專利名稱：非線性燈具負載的消諧無功補償器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種針對非線性燈具負載的消諧無功補償器，該無功補償 器既具無功補償、提高功率因數的作用，又具有抑制諧波污染的作用，適用于 城市照明電路中的高壓鈉燈、高壓汞燈和金屬卣化物燈等照明負載上使用。
技術背景節約能源是我國經濟和社會發展的 一項長遠戰略方針。黨中央對節約型社 會建設工作高度重視，提出了落實科學發展觀，加快節約型社會建設的要求。國家確定了 "十一五"時期單位生產總值GDP能源消耗降低20。/。的目標。我國照明用電約占全國總用電量的10%左右。據統計，2005年我國城市公 用照明用電近50億KWh,約1200多萬盞燈具。這說明照明節電的潛力很大。 隨著經濟發展和科技進步，市政建設和生活水平的迅速發展和提高，市政生活 用電設備中，高效長壽的非線性燈具負載的比重迅速增大，特別是各種節能燈 如低壓熒光燈、各種高壓氣體放電燈，這些燈具負載大多數容量小(幾十W到 幾百W),但數量多，它們的整體非線性負載特性，呈現低功率因數(COS① =0.4 ~ 0.5 )。現有為了提高功率因數，通常辦法是在每個燈具上并聯上一電容器，以電 容器對燈具進行無功補償，使功率因數達到要求。但是，非線性燈具負載使用 中會產生諧波，經實驗證明，在燈具上并聯了電容器還會進一步放大諧波電流， 增加諧波的危害。諧波注入電網，會使公用電網電壓波形發生畸變，嚴重地污 染了電網環境，威脅著電網中各種電氣設備的安全經濟運行。如非線性燈具上 本身配置的無功補償電容器就會因經受不住諧波電流而損壞，壽命縮短，據珠 海市路燈所統計，電容器因遭受諧波損壞一般壽命只有2-3年。電容器的損壞， 一方面導致無功損耗加大，不節能；另一方面，功率因數下降不達標，供電部 門就會對其進行無功損耗罰款(供電部門稱附加電費)，按天津、珠海兩地初步 統計全年多損失的附加電費達10%;再者，購置更換電容器的費用也很具大。因此，需要探索出一條提高非線性照明設備功率因數，減少無功壓降和損 耗，在常規無功補償基礎上，既不放大諧波電流，又能消除諧波公害引起有功 附加損耗的節能措施。 發明內容本實用新型目的是提供一種非線性燈具負載的消諧無功補償器，既起到無
功補償的作用，提高功率因數，又抑制諧波電流，減少諧波危害。為達到上述目的，本實用新型采用的第一種技術方案是 一種非線性燈具 負載的消諧無功補償器，包括三次諧振補償支路和五次諧振補償支路，三次諧 振補償支路和五次諧振補償支路相并聯，其并聯的兩端接出作為本補償器的兩 連線端；所述三次諧振補償支路由第一電感和第一電容串聯構成，第一電感對 于三次諧波的感抗等于第一電容對于三次諧波的容抗；所述五次諧振補償支路 由第二電感和第二電容串聯構成，第二電感對于五次諧波的感抗等于第二電容 對于五次諧波的容抗。上述技術方案中的有關內容的變化及解釋如下1、 上述方案中，所述兩連線端之間還并聯有七次諧振補償支路，該七次諧 振補償支路由第三電感和第三電容串聯構成，第三電感對于七次諧波的感抗等 于第三電容對于七次諧波的容抗。2、 上述方案中，所述兩連線端間還并聯接有防諧振過電壓保護支路，該防 諧振過電壓保護支路由壓敏電阻或氧化鋅避雷器構成；當電路中發生諧振過電 壓時，壓敏電阻或氧化鋅避雷器阻值降低，防諧振過電壓保護支路導通，保護 各諧振補償支路。此處壓敏電阻應采用電壓升高阻值下降的類型，壓敏電阻體 積小，優先采用。3、 上述方案中，所述兩連線端間還可并聯上9次諧振補償支路、11次諧 振補償支路......甚至高通諧振補償支路。