專利名稱：一種交流負(fù)載功率因數(shù)的校正方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)，涉及到一種交流負(fù)載功率因數(shù)的校正方法及電路，應(yīng)
用于電力設(shè)備功率因數(shù)提高。
背景技術(shù)：
交流電的功率因數(shù)補(bǔ)償大多采用步進(jìn)式投切電力電容器方法。在步進(jìn)式投切過(guò)程 中，電容器不可能對(duì)負(fù)載的功率因數(shù)進(jìn)行精確的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，會(huì)造成過(guò)補(bǔ)償和欠補(bǔ)償。其中過(guò) 補(bǔ)償會(huì)造成電壓過(guò)高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀用電器；而欠補(bǔ)償，則不能發(fā)揮補(bǔ)償設(shè)備應(yīng)有的作用。 另一方面，由于不能按照負(fù)載大小投入相應(yīng)的電容器值，現(xiàn)有功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)備的體積大、 損耗高、噪音強(qiáng)，投資多，使用和維護(hù)困難，難于推廣，進(jìn)而電力能源浪費(fèi)驚人。功率因數(shù)校 正方法具有可控性好，電容器利用率高、自動(dòng)控制程度高，并且可對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)功率 因數(shù)校正，可彌補(bǔ)上述不足。功率因數(shù)校正裝置具有體積小、損耗低、效率高的特點(diǎn)，但現(xiàn)有 功率因數(shù)校正方法和電路存在重大缺陷即目前在技術(shù)上只能對(duì)交流整流后的直流電負(fù)載 進(jìn)行功率因數(shù)校正，而不能利用校正方法的優(yōu)點(diǎn)對(duì)交流電負(fù)載進(jìn)行功率因數(shù)校正，使用范 圍受限。再者現(xiàn)有的直流校正電路中的回能電路都是采用電感或變壓器進(jìn)行能量回饋，增 大了電路成本和損耗。能否利用在5千周-100千周較高頻率下電容器體積小、損耗小、效 率高的優(yōu)點(diǎn)，作為交流校正電路中的回饋電能的元件，也是急待需要解決的技術(shù)難題。在申 請(qǐng)人的檢索范圍內(nèi)，尚未發(fā)現(xiàn)對(duì)交流負(fù)載進(jìn)行功率因數(shù)校正和利用電容器組成自舉電路進(jìn) 行交流負(fù)載校正電路回饋電能的方法的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種交流負(fù)載功率因數(shù) 的校正方法及電路。該校正方法及電路采用電容積分的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流負(fù)載功率因數(shù)的 自動(dòng)校正，極大地拓展了功率因數(shù)校正方法及電路的應(yīng)用范圍，為節(jié)能減排提供了一項(xiàng)新 技術(shù)。采用本發(fā)明校正方法及電路制成的交流負(fù)載功率因數(shù)校正裝置具有體積小，損耗低， 無(wú)噪音，可動(dòng)態(tài)地將交流負(fù)載的功率因數(shù)精確地自動(dòng)控制為1，大幅提高了電網(wǎng)品質(zhì)，尤其 適合現(xiàn)場(chǎng)交流負(fù)載功率因數(shù)的校正。 本發(fā)明解決所述校正方法技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種交流負(fù)載功率因數(shù)的 校正方法，該校正方法采用電容積分的方法，分別在交流電正負(fù)半周期內(nèi)提高電容器充放 電頻率，進(jìn)而提高電容器使用功率，對(duì)交流負(fù)載功率因數(shù)進(jìn)行校正；所述的電容器在充放電 過(guò)程中，采用5千周-100千周P麗脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)功率開(kāi)關(guān)元件對(duì)充放電電容器的充放電電 流大??；將充放電電容器放電過(guò)程中的電能釋放到吸收電容器，再由吸收電容與耦合電容 串聯(lián)組成的電容式自舉電路積分回饋到交流電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流負(fù)載功率因數(shù)的自動(dòng)校正。
