[发明专利]高效电力应用的开关技术

说明书

技术领域

本发明通常涉及动态地改变负载阻抗，并且涉及校正交流输电线 (supply line)的电压与电流之间的相位角。

尤其是，本发明涉及利用高频开关方法来连接附加的电抗性负载， 从而校正交流输电线的电压与电流之间的相位角。

背景技术

向远程负载输送交流电，通常采用提供一种交流波形，在该波形中 电流与电压同相以便得到最大功率传输。然而，这并不是常见的情况，由 住宅和商业负载提供的载荷通常向电力线(power line)提供一种电抗性(代 表性地为电感的)且非线性的负载，结果造成电压与电流的相位差，一般 表示为角度差θ(在下文中被称作“相位角”)。还可能有高的谐波含量和 额外的电压尖峰(spike)，两者都影响着所连接的设备。

由于这个非零相位角供电，导致对于相同瓦特数需要更高的电流， 所以非零相位角或非1功率因数(cosθ)迫使使用具有更大电流容量的输 电线，这要提供更多的成本。为了有助于校正非零相位角，电力公司一般 借助于诸如同步调相器，提供在电网上各配送点处的功率因数校正。尽管 如此，在每个用户处的负载仍旧通常呈现为电感性负载，其没有被完全地 补偿，结果造成非1的功率因数、配电系统和用户房屋端的功率使用的效 率降低。许多电力提供商将其收费基于在零相位角处所使用的电能部分， 或者处罚大于某个数值例如0.9的功率因数，试图鼓励用户提高效率。

现已提出了各种提供用户房屋端校正的方法，例如跨接用户线浮动 的电容器组。这种电容器一般基于所期望的负载或主要的功率因数来选 择，且通常是不变的。此外，实现这些方法的成本昂贵，并且不一定提供 稳定为1的功率因数。

因此，需要一种针对如下问题的解决方案，即提供由功率因数不为1 的交流电源产生功率因数为1的交流电源波形的相对廉价且高效的方法。

本发明提供针对这个和其它问题的解决方案，其提供优于现有技术 的优点，或者将至少向公众提供一种有用的选择方案。

开关技术的工作原理

此处的术语“阻抗匹配”，意味着使得电力线上的非线性负载在电源 看来好像是纯电阻的线性负载。

通过动态地合成跨接用户负载的RC网络(其实际上主要是非线性 的)，能够提供功率因数校正。开关网络对负载建模并且将负载作为线性 元件提供给电源。这样减少了涡电流和I²R损失，进而得到高效的功率转 换和能量节约。

假定有一个交流电压源：

V＝V_mSin2πft    (1)

其中V_m是峰值电压，f是电源频率。流经固定电阻器R的负载的相 应交流电流由下式给出：

i=VmRSin2πft---(2)]]>

如果按周期T来切换固定电阻器R，那么负载被综合成不同的电阻 器R’，其数值取决于如下方式的占空比。在电阻器被接入(switch into)电 路达时间T_on的情况下，电阻器R综合成电阻器R’，表达为：

R/=(Ton+ToffTon)R---(3)]]>