智能型消諧裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種智能型消諧裝置，即使在電網(wǎng)失電和外部控制器失效情況下，也能完成消諧功能保證電源及負(fù)載安全。該智能型消諧裝置將感性負(fù)載(例如電機(jī)類負(fù)載)和容性補(bǔ)償功率因數(shù)裝置(例如負(fù)載側(cè)的補(bǔ)償功率因數(shù)用電容組)的諧振視作交流源，通過將該交流源經(jīng)過可控整流、直流側(cè)短接的方式進(jìn)行諧振能量的快速泄放，從而保證負(fù)載及供電電源的安全性。
【專利說明】智能型消諧裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于半導(dǎo)體功率器件設(shè)計(jì)的智能消諧裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)領(lǐng)域中存在大量感性負(fù)載，為提高負(fù)載功率因數(shù)降低對(duì)電源的容量要求通常使用容性負(fù)載對(duì)其進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償，然而供電電源停機(jī)后感性負(fù)載和補(bǔ)償功率因數(shù)的容性裝置極易發(fā)生自由諧振產(chǎn)生極高電壓破壞負(fù)載及電源設(shè)備。
[0003]針對(duì)以上問題，中國專利ZL201220557735( —種智能型消諧器)、ZL201120205412(消諧裝置)、ZL200810011439.9 (數(shù)字式自動(dòng)消諧裝置)分別提出了各自的解決方案，但這些裝置都無法在控制電源失電或者微處理器失效條件下依然進(jìn)行負(fù)載供電線路的可靠消諧，且電路復(fù)雜，難以保證在失電條件下負(fù)載及供電電源的安全。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供一種智能型消諧裝置，即使在電網(wǎng)失電和外部控制器失效情況下，也能完成消諧功能保證電源及負(fù)載安全。
[0005]本發(fā)明提出的基本解決方案如下:
[0006]一種智能型消諧裝置，主要由智能控制器和執(zhí)行器組成；所述執(zhí)行器采用主要由晶閘管和二極管組成的可控整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，負(fù)載供電線路的每一相分別引出短接至可控整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中相應(yīng)的交流側(cè)；所述智能控制器包括控制電源電路、信號(hào)綜合處理電路、外部控制接口電路、電壓傳感器、以及晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，其中，外部控制接口電路用以實(shí)現(xiàn)外部控制器與所述信號(hào)綜合處理電路之間的控制和反饋信號(hào)的傳輸，信號(hào)綜合處理電路通過晶閘管驅(qū)動(dòng)電路輸出晶閘管驅(qū)動(dòng)信號(hào)；電壓傳感器在負(fù)載供電線路與可控整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的短接線路上取電，電壓傳感器的輸出并聯(lián)接入晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，使得在諧振時(shí)電壓傳感器輸出的直流電壓信號(hào)獨(dú)立地通過晶閘管驅(qū)動(dòng)電路為晶閘管提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0007]該電壓傳感器與信號(hào)綜合處理電路之間沒有信號(hào)傳輸，而直接作用于驅(qū)動(dòng)電路形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，因此規(guī)避了因外部控制器失效、信號(hào)處理電路失效而導(dǎo)致未能有效消諧的問題。當(dāng)負(fù)載回路發(fā)生自由諧振時(shí)，可直接觸發(fā)進(jìn)行消諧，不依賴與外控制器、信號(hào)處理電路。電壓傳感器完成負(fù)載供電線路的電壓采樣的目的在于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載供電線路電壓，當(dāng)諧振過壓時(shí)可直接輸出直流信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)晶閘管進(jìn)行消諧。
