專利名稱：按電網要求和用戶需要進行治理的用戶供電電壓和負載電流治理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按電網要求和用戶需要進行治理的用戶供電電 壓和負載電流治 理裝置，屬于交流電源設備。
背景技術：
電壓和電流在電網實際運行中和某些預定指標之間發(fā)生了較大的偏離，因此需要 進行治理。目前，對電壓、電流的治理方法都是單一的，相互無緊密聯系，并且是采用不同手 段完成的。如治理電壓有效值一般采用穩(wěn)壓器，治理電壓波形一般采用濾波器，治理電流有 效值一般采用穩(wěn)流器，治理無功電流一般采用無功電流補償器，治理諧波電流一般采用諧 波電流消除器等。這些治理都是經測試、分析、計算后得出結果再進行處理，處理速度相對 較慢，而在電壓治理方面只是以額定狀態(tài)為目標，在電流治理方面是以不良電流限制程度 為目標。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種在一個工頻周期內對電壓和電流的幅值 和波形進行控制的按電網要求和用戶需要進行治理的用戶供電電壓和負載電流治理裝置。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案本發(fā)明由用戶供電電壓治理單元和負載電流治理單元組成；所述用戶供電電壓治 理單元由電壓互感器、標準電壓發(fā)生器、第一比較器、第一放大器、反向耦合變壓器組成；所 述電壓互感器的初級與電網電壓Uin并聯，所述電壓互感器的次級接所述第一比較器的一 個輸入端，所述標準電壓發(fā)生器的輸出端接所述第一比較器的另一個輸入端，所述第一比 較器的輸出端經所述第一放大器接所述反向耦合變壓器的初級，所述反向耦合變壓器的次 級與電網電壓Uin串聯；所述負載電流治理單元由電流互感器、第一電流/電壓轉換器、標準電流發(fā)生器、 第二電流/電壓轉換器、第二比較器、固定放大器、第一耦合變壓器組成；所述電流互感器 的初級與負載串聯，所述電流互感器的次級接第一電流/電壓轉換器的輸入端，所述第一 電流/電壓轉換器的輸出端接所述第二比較器的一個輸入端，所述第一電流/電壓轉換器 的輸出電壓為Uy ；所述標準電流發(fā)生器的輸出端接所述第二電流/電壓轉換器的輸入端， 所述第二電流/電壓轉換器的輸出電壓為ux，所述第二電流/電壓轉換器的輸出端接所述 第二比較器的另一個輸入端，所述第二比較器的輸出電壓為Uxy ；所述第二比較器的輸出電 壓Uxy與所述第二電流/電壓轉換器的輸出電壓Ux串聯后接所述固定放大器的輸入端，所 述固定放大器的輸出端接所述第一耦合變壓器的初級，所述第一耦合變壓器的次級并聯在 由所述負載與電流互感器的初級串聯組成的支路的兩端。本發(fā)明的工作原理如下本發(fā)明不需要測試計算，而是利用更換人為制作的標準電壓及標準電流分別與實際電壓和實際電流進行比較，找出差值再經放大器放大到一定功率的形式快速返回原電 路，以抵消偏離電壓或電流，從而得到了理想的電壓和電流，達到了治理電壓和電流的目 的。本發(fā)明的有益效果如下(1)制作的標準電壓，標準電流穩(wěn)定度應在500ms以上，對一個工頻周期20ms而 言，標準電壓或標準電流是相對穩(wěn)定的。本發(fā)明對信號的處理過程連續(xù)，整個處理過程約為 lms，處理速度極快，處理結果可滿足工程的需要。 (2)本裝置是按用戶和電網的理想狀態(tài)進行治理，可按用戶的需要提供電壓，可按 照電網的需求讓電網需要的電流返回電網，電網不需要的電流自成回路，達到了供電與用 電的和諧狀態(tài)。經本裝置治理后的電壓和電流穩(wěn)定度及波形失真度均可達到以上。(3)本裝置是通過更換電壓、電流的標準來實現對某項電能質量的治理。當用戶運 行方式有較大變化時可按需求更換標準。(4)治理后的電壓與供電電壓相對無關，只與標準電壓的大小和波形有關，治理后 的電壓就好像被標準電壓“克隆”出來的電壓一樣。