本發(fā)明解決所述校正電路技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種交流負(fù)載功率因數(shù)的 校正電路，該電路采用本發(fā)明所述校正方法，主要包括交流校正主電路、AC/DC三路直流穩(wěn) 壓電源、檢測(cè)電路和控制電路；所述交流校正主電路包括輸入濾波電路、電壓電流檢測(cè)電路、變換電路、電容式自舉電路和輸出濾波電路；所述檢測(cè)電路包括交流同步檢測(cè)電路和交 流功率因數(shù)檢測(cè)電路；所述控制電路包括充電開(kāi)關(guān)元件及放電開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路和控制 與P麗調(diào)制電路；所述交流校正主電路通過(guò)分流電阻和分壓電阻連接到所述檢測(cè)電路內(nèi)的 交流同步檢測(cè)電路和交流功率因數(shù)檢測(cè)電路；所述AC/DC三路直流穩(wěn)壓電源的輸出部分分 別連接至所述控制電路內(nèi)的充電及放電開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路和檢測(cè)電路；所述檢測(cè)電路的 交流同步檢測(cè)電路連線和功率因數(shù)檢測(cè)電路控制連線分別連接到控制電路內(nèi)的控制與P麗 調(diào)制電路；所述的電容式自舉電路由吸收電容器與耦合電容器串聯(lián)組成。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的交流負(fù)載功率因數(shù)校正方法及電路采用電容積分方 法，實(shí)現(xiàn)交流負(fù)載功率因數(shù)的校正，極大地拓展了功率因數(shù)校正方法及電路的應(yīng)用范圍，為 節(jié)能減排提供了一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。本發(fā)明校正方法及電路由于采用的充放電容器充放電頻 率為5千周-100千周，是常規(guī)市電50周的幾百倍，極大地提高了電容器使用功率。利用 電容器串聯(lián)組成的自舉積分回饋電能的電路，將充放電電容器存儲(chǔ)的電能回饋給電源，對(duì) 交流負(fù)載進(jìn)行功率因數(shù)校正，進(jìn)一步減小了裝置的體積，提高了效率。采用P麗脈寬調(diào)制 方式控制充放電開(kāi)關(guān)元件調(diào)節(jié)充放電電容器的電流大小，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流負(fù)載功率因數(shù)的自 動(dòng)校正。采用本發(fā)明校正方法及電路制成的交流負(fù)載功率因數(shù)校正裝置，具有體積小、損 耗低、無(wú)噪音，可動(dòng)態(tài)地將交流負(fù)載的功率因數(shù)精確地自動(dòng)控制為0. 95-1，并可節(jié)約電能 10-30 % ，大幅提高了電網(wǎng)品質(zhì)，適于工業(yè)化使用，尤其適合現(xiàn)場(chǎng)交流負(fù)載功率因數(shù)的校正， 具有明顯的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。


圖1為本發(fā)明交流負(fù)載功率因數(shù)的校正電路示意圖；該示意圖也具體表達(dá)了本發(fā) 明交流負(fù)載功率因數(shù)校正方法的工作原理。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 本發(fā)明設(shè)計(jì)的交流負(fù)載功率因數(shù)校正方法(簡(jiǎn)稱校正方法)采用電容積分方法， 分別在交流電正負(fù)半周期內(nèi)提高電容器充放電頻率，進(jìn)而提高電容器使用功率，對(duì)交流負(fù) 載功率因數(shù)進(jìn)行校正；所述電容器在充放電過(guò)程中，采用5千周-100千周P麗脈寬調(diào)制調(diào) 節(jié)功率開(kāi)關(guān)元件對(duì)充放電電容器的充放電電流大?。粚⒊浞烹婋娙萜鞣烹娺^(guò)程中的電能釋 放到吸收電容器，再由吸收電容與耦合電容串聯(lián)組成的電容式自舉電路積分回饋到交流電 源，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流負(fù)載功率因數(shù)的自動(dòng)校正。 本發(fā)明同時(shí)設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明校正方法的交流負(fù)載功率因數(shù)校正電路(簡(jiǎn)稱校 正電路，參見(jiàn)圖1)，該校正電路依據(jù)本發(fā)明校正方法設(shè)計(jì)，主要包括交流校正主電路1 、 AC/ DC三路直流穩(wěn)壓電源2、交流同步檢測(cè)電路31和交流功率因數(shù)檢測(cè)電路32組成的檢測(cè)電 路3及充電開(kāi)關(guān)元件Sl和放電開(kāi)關(guān)元件S3的驅(qū)動(dòng)電路41、充電開(kāi)關(guān)元件S2的驅(qū)動(dòng)電路 42、放電開(kāi)關(guān)元件S4的驅(qū)動(dòng)電路43和控制與P麗調(diào)制電路44組成的控制電路4。