CN104218601B - 抗电压跌落补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗电压跌落补偿装置。根据本发明的抗电压跌落补偿装置包括：储能元件；整流电路，与储能元件相连接，用于将电网电压的交流电整流后传输给储能元件进行存储；逆变电路，与储能元件相连接，用于将储能元件的电能逆变成交流电输出供给负载使用。通过本发明，使得电网电压波动或者故障断电后，负载在一段时间内依然能够维持正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及抗电压跌落补偿技术领域，具体而言，涉及一种抗电压跌落补偿装置。
背景技术
电压跌落（周波跌落）主要是由于电网、电力设备故障或负荷突然出现大的变化引起的。这也成为目前电能质量问题中的一个重要课题。电压跌落可以引起气体放电灯熄灭，造成短时照明中断，是影响敏感用电设备安全稳定运行的主要因素之一。根据试验测试，持续时间超过5ms的短时断电，就可能引起钠灯、金卤灯等气体放电灯的熄灭，而其恢复正常照明的时间需要10分钟左右。为了提高钠灯等敏感负载的抗电压跌落特性，主要从电网侧和用户侧采用固态切换开关（SSTS）、动态电压恢复器（DVR）等定制电力设备进行电压补偿。
现有的抗电压跌落补偿装置主要从电网侧进行电压补偿，设备体积大、成本高。考虑到电源故障的检测判断时间及电源切换时的相位差，可能出现主电源故障断电而备用电源尚未供电，即当主电源故障断电而备用电源难以及时对电压跌落进行补偿，从而导致气体放电灯等敏感负载熄灭或者停止运行的情况，抗电压跌落补偿有待提高。
针对相关技术中抗电压跌落补偿装置难以及时对电压跌落进行补偿而导致敏感负载停止工作的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种抗电压跌落补偿装置，以解决现有技术中抗电压跌落补偿装置难以及时对电压跌落进行补偿而导致敏感负载停止工作的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种抗电压跌落补偿装置。
根据本发明的抗电压跌落补偿装置包括：储能元件；整流电路，与储能元件相连接，用于将电网电压的交流电整流后传输给储能元件进行存储；逆变电路，与储能元件相连接，用于将储能元件的电能逆变成交流电输出供给负载使用；微处理器控制电路，与整流电路和逆变电路相连接，用于提供控制信号；电压检测电路，与电网电压1和储能元件相连接，用于对电网电压以及储能元件的输出电压进行采样。
进一步地，储能元件为电解电容器。
进一步地，整流电路包括：第一二极管，第二二极管，第三二极管，第四二极管。第一二极管，第二二极管，第三二极管，第四二极管采用桥式整流结构相连接。其中第一二极管的阳极连接至电网电压的火线L，阴极连接至储能元件的正极；第二二极管的阳极连接至电网电压的零线N，阴极连接至储能元件的正极；第三二极管的阳极连接至储能元件的负极，阴极连接至电网电压的火线L，并与第一二极管的阳极相连接；以及第四二极管的阳极连接至储能元件的负极，阴极连接至电网电压的零线N，并与第二二极管的阳极相连接。
进一步地，逆变电路包括：第一IGBT管，第二IGBT管，第三IGBT管以及第四IGBT管，第一IGBT管，第二IGBT管，第三IGBT管以及第四IGBT管采用单相桥式结构。其中第一IGBT管的集电极与第一二极管的阴极相连接，发射极与第一二极管的阳极相连接，栅极与微处理器控制电路相连接；第二IGBT管的集电极与第二二极管的阴极相连接，发射极与第二二极管的阳极相连接，栅极与微处理器控制电路相连接；第三IGBT管的集电极与第三二极管的阴极相连接，发射极与第三二极管的阳极相连接，栅极与微处理器控制电路相连接；第四IGBT管的集电极与第四二极管的阴极相连接，发射极与第四二极管的阳极相连接，栅极与微处理器控制电路相连接。
