新型無功發(fā)生器中光耦合器電路參數(shù)的選擇

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

1、前言

　　隨著電力電子技術的發(fā)展，電力電子裝置在通過對電網(wǎng)電能進行二次變換，提高用電效率的同時，也向電力系統(tǒng)注入了大量的諧波源，引起系統(tǒng)功率因數(shù)下降。因此，無功補償和諧波抑制問題已成為近年來的研究熱點。同時，新型無功發(fā)生器本身也是半導體變流裝置，其輸出的電壓、電流的諧波總畸變率也應滿足電力系統(tǒng)對諧波的要求。近年來的研究成果大多采用多重化、多電平技術來抑制諧波，這樣勢必會帶來裝置結(jié)構(gòu)復雜，控制難度大，造價高等問題。本文提出將SPWM控制技術運用其中，達到消除諧波，特別是低次諧波的目的。為此，設計制作了一臺小型試樣機，并得到可喜結(jié)果。

　　2、新型無功發(fā)生器的拓撲結(jié)構(gòu)及工作特性

　　2.1、拓撲結(jié)構(gòu)

　　靜止無功發(fā)生器（Static Var Generator，簡稱SVG）的電路結(jié)構(gòu)分為電壓型和電流型橋式電路。對于電壓型電路，需串聯(lián)電抗器或變壓器才能并入電網(wǎng)；對于電流型電路，需在交流側(cè)并聯(lián)電容器以吸收換相產(chǎn)生的過電壓。其中電壓型電路運行效率較高。

　　2.2、工作特性

　　由于正常工作時就像電壓型逆變器，只不過交流側(cè)接的不是無源負載，而是電網(wǎng)。SVG可以等效的被視為幅值和相位均可以控制的一個與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源，假設為U1.對于理想的SVG，可以通過改變U1的幅值來實現(xiàn)與交流系統(tǒng)交換無功功率。對于實際的SVG，考慮到電路的損耗，電源電壓與U1之間存在相角差δ，改變這個相角差δ和U1的幅值，SVG從電網(wǎng)吸收的無功功率也就因此得到調(diào)節(jié)。

　　3、系統(tǒng)構(gòu)成

　　控制電路主要由移相電路（CD4046， CD4040）、正弦波發(fā)生電路（D/A轉(zhuǎn)換DAC0832，多路開關CD4053B）、三角波發(fā)生電路等組成。主電路包括逆變電路（IGBT）、整流電路（二極管）、儲能設備（C，直流電容器）和連接設備（L，電感）。

　　其中主電路和控制電路需要采取隔離措施，通常采用隔離變壓器或光電耦合。由于新型無功發(fā)生器本身的特點采用光電耦合比較合適。由于PWM波是由正弦波和三角波比較得到的，而三角波的頻率是通過工頻正弦波經(jīng)256倍頻得到的。因此，PWM波的頻率很高，必須采取適當措施，且需經(jīng)三極管放大才能驅(qū)動光耦工作，從而驅(qū)動主電路元件IGBT.

　　光電耦合器件中信號傳輸基于輸入端發(fā)光二極管通過的電流而發(fā)光，由光信號的強弱決定光電三極管的工作狀態(tài)。當輸入信號高電平時，發(fā)光二極管流過的電流很小，接近于截止狀態(tài)，工作于發(fā)光二極管的死區(qū)，不發(fā)光，光電三極管中無光電流，處于截止狀態(tài)。當輸入信號下跳變時，發(fā)光二極管導通，并產(chǎn)生光信號，由于光電三極管對射入光的響應有一定的延遲，因此輸出端不可能立即產(chǎn)生下跳信號，而出現(xiàn)下降沿的延遲。這種延遲受發(fā)光二極管限流電阻和負載電阻的影響。當輸入信號低電平時，發(fā)光二極管導通，導通電流的大小由輸入電壓值、二極管特性和發(fā)光二極管限流電阻決定，在電路中管子和輸入信號值一定后，與限流電阻有關，電阻越小，電流越大，發(fā)光越強。光電三極管中產(chǎn)生的光電流也越大，進入飽和狀態(tài)的可能也越大。當輸入信號上跳變時，同樣由于光電三極管的延遲效應，不能馬上截止。產(chǎn)生了上升沿的延遲，三極管的飽和深度及輸出負載對電荷的泄漏程度也會影響上升沿的延遲。因此輸入端的限流電阻和負載電阻對光耦的工作有很大的影響，而且還要在光電三極管的基極加一個放電電阻，這個電阻對光耦的工作也有影響。如果這些參數(shù)選的不合適，會使光耦無法工作，發(fā)光二極管的工作電流達不到工作電流。

　　為了觀察電阻的影響，作了以下測試，輸入為12kHz，占空比為50%的方波信號。測試時，為了方便，固定R1=82Ω，R2=1kΩ。改變直流電壓，即相當于改變電阻。這樣做也是為了找出合適的驅(qū)動電流。

　　固定I2=12mA，R3=7.5kΩ，改變VC1的值，測試結(jié)果如表1所示。其中R2為負載電阻，R1為限流電阻，Tr為上升時間，Tf為下降時間。

　　為避免在觸發(fā)過程中同一橋臂上下兩管直通，在電路上需加延時，而光耦器件本身如上表也有延時，這些延時不能大于IGBT在電路中的實際的導通和關斷時間。基于以上考慮選R1=82Ω，R2=1kΩ，R3=7.5kΩ，發(fā)光二極管的工作電流達到25mA，實驗結(jié)果證明參數(shù)選擇正確。