為達到上述目的，本實用新型釆用的第二種技術方案是 一種非線性燈具 負載的消諧無功補償器，包括五次諧振補償支路和七次諧振補償支路，五次諧 振補償支路和七次諧振補償支路相并聯，其并聯兩端接出作為本補償器的兩連 線端；所述五次諧振補償支路由第二電感和第二電容串聯構成，第二電感對于 五次諧波的感抗等于第二電容對于五次諧波的容抗；所述七次諧振補償支路由 第三電感和第三電容串聯構成，第三電感對于七次諧波的感抗等于第三電容對 于七次諧波的容抗。上述技術方案中的有關內容的變化及解釋如下1、上述方案中，所述兩連線端間還并聯接有防諧振過電壓保護支路，該防 諧振過電壓保護支路由壓敏電阻或氧化鋅避雷器構成；當電路中發生諧振過電 壓時，壓敏電阻或氧化鋅避雷器阻值降低，防諧振過電壓保護支路導通，保護 各諧振補償支路。此處壓敏電阻應采用電壓升高阻值下降的類型，壓敏電阻體 積小，優先采用。2、上述方案中，所述兩連線端間還可并聯上9次諧振補償支路、11次諧 振補償支路...…甚至高通諧振補償支路。本實用新型設計原理是本實用新型以電感和電容串聯構成的諧振補償支 路有針對性的對電流特別大的三次、五次和七次諧波電流進行抑制。各諧振補償支路對其針對的諧波電流成低阻性，使這部分電流經該支路濾除，而各諧振 補償支路的對工頻基波的阻抗成容性，以此實現無功補償的作用。各諧振補償支路中的電容值應該滿足非線性燈具負載的無功就地補償(對 各燈分別補償)或無功集中補償的要求。本實用新型的應用，帶來以下優點和效果1、 本實用新型能適應城市照明配電網及其非線性燈具負載，其兼有常規無 功就地補償和抑制諧波的功能。其綜合節電率一般在10~30%之間，路燈線路 燈具負載電流將下降50% (功率因數從0.45提高到0.85 )。上述綜合節電率中， 包括因諧波公害而造成2 ~ 5°/。的附加能耗，由于本實用新型采取了抑制諧波和 無功補償雙重節電技術方案，故節電效果顯著，產品投資回報率較快，能給企 業和用戶帶來豐厚的回報。2、 本實用新型兼有常規無功就地補償和抑制諧波的功能，降低了線路無功 電流和減少了諧波電流， 一般路燈線路無功電流將下降50%,諧波電流將下降 60~80%,從而大大降低了線路電能損耗，也降低了路燈線路電壓損失，釋放 了變壓器及線路容量，提高了供電質量，保證了用電設備的正常運行，也發揮 了用電設備的最大功效。3、 本實用新型采用了多條諧振支路，對非線性燈具負載三次、五次和七次 等較大的諧波分量進行抑制，從而解決了原采用無功補償電容器對諧波電流的 放大而造成電容器過電流過熱損壞，壽命降低等一系列問題。4、 本實用新型能適應單燈變功率節電的需求，可按變功率的比例組成二組 濾波補償器，隨變功率切換開關同步動作，以達到全功率、降功率的無功和抑 制諧波效能的分配，解決無功過補償和欠補償，滿足濾波實效，充分發揮諧波 治理和無功補償的節電功效。
附圖1為本實用新型實施例一結構示意圖；附圖2為本實用新型實施例一對單相單燈補償的應用接線示意圖；附圖3為本實用新型實施例一對三相集中補償的應用接線示意圖；附圖4為本實用新型實施例一對變功率單燈單相補償的應用接線示意圖； 附圖5為本實用新型實施例二結構示意圖。以上附圖中1、三次諧振補償支路；2、五次諧振補償支路；3、七次諧振 補償支路；4、防諧振過電壓保護支路；5、壓敏電阻；6、氧化鋅避雷器；7、 本實用新型補償器；8、燈具裝置；A、連線端；B、連線端；Ll、第一電感； Cl、第一電容；L2、第二電感；C2、第二電容；L3、第三電感；C3、第三電 容；Sl、變功率切換開關。