进一步地，本发明的抗电压跌落补偿装置还包括：第一双向晶闸管，连接在负载与逆变电路之间，第一双向晶闸管的T2极与电网电压的零线N相连接，T1极与第二二极管的阳极以及第四二极管的阴极相连接，控制极与微处理器控制电路相连接；以及电感，与第一双向晶闸管并联。
进一步地，第二双向晶闸管，连接在负载与电网电压之间，第二双向晶闸管的T2极与电网电压的零线N相连接，T1极与负载相连接，控制极与微处理器控制电路相连接。
进一步地，微处理器控制电路包括基于DSP的数模混合结构的DSP微处理器。
进一步地，DSP微处理器包括：DSP电源，用于给微处理器提供电能；以及PWM输出单元，用于输出高频驱动信号。
进一步地，本发明的抗电压跌落补偿装置还包括：降压电路，与DSP电源连接，用于将电网电压以及储能元件的输出电压进行降压处理后提供给DSP电源。
通过本发明的抗电压跌落补偿装置，采用桥式整流结构将电网交流电转化为直流电存储在储能电容中；当电网电压波动或者突然断电时，将储能电容直流电通过逆变电路转化为交流电供给负载，电压检测电路对电网电压以及储能元件的输出电压进行采样，解决了现有技术中抗电压跌落补偿装置难以及时对电压跌落进行补偿的问题，从而达到了使得电网电压波动或者故障断电后，负载在一段时间内能够维持正常工作的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的抗电压跌落补偿装置结构示意图；
图2是根据本发明实施例的抗电压跌落补偿装置主电路示意图；以及
图3是根据本发明实施例的抗电压跌落补偿装置控制电路示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供了一种抗电压跌落补偿装置。该抗电压跌落补偿装置可以用于气体放电灯等的敏感负载的单个负载的补偿。本发明的实施例采用气体放电灯等灯具来进行详细说明。
图1是根据本发明实施例的抗电压跌落补偿装置结构示意图。如图1所示该抗电压跌落补偿装置主要包括储能元件3，整流电路2，逆变电路4以及微处理器控制电路5。整流电路2的直流侧与储能元件3相连接，用于将电网电压1整流成直流电后传输给储能元件3进行存储；逆变电路4的直流侧与储能元件3相连接，用于将储能元件3的直流电能逆变成交流电输出供给负载8使用；微处理器控制电路5与储能元件3以及逆变电路4相连接，用于提供控制信号来实现对电路的控制。图1中所示抗电压跌落补偿装置还包括开关6和开关7，图中所示1为电网电压，负载8为灯具负载。
如图1所示，电网电压1与整流电路2的输入端连接，当电网电压1正常时，整流电路2将电网电压1的交流电整流成直流电后存储在储能元件3中，负载8由电网电压1提供电能。当电网电压1出现波动或者断电时，微处理器控制电路5输出驱动控制信号导通逆变电路4，同时输出驱动控制信号控制开关7断开并导通开关6，储能元件3的直流电通过逆变电路转化成为交流电供给负载8使用。
优选地，本实施例中的灯具抗电压跌落补偿装置中的储能元件3为电解电容器，电解电容器的储电容量大使得在抗电压跌落补偿过程中能够向负载8提供持续时间足够长的电能，同时还可以在补偿装置中采用多支储能电容也即是采用电解电容器作为储能元件3。
该实施例中的灯具抗电压跌落补偿装置，由于采用了储能元件3，整流电路2，逆变器4以及微处理器控制电路5，使得在电网电压1跌落或者断电时由储能元件3上存储的电能及时供给负载8，从而达到了使得电网电压1波动或者故障断电后，灯具负载能够维持一段时间内不熄灭的效果。
图2是根据本发明实施例的抗电压跌落补偿装置主电路示意图。如图2所示，本实施例的抗电压跌落补偿装置主电路包括：电网电压1，第一双向晶闸管11，第二双向晶闸管9，电感10，整流电路2，逆变电路4，储能元件3和负载8。当电网电压1供电正常时，第一双向晶闸管9处于导通状态，由电网电压1直接给负载8供电，同时电网电压1的交流电通过整流电路2整流成为直流电存储在储能元件3中，其中整流电路由第一二极管16，第二二极管17，第三二极管18，第四二极管19采用桥式整流结构相连接而组成的。当电网电压1出现波动或者突然断电时，第二双向晶闸管11导通，储能元件3的直流电能通过逆变电路4转化成为交流电供给负载8使用，其中逆变电路4由第一IGBT管12，第二IGBT管13，第三IGBT管14以及第四IGBT管15采用单相桥式结构组成的。
