[发明专利]一种三相不平衡负载功率因数校正及系统电流平衡设备

说明书

技术领域

本发明涉及汽车制造行业专用的电网功率因数校正与三相电流平衡设备，具体的说是一种用于汽车制造行业三相不平衡负载功率因数校正及系统电流平衡设备。

背景技术

近些年，中国经济发展迅速，汽车消费势头强劲，所以汽车制造行业获得了很大发展，兴起了众多汽车制造厂。汽车制造过程分为冲压、焊装、喷涂、总装等工艺流程。在冲压流程中大型冲压机在提升降落过程中电流波动巨大且存在功率回馈过程，导致无功功率存在很大波动，若无快速跟踪的无功支撑，会引起电压的大幅度闪变，从而影响生产质量。焊装车间中的点焊机安装于相间，因为各个相间安装的点焊机功率等级不同且工作在不同时段，所以工作过程中三相电流大小与相位均有很大不同，造成三相不平衡问题；同时点焊机工作为断续冲击型负载，工作过程连续时间多在0.1-1秒，在此过程中电流很大，无功需求很大，若此时段中容性无功支持不足，会引起系统电压严重跌落，从而影响点焊机的焊机温度，导致焊接质量下降，出现残次品。喷涂车间的打磨、电泳、淋洗设备均有较大无功需求且三相不平衡严重。包括总装车间在内的所有生产过程中均存在大量变频器驱动操作机构，这些变频大多为6脉波或12脉波整流桥，功率因数低。

综合以上事实，汽车制造行业中所需要的功率因数校正设备与其它普通工业现场或民用配电场合相比存在诸多特殊要求，尤其是无功功率需求的快速度跟踪以及相间负载引起的三相电流不平衡，与普通配电场合存在本质机理上的区别。经过多年的发展以及技术沿化，市场上存在多种无功补偿及三相不平衡治理的设备，从技术先进程度与解决现场问题的实用性方面讲，晶闸管投切的电容电抗以及有源的动态无功补偿设备凸现出了其优越性，但也存在其固有的缺点；其中晶闸管投切电容电抗器成本较低但传统的操作方式下其投切速度特别是投入时的速度很慢，均大于0.02秒，尤其是在波动型无功需求时根本无法跟踪；而有源的动态无功补偿装置由于采用了快速的IGBT电力电子开关，所以跟踪速度很快，对波动型负载的跟踪很快，但是电力电子开关的故障率与成本均较高，且运行过程中噪音很大，电力电子开关的通断过程会给电网带来高次谐波，同时单机容量不能做得太大（通常最大500kVA），因此虽然技术上存在优势但应用仍受诸多限制。

如图1所示，传统三相三线晶闸管投切电容器补偿设备虽然电容器也呈三角形接法接于电网相间，这种接法仅仅是出于安全考虑，不能实现分相电容投切。图2中的传统三相三线有源无功补偿装置为三相桥式电路，其可以快速跟踪负载变化，但因为电路结构的固有特点，使之对相间不平衡效果治理效果较差。而针对三相不平衡负载，业界开发了图3中所示的三相四线晶闸管投切电容器补偿设备与图4所示的三相四线有源无功补偿装置，这两种设备均是通过电网的相与中线之间接入电容或发生与补偿相中所需的反向无功电流来完成无功补偿及三相平衡工作，这两种设备在包括很多单相负载的民用配电场合比较适用，在汽车制造行业，动力网中没有中性线，即使可以接成些种接线方式，现场需要接中性线，会给中性线间带来很大三次谐波电流，虽然从三相间测量有补偿效果，但从三相四线系统整体来看并未完成三相平衡与功率因数校正功能。

通过以上分析，可以看出传统装置无法彻底解决汽车制造行业中的电能质量问题，有必要发明一种成本低廉，性能可靠，适用于汽车制造行业的的功率因数校正及三相电流平衡装置。

发明内容

本发明提供了一种针对于汽车制造行业专用的电网功率因数校正与三相电流平衡设备，用于汽车制造行业中的相间负载，尤其是点焊机的所造成电能质量问题。本发明为应用于汽车制造行业用于平衡三相电流及快速度跟踪负载无功变化并进行补偿的装置，专门针对汽车制造业中的引起三相电流不平衡的相间负载以及工作电流频繁变化的装置。