CN117914159A - 一种交流调压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交流调压装置，包括输入端Ui1、Ui2，用于接入交流电网电压；串联连接的上端电容及下端电容，其两个端点分别与输入端Ui1、Ui2连接，用于稳定输入电压；分别与上端电容并联的上桥臂和与下端电容并联的下桥臂，用于实现输入、输出之间的电压电流变换和电能双向流动；跨接有RC缓冲电路的输出端Uo1、Uo2，分别与上桥臂、下桥臂连接；用于吸收过电压的吸收模块，其分别与上桥臂和下桥臂之间的中点、输入端Ui2连接；用于泄放过电压的放电模块，与吸收模块连接；本发明可实现对交流供电的直接稳压，显著降低线路复杂程度及装置成本，有效稳定电网供电电压，具备响应速度快、成本低、可靠性高、维护方便以及效率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于电网供电***交流调压技术领域，具体涉及一种交流调压装置。
背景技术
随着人们生活水平的提高和家用电器的普及，特别是住宅用户的用电量逐年大幅增长，然而厂矿单位、住宅小区、商店等配电线路更新改造速度相对滞后，导致线路末端电压远低于允许范围，同时电压波动很大，电网普遍频繁出现过负荷现象，会对电器设备造成巨大危害。同时，由于新增电气负荷大量采用电动机、压缩机等旋转设备和电力电子装置，对无功功率需求很大，并产生大量高次谐波电流，因而导致低压线路损耗显著增大，整个电网的功率因数低，供电电压波动很大。
解决上述低电压及电压波动大的问题的常用技术方案是，在配电网上，直接加装供电电压稳定装置，为低压电网加装电压自动调节装置，可实时自动调节供电电压，使其稳定于标准值，可向用电设备直接提供无功，提高配电网实际输电容量；提高供电变压器运行安全性；大幅度改善由于高压线路雷击、瞬间短路、过负荷等原因造成的电压闪变等异常情况，保护用电设备的安全。
例如，中国专利CN204360256U公开了一种无触点交流稳压器，其采用多绕组变压器及多路晶闸管切换开关来实现稳压功能。但是现有的该技术为有级调压，同时为实现级差不至于过大，需要很多路晶闸管切换开关，电路复杂，成本高，同时由于晶闸管开关切换速度慢，最快仅为10mS，对于电网的快速电压波动无能为力。尤其是，当其调节输出电压在高位时，如果电网电压发生快速跃升，其输出电压则会因为响应速度慢而产生过电压，危害用电设备安全。
为解决上述问题，开发一种交流调压装置很有必要。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种响应速度快、成本低、可靠性高、维护方便、效率高的交流调压装置。
本发明的目的是这样实现的：一种交流调压装置，包括：
连接电网的输入端Ui1、Ui2，用于接入交流电网电压；
上端电容及下端电容，所述上端电容与所述下端电容串联连接，其两个端点分别与所述输入端Ui1、Ui2连接，用于滤除电网电压电流高频成份，稳定输入电压；
上桥臂，其与所述上端电容并联连接，用于实现输入、输出之间的电压电流变换，并实现电能双向流动；
下桥臂，其与所述下端电容并联连接，用于实现输入、输出之间的电压电流变换，并实现电能双向流动；
输出端Uo1、Uo2，其分别与所述上桥臂、所述下桥臂连接，作为本装置的电压输出端口，所述输出端Uo1、Uo2之间跨接有RC缓冲电路，用于消除尖峰电压；
吸收模块，其分别与所述上桥臂和所述下桥臂之间的中点、所述输入端Ui2连接，用于吸收本装置电路工作过程中产生的过电压；
放电模块，其与所述吸收模块连接，用于泄放所述吸收模块中存储的电量。
优选的，还包括：
输入电感，串联在所述输入端Ui1，用于滤除电网电流的高频成分；
输出电感，串联在本装置的输出端Uo1，用于滤除输出电压、电流的高频成分。
优选的，所述上桥臂和所述下桥臂的中点分别作为本装置的两个输出端Uo1、Uo2，或者经过所述输出电感输出。
优选的，所述上桥臂包括正向串联连接的第一上管及第一下管，所述下桥臂包括正向串联连接的第二上管及第二下管，分别形成两个由半导体开关器件组成的桥臂，所述上桥臂的两个端点与所述上端电容并联连接，所述下桥臂的两个端点与所述下端电容并联连接。