如图2所示该抗电压跌落补偿装置的整流电路2采用桥式整流结构，包括：第一二极管16，第二二极管17，第三二极管18，第四二极管19。第一二极管16，第二二极管17，第三二极管18，第四二极管19采用桥式整流结构相连接。其中第一二极管16的阳极连接至电网电压1的火线L，阴极连接至储能元件3的正极；第二二极管17的阳极连接至电网电压1的零线N，阴极连接至储能元件3的正极；第三二极管18的阳极连接至储能元件3的负极，阴极连接至电网电压1的火线L，并与第一二极管16的阳极相连接；以及第四二极管19的阳极连接至储能元件3的负极，阴极连接至电网电压1的零线N，并与第二二极管17的阳极相连接。当电网电压1的电压正常时，电网电压1通过整流电路2将交流电转化为直流电给储能元件3进行存储。
如图2所示该抗电压跌落补偿装置的逆变电路4采用单相桥式结构，包括：第一IGBT管12，第二IGBT管13，第三IGBT管14以及第四IGBT管15。第一IGBT管12，第二IGBT管13，第三IGBT管14以及第四IGBT管15采用单相桥式结构，其中第一IGBT管12的集电极与第一二极管16的阴极相连接，发射极与第一二极管16的阳极相连接，栅极与微处理器控制电路5相连接；第二IGBT管13的集电极与第二二极管17的阴极相连接，发射极与第二二极管17的阳极相连接，栅极与微处理器控制电路5相连接；第三IGBT管14的集电极与第三二极管18的阴极相连接，发射极与第三二极管18的阳极相连接，栅极与微处理器控制电路5相连接；第四IGBT管15的集电极与第四二极管19的阴极相连接，发射极与第四二极管19的阳极相连接，栅极与微处理器控制电路5相连接。当电网电压1的电压降落至设置的阈值时，储能元件3的电能通过逆变电路4转化成交流电用于补偿电网电压1，供给灯具负载8使用。
优选地，开关6可选用第一双向晶闸管11，连接在所述负载8与逆变电路4之间，所述第一双向晶闸管11的T2极与所述交流电的零线N相连接，T1极与所述第二二极管17的阳极以及第四二极管19的阴极相连接，控制极与微处理器控制电路5相连接。当电网电压1出现波动或者突然断电时，第一双向晶闸管11接受微处理器控制电路5的驱动控制信号并导通，储能元件3向负载8提供电能。电感10与所述第一双向晶闸管11并联，当电网电压1正常时，整流电路通过电感10向储能元件3进行充电；当电网电压1出现波动或者突然断电时，第一双向晶闸管11导通，由于电感10具有阻交流的作用，储能元件3通过逆变电路4将直流电转化为交流电供给负载8使用。
优选地，开关7可选用第二双向晶闸管9，连接在所述负载8与所述电网电压1之间，所述第二双向晶闸管9的T2极与所述交流电的零线N相连接，T1极与所述负载8相连接，控制极与微处理器控制电路5相连接。用于当电网电压1出现突然断电时，第二双向晶闸管9接收微处理器控制电路5的驱动控制信号以切断电网电压1。由于双向晶闸管有所需控制功率低，能够控制大电流，且不存在出点抖动，动作速度快，关断时不会出现电弧等优点，因此避免了由于接通与断开电路电源时，电压的抖动变化和产生的电弧等干扰对负载8正常工作的影响。
图3是根据本发明实施例的抗电压跌落补偿装置控制电路示意图。如图3所示，本实施例的抗电压跌落补偿装置控制电路包括：电网电压1，整流电路2，储能元件3，降压电路24和微处理器控制电路5，其中微处理器控制电路5包括模拟数字转换器（ADC）单元20，DSP电源21，PWM输出单元22。ADC单元20用于采样电网电压和储能元件3的输出电压；DSP电源21用于提供DSP微处理器的电能，PWM输出单元22用于输出四路高频驱动信号至逆变电路4的第一IGBT管12，第二IGBT管13，第三IGBT管14和第四IGBT管15的栅极，输出两路通断信号至第一双向晶闸管11和第二双向晶闸管9的控制极。电网电压1和储能元件3用于向DSP电源21提供电能；整流电路2用于将电网电压1的交流电整流成直流电供给DSP电源21使用；降压电路24用于将储能元件3的电压和经过整流后的电网电压1降压后供给DSP电源21使用。
