專利名稱：利用諧波進(jìn)行拖動(dòng)與發(fā)電的方法及使用該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用諧波進(jìn)行電機(jī)拖動(dòng)、帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械工作與利用諧波進(jìn)行發(fā)電、將電網(wǎng)中有害的諧波能轉(zhuǎn)化為基波電能的方法與實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)中的諧波污染狀況日益嚴(yán)重。目前廣泛采用的諧波處理方法是盡量減少諧波或?yàn)V除諧波，具體措施有通過(guò)變壓器繞組的接線方式以減少諧波，采用無(wú)源濾波器(如單調(diào)諧濾波器與高通濾波器配合)以濾除某次諧波或某幾次諧波，直流輸電中通過(guò)增加觸發(fā)脈沖數(shù)來(lái)減少低次諧波等。采用多重化技術(shù)、曲折繞組變壓器或通過(guò)增加觸發(fā)脈沖數(shù)目雖然能減少設(shè)備自身帶來(lái)的諧波，但造成設(shè)備成本大大增加；傳統(tǒng)的無(wú)源濾波裝置與倍受關(guān)注的電力有源濾波器都是通過(guò)切斷諧波電流的傳送路經(jīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波的，它是通過(guò)大量的設(shè)備投資來(lái)濾除諧波以保證電網(wǎng)及設(shè)備的安全運(yùn)行，它造成了電網(wǎng)中大量的諧波能量被白白地浪費(fèi)。
因此，到目前為止，還沒(méi)有將電網(wǎng)中的諧波能量進(jìn)行利用或重新轉(zhuǎn)化為可以加以利用的基波電能的方法。本發(fā)明可以填補(bǔ)該領(lǐng)域的一項(xiàng)空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種利用諧波進(jìn)行電機(jī)拖動(dòng)或利用諧波進(jìn)行發(fā)電的方法以及利用該方法的裝置，該方法及裝置能將對(duì)電網(wǎng)有害的且目前被電力部門濾除的諧波能量加以利用，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，或由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組向電網(wǎng)提供基波電能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案采用無(wú)源濾波裝置從電網(wǎng)中取得諧波，無(wú)源濾波器(I)在提取諧波的同時(shí)會(huì)引入較大的基波無(wú)功分量，這可用作變電站的部分無(wú)功補(bǔ)償，由于基波無(wú)功電流的存在，若直接通過(guò)整流驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，則直流電動(dòng)機(jī)所用能量大部分為基波電能，因此需將該無(wú)源濾波器與三繞組變壓器(II)的原邊線圈相串聯(lián)，通過(guò)在三繞組變壓器的一個(gè)副邊繞組中注入基波無(wú)功電流來(lái)對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行基波消磁，當(dāng)變壓器鐵芯的基波磁通為零時(shí)，便可從變壓器的另一副邊線圈得到諧波電壓。將該諧波電壓注入三相整流電路，再經(jīng)濾波電抗器后與直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組串聯(lián)，直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組便流過(guò)近似直流的電流，直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組由勵(lì)磁控制器根據(jù)負(fù)載要求調(diào)節(jié)勵(lì)磁，這樣就可以實(shí)現(xiàn)諧波拖動(dòng)。在進(jìn)行諧波發(fā)電時(shí)，配置發(fā)電所需設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置由無(wú)源濾波器(I)、三繞組變壓器(II)、基波消磁部分(III)、諧波拖動(dòng)部分(IV)、發(fā)電部分(V)五部分組成；無(wú)源濾波器(I)采用LC單調(diào)諧濾波器與高通濾波器組成，用于提取電網(wǎng)中的諧波成分，該無(wú)源濾波器與三繞組變壓器(II)的原邊線圈相串聯(lián)，三繞組變壓器(II)的一個(gè)副邊繞組由基波消磁部分(III)注入基波無(wú)功電流給其鐵芯進(jìn)行基波消磁?；ㄏ挪糠?III)采用電感1與電容2串聯(lián)組成，或采用原邊與電網(wǎng)相聯(lián)的變壓器的副邊繞組與電容元件組成，兩者相聯(lián)后再與三繞組變壓器(II)的該副邊繞組串聯(lián)。