[发明专利]用于补偿电网干扰和电网电压扰动的功率电子电路

说明书

本发明涉及功率电子电路领域。它是一种用于补偿供电网的电网干扰和电网电压扰动的功率电子电路，包括：

a)一个供电变流器，它经一个供电变压器与供电网相连，该变流器由一个第一辅助电源提供第一辅助电压U1，并且在出现电网干扰和电网电压扰动时，向供电网提供补偿电压，

b)一个滤波器，它在电网侧与供电变压器并联连接。

这种电路也被称为动态电压恢复器(DVR)，为补偿电网电压扰动和电网干扰，以串连方式向受到干扰的供电网提供一个外部电压。这种方式可使负载只有不明显的变动或干扰。为此目的，供电变流器必须有高动态反应，所以要求变流器的功率半导体开关器件要有很高的开关频率。同样也要求电网至供电变压器之间连接的滤波器应尽量地小。在公知的中、小功率系统中，可使用IGBT器件和相应较低的级间电路耦连电压。当以所要求的开关频率运行时，这种配置中的典型器件导通损失是主要的，也没有其他措施可降低总损耗。在较高的功率下，一方面越来越难以使用IGBT器件，另一方面必须提高级间耦连电路电压，使得继续对出现的电流保持良好的控制。普通的GTO(闸门电路断开)器件的缺点是，其开关速度不够快。一般而言，硅半导体开关器件在较高的电压负载下会呈现较高的开关损耗。这不仅适用于IGBT器件，也适用于GTO器件。现代的硬特性控制GCT(门换向闸流晶体管)和IGBT器件相比，具有较低的导通损耗。就导通损耗和开关损耗的关系而言，对于大功率用途更多地表现在开关损耗这方面，特别是使用GCT器件时更是如此。

本发明的任务是提供一种可补偿电网干扰和电网电压扰动的电路，它可经济地用于大功率场合。特别是在工作中可维持低的开关损耗，并且提高系统的总效率和半导体器件的承载能力。该任务的解决方案体现在独立权利要求的特征部分中。

本发明的核心是，设置一个第二辅助电源，并选择其电压低于第一辅助电源的电压。第二辅助电源可通过一个开关与供电变流器相耦连。所以本发明所述电路可以有两种不同的工作状态：如果将第一辅助电源耦连到供电变流器上，则可提供足够大的电压，从而补偿电网的欠压或过压。当强度较小时，将电压较低的第二辅助电源耦连到供电变流器上，使电网干扰无需较大的开关损耗即可得到补偿。所述电路工作在调节方式下，供电变流器的半导体开关器件的开关损失可以保持在一个可以承受的水平上，典型的方式是低于导通损耗。通过发出节拍，特别是在调节方式下使开关进入脉冲持续时间调制，可实现影响电压的另一种方法。

相应的从属权利要求给出了其他有利的实施方案。

下面对照附图所示实施例，对本发明做进一步的说明。

图1表示本发明的一个实施例。

图中所使用的标记及其含义集中列在标记一览表中。图中的相同元件原则上使用相同的标记。

本发明的实施方式

图1表示本发明的一个优选实施例。标号1表示一个三相供电网。本发明所述电路向电网提供一个外部电压，用于补偿短暂的电网电压扰动或补偿电网干扰，所以在负载13上只会出现不明显的波动或干扰。为此目的，所述电路包括一个供电变流器2，它经一个供电变压器3与电网1耦连。所述供电变流器2特别包括两个半波变流器，它们分别构成三相电路，并且由带有反并联二极管的断路闸流晶体管构成。所述断路闸流晶体管最好是具有硬控制特性的GT0或GCT(门换向闸流晶体管)。所述供电变流器2由一个第一辅助电源4供电。此外还设置有第二辅助电源6。所述辅助电源4和6分别例如由一个电容构成，该电容由整流器8供电。所述整流器8的电源或者来自电网1，从而使辅助电源4和6的电容在正常运行中充电，或者由一个辅助电网10供电，该电网可在长时间电网故障时向负载13持续供电。为在电网1和辅助电网10之间切换，设置有一个转换开关电路12。为实现电压匹配，整流器8之前可设置一个变压器11。两个辅助电源4和6可以有选择地通过转换开关电路7与供电变流器2耦连。所述转换开关电路7如图所示由两个串连的带有反并联二极管的断路闸流晶体管组成。第二辅助电源的电压U2特别应选择成低于第一辅助电源的电压U1。

所述电路的功能如下所述：

在正常情况下，供电变流器2不发出节拍。在这种情况下，与第一和第二辅助电源4和6连接的断路闸流晶体管的负极导通。它构成一个经供电变压器3的端子形成的短路，所以电网电压不受影响地加在负载13上。