[0008]基于以上基本方案，本發(fā)明還進(jìn)一步就具體電路結(jié)構(gòu)作如下優(yōu)化限定:
[0009]對(duì)于晶閘管驅(qū)動(dòng)電路:受外部控制器指令消諧時(shí)晶閘管驅(qū)動(dòng)電流經(jīng)由驅(qū)動(dòng)供電電壓源、二極管、驅(qū)動(dòng)電阻注入晶閘管，最后通過場(chǎng)效應(yīng)管形成回路，控制信號(hào)作用于光電耦合器初級(jí)，次級(jí)通過分壓電阻R2上的電壓控制場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。這樣，在負(fù)載回路諧振過壓，無論此時(shí)控制器工作狀態(tài)如何，均可通過電壓傳感器直接作用于驅(qū)動(dòng)電阻導(dǎo)通晶閘管進(jìn)行消諧。
[0010]可以采用三極管替代上述場(chǎng)效應(yīng)管。
[0011]外部控制接口電路采用光纖接口電路和/或電平接口電路。
[0012]可控整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于三相的負(fù)載供電線路，包括相互并聯(lián)的三路整流組件和一路電感，其中每一路整流組件為串聯(lián)的晶閘管和_■極管，負(fù)載供電線路的每一相分別引出短接至對(duì)應(yīng)一路整流組件中晶閘管與二極管之間。
[0013]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]可通過外部控制器發(fā)出控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)消諧功能，也可在外部控制器失效的條件下通過自身的電壓傳感器當(dāng)檢測(cè)到負(fù)載供電線路上發(fā)生諧振時(shí)自動(dòng)進(jìn)行消諧。
[0015]執(zhí)行器具有短時(shí)的大電流承受能力不僅可以保證消諧功能的快速性，有效地保證負(fù)載及電源安全，而且通過拓?fù)湓O(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，提高了消諧的快速性。
[0016]智能控制器在完成半導(dǎo)體功率器件的驅(qū)動(dòng)功能外設(shè)計(jì)了光纖接口電路和電平接口電路，通過光纖接口電路保證消諧控制信號(hào)的抗干擾性和快速性，電平接口電路降低了對(duì)外部對(duì)接裝置的接口要求。
[0017]該裝置可廣泛應(yīng)用于感性負(fù)載的供電線路或供電電源中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為智能型消諧裝置示意圖。
[0019]圖2為智能控制器功能示意圖。
[0020]圖3為智能控制器驅(qū)動(dòng)電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面根據(jù)實(shí)例詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理。
[0022]如附圖1所示，智能型消諧裝置主要由兩部分組成:智能控制器和執(zhí)行器。本發(fā)明的基本工作原理:將感性負(fù)載(例如電機(jī)類負(fù)載)和容性補(bǔ)償功率因數(shù)裝置(例如負(fù)載側(cè)的補(bǔ)償功率因數(shù)用電容組)的諧振視作交流源，通過將該交流源經(jīng)過可控整流、直流側(cè)短接的方式進(jìn)行諧振能量的快速泄放，從而保證負(fù)載及供電電源的安全性。
[0023]如圖1，設(shè)計(jì)了執(zhí)行器中晶閘管和二極管的拓?fù)潢P(guān)系。通過晶閘管可控性實(shí)現(xiàn)了可控消諧的目的，且晶閘管可承受電流巨大，尤其是短時(shí)內(nèi)可承受電流甚至可達(dá)額定電流的20倍。執(zhí)行器通過可控整流、直流側(cè)短接方式進(jìn)行消諧動(dòng)作，利用晶閘管和二極管的快速性保證了消諧動(dòng)作的時(shí)效性，避免了接觸器類消諧裝置直接短接三相供電線路的延時(shí)較大問題，保證了消諧的快速性，有效保證了負(fù)載和供電設(shè)備的安全。
[0024]在晶閘管和二極管選型方面，可通過理論計(jì)算或計(jì)算機(jī)仿真得到消諧時(shí)的電流值，基于此電流值可以進(jìn)行晶閘管和二極管模塊的選型，供電線路上的電壓值直接決定了晶閘管和二極管的耐壓值，供電的頻率直接決定了是否需要選用快速晶閘管。