优选地，微处理器控制电路5可以采用基于DSP的数模混合结构的DSP微处理器，也即是该微处理器控制电路5为DSP控制电路。
上述微处理器控制电路5的微处理器包括:DSP电源21和PWM输出单元22。DSP电源用于给DSP微处理器提供电能，其中DSP电源由两部分提供，当电网电压1供电正常时，由电网电压1供电；当电网电压1出现波动或者突然断电，电网电压1被截断时，由储能元件3分压后供电。PWM输出单元22，用于输出高频驱动信号。PWM单元输出思路高频驱动信号至逆变电路4的第一IGBT管12、第二IGBT管13、第三IGBT管14以及第四IGBT管15的4支IGBT管的栅极，输出两路通断信号至第一双向晶闸管11和第二双向晶闸管9的控制极。
优选地，本发明的灯具抗电压跌落补偿装置还包括电压检测电路，该电压检测电路与电网电压1和储能元件3相连接，用于对电网电压1的电压以及储能元件3的输出电压进行采样。电压检测电路用DSP微处理器来实现，DSP微处理器内的模拟数字转换器ADC对电网电压1以及储能元件3的直流输出电压进行采样，采样的电网电压1用于与设定的阈值进行比较，用于投切判断（判断是向电网电压1投入部分电压，还是切断电网电压1完全使用储能元件3的输出电压）。所设定的阈值分为第一阈值和第二阈值，第一阈值和第二阈值是根据负载的自身的数据进行设置的，比如灯具在电压跌至额定电压的70%时会熄灭则该第一阈值则设定为额定电压的70%。当采样的电网电压1跌落至低于第一阈值并高于第二阈值时，第二双向晶闸管9仍处于导通状态，同时第一双向晶闸管11导通，储能元件3通过逆变电路4将直流电逆变成交流电，用于补偿电网电压跌落的部分，供给负载8使用；当电网电压1跌落至小于第二阈值时，第二双向晶闸管9断开，电网电压1被切断，第一双向晶闸管11导通，储能元件3通过逆变电路4将直流电逆变成交流电，供给负载8使用。采样的直流电压用于输出电压的有效值控制。
优选地，本发明的灯具抗电压跌落补偿装置还包括：降压电路24与DSP电源连接，用于将交流电网电压1以及储能元件3的输出电压进行降压处理后提供给DSP电源。保证了DSP微处理器在额定的输入电压下正常工作。
在本实施例中，采用负载为一个400W的金卤灯进行实验。根据试验该灯具在电网电压跌到额定电压的70%时灯具会熄灭，故该实例中设定电压切换的阈值电压为额定电压的70%时进行切换，即电网电压小于154V时进行投切，设灯具最高允许输入电压为额定电压的120%，即220*1.2=264V，如果设置当电网断电后装置能够维持100ms（这个时间也是电网后备电源二次投切所需要的时间），则储能电容值可计算。在实际应用中，一般电容值高于计算值，留有一定的余量。
采用瑞士TESEQ（特测）NSG3040综合测试仪进行实验，该测试仪可模拟电压跌落发生装置，跌落幅值4档可调（0%，40%，70%，80%），以一个400W金卤灯为例进行实验，在不接补偿装置情况下，电网断电5ms内灯具熄灭。当补偿装置中采用四支储能电容时，电网断电至0，灯可以维持2s不灭。
当电网电压断电至0时，灯具能够保持2秒不灭；当电网电压断电至0时，4秒后灯具熄灭；当电网电压断电至40%时，灯具持续10秒不灭；当电网电压断电至70%时灯具持续10秒不灭；当电网电压跌落至80%时，灯具持续10秒不灭。
从以上的描述中，可以看出，本发明由于采用了储能元件3，整流电路2，逆变器4以及微处理器控制电路5，使得在电网电压1跌落或者断电时由储能元件3上存储的电能及时供给负载8，从而达到了使得电网电压1波动或者故障断电后，灯具负载能够维持一段时间内不熄灭的效果。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种抗电压跌落补偿装置，其特征在于，包括：
