CN209281210U - 一种谐波无功模拟发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其是一种谐波无功模拟发生装置，三相电源的输入端依次连接断路器、快速熔断器、三相电动调压器、电流互感器，电流互感器的输出端并联有三相整流桥、双向晶闸管、电容投切接触器，其中三相整流桥依次连接储能滤波电容、MOSFET电路板、磁粉芯电抗器、功率电阻，双向晶闸管连接并联电抗器，电容投切接触器连接三相并联电力电容器，所述液晶触摸屏与控制板连接，控制板与MOSFET电路板、双向晶闸管、电容投切接触器连接；所述电流互感器二次侧与控制板内部的电流采样模块串联。本实用新型所得到的一种谐波无功模拟发生装置，能够产生2‑50次谐波电流，可设置动态或者固定输出感性和容性无功电流。

Description

一种谐波无功模拟发生装置

技术领域

本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其是一种谐波无功模拟发生装置。

背景技术

随着现代工业的飞速发展，对电力的需求日益扩大，用户端大量非线性负荷的应用正成为电能质量污染甚至恶化的重要因素。从低压小容量家用电器的集群应用，到高压大容量的工业交直流变换装置中存在的各种静止变流器等，都是电质量的污染源。各种静止变流器是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形的畸变。大型电弧设备，如电弧熔炉，弧焊设备等，也成为重要的冲击源和谐波源。电力***谐波严重影响了电能的质量，对电力***的安全、经济运行造成极大的影响。为了提高电能的质量，常用的方法是采用有源电力滤波器( 英文：Active power filter，缩写：APF)抑制或消除电网的谐波。传统谐波源发生装置一般采用大功率二极管整流后经滤波后接阻容负载产生17次以下次数的谐波，损耗比较大，不能动态调节谐波输出电流，谐波产生次数不能达到50次。

现有谐波源发生装置一般采用大功率三相整流桥整流后经滤波后接阻容负载产生19次以下次数的谐波或者采用大功率晶闸管整流后接电阻负载，这些谐波源只能模拟典型的三相变频器谐波或者晶闸管整流谐波，同时损耗非常大，造价比较高，只能按设定的电流值输出，不能在运行过程中自动动态调节谐波电流输出大小，谐波产生次数一般为常见的5次、7次、11次、13次、19次谐波源达不到相关行业标准规定的2-50次，装置一般产生感性无功电流。

因此有必要开发一种谐波无功模拟发生装置，能够产生2-50次谐波电流，可设置动态或者固定输出感性和容性无功电流，损耗低造价低，可模拟多种典型负载设备，如：变频器等三相设备，LED照明，计算机等单相设备，电弧炉，电焊，电加热等晶闸管整流设备。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种谐波无功模拟发生装置，能够产生2-50次谐波电流，可设置动态或者固定输出感性和容性无功电流。

为了达到上述目的，本实用新型所设计的一种谐波无功模拟发生装置，包括柜体，在柜体内设置有断路器、快速熔断器、三相电动调压器、电流互感器、三相整流桥、储能滤波电容、MOSFET电路板、磁粉芯电抗器、功率电阻、双向晶闸管、并联电抗器、电容投切接触器、三相并联电力电容器、控制板、液晶触摸屏；三相电源的输入端依次连接断路器、快速熔断器、三相电动调压器、电流互感器，电流互感器的输出端并联有三相整流桥、双向晶闸管、电容投切接触器，其中三相整流桥依次连接储能滤波电容、MOSFET电路板、磁粉芯电抗器、功率电阻，双向晶闸管连接并联电抗器，电容投切接触器连接三相并联电力电容器，所述液晶触摸屏与控制板连接，控制板与MOSFET电路板、双向晶闸管、电容投切接触器连接；所述电流互感器二次侧与控制板内部的电流采样模块串联。

所述控制板包括处理器、三相电压采样模块、三相电流采样模块、晶闸管脉冲触发电路、MOSFET驱动电路，控制板通过RS485通信电缆与液晶触摸屏连接。

控制板的处理器DSP+ARM+FPGA通过A/D同步采集电流互感器0-5A和三相电压信号后，采用瞬时无功和DFT算法计算出***发出的无功电流、谐波电流；控制板根据设置的工作模式、当模拟容性负载时，需要容性无功电流，DSP+ARM+FPGA控制电容器投入、MOSFET板逆变产生容性无功电流；当模拟感性谐波负载时，DSP+ARM+FPGA控制晶闸管的触发角动态调节电抗器的电流，MOSFET电路板逆变产生感性无功电流和2-50次谐波电流。

进一步的技术方案在于：所述磁粉芯电抗器为合金磁粉芯，内有封闭式均匀分布气隙，拥有许多优异的磁特性、频率范围宽、感值线性度高、响应速度快、低电阻、低磁滞和低涡流损耗，使MOSFET板逆变的谐波电流次数更高。