优选的，所述第一上管、所述第一下管、所述第二上管及所述第二下管所采用半导体开关器件为逆导型IGBT、MOSFET、IGCT功率半导体中的一种。
优选的，所述吸收模块包括二极管及一端与所述二极管阴极连接的电容器，所述电容器的另一端与所述输入端Ui2连接，所述二极管的阳极与所述上桥臂和所述下桥臂之间的中点连接；当本装置电路产生过电压时，电流会经过所述二极管对所述电容器充电，从而达到吸收过电压的目的。
优选的，所述放电模块包括半导体开关器件与放电电阻串联的电路，所述串联电路的两端分别与所述吸收模块中的电容器两端连接，当电容器两端电压超过预设值时，开通半导体开关器件，使电容器存储的电能通过所述放电电阻放电，从而使电容电压维持在一个设定范围。
优选的，所述RC缓冲电路包括串联连接的缓冲电阻和缓冲电容，其两端分别与所述输出端Uo1、Uo2连接。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明采用上桥臂与下桥臂，其与上端电容和下端电容分别进行并联，同时在输出端设置RC缓冲电路，可通过调节上桥臂、下桥臂开关器件PWM占空比，控制Uo1、Uo2输出总电压，从而达到一个预设的电压值，实现交流供电的直接稳压、并双向传输，相比已经有技术，显著降低了线路复杂程度及装置成本，可有效稳定电网供电电压，其具有响应速度快，成本低，可靠性高，维护方便、效率高；本发明采用吸收模块与放电模块，可吸收电路工作过程产生的过电压并及时泄放，进一步有效保证供电电压传输的稳定可靠性。
附图说明
图1是本发明的一种实施方式的电气结构示意图。
图2是本发明的另一种实现方式的电气结构示意图。
图3是本发明的吸收模块的电气原理示意图。
实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。
如图1所示，本发明提供了一种实施方式的交流调压装置，其包括：连接电网的输入端Ui1、Ui2，用于接入交流电网电压。
其包括：上端电容3及下端电容4，所述上端电容3与所述下端电容4串联连接，其两个端点分别与所述输入端Ui1、Ui2连接，用于滤除电网电压电流高频成份，稳定输入电压。
其包括：上桥臂1，其与所述上端电容3并联连接，用于实现输入、输出之间的电压电流变换，并实现电能双向流动；以及下桥臂2，其与所述下端电容4并联连接，用于实现输入、输出之间的电压电流变换，并实现电能双向流动；通过上桥臂1及下桥臂2对所并联的电容两端电压进行pwm调制，在输出端Uo1、Uo2输出一个可控的电压，从而达到调压的目的；若将Uo1、Uo2作为输入，而Ui1、Ui2作为输出，则可实现电能的反向传输。
其包括：输出端Uo1、Uo2，其分别与所述上桥臂1、所述下桥臂2连接，作为本装置的电压输出端口，所述输出端Uo1、Uo2之间跨接有RC缓冲电路，用于消除尖锋电压。
其包括：吸收模块5，其分别与所述上桥臂1和所述下桥臂2之间的中点、所述输入端Ui2连接，用于吸收本装置电路工作过程中产生的过电压；以及放电模块6，其与所述吸收模块5连接，用于泄放所述吸收模块5中存储的电量。
所述上桥臂1和所述下桥臂2的中点分别作为本装置的两个输出端Uo1、Uo2，或者经过所述输出电感14输出。
所述上桥臂1包括正向串联连接的第一上管7及第一下管8，所述下桥臂2包括正向串联连接的第二上管9及第二下管10，分别形成两个由半导体开关器件组成的桥臂，所述上桥臂1的两个端点与所述上端电容3并联连接，所述下桥臂2的两个端点与所述下端电容4并联连接。
所述第一上管7、所述第一下管8、所述第二上管9及所述第二下管10所采用半导体开关器件为逆导型IGBT、MOSFET、IGCT功率半导体中的一种。
具体的，如图3所示，所述吸收模块5包括二极管15及一端与所述二极管15阴极连接的电容器16，所述电容器16的另一端与所述输入端Ui2连接，所述二极管15的阳极与所述上桥臂1和所述下桥臂2之间的中点连接；当本装置电路产生过电压时，电流会经过所述二极管15对所述电容器16充电，从而达到吸收过电压的目的。
所述放电模块6包括半导体开关器件与放电电阻串联的电路，所述串联电路的两端分别与所述吸收模块5中的电容器16两端连接，当电容器16两端电压超过预设值时，开通半导体开关器件，使电容器16存储的电能通过所述放电电阻放电，从而使电容电压维持在一个设定范围。
