專利名稱：智能調(diào)節(jié)電力無功補償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能調(diào)節(jié)電力無功補償裝置。
電力線路上電能損耗的主要因素是感性負(fù)荷引起的功率因數(shù)下降，“無功”電流的增大。目前主要有兩種方案解決線路的損耗問題，其一是“有觸點”磁力開關(guān)投切電容器組來補償無功電流的方法，此種方案由于采用交流接觸器為控制開關(guān)，使之投切速度慢，可靠性差，同時觸點易產(chǎn)生電火花和噪音，并且使用壽命短。其二是晶閘管投切電容器組控制裝置，但目前所采用的此類技術(shù)方案存在如下問題(1)功率器件工作電壓要求高電容器上雖然都并有放電電阻，但時間常數(shù)都很大。如果不設(shè)計切除電容器后殘壓快速衰減回路，晶閘管瞬時承受的電壓為兩倍交流電源峰值電壓，在380V電壓等級應(yīng)用時，一般選擇耐壓為1600V的晶閘管，這樣不但成本高，而且仍然不能避免電網(wǎng)電壓異常升高帶來的危險。
(2)功率器件工作電流選擇大一般的做法是根據(jù)檢測“測量變壓器”二次側(cè)的電壓波形“間接檢測”判斷開通晶閘管的時間。各種因素對其準(zhǔn)確度影響很大，一但開通時間不準(zhǔn)，晶閘管和電容器會產(chǎn)生很大的“浪涌”電流，因此晶閘管工作電流選擇必須也很大，來換取其可靠性。
(3)不能使用通用電力電容器“間接檢測”判斷開通晶閘管的方法，決定了它只能實用稱之謂“三相控制”方式，即每組三相電容器必須使用三個晶閘管模塊，實際上是三個單相控制的簡單組合，因此必須訂做有六個出線的特殊的三相電容器。
(4)由于上述原因，不但設(shè)備成本很高，約高出“有觸點”的30％，而且可靠性仍不理想，因此不能大面積推廣。
本實用新型的目的在于提供一種安全可靠，廉價的投切速度快，可對任兩相母線控制的智能調(diào)節(jié)電力無功補償裝置。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種智能調(diào)節(jié)電力無功補償裝置，它主要包括綜合控制的電子調(diào)節(jié)器TJQ、相互并聯(lián)的無功補償分支電路和驅(qū)動器QDQ，電子調(diào)節(jié)器TJQ設(shè)有從母線采集的電壓和電流的輸入端和與驅(qū)動器QDQ相聯(lián)的投切信號的輸出端，驅(qū)動器QDQ輸出的投切控制信號接無功補償分支電路的控制端，無功補償電路的輸出分別接交流母線的任意兩相。
電子調(diào)節(jié)器TJQ包括單片機IC1、IC2、電壓采樣回路、電流采樣回路、同步電路和顯示屏，電壓采樣回路、電流采樣回路和同步電路的輸出接單片機IC1的輸入端，單片機IC1輸出的顯示信號經(jīng)單片機IC2與顯示屏相聯(lián)。電子調(diào)節(jié)器TJQ還包括兩路電路結(jié)構(gòu)相同的過流保護(hù)采樣回路，所說過流保護(hù)采樣回路由配接于母線的電流互感器和相互并接在互感器次端的電阻R和電位器W組成，其電位器W的動觸點接單片機IC1的輸入端。
無功補償分支電路由電容器組和兩組晶閘管模塊1MTC、2MTC組成，電容器組由電容C1-C3構(gòu)成，每組晶閘管模塊由兩個反相并聯(lián)的可控硅組成，其電容C2與電容C3的節(jié)點與晶閘管模塊1MTC的一端相聯(lián)，電容C3與電容C1的節(jié)點與晶閘管模塊2MTC的一端相聯(lián)，其兩組晶閘管模塊的另一端和電容C1和電容C2的節(jié)點分別與母線UA、UB、UC相聯(lián)。