所述的 交流校正主電路1通過(guò)分流電阻R3和分壓電阻R2連接到所述檢測(cè)電路3內(nèi)的交流同步檢 測(cè)電路31和交流功率因數(shù)檢測(cè)電路32 ;所述的AC/DC三路直流穩(wěn)壓電源2的輸出部分分 別連接至所述的控制電路內(nèi)的充電開(kāi)關(guān)元件Sl和放電開(kāi)關(guān)元件S3的驅(qū)動(dòng)電路41、充電開(kāi)關(guān)元件S2的驅(qū)動(dòng)電路42、放電開(kāi)關(guān)元件S4的驅(qū)動(dòng)電路43和檢測(cè)電路3 ;所述的檢測(cè)電路 3由交流同步檢測(cè)電路連線和功率因數(shù)控制連線分別連接到控制電路4內(nèi)的控制與P麗調(diào) 制電路44。所述的電容式自舉電路由吸收電容器與耦合電容器串聯(lián)組成。
所述的交流校正主電路1包括由交流電輸入端L和公共端N、輸入濾波電容器Cl 、 輸入濾波電感L1與濾波電容器C2組成的輸入濾波電路11 ;由電壓檢測(cè)電阻R1和R2、電 流檢測(cè)電阻R3組成的電壓電流檢測(cè)電路12 ;由充放電電容器C3、兩只充電開(kāi)關(guān)元件Sl和 S2、兩只放電開(kāi)關(guān)元件S3和S4及電感H組成的變換電路13 ;由吸收電容器C4和耦合電容 器C5組成的自舉電路14 ;由輸出濾波電感L2、輸出濾波電容器C6、交流負(fù)載RL組成的輸 出濾波電路15。 所述的兩只充電開(kāi)關(guān)元件S1和S2反向并聯(lián)連接，充電開(kāi)關(guān)元件S1的陽(yáng)極與充電 開(kāi)關(guān)元件S2的陰極相連后連接到電流檢測(cè)電阻R3與輸出濾波電感L2的連接點(diǎn)，充電開(kāi)關(guān) 元件Sl的陰極與充電開(kāi)關(guān)元件S2陽(yáng)極相連后接到電感H的一端，電感H的另一端與充放 電電容器C3的一端相連，充放電電容器C3的另一端連接到交流電公共端；兩只充電開(kāi)關(guān)元 件的控制極與各自的陰極分別接至各自的驅(qū)動(dòng)電路；所述的兩只放電開(kāi)關(guān)元件S3和S4反 向并聯(lián)連接，放電開(kāi)關(guān)元件S4的陰極與放電開(kāi)關(guān)元件S3的陽(yáng)極連接到充放電電容器C3的 一端，放電開(kāi)關(guān)元件S3的陽(yáng)極與放電開(kāi)關(guān)元件S4的陰極與吸收電容器C4和耦合電容器C5 串聯(lián)連接點(diǎn)相連，兩只放電開(kāi)關(guān)元件S3和S4的控制極與各自的陰極分別接至各自的驅(qū)動(dòng) 電路。 所述的交流校正主電路l中，交流電的輸入端L接到電源的火線端，公共端N接到 電源的零線端，輸入濾波電容器Cl并接在接線端兩端，輸入濾波電感Ll 一端接到交流電的 輸入端L，另一端接到濾波電容器C2的一端，C2的另一端接在公共端N構(gòu)成輸入濾波電路； 電壓檢測(cè)電阻Rl與R2串聯(lián)后并接在濾波電容器C2的兩端，R2的另一端連接到公共端N， Rl的另一端和Rl與R2的連接點(diǎn)為檢測(cè)電路3內(nèi)的交流功率因數(shù)檢測(cè)電路32的電壓檢測(cè) 點(diǎn)，電流檢測(cè)電阻R3的一端與濾波電容器C2相連接，電流檢測(cè)電阻R3的另一端連接至兩 只反向并聯(lián)的充電開(kāi)關(guān)元件S1的陽(yáng)極和充電開(kāi)關(guān)元件S2的陰極，充電開(kāi)關(guān)元件S1的陰極 與充電開(kāi)關(guān)元件S2的陽(yáng)極連接至電感H的一端，電感H的另一端連接到充放電電容器C3的 一端，充放電電容器C3的另一端接至公共端N，兩只反向并聯(lián)的放電開(kāi)關(guān)元件S3的陰極與 放電開(kāi)關(guān)元件S4的陽(yáng)極接至充電開(kāi)關(guān)元件S2的陽(yáng)極，放電開(kāi)關(guān)元件S3的陽(yáng)極與放電開(kāi)關(guān) 元件S4的陰極連接后接到吸收電容器C4與耦合電容器C5串聯(lián)連接點(diǎn)，吸收電容器C4的 另一端連接到公共端N，耦合電容器C5的另一端連接到電流檢測(cè)電阻R3的另一端后，連接 到輸入電感Ll和輸出電感L2間的電源，利用自舉方式向電源回饋電能；輸出濾波電感L2 的另一端既有輸出濾波電容器C6的一端和輸出端LM和交流負(fù)載RL，輸出濾波電容器C6的 另一端接至公共端N。 所述的AC/DC多路直流穩(wěn)壓電源2輸出三路互相隔離的穩(wěn)壓電源21、22、23，21為 充電開(kāi)關(guān)元件Sl和放電開(kāi)關(guān)元件S3的驅(qū)動(dòng)電路供電；22為充電開(kāi)關(guān)元件S2的驅(qū)動(dòng)電路 和所述的檢測(cè)電路3供電；23為放電開(kāi)關(guān)元件S4的驅(qū)動(dòng)電路供電。 所述檢測(cè)電路3的交流同步檢測(cè)電路31和交流功率因數(shù)檢測(cè)電路32的一端與交 流校正主電路1的電壓電流檢測(cè)電路12相連，交流同步檢測(cè)電路31和交流功率因數(shù)檢測(cè) 電路32的另一端與控制電路4的控制與P麗調(diào)制電路44相連。