[0025]智能控制器中的電壓傳感器不需要輔助供電，不僅可實(shí)現(xiàn)負(fù)載供電線路的實(shí)時(shí)電壓監(jiān)測(cè)而且在負(fù)載供電線路上發(fā)生諧振時(shí)能夠?yàn)榫чl管提供驅(qū)動(dòng)能量，實(shí)現(xiàn)了在市電失電、UPS失電和控制電源失電的條件下仍可自動(dòng)進(jìn)行消諧的功能，且該電壓傳感器在消諧裝置內(nèi)部的執(zhí)行器與負(fù)載供電線路的短接線路上取電，避免了過多的接線。如圖1所示，智能型消諧裝置與負(fù)載供電線路只有3個(gè)連接點(diǎn)，即圖中所示1、2、3連接點(diǎn)。
[0026]如附圖3所示，本發(fā)明還優(yōu)化設(shè)計(jì)了晶閘管驅(qū)動(dòng)電路:包括驅(qū)動(dòng)供電電壓源、二極管、場(chǎng)效應(yīng)管、光電耦合器、驅(qū)動(dòng)電阻、分壓電阻Rl和分壓電阻R2，其中，驅(qū)動(dòng)供電電壓源依次正向接二極管、驅(qū)動(dòng)電阻、場(chǎng)效應(yīng)管后接地，驅(qū)動(dòng)電阻產(chǎn)生分壓提供晶閘管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；分壓電阻Rl和分壓電阻R2串聯(lián)接地且整體與驅(qū)動(dòng)電阻和場(chǎng)效應(yīng)管并聯(lián)、也與電壓傳感器的輸出并聯(lián)，場(chǎng)效應(yīng)管的柵極依次經(jīng)分壓電阻Rl與分壓電阻R2之間的分壓節(jié)點(diǎn)、光電耦合器的輸出側(cè)一端接地；所述光電I禹合器的輸出側(cè)為集電極開路形式，光電I禹合器的輸入側(cè)接信號(hào)綜合處理電路的輸出使能。
[0027]在供電設(shè)備正常供電時(shí)，信號(hào)綜合處理電路使能信號(hào)E通過光耦拉低MOSFET上的柵極電壓使其工作在截止區(qū)，因此晶閘管G、K極間無電流流過，晶閘管不工作，即不進(jìn)行消諧處理。
[0028]當(dāng)信號(hào)綜合處理電路使能信號(hào)E拉高時(shí)，驅(qū)動(dòng)供電電壓源在R2上產(chǎn)生的分壓高于MOSFET開啟門限值，MOSFET導(dǎo)通，則晶閘管接通實(shí)現(xiàn)消諧功能。
[0029]當(dāng)負(fù)載供電線路發(fā)生諧振產(chǎn)生高壓時(shí)(無論此時(shí)信號(hào)綜合處理電路和驅(qū)動(dòng)供電電壓源等是否故障、失效)，電壓傳感器輸出的直流電壓信號(hào)直接導(dǎo)致在MOSFET的基極上R2上電壓升高超過MOSFET開啟門限值后，MOSFET導(dǎo)通進(jìn)而使得晶閘管導(dǎo)通進(jìn)行消諧功能。當(dāng)然，為了使電壓傳感器在此時(shí)起到作用，要求在信號(hào)綜合處理電路發(fā)生故障、失效時(shí)，使能信號(hào)E為高阻態(tài)。
[0030]晶閘管驅(qū)動(dòng)電路中，VDl 二極管可保證在電壓傳感器輸出直流電壓較低(負(fù)載供電線路未發(fā)生諧振)時(shí)，作用在Rl和R2兩端的電壓和為驅(qū)動(dòng)供電電壓源輸出電壓減去其正向壓降，通過Rl和R2的分壓保證光耦PHTl截止時(shí)可正常接通MOSFET進(jìn)而接通晶閘管；而外電路發(fā)生諧振時(shí)電壓傳感器輸出電壓升聞，迫使R2上分壓升聞直接導(dǎo)致MOSFET開通進(jìn)而晶閘管接通進(jìn)行消諧，此時(shí)VDl截止保證了驅(qū)動(dòng)供電電壓源的安全。
[0031]通過以上執(zhí)行器和智能控制器的設(shè)計(jì)，即使在智能控制器失效條件下，仍可通過電壓傳感器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器中的晶閘管進(jìn)行消諧，保證了消諧功能的可靠性。