驅(qū)動器QDQ由相互并接在單片機IC3輸入端的一組衰減過零檢測電路、驅(qū)動電路和脈沖變壓器組成，衰減過零檢測電路的輸入端接于晶閘管模塊的兩端，單片機IC3接收衰減過零檢測電路的輸出信號和由電子調(diào)節(jié)器TJQ輸出的投切信號，單片機IC3的輸出經(jīng)驅(qū)動電路接脈沖變壓器，其脈沖變壓器的輸出接無功補償分支電路的控制端。
本實用新型取得的技術(shù)進(jìn)步是采用兩點采樣原理，使投切準(zhǔn)確速度快，同時使用兩相控制方式，大大降低了晶閘管的工作電壓和電流，提高了裝置的可靠性，在相同容量相同電壓等級實現(xiàn)相同功能的情況下，功率晶閘管少用1/3，工作電壓減少25％，工作電流的選擇小，從而大大降低了成本。
下面以附圖為實施例對實用新型進(jìn)一步的描述

圖1為本實用新型的電原理圖。
圖2為電子調(diào)節(jié)器TJQ的電原理圖。
圖3為驅(qū)動器QDQ的電原理圖。
本實用新型主要包括綜合控制的電子調(diào)節(jié)器TJQ、相互并聯(lián)的無功補償分支電路和驅(qū)動器QDQ，電子調(diào)節(jié)器TJQ設(shè)有從母線采集的電壓和電流的輸入端和與驅(qū)動器QDQ相聯(lián)的投切信號的輸出端，驅(qū)動器QDQ輸出的投切控制信號接無功補償分支電路的控制端，無功補償電路的輸出分別接交流母線的任意兩相。無功補償分支電路由電容器組和兩組晶閘管模塊1MTC、2MTC組成，電容器組由電容C1-C3構(gòu)成，每組晶閘管模塊由兩個反相并聯(lián)的可控硅組成，其電容C2與電容C3的節(jié)點與晶閘管模塊1MTC的一端相聯(lián)，電容C3與電容C1的節(jié)點與晶閘管模塊2MTC的一端相聯(lián)，其兩組晶閘管模塊的另一端和電容C1和電容C2的節(jié)點分別與母線UA、UB、UC相聯(lián)。
電子調(diào)節(jié)器TJQ從母線上采集電壓和電流兩組信號，在一個周波(20MS)內(nèi)計算出無功功率，依據(jù)無功功率的大小TJQ向驅(qū)動器QDQ發(fā)出投切命令，驅(qū)動器QDQ自動完成晶閘管電壓過零的直接檢測，并發(fā)出控制脈沖，完成控制晶閘管自動投切電容器的功能。
如附圖1所示，A、B、C為交流380V母線，N為零線；K為刀閘；SR為快速熔斷保險，是本裝置的后備過流保護(hù)；1、2、3虛線框內(nèi)的回路分別表示相同結(jié)線形式不同容量的無功補償分支電路，本實施例選用了三組，也可選用多組，三組電容器的容量比為4∶2∶1，三組的組合為7級(0不包括在內(nèi))，其中1MTC為反向并聯(lián)的晶閘管模塊，分別控制電容器組C1、C2、C3的B相和C相，顯而易見，當(dāng)B、C相都關(guān)斷后，雖然A相始終與電源相連，但無電流，等于此組退出，反之等于投入，這樣省略了A相(也可以B或C相)控制，從而節(jié)約了1/3的晶閘管功率模塊。但是，如果無本實用新型的“晶閘管電壓過零直接檢測”省略A相控制將是十分困難的。
BLQ為避雷器，防止操作過電壓和意外的高電壓對本實用新型裝置的傷害。DYB為本裝置檢測與調(diào)節(jié)控制用的電源變壓器，其低壓側(cè)輸出V1、V2供單片機和邏輯回路以及驅(qū)動脈沖的穩(wěn)壓電源用；Vb、Vc分別供B、C相“晶閘管電壓過零直接檢測”回路的穩(wěn)壓電源用、V、A1、A2、CO Sφ為本裝置的監(jiān)視儀表，它們是電壓表、B相電流表、C相電流表、功率因數(shù)表。LOAD為用戶的電力負(fù)荷。CTL為總電流互感器，也可以接在負(fù)荷(LOAD)側(cè)，供功率因數(shù)表和無功功率檢測用，其兩種接法為現(xiàn)場安裝提供了方便。CTA、CTB、CTC為本裝置的A、B、C相電流互感器，供電流表和檢測及過流保護(hù)用。