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所述控制電路4的充電開(kāi)關(guān)元件S1和放電開(kāi)關(guān)元件S3的驅(qū)動(dòng)電路41、充電開(kāi)關(guān) 元件S2的驅(qū)動(dòng)電路42、放電開(kāi)關(guān)元件S4的驅(qū)動(dòng)電路43的一端分別與充電開(kāi)關(guān)元件Sl和 放電開(kāi)關(guān)元件S3的陰極和驅(qū)動(dòng)極、充電開(kāi)關(guān)元件S2陰極和驅(qū)動(dòng)極的、放電開(kāi)關(guān)元件S4的 陰極和驅(qū)動(dòng)極相連，充電開(kāi)關(guān)元件Sl和放電開(kāi)關(guān)元件S3的驅(qū)動(dòng)電路41、充電開(kāi)關(guān)元件S2 的驅(qū)動(dòng)電路42、放電開(kāi)關(guān)元件S4的驅(qū)動(dòng)電路43的另一端連接到控制與P麗調(diào)制電路44的 一端，控制與P麗調(diào)制電路44的另一端與檢測(cè)電路3的交流同步檢測(cè)電路31和交流功率 因數(shù)檢測(cè)電路32相連。 在所述校正方法及電路中，由于電容器充放電過(guò)程與交流電是同步進(jìn)行的，因而 校正的積分電流波形與交流電的正弦電壓波形同步。所述的電容器在充放電過(guò)程中，采用5 千周-100千周P麗脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)功率開(kāi)關(guān)元件對(duì)充放電電容器的充放電電流大小，以實(shí)現(xiàn) 對(duì)交流負(fù)載功率因數(shù)校正的自動(dòng)控制。由于采用的充放電電容器充放電頻率為5千周-100 千周，是市電50周的100-2000倍，提高了充放電電容器的使用功率，進(jìn)而極大地縮小了充 放電電容器的體積，同時(shí)也減小了濾波電感的體積。所述的電容式自舉電路克服了現(xiàn)有的 電感和變壓器電能回饋電路體積大、效率低、噪音大等缺點(diǎn)，極大地拓展了功率因數(shù)校正方 法的應(yīng)用范圍，為節(jié)能減排提供了一條新的路徑。 本發(fā)明所述的充電開(kāi)關(guān)元件和放電開(kāi)關(guān)元件采用具有自關(guān)斷功能的電子器件中 一種或多種組合，所述電子器件包括晶體三極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管和IGBT GT0等。
以本發(fā)明所述的校正電路為核心，本領(lǐng)域技術(shù)人員不經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)可以制成交流 負(fù)載功率因數(shù)校正裝置。該校正裝置具有體積小、損耗低，無(wú)噪音，可動(dòng)態(tài)地將交流負(fù)載的 功率因數(shù)精確地自動(dòng)控制為O. 95-1，可大幅度提高電網(wǎng)品質(zhì)，尤其適合應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)需要交
流負(fù)載功率因數(shù)校正的設(shè)備上。 本發(fā)明所述交流功率因數(shù)校正電路可以作為一個(gè)相的單元進(jìn)行組合，構(gòu)成三相、 六相和十二相交流負(fù)載功率因數(shù)電容積分校正電路，可分別對(duì)三相、六相和十二相交流電 進(jìn)行負(fù)載功率因數(shù)電容積分校正。 本發(fā)明的理論依據(jù)是由交流電電容器平均功率W :