进一步的技术方案在于：所述控制板内晶闸管触发电路为光电隔离式过零检测电路及脉冲隔离触发电路。

本实用新型所得到的一种谐波无功模拟发生装置，具有以下优点：

1.装置采用DSP+ARM+FPGA控制板以100KHz的频率控制MOSFET开关感值高线性度、宽范围的磁粉芯电抗器，使装置可输出2-100次谐波电流。

2.装置利用MOSFET电路板逆变产生的2-100次谐波电流、容性无功电流，感性无功电流，晶闸管整流产生的感性无功电流，电容器产生的容性无功电流，可模拟多种类似的设备产生的谐波电流，感性无功电流、容性无功电流。

3.电流采样一般为0-5A,控制装置输出0-5A负载电流到被测设备或装置，利用MOSFET电路板逆变和LC谐振放大谐波电流，避免一次回路产生几百安培的谐波电流，感性无功电流，容性无功电流，有功电流，减少损耗，降低生产成本。

附图说明

图1为本实用新型的电气原理框架图。

图2为本实用新型的控制板的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本实用新型作进一步的描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例描述的一种谐波无功模拟发生装置，包括柜体，在柜体内设置有断路器1、快速熔断器2、三相电动调压器3、电流互感器4、三相整流桥6、储能滤波电容7、MOSFET电路板8、磁粉芯电抗器9、功率电阻10、双向晶闸管11、并联电抗器12、电容投切接触器15、三相并联电力电容器16、控制板13、液晶触摸屏14；三相电源的输入端依次连接断路器1、快速熔断器2、三相电动调压器3、电流互感器4，电流互感器4的输出端并联有三相整流桥6、双向晶闸管11、电容投切接触器15，其中三相整流桥6依次连接储能滤波电容7、MOSFET电路板8、磁粉芯电抗器9、功率电阻10，双向晶闸管11连接并联电抗器12，电容投切接触器15连接三相并联电力电容器16，所述液晶触摸屏14与控制板13连接，控制板13与MOSFET电路板8、双向晶闸管11、电容投切接触器15连接；所述电流互感器4二次侧与控制板13内部的电流采样模块串联。

如图2所示，所述控制板13包括处理器（DSP+ARM+FPGA）、三相电压采样模块、三相电流采样模块、晶闸管脉冲触发电路、MOSFET驱动电路，控制板13通过RS485通信电缆与液晶触摸屏14连接。

所述液晶触摸屏14设置本装置的工作模式后启动运行，将信息传给控制板13，控制板13的处理器采用DSP+FPGA+ARM 作为控制核心。控制板13根据负载模型选择MOSFET电路板8、晶闸管、电容器中一种或者组合模式，然后再通过电流互感器4检测到装置产生的负载电流，可快速完成三相电压、电流、频率信号采集，利用DFT( 离散傅立叶基数变换)和瞬时无功理论，精确检测计算出装置输出的各次谐波电流大小，无功电流大小，再与液晶触摸屏14设定的各次谐波电流、无功电流比较，控制电动调压器输出电压，进而控制负载输入端电压，控制晶闸管，控制MOSFET电路板8，控制电容投切专用接触器投切电容，形成双闭环控制。

如图1和图2所示，所述装置输入电源经电动调压器降压后，供给三相整流桥6，整流后输出脉动电压，储能滤波电容7滤波减少电压波动，形成MOSFET电路板8所需的直流电压源，控制板13采用SVPWM算法，来控制MOSFET以100KHz的开关频率，控制磁粉芯电抗器9和功率电阻10的电流，从而控制输出2-100次谐波电流、容性无功电流，感性无功电流；

如图1和图2所示，所述装置模拟晶闸管整流时，控制板13根据设定的信息，输出触发脉冲来控制晶闸管的导通角大小，根据触发角度的不同，模拟晶闸管整流装置不同工作状态的无功功率及谐波状况；

所述装置采用电容器作为负载时，可提供***容性无功电流，也可以利用LC谐振放大原理，放大晶闸管整流和MOSFET电路板8逆变产生的谐波电流，降低线损耗。

Claims (3)

1.一种谐波无功模拟发生装置，包括柜体，其特征是：在柜体内设置有断路器、快速熔断器、三相电动调压器、电流互感器、三相整流桥、储能滤波电容、MOSFET电路板、磁粉芯电抗器、功率电阻、双向晶闸管、并联电抗器、电容投切接触器、三相并联电力电容器、控制板、液晶触摸屏；三相电源的输入端依次连接断路器、快速熔断器、三相电动调压器、电流互感器，电流互感器的输出端并联有三相整流桥、双向晶闸管、电容投切接触器，其中三相整流桥依次连接储能滤波电容、MOSFET电路板、磁粉芯电抗器、功率电阻，双向晶闸管连接并联电抗器，电容投切接触器连接三相并联电力电容器，所述液晶触摸屏与控制板连接，控制板与MOSFET电路板、双向晶闸管、电容投切接触器连接；所述电流互感器二次侧与控制板内部的电流采样模块串联。

2.根据权利要求1所述的一种谐波无功模拟发生装置，其特征是：所述控制板包括处理器、三相电压采样模块、三相电流采样模块、晶闸管脉冲触发电路、MOSFET驱动电路，控制板通过RS485通信电缆与液晶触摸屏连接。

3.根据权利要求2所述的一种谐波无功模拟发生装置，其特征是：所述控制板内晶闸管触发电路为光电隔离式过零检测电路及脉冲隔离触发电路。