储能元件(3)；
整流电路(2)，与所述储能元件(3)相连接，用于将电网电压(1)的交流电整流后传输给所述储能元件(3)进行存储；
逆变电路(4)，与所述储能元件(3)相连接，用于将所述储能元件(3)的电能逆变成交流电输出给负载(8)；
微处理器控制电路(5)，与所述整流电路(2)和所述逆变电路(4)相连接，用于提供控制信号，其中，所述微处理器控制电路(5)包括数模混合结构的DSP微处理器；
电压检测电路，与所述电网电压(1)和所述储能元件(3)相连接，用于对所述电网电压(1)和所述储能元件(3)的输出电压进行采样；
其中，所述整流电路(2)包括：
第一二极管(16)，第二二极管(17)，第三二极管(18)，第四二极管(19)，所述第一二极管(16)，所述第二二极管(17)，所述第三二极管(18)，所述第四二极管(19)采用桥式整流结构相连接，其中，所述第一二极管(16)的阳极连接至所述电网电压(1)的火线(L)，阴极连接至所述储能元件(3)的正极，所述第二二极管(17)的阳极连接至所述电网电压(1)的零线(N)，阴极连接至所述储能元件(3)的正极，所述第三二极管(18)的阳极连接至所述储能元件(3)的负极，阴极连接至所述电网电压(1)的火线(L)，并与所述第一二极管(16)的阳极相连接，所述第四二极管(19)的阳极连接至所述储能元件(3)的负极，阴极连接至所述电网电压(1)的零线(N)，并与所述第二二极管(16)的阳极相连接；
第一双向晶闸管(11)，连接在所述负载(8)与所述逆变电路(4)之间，所述第一双向晶闸管(11)的T2极与所述电网电压(1)的零线(N)相连接，T1极与所述第二二极管(17)的阳极和所述第四二极管(19)的阴极相连接，控制极与所述微处理器控制电路(5)相连接；
电感(10)，与所述第一双向晶闸管(11)并联；以及
第二双向晶闸管(9)，连接在所述负载(8)与所述电网电压(1)之间，所述第二双向晶闸管(9)的T2极与所述电网电压(1)的零线(N)相连接，T1极与所述负载(8)相连接，控制极与所述微处理器控制电路(5)相连接。
2.根据权利要求1所述的抗电压跌落补偿装置，其特征在于，所述储能元件(3)为电解电容器。
3.根据权利要求1所述的抗电压跌落补偿装置，其特征在于，所述逆变电路(4)包括：
第一IGBT管(12)，第二IGBT管(13)，第三IGBT管(14)以及第四IGBT管(15)，所述第一IGBT管(12)，所述第二IGBT管(13)，所述第三IGBT管(14)以及所述第四IGBT管(15)采用单相桥式结构，
其中：
所述第一IGBT管(12)的集电极与所述第一二极管(16)的阴极相连接，发射极与所述第一二极管(16)的阳极相连接，栅极与所述微处理器控制电路(5)相连接；
所述第二IGBT管(13)的集电极与所述第二二极管(17)的阴极相连接，发射极与所述第二二极管(17)的阳极相连接，栅极与所述微处理器控制电路(5)相连接；
所述第三IGBT管(14)的集电极与所述第三二极管(18)的阴极相连接，发射极与所述第三二极管(18)的阳极相连接，栅极与所述微处理器控制电路(5)相连接；
所述第四IGBT管(15)的集电极与所述第四二极管(19)的阴极相连接，发射极与所述第四二极管(19)的阳极相连接，栅极与所述微处理器控制电路(5)相连接。
4.根据权利要求1所述的抗电压跌落补偿装置，其特征在于，所述DSP微处理器包括：
DSP电源(21)，用于给所述DSP微处理器提供电能；以及PWM输出单元(22)，用于输出高频驱动信号。
5.根据权利要求4所述的抗电压跌落补偿装置，其特征在于，还包括：
降压电路(24)，与所述DSP电源(21)连接，用于将所述电网电压(1)和所述储能元件(3)的输出电压进行降压处理后提供给所述DSP电源(21)。
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