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例一參見附圖l所示， 一種非線性燈具負載的消諧無功補償器，由 三次諧振補償支路1、五次諧振補償支路2、七次諧振補償支路3和防諧振過電 壓保護支路4構成，三次諧振補償支路l、五次諧振補償支路2、七次諧振補償 支路3和防諧振過電壓保護支路4共四條路相并聯，其并聯的兩端接出作為本 補償器的兩連線端A、 B;所述三次諧振補償支路l由第一電感L1和第一電容 Cl串聯構成，第一電感Ll對于三次諧波的感抗等于第一電容Cl對于三次諧 波的容抗；所述五次諧振補償支路1由第二電感L2和第二電容C2串聯構成， 第二電感L2對于五次諧波的感抗等于第二電容C2對于五次諧波的容抗；所述 七次諧振補償支路3由第三電感L3和第三電容C3串聯構成，第三電感L3對 于七次諧波的感抗等于第三電容C3對于七次諧波的容抗；所述防諧振過電壓 保護支路4由壓敏電阻5構成。參見附圖l所示，本實施例各電感和電容的大小設計時，因先確定功率因 數提升至0.85以上所需的無功補償總電容量(如C=50 ja F),然后按各次諧波電 流的大小比值分配給第一電容C1、第二電容C2和第三電容C3，再按第一電容 Cl、第二電容C2和第三電容C3來確定與之對應的第一電感L1、第二電感L2 和第三電感L3的電感值大小。本實施例使用時，對于工頻基波各諧振補償支 路的的總阻抗接近于50jiF,有效地提高了功率因數，減少了無功損耗，而另 一方面，各諧振補償支路的對其針對的諧波電流呈低阻性，將諧波電流濾除， 抑制了諧波。并且，因本實施例上設計有壓敏電阻5作為旁路保護，當發生諧 振過電壓時，壓敏電阻5阻值下降,電流經防諧振過電壓保護支路導通，使電 壓值下降，保護了各諧振補償支路。本實施例有單燈(單相)分散方式、三相集中方式以及變功率單燈補償等 具體用法參見附圖2所示，將本實施例補償器7具體安裝于每個燈具負載端， 即并聯于單個燈具裝置8上，以滿足分散就地無功補償和濾除諧波的要求；參
見附圖3所示，對于一套城市照明配電電路，在其三相輸入的每相與中線間接一個本實施例補償器7，這三個本實施例補償器7集中安裝在燈具負載配電拒的電源輸出端上，以滿足集中無功補償和濾除諧波的要求。參見附圖4所示，為適應目前國內許多城市照明推行"變功率"節電措施， 即非線性燈具負載在華燈初上、車水馬龍時，燈具負載全功率運行。在深夜車 稀人少時，燈具負載在降功率狀態下運行，以節約電能。如高壓鈉燈400W降 為250W,下降數為62.5%, 250W降為150W運行，下降數為60%。上述單個 燈具裝置8變功率運行時，為防止無功過補償，宜采用二個本實施例補償器7， 通過變功率切換開關Sl同步調節，以滿足全功率和變功率的無功補償和濾除 諧波的功能要求。本實施例的效果是本實施例通過諧振抑制和降低非線性燈具負載群體集 合的諧波源向燈具線路和電網輸出諧波造成的污染，消除和降低諧波造成的用 電設備附加電能損耗；并能減小因諧波造成無功補償電容器濾波電流放大而造 成的發熱損壞，以延長電容器使用壽命，確保無功補償的效果，提高功率因數， 免除用戶因功率因數低遭致電費罰款。它是節能型環保產品，其節電經濟效果 十分顯著。綜合節電效果一般在10~30%之間。實施例二參見附圖5所示， 一種非線性燈具負載的消諧無功補償器，由 相并聯的五次諧振補償支路2、七次諧振補償支路3和防諧振過電壓保護支路4 構成，其并聯兩端接出作為本補償器的兩連線端A、 B;所述五次諧振補償支 路2由第二電感L2和第二電容C2串聯構成，第二電感L2對于五次諧波的感 抗等于第二電容C2對于五次諧波的容抗；所述七次諧振補償支3各3由第三電 感L3和第三電容C3串聯構成，第三電感L3對于七次諧波的感抗等于第三電 容C3對于七次諧波的容抗；所述防諧振過電壓保護支路4由氧化鋅避雷器6 構成。