(5)治理后的電流只有理想電流返回電網，其余電流通過本裝置自成回路，不再返 回電網，就好像把負載電流分離了一樣，這樣大大的減少了對電網的負擔和污染。(6)用戶可根據工作需要在五項電壓治理功能和五項電流治理功能中獨立選項或 聯合選項。聯合選項的控制功率為獨立選項各項控制功率之和。(7)由于偏移功率(偏離電壓率乘以負載電流或供電電壓乘以偏離電流)約為整 個負載功率的10%，所述將偏移功率拉回到正常預定指標只需負載功率的10%。(8)本裝置應用范圍廣，利用本發(fā)明的原理制作的裝置，其容量最小，從500W開 始，其最大容量由電力電子器件的容量決定，可供家庭式企業(yè)使用。綜上所述，本裝置具有綠色、環(huán)保、優(yōu)質、高效、快速等特點，經本裝置治理后的電 壓和電流將使供電和用電的電能質量大大提高。


圖1為本發(fā)明的原理框圖。圖2為電壓及電流互感器、反向耦合變壓器和第一耦合變壓器的安裝位置示意 圖。圖3為用戶供電電壓治理單元的電路原理圖。圖4為具有穩(wěn)流作用的第二比較器的電路原理圖。圖5為在圖4的基礎上增加有補償無功電流作用的第二比較器的電路原理圖。圖6為在圖5的基礎上增加有抑制諧波電流作用的第二比較器的電路原理圖。圖7為固定放大器的電路原理圖。在圖1-7中，IC1-IC8的型號為μ Α741，Q1-Q4的型號為BUS14, A為三相交流電 源的A相，N為三相交流電源的零線，Ux:為標準電流發(fā)生器產生的標準電流經第二電流/ 電壓轉換器后的電壓(即第二電流/電壓轉換器的輸出電壓)，Uy:為電流互感器采樣的負 載電流經第一電流/電壓轉換器后的電壓(即第一電流/電壓轉換器的輸出電壓)，Uxy 為 第二比較器的輸出電壓，Uxy包括Uxyl-Uxy3，Uxyl 為具有穩(wěn)定電流作用的第二比較器的輸出電壓，Uxy2 為在Uxyl的基礎上增加有補償無功電流作用的第二比較器的輸出電壓，Uxy3 為在 Uxy2的基礎上增加有抑制諧波電流作用的第二比較器的輸出電壓，Ub 為標準電壓發(fā)生器產 生的標準電壓，Uin 電網供電電壓，Uin/A:電壓互感器的采樣電壓，Ul :為將電網供電電壓與 標準電壓的差值經處理后，由反向耦合變壓器耦合到供電回路中的電壓，U2 為將負載偏離 電流處理后，再由第一耦合變壓器耦合，進而形成與負載并聯的支路上的電壓，IBQ 標準電 流發(fā)生器，Ib:標準電流。
具體實施方式

由圖1-7所示的實施例可知，它由用戶供電電壓治理單元和負載電流治理單元組 成；所述用戶供電電壓治理單元由電壓互感器、標準電壓發(fā)生器、第一比較器、第一放大器、 反向耦合變壓器組成；所述電壓互感器的初級與電網電壓Uin并聯，所述電壓互感器的次級 接所述第一比較器的一個輸入端，所述標準電壓發(fā)生器的輸出端接所述第一比較器的另一 個輸入端，所述第一比較器的輸出端經所述第一放大器接所述反向耦合變壓器的初級，所 述反向耦合變壓器的次級與電網電壓Uin串聯；所述負載電流治理單元由電流互感器、第一電流/電壓轉換器、標準電流發(fā)生器、 第二電流/電壓轉換器、第二比較器、固定放大器、第一耦合變壓器組成；所述電流互感器 的初級與負載串聯，所述電流互感器的次級接第一電流/電壓轉換器的輸入端，所述第一 電流/電壓轉換器的輸出端接所述第二比較器的一個輸入端，所述第一電流/電壓轉換器 的輸出電壓為Uy ；所述標準電流發(fā)生器的輸出端接所述第二電流/電壓轉換器的輸入端， 所述第二電流/電壓轉換器的輸出電壓為ux，所述第二電流/電壓轉換器的輸出端接所述 第二比較器的另一個輸入端，所述第二比較器的輸出電壓為Uxy ；所述第二比較器的輸出電 壓Uxy與所述第二電流/電壓轉換器的輸出電SUx串聯后接所述固定放大器的輸入端，所 述固定放大器的輸出端接所述第一耦合變壓器的初級，所述第一耦合變壓器的次級并聯在 由所述負載與電流互感器的初級串聯組成的支路的兩端。