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三相电网平衡器

  这种三相电网平衡器包括负载平衡及无功功率补偿的功能,其原理是在三相电网中并入三路能量反馈型电子负载,借助电子负载的可变负载及无功补偿功能使接入电网的等效负载为纯阻性负载并达到平衡。比如某单相负载为轻载并入电子负载后可使其等效负载变小,而重载的一相由电子负载提供电能实现辅助电源的功能,在此过程中电子负载“消耗”的电能和提供的电能是相当的电路保持平衡。再比如某相为感性负载并入的电子负载设置成容性并且实现谐振,那么这一相等效结果就为纯阻性负载。

 很多工程师并不关心三相电网是否平衡,这个是国家电网的问题。其实这个不单是电网节能的问题,如果电网质量提高了没有三相不平衡的问题那么在设计开关电源的时候就不用考虑宽输入范围的情况每个电源都能降低很多成本,另外要实现三相电网平衡这个功能需要具备功率因数校准、并网逆变、整流逆变瞬间切换等一些功能,如果能实现三相平衡器那么AC-DC、DC-AC变换就易如反掌了。

 能量反馈型电子负载主功率拓扑是一个三相逆变电路,逆变器反向使用就是整流器(AC-DC)区别就在于控制信号不同。电路中还包括三路电流补偿模块和三路PWM发生器,原理图及接入电网方式如下:

                              图1 三相电网平衡器及入网方式

首先分别从三相电网采样电压信号经PID处理得到一个参考电流信号(三相同峰值)再用此信号减去对应相负载上的电流信号那么就得到逆变器所要补偿的电流信号,这个信号可正可负其影响就是要实现逆变还是整流。

                              图2 电流补偿模块

电流补偿模块后面接PWM发生器,此发生器与逆变桥组合能实现电流放大器的功能即逆变器中的电流为补偿电流的n倍,这个模块很像工作于负反馈的运算放大器当I平衡器的电流(逆变电路中的电流信号)与I补偿电流发生偏差时PWM信号自动调制以使I平衡器电流始终跟随I补偿电流。

                            图3 PWM发生器

按图1的方式接入三路负载,a相感性负载:电感L=20m 电阻Ra=20欧姆

                                      b相容性负载:电容C=30u 电阻Rb=40欧姆

                                      c相整流桥负载:电容C=30u 电阻Rc=60欧姆

单相电压峰值300V频率200Hz,仿真结果如下:

                           图4 a相感性负载电流滞后于电压

                           图5 b相容性负载电流超前于电压

                            图6 c相整流桥负载电流有突变

                           图7 补偿后的电源电压电流波形及PWM信号

  如图7经过电子负载的补偿作用三路负载等效为纯阻性负载且电流峰值相同实现了三相电网的平衡。(c相有电流尖峰,对于突变的负载目前还处理的不好)

三相电网等效于一个三相大电机,实现三相并网也就能实现三相纯正弦波电机控制,同时逆变整流的瞬间切换可以实现电子刹车能量回收功能(根据刹车力度实现的线性电子刹车)

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