[发明专利]工业用消谐滤波节能装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于电工技术中的电网控制设备，特别是涉及一种工业用消谐滤波节能装置及其方法。

背景技术

电能是现代社会使用最为广泛的能源，现代工业的发展带来了电网电能质量下降和高质量电能需求之间的矛盾。一方面，由于节能技术和自动化技术的推广，各种电力电子装置等非线性扰动负载的接入日益增多，不但使电能的需求量日益增加，而且不可避免地将产生的高次谐波电流大量注入电网，造成了诸如电网电压波形畸变、电压闪变、干扰等现象，导致电能质量日趋恶化；另一方面，由于电力电子技术发展的需要，各种芯片制造、精密加工设备如变频调速驱动器、机器人、自动生产线、可编程控制器、计算机信息系统等敏感负荷设备不但对供电电压中断、闪变和谐波含量等供电质量提出了更为严格的要求，而且对电源的波动和外界干扰十分敏感。任何供电质量的恶化都可能造成产品质量的下降，造成重大的经济损失，由此，电力谐波成为电能质量的主要问题。电网谐波主要由非线性负荷产生。非线性负荷吸收的电流与端电压不成线性关系，结果电流发生波形畸变且导致端电压波形畸变。这种周期性的畸变波形可按基频(50Hz)展开成傅里叶级数形式，其大于基频的分量即为谐波。     谐波污染对电力系统和用电设备的危害是严重的，主要表现在如下几个方面：1、增加电力设施负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失；  2、引起无功补偿电容器组谐振和谐波电流放大，导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行；3、 产生脉动转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命；4、由于涡流和集肤效应，使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化；5、 谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度，降低设备使用寿命；6、3的倍数次谐波电流会导致三相四线系统的中线过载，并在三角形接法的变压器绕组内产生环流，使绕组电流超过额定值，严重时甚至引发事故。 

凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。     1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。    我国现有滤波器的种类和所覆盖的频率已基本上满足现有各种电信设备。从整体而言，我国有源滤波器发展比无源滤波器缓慢，尚未大量生产和应用。从下面的生产应用比例可以看出我国各类滤波器的应用情况：LC滤波器占50%；晶体滤波器占20%；机械滤波器占15%；陶瓷和声表面滤波器各占1%；其余各类滤波器共占13%。从这些应用比例来看，我国电子产品要想实现大规模集成，滤波器集成化仍然是个重要课题。     随着电子工业的发展，对滤波器的性能要求越来越高，功能也越来越多，并且要求它们向集成方向发展。我国滤波器研制和生产与上述要求相差甚远，为缩短这个差距，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的工业用消谐滤波节能装置，能够改进一般现有的工业用消谐滤波节能装置，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的滤波装置存在如下缺陷：传统无源滤波装置可以有效地消除谐波，但是谐波能量没有得到充分利用；传统有源滤波装置通过反向注入能量将谐波消除掉，可以有效地消除谐波，但是需要外部提供能量，且本身损耗较大，本发明提供一种新型结构的工业用消谐滤波节能装置，所要解决的技术问题是不仅使其具有消除谐波功能，而且还具有将谐波能量充分利用功能，具有明显节能效果，从而更加适用，且具有产业上的利用价值。