所述用戶供電電壓治理單元的電壓互感器為Tl ；所述第一比較器由運算放大器 ICl、電阻R1-R4組成，運算放大器ICl的負向輸入端2腳經電阻Rl接電壓互感器Tl次級 的一端，電壓互感器Tl次級的另一端接地，運算放大器ICl的正向輸入端3腳經電阻R2接 標準電壓發(fā)生器的輸出的標準電壓Ub的一端，標準電壓Ub的另一端接地，電阻R4接在運算 放大器ICl的3腳與地之間，電阻R3接在運算放大器ICl的6腳與2腳之間；所述第一放大器由電壓放大器和第一功率放大器組成；所述電壓放大器由運算 放大器IC2、電阻R5-R7組成，運算放大器IC2的負向輸入端2腳經電阻R5接運算放大器 ICl的輸出端6腳，電阻R7接在運算放大器IC2的3腳與地之間，電阻R6接在運算放大器 IC2的6腳與2腳之間；所述第一功率放大器為由晶體管Q1-Q2、第二耦合變壓器T2、電阻 R8-R10組成的推挽放大器，第二耦合變壓器T2的初級接在運算放大器IC2的輸出端6腳與 地之間，第二耦合變壓器T2的次級分別接晶體管Ql和Q2的基極，第二耦合變壓器T2次級 的中心抽頭分別經電阻R8和R9接Vcc1和地；晶體管Ql和Q2的發(fā)射極并聯后經電阻RlO 接地；晶體管Ql和Q2的集電極分別接所述反向耦合變壓器T3的初級，所述反向耦合變壓 器T3初級的中心抽頭接Vcc1。所述標準電壓發(fā)生器輸出的標準電壓Ub為下述中的任一種
(1)所述標準電壓Ub的波形為正弦波；(2)所述標準電壓Ub的有效值為220V/A，其中A為所述電壓互感器Tl的變比系 數；(3)所述標準電壓Ub的有效值為用戶指定的電壓的1/A ；(4)所述標準電壓Ub的有效值為220V/A，并且其波形為正弦波；(5)所述標準電壓Ub的有效值為220V/A，并且其波形為正弦波疊加一個諧波電壓。
所述負載電流治理單元的電流互感器為T4，電流互感器T4的初級Ll與負載Z串 聯；所述第一電流/電壓轉換器由電阻R12組成；電阻R12與電流互感器T4的次級L2并聯 后的一端接地，其另一端為E點；所述第二電流/電壓轉換器由電阻Rll組成；電阻Rll與 所述標準電流發(fā)生器IBQ并聯后的一端接地，其另一端為D點；所述第二比較器由運算放大器IC3、電阻R13-R16組成；運算放大器IC3的正向輸 入端3腳經電阻R14接所述D點，運算放大器IC3的負向輸入端2腳經電阻R13接所述E 點，電阻R15接在運算放大器IC3的3腳與地之間，電阻R16接在運算放大器IC3的6腳與 2腳之間，運算放大器IC3的輸出電壓為Uxy1 ；所述固定放大器由第一反相電壓放大器、第一移相器、第二反相電壓放大器、第二 功率放大器組成；第一反相電壓放大器的輸出端依次經第一移相器、第二反相電壓放大器 接第二功率放大器的輸入端，所述第二功率放大器的輸出端接所述第一耦合變壓器T6的 初級，第一耦合變壓器T6的初級的中心抽頭接Vcc1 ；所述第一反相電壓放大器由運算放大 器IC6、電阻R23-R24、電位器RWl組成；所述第二比較器的輸出電壓Uxy與所述第二電流/ 電壓轉換器的輸出電SUx串聯后的支路的一端經電阻R23接運算放大器IC6的負向輸入端 2腳，所述支路的另一端接地；電阻R24接在運算放大器IC6的正向輸入端3腳與地之間， 電位器RWl接在運算放大器IC6的6腳與2腳之間；所述第一移相器由運算放大器IC7、電 阻R25-R26、電位器RW2、電容C2組成；運算放大器IC7的負向輸入端2腳經電阻R25接運 算放大器IC6的輸出端6腳，電容C2與電位器RW2串聯后接在運算放大器IC6的輸出端6 腳與地之間，電位器RW2的一端接地，運算放大器IC7的正向輸入端3腳接電容C2與電位 