本實施例適用于供電系統中配電變壓器為角形接法的場合，此時3次諧 波可由角形接法形成的通路消除不進入電網，因此本實施例只需抑制五次和七 次諧波。其具體用法和效果與實施例一相同，這里不再贅述。上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此 項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用 新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵 蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、一種非線性燈具負載的消諧無功補償器，其特征在于包括三次諧振補償支路(1)和五次諧振補償支路(2)，三次諧振補償支路(1)和五次諧振補償支路(2)相并聯，其并聯的兩端接出作為本補償器的兩連線端(A、B)；所述三次諧振補償支路(1)由第一電感(L1)和第一電容(C1)串聯構成，第一電感(L1)對于三次諧波的感抗等于第一電容(C1)對于三次諧波的容抗；所述五次諧振補償支路(1)由第二電感(L2)和第二電容(C2)串聯構成，第二電感(L2)對于五次諧波的感抗等于第二電容(C2)對于五次諧波的容抗。
2、 根據權利要求1所述的非線性燈具負載的消諧無功補償器，其特征在于 所述兩連線端(A、 B)之間還并聯有七次諧振補償支路(3)，該七次諧振補償 支路(3)由第三電感(L3)和第三電容(C3)串聯構成，第三電感(L3)對 于七次諧波的感抗等于第三電容(C3)對于七次諧波的容抗。
3、 根據權利要求1或2所述的非線性燈具負載的消諧無功補償器，其特征 在于所述兩連線端(A、 B)間還并聯接有防諧振過電壓保護支路(4)，該防 諧振過電壓保護支路(4)由壓敏電阻(5)或氧化鋅避雷器(6)構成。
4、 一種非線性燈具負載的消諧無功補償器，其特征在于包括五次諧振補 償支路(2)和七次諧振補償支路(3),五次諧振補償支路(2)和七次諧振補 償支路(3)相并聯，其并聯兩端接出作為本補償器的兩連線端(A、 B);所述 五次諧振補償支路(2)由第二電感(L2)和第二電容(C2)串聯構成，第二 電感(L2)對于五次諧波的感抗等于第二電容(C2)對于五次諧波的容抗；所 述七次諧振補償支路(3)由第三電感(L3)和第三電容(C3)串聯構成，第 三電感(L3)對于七次諧波的感抗等于第三電容(C3)對于七次諧波的容抗。
5 、根據權利要求4所述的非線性燈具負載的消諧無功補償器，其特征在于 所述兩連線端(A、 B)間還并聯接有防諧振過電壓保護支路(4),該防諧振過 電壓保護支路(4)由壓敏電阻(5)或氧化鋅避雷器(6)構成。
專利摘要一種非線性燈具負載的消諧無功補償器，其特征在于包括三次諧振補償支路(1)和五次諧振補償支路(2)，三次諧振補償支路(1)和五次諧振補償支路(2)相并聯，其并聯的兩端接出作為本補償器的兩連線端(A、B)；所述三次諧振補償支路(1)由第一電感(L1)和第一電容(C1)串聯構成，第一電感(L1)對于三次諧波的感抗等于第一電容(C1)對于三次諧波的容抗；所述五次諧振補償支路(1)由第二電感(L2)和第二電容(C2)串聯構成，第二電感(L2)對于五次諧波的感抗等于第二電容(C2)對于五次諧波的容抗。本實用新型能適應城市照明配電網及其非線性燈具負載，其兼有常規無功就地補償和抑制諧波的功能。
文檔編號H05B41/14GK201216039SQ20082003705
公開日2009年4月1日 申請日期2008年5月28日 優先權日2008年5月28日
發明者邵文俊 申請人:邵文俊