一种具有LED恒流驱动的无功补偿设备.pdf

本发明提供了一种具有LED恒流驱动的无功补偿设备，包括依次连接的三相工频交流电供电、无功补偿电容、三相整流桥、LCL滤波和LED灯组，其中三相工频交流电每一相通过一个开关连接一个无功补偿电容的一端，无功补偿电容的另一端则连接在三相整流桥三相输入侧的对应桥臂的中点，在无功补偿电容靠近整流桥的一侧，设置有两个开关，当两个开关同时闭合导通时，三个无功补偿电容形成星形连接。本发明能够提供无功补偿，且后级的LED驱动不使用电解电容，寿命长，不需要复杂的控制器，便于后期维护检修，在需要无功补偿的场所拥有重要的使用价值，适用于使用大量感性负载的厂房，使用变压器的配电间等需要无功补偿和照明的场合。

1.  一种具有LED恒流驱动的无功补偿设备，其特征在于：包括依次连接的三相工频交流电供电、无功补偿电容、三相整流桥、LCL滤波和LED灯组，其中三相工频交流电每一相通过一个开关连接一个无功补偿电容的一端，无功补偿电容的另一端则连接在三相整流桥三相输入侧的对应桥臂的中点，在无功补偿电容靠近整流桥的一侧，设置有两个开关，当两个开关同时闭合导通时，三个无功补偿电容形成星形连接。