器RW2的節(jié)點；電阻R26接在運算放大器IC7的6腳與2腳之間；所述第二反相電壓放大器 由運算放大器IC8、電阻R27-R28、電位器RW3組成；運算放大器IC8的負向輸入端2腳經電 阻R27接運算放大器IC7的輸出端6腳，電阻R28接在運算放大器IC8的正向輸入端3腳 與地之間，電位器RW3接在運算放大器IC8的6腳與2腳之間；所述第二功率放大器為由晶 體管Q3-Q4、第三耦合變壓器T5、電阻R29-R31組成的推挽放大器，第三耦合變壓器T5的初 級接在運算放大器IC8的輸出端6腳與地之間，第三耦合變壓器T5的次級分別接晶體管Q3 和Q4的基極，第三耦合變壓器T5次級的中心抽頭分別經電阻R29和R30接Vcc1和地；晶體 管Q3和Q4的發(fā)射極并聯后經電阻R31接地；晶體管Q3和Q4的集電極分別接所述第一耦 合變壓器T6(其變比為1 1)的初級，所述第一耦合變壓器Τ6初級的中心抽頭接VCCl，K 述第一耦合變壓器T6的次級與由負載Z和電流互感器的初級Ll串聯后組成的支路并聯。在本實施例中，在所述第二比較器中設有用于補償無功電流的第三反相電壓放大 器，所述第三反相電壓放大器由運算放大器IC4、電阻R17-R19組成；運算放大器IC4的負 向輸入端2腳經電阻R17接運算放大器IC3的輸出端6腳，電阻R18接在運算放大器IC4的正向輸入端3腳與地之間，電阻R19接在運算放大器IC4的6腳與2腳之間；運算放大器 IC4的輸出電壓為Uxy2。在本實施例中，在所述第二比較器中還設有用于抑制諧波電流的第二移相器，所 述第二移相器由運算放大器IC5、電阻R20-R21、電位器RW4、電容Cl組成；運算放大器IC5 的負向輸入端2腳經電阻R20接運算放大器IC4的輸出端6腳，電容Cl與電位器RW4串聯 后接在運算放大器IC4的輸出端6腳與地之間，電位器RW4的一端接地，電容Cl與電位器 RW4的節(jié)點接運算放大器IC5的正向輸入端3腳，電阻R21接在運算放大器IC5的6腳與2 腳之間；運算放大器IC5的輸出電壓為Uxy30
用戶供電電壓治理單元的工作原理如下(參見圖2和圖3)制作一個標準電壓Ub, Ub與供電電壓頻率相同、相位相同、波形良好、有效值穩(wěn)定， 且適用于電子器件運算。令標準電壓Ub是理想電壓的1/A倍；用電壓互感器對供電電壓連 續(xù)采樣，電壓互感器的變比系數為1/A，采樣電壓為Uin/A，將標準電壓與采樣電壓在第一比 較器中進行比較，將比較的結果送入第一放大器進行放大，第一放大器包括電壓放大器和 第一功率放大器，總共放大β倍，令β =A;放大后的電壓即為偏離電壓。將偏離電壓經 1 1的反向耦合變壓器耦合到供電回路(即U1)，則抵消了供電電壓中的偏離部分，這樣 得到的輸出電壓就是治理好的理想電壓。用戶供電電壓治理單元具有如下五項電壓治理功能(1)對負載的供電電壓有穩(wěn)壓作用制作一個標準電壓，使其有效值穩(wěn)定在220V/A，其中取A = 44，將Uin/A與標準電 壓同時送入圖3所示第一比較器IC1，再經第一放大器放大放大β倍(令β =A)后返回 電網供電電路，抵消供電電壓幅值的偏差，其新的供電電壓有效值穩(wěn)定在220V。即本裝置可 作為交流穩(wěn)壓器使用。(2)消除供電電壓由于諧波造成的污染，將已被污染的供電電壓還原為正弦波后 再為負載供電制作一個標準電壓，使其波形為正弦波，當供電電壓被污染含有高次諧波時，將其 與標準電壓同時送入圖3所示第一比較器中進行比較，再經第一放大器放大β倍(令β =A)找出其差值后返回供電電路，抵消供電電壓偏離正弦的部分。新的供電電壓即為正弦 波。即本裝置可作為交流濾波器使用。(3)本裝置具有輸出指定電壓的作用制作一個標準電壓使其有效值為用戶指定電壓的1/Α，如用戶指定電壓U = 228V 時，將228V/A與Uin/A同時送入圖3所示第一比較器，比較結果經第一放大器放大β倍 (令β =A)后返回電網供電電路，抵消供電電壓有效值的偏差。