『=|2<C77 2 =會(huì);r/Ct/ 2 式中，f為工作頻率，C為電容器值，U為工作電壓。 從上式中可以看出，在C和U為常量的情況下，增大f可增大電容器的使用功率。 現(xiàn)有的市電f為50HZ-60HZ，而本發(fā)明采用電容器充放電頻率為5kHZ-100kHZ， f提高了 100-2000倍，也即相同容量的電容器的使用功率將提高100-2000倍。 本發(fā)明以所述理論為依據(jù)，利用電容器的高次充放電原理提高電功率，實(shí)現(xiàn)交流 負(fù)載功率因數(shù)的直接校正。本發(fā)明校正方法及電路的工作原理(參見(jiàn)圖1)是在交流電輸 入端L為正半周期內(nèi)，交流同步檢測(cè)電路31檢測(cè)交流電的電壓波形，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)充電開(kāi) 關(guān)元件Sl經(jīng)電感H對(duì)充放電電容器C3進(jìn)行脈寬調(diào)制式高次充電控制，放電開(kāi)關(guān)元件S4經(jīng) 電感H對(duì)充放電電容器進(jìn)行脈寬式高次放電控制。吸收電容器C4與耦合電容器C5組成的 自舉電路14將充放電電容器C3的放電電能向交流電源進(jìn)行積分式電能回饋，對(duì)交流負(fù)載 RL的功率因數(shù)進(jìn)行校正；在交流電輸入端L為負(fù)半周期內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)充電開(kāi)關(guān)元件S2 經(jīng)電感H對(duì)充放電電容器C3進(jìn)行脈寬調(diào)制式高次充電控制，放電開(kāi)關(guān)元件S3經(jīng)電感H對(duì)充放電電容器C3進(jìn)行脈寬式高次放電控制，吸收電容器C4與耦合電容器C5組成的自舉電 路14將充放電電容器C3的放電電能向交流電源進(jìn)行積分式電能回饋，對(duì)交流負(fù)載RL的功 率因數(shù)進(jìn)行校正；交流功率因數(shù)檢測(cè)電路32根據(jù)電壓檢測(cè)電阻R2和電流檢測(cè)電阻R3檢測(cè) 到的交流負(fù)載的功率因數(shù)，對(duì)控制電路發(fā)出一定值電壓，由控制與P麗調(diào)制電路44控制驅(qū) 動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)充電和放電開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行P麗脈寬調(diào)制式工作，以調(diào)節(jié)充放電電容器C3充放電 電流大小，對(duì)交流負(fù)載RL的功率因數(shù)進(jìn)行自動(dòng)校正控制。
本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。 以下給出本發(fā)明校正方法及電路的具體實(shí)施例，以進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明所述的
校正電路，但具體實(shí)施例不限制本發(fā)明的權(quán)利要求。 實(shí)施例1 本實(shí)施例的校正方法及電路具體設(shè)計(jì)如下所述校正方法及電路，主要包括交流 校正主電路1、AC/DC多路直流穩(wěn)壓電源2、檢測(cè)電路3和控制電路4。所述的交流校正主電 路1包括由交流電輸入端L和公共端N、輸入濾波電容器Cl、輸入濾波電感Ll與濾波電容 器C2組成的輸入濾波電路11 ;由電壓檢測(cè)電阻Rl和R2、電流檢測(cè)電阻R3組成的電壓電流 檢測(cè)電路12 ;由充放電電容器C3、兩只充電開(kāi)關(guān)元件Sl和S2、兩只放電開(kāi)關(guān)元件S3和S4 及電感H組成的變換電路；由吸收電容器C4和耦合電容器C5組成的自舉電路14 ;由輸出 濾波電感L2、輸出濾波電容器C6、交流負(fù)載RL、輸出端Lm組成的輸出濾波電路15 ;所述的 AC/DC多路直流穩(wěn)壓電源2輸出三路互相隔離的穩(wěn)壓電源21 、 22、 23， 21為充電開(kāi)關(guān)元件S1 和放電開(kāi)關(guān)元件S3的驅(qū)動(dòng)電路供電；22為充電開(kāi)關(guān)元件S2的驅(qū)動(dòng)電路和所述的檢測(cè)電路 3供電；23為放電開(kāi)關(guān)元件S4的驅(qū)動(dòng)電路供電；所述的檢測(cè)電路3由交流同步檢測(cè)電路31 和交流功率因數(shù)檢測(cè)電路32組成；所述的控制電路4包括充電開(kāi)關(guān)元件Sl和放電開(kāi)關(guān)元 件S3的驅(qū)動(dòng)電路41、充電開(kāi)關(guān)元件S2的驅(qū)動(dòng)電路42、放電開(kāi)關(guān)元件S4的驅(qū)動(dòng)電路43和 控制與PWM調(diào)制電路44。 