基于陶瓷电容的谐波电能再生利用装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于陶瓷电容的谐波电能再生利用装置，包括电源和负载，包括谐振电感L1、谐振电感L2、谐振电容C1、谐振电容C2与电源转换模块M，电源连接电源转换模块M的输入端，谐振电感L1和谐振电容C1串联形成串联谐振电路，串联谐振电路设置在电源与电源转换模块M连接的线路上；谐振电感L2和谐振电容C2并联形成并联谐振电路，并联谐振电路并联在电源转换模块M的输入端；负载连接电源转换模块M的输出端；谐振电容C1为电介质为铁电体材质的多层陶瓷电容，谐振电容C1在最大允许电压下的实际容量不大于额定标称容量的70％。本发明专利技术取消了饱和电抗器，致使其效率、成本、体积指标均大幅提升。本发明专利技术成本低且由于无源滤波电路可靠性极高。

A regenerating device for harmonic electric energy based on ceramic capacitance

The invention discloses a harmonic electric ceramic capacitor can recycling device based on power and load, including the resonant inductance L1, resonant inductance L2, resonant capacitor C1, resonant capacitor C2 and the power conversion module M, power supply connected to the power conversion module M input, L1 and resonant inductor and resonant capacitor C1 are connected in series to form a series resonant circuit the series resonant circuit, set the conversion module M line connection in the power supply and power supply; resonant inductance L2 resonant capacitor C2 connected in parallel to form a parallel resonant circuit and parallel resonant circuit in parallel with the input end of the power conversion module M; the load is connected with the output end of the power conversion module M; resonant capacitor C1 as the dielectric for Ferroelectric Multilayer ceramic capacitor the material, resonant capacitor C1 at the maximum allowable voltage under the actual capacity of not more than 70% of the nominal rated capacity. The invention cancels the saturable reactor, so that the efficiency, cost and volume index are greatly improved. The cost of the invention is low and the reliability of the passive filter circuit is very high.