其新的供電電壓被穩(wěn)定在 228V，這樣對用戶而言，產品質量最好、效率最高。即本裝置可作為指定電壓輸出器使用。(4)本裝置起到了可輸出額定電壓的作用制作一個標準電壓，使其有效值穩(wěn)定在220V/A，波形為正弦波。將Uin/A與標準電 壓同時送入圖3所示第一比較器，再經第一放大器放大β倍(令β =A)后返回電網供電 電路，抵消供電電壓有效值的偏離和抵消供電電壓波形偏離正弦的部分。即本裝置可作為 額定電壓輸出器使用。(5)本裝置有抑制負載中諧波電流的作用
制作一個在上述第(4)項標準電壓的基礎上疊加一個諧波電壓的標準電壓Ub。將 UinZA與Ub同時送入圖3所示第一比較器，再經第一放大器放大β倍(令β =A)后返回 供電電路，得到新的供電電壓，該電壓加在具有非線性負載電路上可使其返回系統的電流 最大正弦波化，且該電壓不影響系統供電電壓原狀況。負載電流治理單元的工作原理如下如果單相交流電壓加在負載兩端時，在負載中將有交流電流流過，其大小及波形 與所加電壓和阻抗性質有關，把此交流電流叫實際電流Is，把需要治理的電流看做由兩部 分組成即把希望流回電網的電流叫理想電流Iy把不希望返回電網的電流叫偏離電流ΙΡ。 偏離電流可能會對電網造成負擔或者說造成污染。將偏離電流Ip經本裝置電子處理后變成 相應的偏離電壓U2，將上述偏離電壓加在負載Z的兩端，此時偏離電壓為負載提供了一個 新的電流通路，迫使偏離電流Ip不再流回供電回路。從而完成了偏離電流的續(xù)流作用。這 樣大大減輕了對電網的負擔和污染。具體做法是；將實際電流Is看成由兩部分組成，一部分為理想電流Iy另一部分為 偏離電流ΙΡ。Is = L+IP。如圖2所示，做一個標準電流Ib，使Ib = Iy并使Ib與供電電壓 頻率相同，波形穩(wěn)定、相位穩(wěn)定、幅值穩(wěn)定。將此標準電流Ib經第二電流/電壓轉換器轉換 成電壓Ux。將13經1 1的電流互感器采樣后再經第一電流/電壓轉換器轉換成電壓Uy。 將Ux與Uy同時送入第二 比較放大器IC3(見圖4-圖6)，IC3的正向輸入端接Ux，其負向輸 入端接Ur,第二比較器輸出的電壓即為偏離電壓Uxy (Uxyl、Uxy2、Uxy3)，將Uxy (Uxyl、Uxy2、Uxy3)與 Ux疊加后的結果作為固定放大器的輸入信號(見圖7)。固定放大器如圖7所示，其總放大 倍數為α倍，移相角為Y，第一耦合變壓器Τ6的變比為1 1。當Uxy = O時，只剩下Ux。當調整固定放大器放大量為α及移相角為、使固定放 大器的輸出電壓U2與負載Z的供電電壓Uin完全相同時即可實現U2與Uin的并聯，此時U2 與Uin并聯同時為負載Z供電，但此時U2不給負載Z提供電流，就好像電網中的發(fā)電機剛并 網不發(fā)電一樣。當Uxy興0時，所述輸出電壓U2將做相應的變化，U2為負載中的偏離電流Ip提供 了一個新的通道，完成了偏離電流Ip的續(xù)流作用。此時偏離電流Ip不再返回供電回路，偏 離電流Ip就好像被新的通道旁路了 一樣。負載電流治理單元具有如下五項電流治理功能(1)本裝置起到了穩(wěn)定交流電流的作用當負載電路中只有有功電流時，做一個標準電流Ib使其等于理想電流Iy將標準 電流Ib送入第二電流/電壓轉換器轉換為υχ，再將實際電流Is采樣后的電流經第一電流/ 電壓轉換器轉換成電壓Uy，如圖4所示，將Ux、Uy同時送入第二比較器IC3的輸入端；此時 IC3的輸出電壓為Uxyl，Uxyl與Ux疊加后送入固定放大器的輸入端，則所述輸出電壓U2作相 應變化，其結果導致負載中的偏離電流做相反的變化，因此負載中的電流得到了穩(wěn)定。起到 了交流電流穩(wěn)定器的作用。(2)裝置為負載提供了無功電流，減少了系統對無功電流的輸出，擴大了系統的容 量(見圖5)。