓器由分別三相鐵芯及繞在三相鐵芯的各相鐵芯柱上的六個繞組A繞組、B繞組、C繞組、D繞組、E繞組、F繞組組成，每個鐵芯柱上繞兩個繞組，所有繞組的匝數(shù)均相等。其中由A繞組、D繞組反串組成A相，由C繞組、F繞組反串組成B相，由B繞組、E繞組反串組成C相，B繞組、D繞組、F繞組的另同名端連在一起作為中點。
由上述本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)和實驗結(jié)果表明，本發(fā)明裝置具有以下優(yōu)點和效果本發(fā)明裝置在實現(xiàn)了從電網(wǎng)三相三線制到電源系統(tǒng)三相四線制的變換、取消輸入中線的基礎(chǔ)上，利用簡單的線路和無源器件即將設(shè)備的功率因數(shù)PF值提高到郵電部入網(wǎng)的標準以上，經(jīng)實測高達0.96，其體積小，成本低。
下面結(jié)合附圖和對本發(fā)明裝置具體實施例及其效果作進一步的說明。
圖1為現(xiàn)有單相全波整流濾波電路。
圖2A-2B分別為圖1中電壓VA和輸入電流IA的波形。
圖3為用電感進行功率因數(shù)校正的現(xiàn)有單相整流濾波電路。
圖4為現(xiàn)有帶有源功率因數(shù)校正電路的整流電路。
圖5為現(xiàn)有開關(guān)電源系統(tǒng)組成框圖。
圖6A-6D分別為圖5中三相輸入電流波形及中線電流波形。
圖7為說明現(xiàn)有電源系統(tǒng)解決從三相三線制到三相四線制轉(zhuǎn)換問題的示意圖。
圖8為本發(fā)明電路原理圖。
圖9為本發(fā)明裝置的一個具體實施例的示意圖。
圖8為本發(fā)明的電路原理圖。其中A1、B1、C1為市電三相輸入端，A2、B2、C2、N為輸出到用電設(shè)備的三相線及零線的輸出端。圖中帶圓點“·”端表示同名端，A繞組W1、B繞組W2、C繞組W3、D繞組W4、E繞組W5、F繞組W6分別為匝數(shù)相同的線圈。其中由A繞組W1、D繞組W4反串組成A相，由C繞組W3、F繞組W6反串組成B相，由E繞組W5、B繞組W2反串組成C相，B繞組W2、D繞組W4、F繞組W6的另一同名端N連在一起作為中點。IA1、IB1、IC1分別表示從電網(wǎng)輸入的電流，I1、I2。I3表示變壓器三相繞組中流過的電流，IA2、IB2、IC2、IN表示變壓器輸出即送往用電設(shè)備或其交流配電屏的相電流和中線電流。且有I1＝I2＝I3＝1/3IN……(1.6)IA1＝IA2－I3＝1/3(2IA2－IB2－IC2)……(1.7)IB1＝IB2－I2＝1/3(2IB2－IA2－IC2)……(1.8)IC1＝IC2－I1＝1/3(2IC2－IB2－IA2)……(1.9)由式(1.2)、(1.3)、(1.4)、(1.8)、(1.7)、(1.9)可知IA、IB、IC中的三及三的倍數(shù)次諧波電流為零。而基波及其它各次諧波的幅值則與Ia、Ib、Ic中一致。由于比較Ia、Ib、Ic，從電網(wǎng)輸入電源系統(tǒng)的三相線電流不含三及三的倍數(shù)次諧波，因此其失真減小，功率因數(shù)PF值得到大幅度的提高。
圖9為本發(fā)明裝置的一個具體實施例的示意圖。其中A、B、C為三相線端頭，N為中線端頭，變壓器T的鐵芯T1為三相鐵芯，A繞組W1、B繞組W2、C繞組W3、D繞組W4、E繞組W5、F繞組W6分別為匝數(shù)相同的線圈，且其連接關(guān)系符合圖8的電路原理圖的要求。為了減小變壓器T的體積，變壓器T的鐵芯T1為低損耗、高飽和磁感應(yīng)強度的鐵磁材料冷軋取向電工硅鋼片，其型號為DQ147G-30。另外，還有一種低損耗、高飽和磁感應(yīng)強度的鐵磁材料為鐵基非晶合金。也可以用它來代替冷軋取向電工硅鋼片制作變壓器T的鐵芯。
雖然以上已以最佳實施方式詳細描述了本發(fā)明的主要技術(shù)特征和優(yōu)點，但本發(fā)明的保護范圍顯然并不局限于以上實施例，而是包括本領(lǐng)域技術(shù)人員由上述創(chuàng)造構(gòu)思可能作出的各種顯而易見的替換方案。
權(quán)利要求
1.一種無源功率因素補償裝置，它包括一變壓器(T)，該變壓器(T)由三相鐵芯(T1)及分別繞在三相鐵芯(T1)的各相鐵芯柱上的六個繞組A繞組(W1)，B繞組(W2)、C繞組(W3)、D繞組(W4)、E繞組(W5)、F繞組(W6)組成，每個鐵芯柱上繞兩個繞組，其特征在于A相由A繞組(W1)、D繞組(W4)反串組成，B相由C繞組(W3)、F繞組(W6)反串組成，C相由E繞組(W5)、B繞組(W2)反串組成，B繞組(W2)、D繞組(W4)、F繞組(W6)的同名端(N)連在一起作為中點。
2.如權(quán)利要求1所述無源功率因素補償裝置，其特征在于所述六個繞組A繞組(W1)，B繞組(W2)、C繞組(W3)、D繞組(W4)、E繞組(W5)、F繞組(W6)的匝數(shù)均相等。
3.如權(quán)利要求2所述無源功率因素補償裝置，其特征在于所述變壓器(T)采用E型結(jié)構(gòu)鐵芯。
4.如權(quán)利要求3所述無源功率因素補償裝置，其特征在于所述變壓器(T)的三相鐵芯(T1)采用低損耗鐵磁材料。
5.如權(quán)利要求4所述無源功率因素補償裝置，其特征在于所述變壓器(T)的三相鐵芯(T1)采用的所述低損耗鐵磁材料為鐵基非晶合金。
6.如權(quán)利要求3所述無源功率因素補償裝置，其特征在于所述變壓器(T)的三相鐵芯(T1)采用高飽和磁感應(yīng)強度鐵磁材料。
7.如權(quán)利要求6所述無源功率因素補償裝置，其特征在于所述變壓器(T)的三相鐵芯(T1)采用的所述高飽和磁感應(yīng)強度鐵磁材料為冷軋電工硅鋼。
全文摘要
一種無源功率因素補償裝置,包括一變壓器T,該變壓器T由三相鐵芯T1及分別繞在三相鐵芯T1的各相鐵芯柱上的繞組W1,W2、W3、W4、W5、W6組成,每個鐵芯柱上繞兩個繞組,所有繞組的匝數(shù)均相等。其中由W1、W4反串組成A相,由W3、W6反串組成B相,由W5、W2反串組成C相,W2、W4、W6的同名端連在一起作為中點。經(jīng)過實測,本發(fā)明裝置可將設(shè)備的功率因數(shù)PF值提高到0.96。
文檔編號H01F30/12GK1170984SQ97108900
公開日1998年1月21日 申請日期1997年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月25日
發(fā)明者童永勝, 劉鐵莊 申請人:深圳市華為通信股份有限公司