交流校正主電路1中，交流電的輸入端L接到電源的火線端，公共端N接到電源的 零線端，輸入濾波電容器Cl并接在接線端兩端，輸入濾波電感Ll 一端接到交流電的輸入端 L，另一端接到濾波電容器C2的一端，C2的另一端接在公共端N構(gòu)成輸入濾波電路；電壓檢 測(cè)電阻R1與R2串聯(lián)后并接在濾波電容器C2的兩端，R2的另一端連接到公共端N，R1的另 一端和Rl與R2的連接點(diǎn)為檢測(cè)電路3內(nèi)的交流功率因數(shù)檢測(cè)電路32的電壓檢測(cè)點(diǎn)，電流 檢測(cè)電阻R3的一端與濾波電容器C2相連接，電流檢測(cè)電阻R3的另一端連接至兩只反向并 聯(lián)的充電開(kāi)關(guān)元件S1的陽(yáng)極和充電開(kāi)關(guān)元件S2的陰極，充電開(kāi)關(guān)元件S1的陰極與充電開(kāi) 關(guān)元件S2的陽(yáng)極連接至電感H的一端，電感H的另一端連接到充放電電容器C3的一端，充 放電電容器C3的另一端接至公共端N，兩只反向并聯(lián)的放電開(kāi)關(guān)元件S3的陰極與放電開(kāi)關(guān) 元件S4的陽(yáng)極接至充電開(kāi)關(guān)元件S2的陽(yáng)極，放電開(kāi)關(guān)元件S3的陽(yáng)極與放電開(kāi)關(guān)元件S4 的陰極連接后接到吸收電容器C4與耦合電容器C5串聯(lián)連接點(diǎn)，吸收電容器C4的另一端連 接到公共端N，耦合電容器C5的另一端連接到電流檢測(cè)電阻R3的另一端后，連接到輸入電 感Ll和輸出電感L2間的電源，利用自舉方式向電源回饋電能；輸出濾波電感L2的另一端 既有輸出濾波電容器C6的一端和輸出端Lm和交流負(fù)載RL，輸出濾波電容器C6的另一端接 至公共端N。 AC/DC多路直流穩(wěn)壓電源2的兩個(gè)輸入端連接到交流電的輸入端L和公共端N，輸
7出三路直流穩(wěn)壓電源21、22、23，21由控制電路4的驅(qū)動(dòng)電路41的連線G1和E連接到充電 開(kāi)關(guān)元件Sl和放電開(kāi)關(guān)元件S3，作為充電開(kāi)關(guān)元件Sl和放電開(kāi)關(guān)元件S3驅(qū)動(dòng)電路41的 工作電源，22由連線E2和G2連接到充電開(kāi)關(guān)元件S2和檢測(cè)電路3，作為充電開(kāi)關(guān)元件S2 的驅(qū)動(dòng)電路42和檢測(cè)電路3的工作電源；23由連線E2和G2連接至放電開(kāi)關(guān)元件S4的驅(qū) 動(dòng)電路，作為放電開(kāi)關(guān)元件S4的驅(qū)動(dòng)電路43的工作電源。 檢測(cè)電路3的交流同步檢測(cè)電路31和交流功率因數(shù)檢測(cè)電路32的一端與交流校 正主電路1的電壓電流檢測(cè)電路12相連，交流同步檢測(cè)電路31和交流功率因數(shù)檢測(cè)電路 32的另一端與控制電路4的控制與P麗調(diào)制電路44相連。 控制電路4的充電開(kāi)關(guān)元件Sl和放電開(kāi)關(guān)元件S3的驅(qū)動(dòng)電路41、充電開(kāi)關(guān)元件 S2的驅(qū)動(dòng)電路42、放電開(kāi)關(guān)元件S4的驅(qū)動(dòng)電路43的一端分別與充電開(kāi)關(guān)元件Sl和放電 開(kāi)關(guān)元件S3的陰極和驅(qū)動(dòng)極、充電開(kāi)關(guān)元件S2陰極和驅(qū)動(dòng)極的、放電開(kāi)關(guān)元件S4的陰極 和驅(qū)動(dòng)極相連，充電開(kāi)關(guān)元件Sl和放電開(kāi)關(guān)元件S3的驅(qū)動(dòng)電路41、充電開(kāi)關(guān)元件S2的驅(qū) 動(dòng)電路42、放電開(kāi)關(guān)元件S4的驅(qū)動(dòng)電路43的另一端連接到控制與P麗調(diào)制電路44的一 端，控制與P麗調(diào)制電路44的另一端與檢測(cè)電路3的交流同步檢測(cè)電路31和交流功率因 數(shù)檢測(cè)電路32相連。 工作時(shí)，AC/DC三路直流穩(wěn)壓電源2由交流校正主電路1供電，當(dāng)交流校正主電路 1的交流電輸入為正半周期時(shí)，檢測(cè)電路3內(nèi)的交流同步檢測(cè)電路31根據(jù)交流校正主電路 1內(nèi)的電壓檢測(cè)電阻R2檢測(cè)到同步電壓波形，給控制電路4內(nèi)的控制與P麗調(diào)制電路44發(fā) 出控制信號(hào)，控制充電開(kāi)關(guān)元件S1和放電開(kāi)關(guān)元件S3的驅(qū)動(dòng)電路41驅(qū)動(dòng)充電開(kāi)關(guān)元件S1 進(jìn)行25千周(本實(shí)例變換頻率采用25千周)P麗調(diào)制式工作；同時(shí)檢測(cè)電路3內(nèi)的交流功 率因數(shù)檢測(cè)電路32將交流校正主電路1內(nèi)的電壓檢測(cè)電阻R2檢測(cè)的同步電壓波形，與流 經(jīng)電流檢測(cè)電阻R3的交流負(fù)載RL的電流波形進(jìn)行比較，得出功率因數(shù)對(duì)應(yīng)電壓值，將得到 的電壓值發(fā)給控制電路4內(nèi)的控制與P麗調(diào)制電路44，控制P麗調(diào)制脈寬寬度，使其控制充 電開(kāi)關(guān)元件Sl和放電開(kāi)關(guān)元件S3的驅(qū)動(dòng)電路41驅(qū)動(dòng)充電開(kāi)關(guān)元件Sl的脈沖寬窄，調(diào)節(jié) 經(jīng)由充電開(kāi)關(guān)元件Sl 、電感H、充放電電容器C3構(gòu)成回路的電流大小，即調(diào)節(jié)充放電電容器 C3的電流大??