當負載中流有電感性和電阻性電流時，作一個標準電流Ib使其和電阻性電流頻 率、相位、大小相等、波形一致。將Ib經第二電流/電壓轉換器轉換成電SUx，取實際電流為Is經第一電流/電壓轉換器轉換成電壓uy。如圖5所示，將Ux與Uy同時送入第二比較 器IC3，并將比較結果送入放大倍數為1的第三反相電壓放大器，此時第三反相電壓放電器 IC4的輸出為Uxy2，Uxy2與Ux疊加后送入固定放大器的輸入端，輸出電壓U2作相應變化。U2 為負載中的無功電流提供了新的電流通道。負載中的無功電流不再由供電電壓提供而是由 U2提供。這樣減輕了系統的負擔，起到了無功電流補償器的作用。(3)裝置起到了消除負載中諧波電流的作用(見圖6)當負載中流有有功電流、無功電流和非線性電流時，做一個標準電流Ib為線性電 流(其中含有功電流和無功電流)將Ib經第二電流/電壓轉換器轉換成電壓Ux，取實際電 流Is經第一電流/電壓轉換器轉換成電壓Uy。如圖6所示， 將Ux與Uy同時送入第二比較 器IC3，將比較的結果送入放大倍數為ηα的第三反相電壓放大器IC4后，再送入移相角度 為ηιγ的第二移相器IC5，此時IC5輸出的電壓為Uxy3。Uxy3與Ux疊加后送入固定放大器的 輸入端，輸出電壓U2作相應變化(可調整η α使U2相應變動使其在負載Z上產生 的變動電流盡可能和偏離電流一致)。本裝置為負載中的諧波電流提供了新的電流通道，負 載中的諧波電流不再流回供電回路。起到了諧波電流消除器的作用。(4)本裝置限制了有功電流、無功電流和諧波電流返回供電回路的比例，滿足了系 統安全經濟供電。當負載中流有有功電流、無功電流和諧波電流的合成電流時，按一定比例將上述 三種電流制作一個標準電流，按上述程序處理則返回系統的電流就是標準電流也就是理想 電流。而其余偏離電流由U2提供通路自成系統不再返回供電回路。本裝置起到了限制諧 波電流返回系統的作用。(5)當負載中需要減少無功電流和諧波電流時，可先使用無源器件減少部分無功 電流和諧波電流，剩余部分則利用本裝置使用的辦法繼續(xù)完成。由于此法加強了動態(tài)治理， 既經濟效果又好。
權利要求
一種按電網要求和用戶需要進行治理的用戶供電電壓和負載電流治理裝置，其特征在于它由用戶供電電壓治理單元和負載電流治理單元組成；所述用戶供電電壓治理單元由電壓互感器、標準電壓發(fā)生器、第一比較器、第一放大器、反向耦合變壓器組成；所述電壓互感器的初級與電網電壓(Uin)并聯，所述電壓互感器的次級接所述第一比較器的一個輸入端，所述標準電壓發(fā)生器的輸出端接所述第一比較器的另一個輸入端，所述第一比較器的輸出端經所述第一放大器接所述反向耦合變壓器的初級，所述反向耦合變壓器的次級與電網電壓(Uin)串聯；所述負載電流治理單元由電流互感器、第一電流/電壓轉換器、標準電流發(fā)生器、第二電流/電壓轉換器、第二比較器、固定放大器、第一耦合變壓器組成；所述電流互感器的初級與負載串聯，所述電流互感器的次級接第一電流/電壓轉換器的輸入端，所述第一電流/電壓轉換器的輸出端接所述第二比較器的一個輸入端，所述第一電流/電壓轉換器的輸出電壓為(Uy)；所述標準電流發(fā)生器的輸出端接所述第二電流/電壓轉換器的輸入端，所述第二電流/電壓轉換器的輸出電壓為(Ux)，所述第二電流/電壓轉換器的輸出端接所述第二比較器的另一個輸入端，所述第二比較器的輸出電壓為(Uxy)；所述第二比較器的輸出電壓(Uxy)與所述第二電流/電壓轉換器的輸出電壓(Ux)串聯后接所述固定放大器的輸入端，所述固定放大器的輸出端接所述第一耦合變壓器的初級，所述第一耦合變壓器的次級并聯在由所述負載與電流互感器的初級串聯組成的支路的兩端。