2.  根据权利要求1所述的具有LED恒流驱动的无功补偿设备，其特征在于：所述的LED灯组的功率上限为无功补偿容量的10%-15%。

3.  根据权利要求1所述的具有LED恒流驱动的无功补偿设备，其特征在于：所述的LCL滤波器使用薄膜电容。

一种具有LED恒流驱动的无功补偿设备
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体是一种具有LED恒流驱动的无功补偿设备。
背景技术
近年来，节能一直是一个热门话题，自“十一五”规划以来，政府有关部门一直非常重视节能减排工作。而节能减排中，很重要的一环就是照明用电的节能。如今，世界各国都在逐步禁止白炽灯的销售使用，显然白炽灯已经不能适应时代的需求了。而LED灯亮度高，效率高，寿命长，体积小，在这样时代背景下，正可以取代其他照明设备，实现节能减排的目的。LED是Light Emitting Diode的缩写，中文名为发光二极管，是半导体二极管，只能单向导通，如果使用工频交流电直接驱动LED，性能就比较差，这就需要专门的LED驱动设备来实现LED照明。LED作为二极管的一种，是非线性元件，一般使用恒流方式驱动。现在市面上已经存在许多LED照明设备，其中很多都是基于开关电源的驱动系统，采用单相工频交流作为输入电源，经过不控整流，有的还可能添加功率因数校正来得到直流电压，再经过DC/DC变换器实现恒流输出驱动LED灯，往往需要使用电解电容平稳整流电压。而电解电容寿命一般在一万小时以内，且受温度影响严重，这与LED五万小时以上的寿命不适应。当然，也存在无电解电容的驱动方案，但是这些方案的功率部分拓扑结构、驱动控制部分硬件和软件都较为复杂，对于后期维护检修不利，这也是LED照明还没有普及的原因之一。
在整个电网中，存在电动机、变压器等用电设备,而这些负载属于感性负载,当这些感性负载工作时，会产生感性无功功率，这就需要无功功率补偿了，而提供无功补偿的装置，称为无功补偿设备。这类设备能够提供无功功率，提高电网的功率因素，减小电网的无功电流，这就减少能量在电网传输线路和供电变压器上的损耗，也减小了线路的电流应力。而这同样也符合节能减排的要求。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种具有LED恒流驱动的无功补偿设备，它在提供无功补偿的基础上，后级的LED近似恒流驱动部分摒弃了电解电容，无需复杂的控制器，便于后期维护检修。
本发明包括依次连接的三相工频交流电供电、无功补偿电容、三相整流桥、LCL滤 波和LED灯组，其中三相工频交流电每一相通过一个开关连接一个无功补偿电容的一端，无功补偿电容的另一端则连接在三相整流桥三相输入侧的对应桥臂的中点，在无功补偿电容靠近整流桥的一侧，设置有两个开关，当两个开关同时闭合导通时，三个无功补偿电容形成星形连接。
所述的LED灯组的功率上限为无功补偿容量的10％-15％。
所述的LCL滤波器使用薄膜电容。
LED灯组结构采用分组串并联结构连接，将每一组称为并联LED灯组，再将每一组并联LED灯组串联相接，使用与每组并联LED灯组相并联的开关，实现LED灯的开通关断。
本发明有益效果在于：
1、能够提供无功补偿，将设计LED功率上限为无功补偿容量的10％到15％左右，对无功补偿容量影响较小，同时提供了LED照明。
2、采用无功补偿电容实现降压和近似恒流，不使用变压器，没有变压器铁损和磁滞损耗，产生的电磁干扰少。
3、后级LED驱动近似恒流，带负载范围宽，抗负载短路，安全性高。
4、后级LED驱动部分，电路简单，不使用控制芯片和半导体开关器件，考虑到这些场所本身就需要无功补偿装置，在这个基础上实现LED照明，因此不计无功补偿装置的成本，降低了成本，并且不易出故障，且维护检修方便。
5、LED驱动部分，摒弃电解电容，同时无功补偿电容器的寿命完全可以满足LED使用寿命要求，寿命较长。
附图说明
图1为本发明电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明电路结构示意图如图1所示，包括依次连接的三相工频交流电供电、无功补偿电容、三相整流桥、LCL滤波和LED灯组，其中三相工频交流电每一相通过一个开关连接一个无功补偿电容的一端，无功补偿电容的另一端则连接在三相整流桥三相输入侧的对应桥臂的中点，在无功补偿电容靠近整流桥的一侧，设置有两个开关，当两个开关同时闭合导通时，三个无功补偿电容形成星形连接。为了满足使用需求，可以适当灵 活的设置一些开关。
本发明的具体实施方案如下：
(1)无功补偿电容的核定
根据具体使用场合计算无功补偿功率，再计算出无功补偿电容的大小，注意电容器须按照星形连接方式进行核算，由于无功补偿的核算已经存在很多资料和文献可以参考设计，此处不再赘述。
(2)LED驱动的功率上限核定
由于本发明针对存在无功补偿和照明需求的场所，具体的LED驱动电路也是要借助无功补偿电容实现，LED驱动的功率上限也由无功补偿容量决定的，因此，先要核定功率上限。当然有一点需要指出的是无功补偿的电容要按照星形连接方式实现无功补偿。兼顾无功补偿容量与LED输出功率两者，可以取无功补偿容量的10％到15％左右，作为LED灯输出功率上限，这样对于无功补偿容量的影响很小。在一些感性设备运作较为复杂且量较大时，会采用多组无功补偿电容实现无功补偿，如果该场合下需要的LED功率不需要全部无功补偿容量的10％到15％，则可以取其中一组或者几组来实现LED驱动，功率上限就用这一组或者几组来核算。
(3)无功补偿电容与后级的连接方式
其实就是将本来应该以星形连接的无功补偿电容的一侧接线不连在一起，而是将它们分别连接在三相整流桥的每个桥臂的中点。如图1所示，即为正确的连接方式。
(4)LCL滤波器
LCL滤波器需要根据实际使用场合对LED电流纹波的要求进行设计，特别指出此处滤波电容使用薄膜电容，纹波就已经满足要求，无须使用电解电容。由于LCL滤波器的设计已经存在很多资料和文献可以参考设计，此处不再赘述。
(5)LED的灯组设计
LED灯组结构采用分组串并联结构连接，将每一组称为并联LED灯组，再将每一组并联LED灯组串联相接，使用与每组并联LED灯组相并联的开关，实现LED灯的开通关断。
根据具体的场合的照明要求进行布置，一组的并联LED个数由无功补偿电容决定，无功补偿电容决定输出电流的值，这个电流要全部分配给并联的LED(在这里统称为并 联LED组)，使之全部工作在正常工作电流。当然可以根据实际情况决定每一组内的并联支路上串接的LED数目，但是串接的LED数目在每一组上都应该是一致的，如图1中的LED灯组，就在每个并联LED组的每个支路上串接了2个LED。
每组并联LED灯组的数量具体计算步骤如下：
1.计算无功补偿电容容抗(其中f是工频交流电频率，C是每一相的无功补偿电容值)。
2.计算整流输出电流平均值(其中U_rms是相电压有效值)。
3.计算每组的并联LED数量(其中I_LED是每个LED正常工作的电流上限)。
计算所得的n基本就是合适的值，当然可以根据实际情况对并联LED数量n稍作修改，最后再将每一组并联LED串接起来，注意串联组数不能使其LED照明功率输出超过核算后的上限值。开关则设置在每个并联LED灯组的两端。开关断开则将该并联LED组串联入总回路，LED灯发光，开关闭合这将并联LED组短接出总回路，关闭LED灯。具体可参考图1。
(6)总体结构组装
将无功补偿电容，三相整流桥，LCL滤波和LED灯组这四部分，再加上必要的开关，按照图1组装，即可实现本发明。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。