【技术实现步骤摘要】
基于陶瓷电容的谐波电能再生利用装置
本专利技术涉及一种电网节能设备，具体涉及基于陶瓷电容的谐波电能再生利用装置。
技术介绍
配电网中存在大量晶闸管换流器、晶闸管调压器、节能灯具、计算机、充电器、电视机、变频空调、变频电梯等非线性负荷，这些年来随着经济和技术的发展，电网中非线性负荷的比例急剧增加，由于电力电子技术的发展，很多原来的线性负荷变成了非线性，例如线性的白炽灯具改由非线性的电子镇流节能灯具代替；线性的异步电机改由非线性的变频器驱动；在电网结构上，很多线性的旋转电机发电设备由非线性的直流换流站代替，又进一步增加了配网的谐波含量，由于低压配网谐波特性复杂、负荷数量巨大又缺乏滤波措施，注入电网大量谐波电流，使零相电流猛增，电能质量下降，配变损耗、温升提高、线损增加。由于低压配网谐波源情况复杂，既是谐波电流源又是谐波电压源，设计专门的滤波器十分困难。在现有技术的谐波电能利用技术中，绝大部分均是采用LC无源滤波网络，将电网中的谐波电压提取转换供后级电路利用，但由于配电网负荷构成复杂，既是谐波电压源又是谐波电流源，简单的无源LC滤波器很容易产生过载损坏或滤波效率低下，唯一的办法就是让LC滤波器能随着电流自适应地调整阻抗或谐振参数，在低负荷下准确调谐在谐振点上，尽可能低降低谐波能量流入的阻抗，在过负荷下自动偏条，增加阻抗防止过电流。现有技术如中国专利CN104362629A公开的技术方案，采用饱和电抗器磁饱和特性自动改变谐振参数的方案，但饱和电抗器损耗大、体积大、成本高，实际使用时基波能量消耗也较大，实际应用时，可能基波有功损耗超过取出的谐波能量，致使利用谐波电能意义大幅下降，研发一种更高效、成本更低的谐波能量利用技术，才能充分发挥谐波能量利用的价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有的谐波电能利用技术中基波有功损耗超过取出的谐波能量，致使利用谐波电能意义大幅下降，目的在于提供基于陶瓷电容的谐波电能再生利用装置，更高效、成本更低的提取谐波能量，充分发挥谐波能量的利用价值。本专利技术通过下述技术方案实现：基于陶瓷电容的谐波电能再生利用装置，包括电源和负载，包括谐振电感L1、谐振电感L2、谐振电容C1、谐振电容C2与电源转换模块M，所述电源连接电源转换模块M的输入端，所述谐振电感L1和谐振电容C1串联形成串联谐振电路，串联谐振电路设置在电源与电源转换模块M连接的线路上；所述谐振电感L2和谐振电容C2并联形成并联谐振电路，并联谐振电路并联在电源转换模块M的输入端；所述负载连接电源转换模块M的输出端；所述谐振电容C1为电介质为铁电体材质的多层陶瓷电容，所述谐振电容C1在最大允许电压下的实际容量不大于额定标称容量的70％；所述谐振电感L1、谐振电感L2至少有一个为铁芯电抗器。进一步地，电源转换模块M的输入端还并联有压敏电阻R。进一步地，串联谐振电路的串联谐振频率与需要去除的谐波频率相等，并联谐振电路的并联谐振频率与需要去除的谐波频率相等。进一步地，需要去除的谐波为三次谐波。本专利技术的输入端与电网相连后，谐振电感L1与谐振电容C1组成的串联谐振电路，其谐振频率为需要去除的谐波频率，建议为3倍工频，以让电网中数量最多、危害最大的3次谐波优先被取出利用；谐振电感L2与谐振电容C2组成的并联谐振电路，其谐振频率也为需要去除的谐波频率，目的是进一步去除工频基波成分，经过两组谐振滤波电路的筛选，就能较好地滤出电网中的谐波能量加以利用。对于低压配网中的谐波特性较复杂，有些是谐波电流源，可能使滤波电路产生严重的过电流而损坏的问题，现有技术采用饱和电抗器或增设阻尼电阻的方法来解决，导致电路损耗大幅增加，谐波电能取能利用意义丧失，本专利技术采用了独特的多层陶瓷电容，利用陶瓷电容特殊的物理性质解决这一问题。多层陶瓷电容(MLCC电容)具有体积小、工作可靠的优点，然而其缺点也很明显，就是容量不稳定，尤其是采用铁电介质的绦虫电容，由于陶瓷压电体的特殊物理性质，多层陶瓷电容的容量会因为温度、直流电压、频率的变化，产生较大变化，给很多电气设备的应用设计带来了麻烦，例如其容量随施加电压的提高而迅速降低，对于常用的X7R或Y5V级别的陶瓷电容，最大工作电压下的实际容量仅为标称容量的30—70％，然而本专利技术反而利用了多层陶瓷电容的这个缺点，大量实验表明，多层陶瓷电容在工频频率下也具有明显的偏压效应，即容量随着工作电压提高迅速降低，其容抗随施加电压的提高迅速增大，以至于当施加电压超过一定幅值后，电压大幅上升后电流上升不明显，产生了自发的恒流效应，利用这一点，直接利用陶瓷电容容量随电压自动变化的特性，就能起到很好的过谐振抑制效果。由于陶瓷电容价格低廉容量、密度极大，因此与现有技术采用饱和电抗器相比，其成本、体积均能大幅改善，例外陶瓷电容的等效串联电阻仅0.01-0.05，远低于铁芯电抗器饱和时的等值阻抗，因此基波有功损耗也大幅降低，实现了最大意义的谐波能利用。本专利技术经过谐振滤波电路滤出的谐波由于其大小幅值受电网运行方式以及负荷运行方式变化影响较大，因此需要接电源转换模块M，以将变化的谐波电压变为相对稳定的交直流电压，供所接的负载设备使用，压敏电阻R用于保护可能的过电压对电源转换模块的冲击，也可省去。如果负载设备是简单的灯具或对电压变化不敏感的设备，则该电源转换模块也可省去。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术能将取出的谐波分量处理成12—220V的标准交流或直流电压，供路灯、灯箱或电网在线监测设备使用，是一种化废为宝、化害为利的新型新能源供电设备，与现有技术相比，本专利技术取消了饱和电抗器，致使其效率、成本、体积指标均大幅提升。2、本专利技术基于特殊设计的无源滤波电路来取出电网中的有害波形电能，将其变为可供利用的电源，与太阳能技术相比，本专利技术成本更低，且由于无源滤波电路可靠性极高，其故障率与寿命指标也远优于太阳能、风能等传统新能源设备。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例如图1所示，基于陶瓷电容的谐波电能再生利用装置，包括电源和负载，包括谐振电感L1、谐振电感L2、谐振电容C1、谐振电容C2与电源转换模块M，所述电源连接电源转换模块M的输入端，所述谐振电感L1和谐振电容C1串联形成串联谐振电路，串联谐振电路设置在电源与电源转换模块M连接的线路上；所述谐振电感L2和谐振电容C2并联形成并联谐振电路，并联谐振电路并联在电源转换模块M的输入端；所述负载连接电源转换模块M的输出端；所述谐振电容C1为电介质为铁电体材质的多层陶瓷电容，所述谐振电容C1在最大允许电压下的实际容量不大于额定标称容量的70％；所述谐振电感L1、谐振电感L2至少有一个为铁芯电抗器。电源转换模块M的输入端还并联有压敏电阻R。串联谐振电路的串联谐振频率与需要去除的谐波频率相等，并联谐振电路的并联谐振频率与需要去除的谐波频率相等。需要去除的谐波为三次谐波。现有技术的饱和电抗器，既要考虑一定本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于陶瓷电容的谐波电能再生利用装置，包括电源和负载，其特征在于，包括谐振电感L1、谐振电感L2、谐振电容C1、谐振电容C2与电源转换模块M，所述电源连接电源转换模块M的输入端，所述谐振电感L1和谐振电容C1串联形成串联谐振电路，串联谐振电路设置在电源与电源转换模块M连接的线路上；所述谐振电感L2和谐振电容C2并联形成并联谐振电路，并联谐振电路并联在电源转换模块M的输入端；所述负载连接电源转换模块M的输出端；所述谐振电容C1为电介质为铁电体材质的多层陶瓷电容，所述谐振电容C1在最大允许电压下的实际容量不大于额定标称容量的70％；所述谐振电感L1、谐振电感L2至少有一个为铁芯电抗器。

【技术特征摘要】
1.基于陶瓷电容的谐波电能再生利用装置，包括电源和负载，其特征在于，包括谐振电感L1、谐振电感L2、谐振电容C1、谐振电容C2与电源转换模块M，所述电源连接电源转换模块M的输入端，所述谐振电感L1和谐振电容C1串联形成串联谐振电路，串联谐振电路设置在电源与电源转换模块M连接的线路上；所述谐振电感L2和谐振电容C2并联形成并联谐振电路，并联谐振电路并联在电源转换模块M的输入端；所述负载连接电源转换模块M的输出端；所述谐振电容C1为电介质为铁电体材质的多层陶瓷电容，所述谐振电容C1在最大允许...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炯，朱奕帆，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网上海市电力公司，上海电力学院，
类型：发明
国别省市：北京,11