新型無(wú)功發(fā)生器中光耦合器電路參數(shù)的選擇

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1、前言

　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子裝置在通過(guò)對(duì)電網(wǎng)電能進(jìn)行二次變換，提高用電效率的同時(shí)，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(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制問(wèn)題已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。同時(shí)，新型無(wú)功發(fā)生器本身也是半導(dǎo)體變流裝置，其輸出的電壓、電流的諧波總畸變率也應(yīng)滿足電力系統(tǒng)對(duì)諧波的要求。近年來(lái)的研究成果大多采用多重化、多電平技術(shù)來(lái)抑制諧波，這樣勢(shì)必會(huì)帶來(lái)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大，造價(jià)高等問(wèn)題。本文提出將SPWM控制技術(shù)運(yùn)用其中，達(dá)到消除諧波，特別是低次諧波的目的。為此，設(shè)計(jì)制作了一臺(tái)小型試樣機(jī)，并得到可喜結(jié)果。

　　2、新型無(wú)功發(fā)生器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作特性

　　2.1、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　靜止無(wú)功發(fā)生器（Static Var Generator，簡(jiǎn)稱SVG）的電路結(jié)構(gòu)分為電壓型和電流型橋式電路。對(duì)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(duì)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(guò)電壓。其中電壓型電路運(yùn)行效率較高。

　　2.2、工作特性

　　由于正常工作時(shí)就像電壓型逆變器，只不過(guò)交流側(cè)接的不是無(wú)源負(fù)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(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源，假設(shè)為U1.對(duì)于理想的SVG，可以通過(guò)改變U1的幅值來(lái)實(shí)現(xiàn)與交流系統(tǒng)交換無(wú)功功率。對(duì)于實(shí)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(gè)相角差δ和U1的幅值，SVG從電網(wǎng)吸收的無(wú)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(kāi)關(guān)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(chǔ)能設(shè)備（C，直流電容器）和連接設(shè)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(wú)功發(fā)生器本身的特點(diǎn)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(guò)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(dāng)措施，且需經(jīng)三極管放大才能驅(qū)動(dòng)光耦工作，從而驅(qū)動(dòng)主電路元件IGBT.

　　光電耦合器件中信號(hào)傳輸基于輸入端發(fā)光二極管通過(guò)的電流而發(fā)光，由光信號(hào)的強(qiáng)弱決定光電三極管的工作狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)高電平時(shí)，發(fā)光二極管流過(guò)的電流很小，接近于截止?fàn)顟B(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(wú)光電流，處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)下跳變時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通，并產(chǎn)生光信號(hào)，由于光電三極管對(duì)射入光的響應(yīng)有一定的延遲，因此輸出端不可能立即產(chǎn)生下跳信號(hào)，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(fù)載電阻的影響。當(dāng)輸入信號(hào)低電平時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通，導(dǎo)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(hào)值一定后，與限流電阻有關(guān)，電阻越小，電流越大，發(fā)光越強(qiáng)。光電三極管中產(chǎn)生的光電流也越大，進(jìn)入飽和狀態(tài)的可能也越大。當(dāng)輸入信號(hào)上跳變時(shí)，同樣由于光電三極管的延遲效應(yīng)，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(fù)載對(duì)電荷的泄漏程度也會(huì)影響上升沿的延遲。因此輸入端的限流電阻和負(fù)載電阻對(duì)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(gè)放電電阻，這個(gè)電阻對(duì)光耦的工作也有影響。如果這些參數(shù)選的不合適，會(huì)使光耦無(wú)法工作，發(fā)光二極管的工作電流達(dá)不到工作電流。

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

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

　　為避免在觸發(fā)過(guò)程中同一橋臂上下兩管直通，在電路上需加延時(shí)，而光耦器件本身如上表也有延時(shí)，這些延時(shí)不能大于IGBT在電路中的實(shí)際的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間?；谝陨峡紤]選R1=82Ω，R2=1kΩ，R3=7.5kΩ，發(fā)光二極管的工作電流達(dá)到25mA，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明參數(shù)選擇正確。