諧波拖動(dòng)部分(IV)由直流電動(dòng)機(jī)3、三相整流裝置4、濾波電抗器5、直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制器6組成，三繞組變壓器(II)的另一副邊繞組接諧波拖動(dòng)部分(IV)的三相整流裝置4，該整流裝置的輸出接濾波電抗器5后與直流電動(dòng)機(jī)3的電樞繞組相聯(lián)，直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組由直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制器6提供勵(lì)磁電流，勵(lì)磁控制器6對(duì)直流電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。發(fā)電部分(V)由同步發(fā)電機(jī)7、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器8、自動(dòng)同期設(shè)備9、保護(hù)裝置10、斷路器11與勵(lì)磁變壓器12組成，該同步發(fā)電機(jī)7由直流電動(dòng)機(jī)3同軸拖動(dòng)，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器8、保護(hù)裝置10與自動(dòng)同期設(shè)備9可采用電廠用的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)的保護(hù)裝置與自動(dòng)同期設(shè)備。進(jìn)行諧波發(fā)電時(shí)，由于需要同時(shí)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁控制器6與同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器8供電，其勵(lì)磁變壓器副邊需采用兩繞組。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、目前電力系統(tǒng)中不存在將諧波能量加以利用的技術(shù)與設(shè)備，電力部門所能做的工作只能是通過(guò)裝設(shè)無(wú)源濾波裝置來(lái)濾除諧波或者通過(guò)采用星形一三角形接法變壓器來(lái)切斷三次及三次倍數(shù)諧波的流通路徑來(lái)阻止諧波進(jìn)入電網(wǎng)。本發(fā)明將濾波裝置取得的諧波加以利用，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電網(wǎng)的基波電能。
2、目前的大功率整流設(shè)備為了減小輸出的諧波通常采用多重化技術(shù)或通過(guò)增加觸發(fā)脈沖數(shù)來(lái)減少諧波，從而造成了設(shè)備成本的大大增加。如果利用該諧波發(fā)電或諧波拖動(dòng)技術(shù)，可以減少這些設(shè)備的成本。
3、目前的諧波起動(dòng)電機(jī)為了減小起動(dòng)電流設(shè)置了附加的起動(dòng)繞組，該起動(dòng)繞組只在電機(jī)起動(dòng)時(shí)使用，正常工作時(shí)不利用電網(wǎng)中的諧波。


圖1為本發(fā)明的三相中每相的無(wú)源濾波器(I)與三繞組變壓器(II)和基波消磁部分(III)的連接關(guān)系示意圖；圖2為本發(fā)明的諧波拖動(dòng)部分(IV)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的發(fā)電部分(V)的結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出的利用諧波進(jìn)行電機(jī)拖動(dòng)或利用諧波進(jìn)行發(fā)電的方法是利用無(wú)源濾波器(I)從電網(wǎng)中提取諧波成分，將無(wú)源濾波器與三繞組變壓器(II)的原邊線圈相串聯(lián)，通過(guò)利用基波消磁部分(III)在三繞組變壓器(II)的一個(gè)副邊繞組中注入基波無(wú)功電流來(lái)對(duì)變壓器進(jìn)行基波消磁，從而使該變壓器對(duì)基波分量近似短路，使得可以從該變壓器的另一副邊繞組中取出諧波電壓，該諧波電壓經(jīng)三相全波整流后其輸出與濾波電抗器5和直流電動(dòng)機(jī)3的電樞繞組相串聯(lián)，該直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組由其勵(lì)磁控制器6來(lái)提供勵(lì)磁，該直流電動(dòng)機(jī)可用于拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械工作。當(dāng)用于諧波發(fā)電時(shí)，需配置發(fā)電部分(V)，該部分由同步發(fā)電機(jī)7、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器8、自動(dòng)同期設(shè)備9、保護(hù)裝置10、斷路器11與勵(lì)磁變壓器12組成，該系統(tǒng)可采用現(xiàn)有的電廠用的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)的保護(hù)裝置與自動(dòng)準(zhǔn)同期設(shè)備。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置由無(wú)源濾波器(I)、三繞組變壓器(II)、基波消磁部分(III)、諧波拖動(dòng)部分(IV)、發(fā)電部分(V)五部分組成。