2.根據權利要求1所述的按電網要求和用戶需要進行治理的用戶供電電壓和負載電 流治理裝置，其特征在于所述用戶供電電壓治理單元的電壓互感器為(T1)；所述第一比 較器由運算放大器(IC1)、電阻(R1-R4)組成，運算放大器(IC1)的負向輸入端2腳經電 阻(R1)接電壓互感器(T1)次級的一端，電壓互感器(T1)次級的另一端接地，運算放大器 (IC1)的正向輸入端3腳經電阻(R2)接標準電壓發(fā)生器的輸出的標準電壓(Ub)的一端，標 準電壓(Ub)的另一端接地，電阻(R4)接在運算放大器(IC1)的3腳與地之間，電阻(R3)接 在運算放大器(IC1)的6腳與2腳之間；所述第一放大器由電壓放大器和第一功率放大器組成；所述電壓放大器由運算放大器 (IC2)、電阻(R5-R7)組成，運算放大器(IC2)的負向輸入端2腳經電阻(R5)接運算放大器 (IC1)的輸出端6腳，電阻R7接在運算放大器(IC2)的3腳與地之間，電阻(R6)接在運算 放大器(IC2)的6腳與2腳之間；所述第一功率放大器為由晶體管(Q1-Q2)、第二耦合變壓 器(T2)、電阻(R8-R10)組成的推挽放大器，第二耦合變壓器(T2)的初級接在運算放大器 (IC2)的輸出端6腳與地之間，第二耦合變壓器(T2)的次級分別接晶體管(Q1)和晶體管 (Q2)的基極，第二耦合變壓器(T2)次級的中心抽頭分別經電阻(R8)和電阻(R9)接VCCl 和地；晶體管(Q1)和晶體管(Q2)的發(fā)射極并聯后經電阻(R10)接地；晶體管(Q1)和晶體 管(Q2)的集電極分別接所述反向耦合變壓器(T3)的初級，所述反向耦合變壓器(T3)初級 的中心抽頭接VCCl。所述標準電壓發(fā)生器輸出的標準電壓(Ub)為下述中的任一種(1)所述標準電壓(Ub)的波形為正弦波；(2)所述標準電壓(Ub)的有效值為220V/A，其中A為所述電壓互感器(T1)的變比系數；(3)所述標準電壓(Ub)的有效值為用戶指定的電壓的1/A；(4)所述標準電壓(Ub)的有效值為220V/A，并且其波形為正弦波；(5)所述標準電壓(Ub)的有效值為220V/A，并且其波形為正弦波疊加一個諧波電壓。
3.根據權利要求2所述的按電網要求和用戶需要進行治理的用戶供電電壓和負載電 流治理裝置，其特征在于所述負載電流治理單元的電流互感器為(T4)，電流互感器(T4)的 初級(L1)與負載(Z)串聯；所述第一電流/電壓轉換器由電阻(R12)組成；電阻(R12)與 電流互感器(T4)的次級(L2)并聯后的一端接地，其另一端為E點；所述第二電流/電壓轉 換器由電阻(R11)組成；電阻(R11)與所述標準電流發(fā)生器(IBQ)并聯后的一端接地，其另 一端為D點；所述第二比較器由運算放大器(IC3)、電阻(R13-R16)組成；運算放大器(IC3)的正向 輸入端3腳經電阻(R14)接所述D點，運算放大器(IC3)的負向輸入端2腳經電阻(R13) 接所述E點，電阻(R15)接在運算放大器(IC3)的3腳與地之間，電阻(R16)接在運算放大 器(IC3)的6腳與2腳之間，運算放大器(IC3)的輸出電壓為Uxyi ；所述固定放大器由第一反相電壓放大器、第一移相器、第二反相電壓放大器、第二功率 放大器組成；第一反相電壓放大器的輸出端依次經第一移相器、第二反相電壓放大器接第 二功率放大器的輸入端，所述第二功率放大器的輸出端接所述第一耦合變壓器(T6)的初 級，第一耦合變壓器(T6)的初級的中心抽頭接VCCl ；所述第一反相電壓放大器由運算放大 器(IC6)、電阻(R23-R24)、電位器(RW1)組成；所述第二比較器的輸出電壓(Uxy)與所述 第二電流/電壓轉換器的輸出電壓(Ux)串聯后的支路的一端經電阻(R23)接運算放大器 (IC6)的負向輸入端2腳，所述支路的另一端接地；電阻(R24)接在運算放大器(IC6)的正 向輸入端3腳與地之間，電位器(RW1)接在運算放大器(IC6)的6腳與2腳之間；所述第 一移相器由運算放大器(IC7)、電阻(R25-R26)、電位器(RW2)、電容(C2)組成；運算放大器 (IC7)的負向輸入端2腳經電阻(R25)接運算放大器(IC6)的輸出端6腳，電容(C2)與電 位器(RW2)串聯后接在運算放大器(IC6)的輸出端6腳與地之間，電位器(RW2)的一端接 地，運算放大器(IC7)的正向輸入端3腳接電容(C2)與電位器(RW2)的節(jié)點；電阻(R26) 接在運算放大器(IC7)的6腳與2腳之間；所述第二反相電壓放大器由運算放大器(IC8)、 電阻(R27-R28)、電位器(RW3)組成；運算放大器(IC8)的負向輸入端2腳經電阻(R27)接 運算放大器(IC7)的輸出端6腳，電阻(R28)接在運算放大器(IC8)的正向輸入端3腳與 地之間，電位器(RW3)接在運算放大器(IC8)的6腳與2腳之間；所述第二功率放大器為由 晶體管(Q3-Q4)、第三耦合變壓器(T5)、電阻(R29-R31)組成的推挽放大器，第三耦合變壓 器(T5)的初級接在運算放大器(IC8)的輸出端6腳與地之間，第三耦合變壓器(T5)的次 級分別接晶體管(Q3)和晶體管(Q4)的基極，第三耦合變壓器(T5)次級的中心抽頭分別經 電阻(R29)和電阻(R30)接乂⑶和地；晶體管(Q3)和晶體管(Q4)的發(fā)射極并聯后經電阻 (R31)接地；晶體管(Q3)和晶體管(Q4)的集電極分別接所述第一耦合變壓器(T6)的初級， 所述第一耦合變壓器(T6)初級的中心抽頭接VCCl，所述第一耦合變壓器(T6)的次級與由 負載⑵和電流互感器(T4)的初級(L1)串聯后組成的支路并聯。
4.根據權利要求3所述的按電網要求和用戶需要進行治理的用戶供電電壓和負載電 流治理裝置，其特征在于在所述第二比較器中設有用于補償無功電流的第三反相電壓放大 器，所述第三反相電壓放大器由運算放大器(IC4)、電阻(R17-R19)組成；運算放大器(IC4) 的負向輸入端2腳經電阻(R17)接運算放大器(IC3)的輸出端6腳，電阻(R18)接在運算放大器(IC4)的正向輸入端3腳與地之間，電阻(R19)接在運算放大器(IC4)的6腳與2 腳之間；運算放大器(IC4)的輸出電壓為Uxy2。
5.根據權利要求4所述的按電網要求和用戶需要進行治理的用戶供電電壓和負載電 流治理裝置，其特征在于在所述第二比較器中還設有用于抑制諧波電流的第二移相器，所 述第二移相器由運算放大器(IC5)、電阻(R20-R21)、電位器RW4、電容(C1)組成；運算放大 器(IC5)的負向輸入端2腳經電阻(R20)接運算放大器(IC4)的輸出端6腳，電容(C1)與 電位器(RW4)串聯后接在運算放大器(IC4)的輸出端6腳與地之間，電位器(RW4)的一端 接地，電容(C1)與電位器(RW4)的節(jié)點接運算放大器(IC5)的正向輸入端3腳，電阻(R21) 接在運算放大器(IC5)的6腳與2腳之間；運算放大器(IC5)的輸出電壓為Uxy3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種按電網要求和用戶需要進行治理的用戶供電電壓和負載電流治理裝置，它由用戶供電電壓治理單元和負載電流治理單元組成；所述用戶供電電壓治理單元由電壓互感器、標準電壓發(fā)生器、第一比較器、第一放大器、反向耦合變壓器組成；所述負載電流治理單元由電流互感器、第一電流/電壓轉換器、標準電流發(fā)生器、第二電流/電壓轉換器、第二比較器、固定放大器、第一耦合變壓器組成。本發(fā)明的有益效果是具有綠色、環(huán)保、優(yōu)質、高效、快速等特點，經本裝置治理后的電壓和電流將使供電和用電的電能質量大大提高。
文檔編號H02J3/00GK101834441SQ20101018146
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權日2010年5月25日
發(fā)明者牛世斌 申請人:牛世斌