所述RC缓冲电路包括串联连接的缓冲电阻11和缓冲电容12，其两端分别与所述输出端Uo1、Uo2连接，用于消除尖峰电压。
本实施例中，通过上管及下管协调进行PWM调制，可实现交流调压的功能及能量双向传递的功能；通过RC电容，可实现尖峰电压的消除；通过吸收模块与放电模块，可实现过电压的消除；可见，相比已经有技术，本发明显著降低了线路复杂程度及装置成本，可有效稳定电网供电电压，其具有响应速度快、成本低、可靠性高、维护方便、效率高的优点。
如图2所示，本发明提供了另一种实施方式的交流调压装置，还包括：一个输入电感13，串联在所述输入端Ui1，用于滤除电网电流的高频成分；一个输出电感14，串联在本装置的输出端Uo1，用于滤除输出电压、电流的高频成分。
本实施例中，通过在输入端与输出端进一步设置电感，可以进一步滤除输出电压、电流的高频成份，提高了电路的稳定性及安全性。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种交流调压装置，其特征在于，包括：
连接电网的输入端（Ui1、Ui2），用于接入交流电网电压；
上端电容（3）及下端电容（4），所述上端电容（3）与所述下端电容（4）串联连接，其两个端点分别与所述输入端（Ui1、Ui2）连接，用于滤除电网电压电流高频成份，稳定输入电压；
上桥臂（1），其与所述上端电容（3）并联连接，用于实现输入、输出之间的电压电流变换，并实现电能双向流动；
下桥臂（2），其与所述下端电容（4）并联连接，用于实现输入、输出之间的电压电流变换，并实现电能双向流动；
输出端（Uo1、Uo2），其分别与所述上桥臂（1）、所述下桥臂（2）连接，作为本装置的电压输出端口，所述输出端（Uo1、Uo2）之间跨接有RC缓冲电路，用于消除尖峰电压；
吸收模块（5），其分别与所述上桥臂（1）和所述下桥臂（2）之间的中点、所述输入端（Ui2）连接，用于吸收本装置电路工作过程中产生的过电压；
放电模块（6），其与所述吸收模块（5）连接，用于泄放所述吸收模块（5）中存储的电量。
2.根据权利要求1所述的交流调压装置，其特征在于，还包括：
输入电感（13），串联在所述输入端（Ui1），用于滤除电网电流的高频成分；
输出电感（14），串联在本装置的输出端（Uo1），用于滤除输出电压、电流的高频成分。
3.根据权利要求2所述的交流调压装置，其特征在于：所述上桥臂（1）和所述下桥臂（2）的中点分别作为本装置的两个输出端（Uo1、Uo2），或者经过所述输出电感（14）输出。
4.根据权利要求1所述的交流调压装置，其特征在于：所述上桥臂（1）包括正向串联连接的第一上管（7）及第一下管（8），所述下桥臂（2）包括正向串联连接的第二上管（9）及第二下管（10），分别形成两个由半导体开关器件组成的桥臂，所述上桥臂（1）的两个端点与所述上端电容（3）并联连接，所述下桥臂（2）的两个端点与所述下端电容（4）并联连接。
5.根据权利要求4所述的交流调压装置，其特征在于：所述第一上管（7）、所述第一下管（8）、所述第二上管（9）及所述第二下管（10）所采用半导体开关器件为逆导型IGBT、MOSFET、IGCT功率半导体中的一种。
6.根据权利要求1所述的交流调压装置，其特征在于：所述吸收模块（5）包括二极管（15）及一端与所述二极管（15）阴极连接的电容器（16），所述电容器（16）的另一端与所述输入端（Ui2）连接，所述二极管（15）的阳极与所述上桥臂（1）和所述下桥臂（2）之间的中点连接；当本装置电路产生过电压时，电流会经过所述二极管（15）对所述电容器（16）充电，从而达到吸收过电压的目的。
7.根据权利要求6所述的交流调压装置，其特征在于：所述放电模块（6）包括半导体开关器件与放电电阻串联的电路，所述串联电路的两端分别与所述吸收模块（5）中的电容器（16）两端连接，当电容器（16）两端电压超过预设值时，开通半导体开关器件，使电容器（16）存储的电能通过所述放电电阻放电，从而使电容电压维持在一个设定范围。
8.根据权利要求1所述的交流调压装置，其特征在于：所述RC缓冲电路包括串联连接的缓冲电阻（11）和缓冲电容（12），其两端分别与所述输出端（Uo1、Uo2）连接。
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