如圖1所示，三相中每相的無(wú)源濾波器(I)由三次、五次、七次及高通濾波器組成，其中的三次、五次、七次濾波器為L(zhǎng)C單調(diào)諧濾波器，其參數(shù)設(shè)計(jì)通常根據(jù)變電站的諧波實(shí)測(cè)結(jié)果與無(wú)功補(bǔ)償要求來(lái)確定，無(wú)三次諧波時(shí)可省去三次單調(diào)諧濾波器，若十一、十三次諧波含量較大，可增設(shè)十一、十三次單調(diào)諧濾波器，如果變電站裝設(shè)有無(wú)源濾波裝置，可采用已有的濾波裝置而不需要重新設(shè)計(jì)。圖中DL為斷路器，其上、下兩側(cè)通常串有刀閘開關(guān)(圖中未畫出)，C3、C5、C7、Ch分別為三次、五次、七次單調(diào)諧及高通濾波器的連接電容，L3、L5、L7、Lh分別為三次、五次、七次單調(diào)諧及高通濾波器的連接電感，Rh為高通濾波器的并聯(lián)電阻。每相無(wú)源濾波器的輸出接該相的三繞組變壓器的原邊線圈，其副邊的一個(gè)繞組作為基波消磁繞組用于注入基波無(wú)功電流來(lái)對(duì)變壓器進(jìn)行基波消磁，副邊的另一個(gè)繞組作為諧波拖動(dòng)部分(IV)整流電路的一相輸入端。對(duì)變壓器的副邊進(jìn)行基波消磁的電路采用電感1與電容2串聯(lián)后再與控制繞組串聯(lián)實(shí)現(xiàn)；也可以采用原邊接于電網(wǎng)的變壓器的副邊作為電感元件，將其與電容和三繞組變壓器的基波消磁繞組相串聯(lián)實(shí)現(xiàn)基波消磁，其元件參數(shù)選擇要考慮基波消磁需要以及無(wú)功補(bǔ)償需要。借助于基波消磁，其副邊的另一個(gè)繞組便可以輸出諧波電壓信號(hào)，將其引入諧波拖動(dòng)部分(IV)全波整流電路4的輸入端。
如圖2所示，經(jīng)基波消磁后三繞組變壓器的副邊的另一個(gè)繞組輸出的三相諧波電壓信號(hào)注入諧波拖動(dòng)部分(IV)三相全波整流電路4的三相輸入端，經(jīng)三相全波整流后與濾波電抗器5和直流電動(dòng)機(jī)3的電樞繞組相串聯(lián)，這樣直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組中流過(guò)近似直流的電流，直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁控制器6可根據(jù)負(fù)載情況提供滿足負(fù)載要求的勵(lì)磁電流，從而保證直流電動(dòng)機(jī)3按負(fù)載要求恒轉(zhuǎn)速、恒功率或恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁控制器可單獨(dú)配置勵(lì)磁變壓器，也可與發(fā)電部分(V)的同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器8共用一副邊雙繞組勵(lì)磁變壓器，如圖3所示，本發(fā)明用作諧波發(fā)電時(shí)的發(fā)電部分(V)的構(gòu)成。在進(jìn)行諧波發(fā)電時(shí)，需要在圖1、圖2所示的無(wú)源濾波器(I)、三繞組變壓器(II)、基波消磁部分(III)、諧波拖動(dòng)部分(IV)的基礎(chǔ)上增設(shè)該發(fā)電部分(V)。該發(fā)電部分(V)由交流同步發(fā)電機(jī)7、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器8、自動(dòng)同期設(shè)備9、保護(hù)裝置10、斷路器11與勵(lì)磁變壓器12組成，同步發(fā)電機(jī)7由圖2中的直流電動(dòng)機(jī)3同軸拖動(dòng)，由直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁控制器6進(jìn)行調(diào)速，由同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器8進(jìn)行調(diào)壓，自動(dòng)同期設(shè)備9控制并網(wǎng)時(shí)刻，保護(hù)裝置10對(duì)整個(gè)機(jī)組進(jìn)行保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種利用諧波進(jìn)行電力拖動(dòng)或發(fā)電的方法，其特征在于它將電網(wǎng)每相的無(wú)源濾波裝置分別與一個(gè)每相副邊有兩個(gè)繞組的三相變壓器(或三個(gè)每相副邊有兩個(gè)繞組的單相變壓器)相串聯(lián)，該變壓器的一個(gè)副邊繞組用作基波消磁(即通過(guò)使用基波消磁裝置向該繞組注入基波電流，使變壓器鐵芯基波磁通接近為零)，由于變壓器鐵芯基波磁通為零，其另一個(gè)副邊繞組上便能取出無(wú)源濾波裝置濾出的電網(wǎng)諧波成分。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于從權(quán)利要求1所述的變壓器的非基波消磁繞組上取出的諧波電壓進(jìn)入三相全波整流裝置，整流裝置的輸出端與濾波電抗器串聯(lián)后再與直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組相串聯(lián)，直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組由其勵(lì)磁控制器根據(jù)負(fù)載情況調(diào)節(jié)其勵(lì)磁電流。