；充電結(jié)束后，控制與P麗調(diào)制電路44向放電開(kāi)關(guān)元件S4的驅(qū)動(dòng)電路43發(fā) 出放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)放電開(kāi)關(guān)元件S4導(dǎo)通，放電開(kāi)關(guān)元件S4導(dǎo)通后，將存儲(chǔ)在充放電電 容器C3的電能經(jīng)電感H、吸收電容器C4放電經(jīng)吸收電容器C4和耦合電容器C5自舉，將電 能回饋給電源，對(duì)交流負(fù)載RL進(jìn)行功率因數(shù)校正。 當(dāng)交流校正主電路1的交流電輸入為負(fù)半周期時(shí)，檢測(cè)電路3內(nèi)的交流同步檢測(cè) 電路31根據(jù)交流校正主電路1內(nèi)的電壓檢測(cè)電阻R2檢測(cè)到同步電壓波形，給控制電路4 內(nèi)的控制與P麗調(diào)制電路44發(fā)出控制信號(hào)，控制充電開(kāi)關(guān)元件S2的驅(qū)動(dòng)電路42驅(qū)動(dòng)充電 開(kāi)關(guān)元件S2進(jìn)行P麗調(diào)制式工作，經(jīng)電感H控制充放電電容器C3脈沖式充電；同時(shí)檢測(cè)電 路3內(nèi)的交流功率因數(shù)檢測(cè)電路32將交流校正主電路1內(nèi)的電壓檢測(cè)電阻R2檢測(cè)到的同 步電壓波形，與流經(jīng)電流檢測(cè)電阻R3的交流負(fù)載RL的電流波形進(jìn)行比較，得出功率因數(shù)對(duì) 應(yīng)電壓值，將得到的電壓值發(fā)給控制電路4內(nèi)的控制與P麗調(diào)制電路44，控制P麗調(diào)制脈 寬寬度，使其控制充電開(kāi)關(guān)元件S2的驅(qū)動(dòng)電路42，驅(qū)動(dòng)充電開(kāi)關(guān)元件S2的脈沖寬窄，調(diào)節(jié) 經(jīng)由充電開(kāi)關(guān)元件S2、電感H、充放電電容器C3構(gòu)成回路的電流大小，即調(diào)節(jié)充放電電容器 C3充電電流大??；充電結(jié)束后，控制與P麗調(diào)制電路44向充電開(kāi)關(guān)元件Sl和放電開(kāi)關(guān)元
8件S3的驅(qū)動(dòng)電路41發(fā)出放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)放電開(kāi)關(guān)元件S3導(dǎo)通，放電開(kāi)關(guān)元件S3導(dǎo)通 后，將存儲(chǔ)在充放電電容器C3的電能經(jīng)電感H向吸收電容器C4放電，經(jīng)吸收電容器C4和 耦合電容器C5自舉，將電能回饋給電源，對(duì)交流負(fù)載RL進(jìn)行功率因數(shù)校正。上述正負(fù)半周 期交替連續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流負(fù)載RL的全周期功率因數(shù)校正。 交流負(fù)載RL工作時(shí)，電流經(jīng)輸入濾波電感L1、電流檢測(cè)電阻R3、輸出濾波電感 L2和交流負(fù)載RL到公共端N，構(gòu)成回路，形成基本電流；當(dāng)交流負(fù)載RL的功率因數(shù)低于 0. 95-1某一設(shè)定值時(shí)，電壓檢測(cè)電阻R2與電流檢測(cè)電阻R3將檢測(cè)到的同步電壓波形與電 流波形分別送至檢測(cè)電路3內(nèi)的交流功率因數(shù)檢測(cè)電路32，進(jìn)行比較后，向控制電路4內(nèi) 的控制與P麗調(diào)制電路44發(fā)出一定值控制電壓，控制充電和放電開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路按照 一定脈沖寬度，分別驅(qū)動(dòng)充電開(kāi)關(guān)元件Sl和S2控制充放電電容器C3充電工作，放電開(kāi)關(guān) 元件S3和S4控制充放電電容器C3經(jīng)吸收電容器C4吸收(C3兩端電壓大于C4兩端電壓) 和耦合電容器C5耦合，利用C4、C5的自舉原理對(duì)電源進(jìn)行放電工作，向交流負(fù)載RL提供校 正電流，實(shí)現(xiàn)了脈寬調(diào)制式的功率因數(shù)校正的自動(dòng)控制，流經(jīng)交流負(fù)載RL的電流是由基本 電流與校正電流組成的。R為釋放充放電電容器C3殘留電荷而設(shè)置的釋放電阻，由于充放 電電容器C3較常規(guī)電容器電容值小幾百倍，釋放電阻值在50千歐姆-500千歐姆，進(jìn)一步 降低了裝置的損耗。