[0032]智能控制器在晶閘管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)行光纖接口電路設(shè)計(jì)和電平接口電路設(shè)計(jì)。光纖接口電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了外部控制器對(duì)消諧功能的控制，且保證了控制信號(hào)抗干擾性和快速性；而電平接口電路的設(shè)計(jì)同樣可實(shí)現(xiàn)對(duì)消諧功能的控制，在保證快速性的基礎(chǔ)上，降低了對(duì)外部裝置的接口電路要求。外部控制器可通過圖2中所示智能控制器中的光纖接口電路或電平接口電路對(duì)智能型消諧裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)外部控制器發(fā)出消諧命令后，觸發(fā)光纖接口電路或電平接口電路并通過信號(hào)綜合處理電路作用于晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，最終驅(qū)動(dòng)圖1中執(zhí)行器進(jìn)行消諧。
[0033]控制器的信號(hào)含義設(shè)計(jì)中，可設(shè)計(jì)消諧控制信號(hào)為光纖點(diǎn)亮而消諧反饋信號(hào)為光纖熄滅，有效提高了信號(hào)的正確性和可靠性；而電平接口電路可設(shè)計(jì)消諧控制信號(hào)為高電平而反饋信號(hào)為低電平，能夠有效提高信號(hào)的正確性。并可針對(duì)外部控制器不同需要對(duì)控制信號(hào)的接口電路信號(hào)進(jìn)行屏蔽。
【權(quán)利要求】
1.一種智能型消諧裝置，主要由智能控制器和執(zhí)行器組成；其特征在于: 所述執(zhí)行器采用主要由晶閘管和二極管組成的可控整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，負(fù)載供電線路的每一相分別引出短接至可控整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中相應(yīng)的交流側(cè)； 所述智能控制器包括控制電源電路、信號(hào)綜合處理電路、外部控制接口電路、電壓傳感器、以及晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，其中，外部控制接口電路用以實(shí)現(xiàn)外部控制器與所述信號(hào)綜合處理電路之間的控制和反饋信號(hào)的傳輸，信號(hào)綜合處理電路通過晶閘管驅(qū)動(dòng)電路輸出晶閘管驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 電壓傳感器在負(fù)載供電線路與可控整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的短接線路上取電，電壓傳感器的輸出并聯(lián)接入晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，使得在諧振時(shí)電壓傳感器輸出的直流電壓信號(hào)獨(dú)立地通過晶閘管驅(qū)動(dòng)電路為晶閘管提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型消諧裝置，其特征在于:受外部控制器指令消諧時(shí)晶閘管驅(qū)動(dòng)電流經(jīng)由驅(qū)動(dòng)供電電壓源、二極管、驅(qū)動(dòng)電阻注入晶閘管，最后通過場(chǎng)效應(yīng)管形成回路，控制信號(hào)作用于光電耦合器初級(jí)，次級(jí)通過分壓電阻以上的電壓控制場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能型消諧裝置，其特征在于:采用三極管替代所述場(chǎng)效應(yīng)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型消諧裝置，其特征在于:所述外部控制接口電路采用光纖接口電路和/或電平接口電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型消諧裝置，其特征在于:所述可控整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于三相的負(fù)載供電線路，包括相互并聯(lián)的三路整流組件和一路電感，其中每一路整流組件為串聯(lián)的晶閘管和二極管，負(fù)載供電線路的每一相分別引出短接至對(duì)應(yīng)一路整流組件中晶閘管與二極管之間。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK104466962SQ201410619481
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】闞嘯 申請(qǐng)人:西安百溪電子信息技術(shù)有限公司