3.如權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征在于在進(jìn)行諧波發(fā)電時(shí)需在權(quán)利要求1、2所述的方法及裝置的基礎(chǔ)上增加發(fā)電部分相應(yīng)設(shè)備，發(fā)電部分的發(fā)電機(jī)采用同步發(fā)電機(jī)，它由直流電動(dòng)機(jī)同軸拖動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制器用于調(diào)頻，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器用于調(diào)壓，同步發(fā)電機(jī)需配置相應(yīng)的保護(hù)裝置及同期設(shè)備。
4.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1、2、3所述方法的裝置，其特征在于該裝置由無(wú)源濾波器(I)、三繞組變壓器(II)、基波消磁部分(III)、諧波拖動(dòng)部分(IV)、發(fā)電部分(V)五部分組成，該裝置能利用電網(wǎng)中的諧波能量拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械或利用電網(wǎng)中的諧波進(jìn)行發(fā)電。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于其無(wú)源濾波器(I)采用單調(diào)諧濾波器與高通濾波器組成，單調(diào)諧濾波器利用諧振原理用于獲取電網(wǎng)中的3、5、7、11等次諧波。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于其基波消磁部分(III)采用電感與電容元件組成，其與三繞組變壓器(II)的副邊控制繞組串聯(lián)，通過(guò)注入基波無(wú)功電流來(lái)消除變壓器原邊繞組在鐵芯產(chǎn)生的基波磁通，使變壓器對(duì)基波信號(hào)接近短路。
7.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于其基波消磁部分(III)采用原邊與電網(wǎng)相聯(lián)的變壓器的副邊繞組與電容元件組成，兩者相聯(lián)后再與三繞組變壓器(II)的副邊控制繞組串聯(lián)。
8.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于其諧波拖動(dòng)部分(IV)由直流電動(dòng)機(jī)、三相整流裝置、濾波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制器組成。
9.如權(quán)利要求4、8所述的裝置，其特征在于在進(jìn)行諧波發(fā)電時(shí)需增設(shè)諧波發(fā)電部分(V)，該部分由同步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、自動(dòng)同期設(shè)備、保護(hù)裝置、斷路器與勵(lì)磁變壓器組成；該同步發(fā)電機(jī)由直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。
10.如權(quán)利要求4、8、9所述的諧波發(fā)電或拖動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于其直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制器與同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用同一勵(lì)磁變壓器的兩個(gè)副邊繞組進(jìn)行供電。
全文摘要
本發(fā)明提出一種利用諧波進(jìn)行拖動(dòng)或發(fā)電的方法，是利用無(wú)源濾波器從電網(wǎng)中提取諧波，無(wú)源濾波器與三繞組變壓器的原邊線圈串聯(lián)，該變壓器的一副邊線圈通過(guò)基波消磁電路注入基波無(wú)功電流進(jìn)行基波消磁，另一副邊線圈用于提取諧波電壓，該諧波電壓經(jīng)三相全波整流后與濾波電抗器和直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組相聯(lián)。在進(jìn)行諧波發(fā)電時(shí)，配置相應(yīng)發(fā)電設(shè)備既可。一種實(shí)現(xiàn)以上方法的裝置，由無(wú)源濾波器、三繞組變壓器、基波消磁部分、諧波拖動(dòng)部分、發(fā)電部分組成；無(wú)源濾波器由LC單調(diào)諧濾波器與高通濾波器組成，基波消磁部分由電感、電容與變壓器消磁副邊線圈串聯(lián)組成，諧波拖動(dòng)部分由直流電動(dòng)機(jī)及其勵(lì)磁控制器、三相整流裝置、濾波電抗器組成。
文檔編號(hào)H02J3/01GK1633003SQ20041006028
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者趙國(guó)生, 師黎 申請(qǐng)人:趙國(guó)生