權(quán)利要求
一種交流負(fù)載功率因數(shù)的校正方法，該校正方法采用電容積分的方法，分別在交流電正負(fù)半周期內(nèi)提高電容器充放電頻率，進(jìn)而提高電容器使用功率，對(duì)交流負(fù)載功率因數(shù)進(jìn)行校正；所述的電容器在充放電過(guò)程中，采用5千周-100千周PWM脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)功率開(kāi)關(guān)元件對(duì)充放電電容器的充放電電流大??；將充放電電容器放電過(guò)程中的電能釋放到吸收電容器，再由吸收電容與耦合電容串聯(lián)組成的電容式自舉電路積分回饋到交流電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流負(fù)載功率因數(shù)的自動(dòng)校正。
2. —種交流負(fù)載功率因數(shù)的校正電路，該校正電路采用權(quán)利要求1所述校正方法，主 要包括交流校正主電路、AC/DC三路直流穩(wěn)壓電源、檢測(cè)電路和控制電路；所述交流校正主 電路包括輸入濾波電路、電壓電流檢測(cè)電路、變換電路、電容式自舉電路和輸出濾波電路； 所述檢測(cè)電路包括交流同步檢測(cè)電路和交流功率因數(shù)檢測(cè)電路；所述控制電路包括充電開(kāi) 關(guān)元件及放電開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路和控制與P麗調(diào)制電路；所述交流校正主電路通過(guò)分流 電阻和分壓電阻連接到所述檢測(cè)電路內(nèi)的交流同步檢測(cè)電路和交流功率因數(shù)檢測(cè)電路；所 述AC/DC三路直流穩(wěn)壓電源的輸出部分分別連接至所述控制電路內(nèi)的充電及放電開(kāi)關(guān)元 件的驅(qū)動(dòng)電路和檢測(cè)電路；所述檢測(cè)電路的交流同步檢測(cè)電路連線和功率因數(shù)檢測(cè)電路控 制連線分別連接到控制電路內(nèi)的控制與P麗調(diào)制電路；所述的電容式自舉電路由吸收電容 器與耦合電容器串聯(lián)組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流負(fù)載功率因數(shù)的校正電路，其特征在于所述的充電開(kāi)關(guān) 元件和放電開(kāi)關(guān)元件采用具有自關(guān)斷功能的電子器件中一種或多種組 合，所述電子器件包 括晶體三極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管和IGBT GT0。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流負(fù)載功率因數(shù)的校正電路，其特征在于以該校正電路為 一個(gè)相的單元進(jìn)行組合，構(gòu)成三相、六相或十二相交流負(fù)載功率因數(shù)電容積分校正電路。
5. —種交流負(fù)載功率因數(shù)的校正裝置，其特征在于該校正裝置以權(quán)利要求2-4所述任 一項(xiàng)校正電路為核心制成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種交流負(fù)載功率因數(shù)的校正方法及電路。該校正方法采用電容積分的方法，分別在交流電正負(fù)半周期內(nèi)提高電容器充放電頻率，進(jìn)而提高電容器使用功率，對(duì)交流負(fù)載功率因數(shù)進(jìn)行校正；所述的電容器在充放電過(guò)程中，采用5千周-100千周PWM脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)功率開(kāi)關(guān)元件對(duì)充放電電容器的充放電電流大??；將充放電電容器放電過(guò)程中的電能釋放到吸收電容器，再由吸收電容與耦合電容串聯(lián)組成的電容式自舉電路積分回饋到交流電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流負(fù)載功率因數(shù)的自動(dòng)校正。該校正電路采用本發(fā)明所述校正方法，主要包括交流校正主電路、AC/DC三路直流穩(wěn)壓電源、檢測(cè)電路和控制電路。本發(fā)明可直接實(shí)現(xiàn)對(duì)交流負(fù)載功率因數(shù)的校正。
文檔編號(hào)H02J3/18GK101783514SQ20101012012
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者張煒, 李香鳳, 李香龍 申請(qǐng)人:李香龍