如圖2所示，它主要完成檢測、無功計算、發(fā)調(diào)節(jié)命令、保護(hù)和顯示等功能。
電子調(diào)節(jié)器TJQ包括單片機IC1、IC2、電壓采樣回路、電流采樣回路、同步電路和顯示屏，電壓采樣回路、電流采樣回路和同步電路的輸出接單片機IC1的輸入端，單片機IC1輸出的顯示信號經(jīng)單片機IC2與顯示屏相聯(lián)。電子調(diào)節(jié)器TJQ還包括兩路電路結(jié)構(gòu)相同的過流保護(hù)采樣回路，所說過流保護(hù)采樣回路由配接于母線的電流互感器和相互并接在互感器次端的電阻R和電位器W組成，其電位器W的動觸點接單片機IC1的輸入端。電壓采樣回路由電壓互感器PT和電位器W1組成，其電位器W1并接于電壓互感器PT的次端，電位器W1的動觸點接單片機IC1的輸入端。電流采樣回路由配接于母線的電流互感器CT和相互并接在互感器CT次端的電阻R1和電位器W2組成，其電位器W2的動觸點接單片機IC1的輸入端。同步電路由相互正反相并接在比較放大器輸入端的二極管組成，其比較放大器的輸入端接電壓互感器PT的次端，其輸出與單片機IC1相聯(lián)。
該部分的核心部件為帶有A/D轉(zhuǎn)換器的16C71單片機IC1和驅(qū)動顯示的16C55單片機IC2。220V交流電壓a-N經(jīng)電壓互感器PT變成標(biāo)準(zhǔn)電壓經(jīng)電位器W1分壓進(jìn)入單片機IC1進(jìn)行交流采樣；A相CTL的二次電流LL-KL和裝置的A相CTA的二次電流LA-KA經(jīng)矢量相減進(jìn)入小電流互感器CT，其輸出經(jīng)R1變成電壓信號，再經(jīng)W2分壓進(jìn)入IC1也進(jìn)行交流采樣。如果附圖1中的CTL接在負(fù)荷(LOAD)側(cè)則CT的輸入只有一路電流LL-KL,LA-KA不接入。根據(jù)“兩點法”采樣原理，在一個周波(20ms)之內(nèi)便可計算出無功功率，依據(jù)無功功率的大小單片機IC1通過TX向驅(qū)動器QDQ發(fā)出投切級數(shù)的命令(串行碼)。
LB-KB和LC-KC經(jīng)ctb和ctc的變換原理和CT類同，但用處不同，進(jìn)入單片機IC1的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)供判斷裝置的運行狀況；輸出ib進(jìn)入過流保護(hù)4和輸出ic進(jìn)入過流保護(hù)5，它們的輸出進(jìn)入單片機IC2供過流顯示用，同時二者“或”后產(chǎn)生保護(hù)動作信號BH送入單片機IC1和驅(qū)動器，該信號是應(yīng)急信號，它會中止單片機IC1發(fā)送命令和在0.1ms之內(nèi)停止驅(qū)動器工作。其中6、7、8為斷相保護(hù)，電壓UA-a、UB-b、UC-c進(jìn)入斷相保護(hù)6、7、8，輸出進(jìn)入單片機IC2供顯示用，同時三者“或”后形成綜合保護(hù)信號ZB輸入到單片機IC1，它會中止發(fā)調(diào)節(jié)命令。
采樣同步電壓來自PT進(jìn)入同步形成回路，輸出方波進(jìn)入單片機IC1，它控制著A/D轉(zhuǎn)換的節(jié)拍。RUN、STOP信號來自“啟”、“?！卑磁?，低電平有效，單片機IC1接收到啟、停信號后，向驅(qū)動器QDQ和顯示發(fā)送相應(yīng)信號，同時控制繼電器點亮表盤上的紅燈HD或綠燈LD。
顯示器XSH1-XSH5由單片機IC2直接驅(qū)動，顯示運行狀態(tài)、投切級數(shù)、電流、電壓、無功功率、過流保護(hù)、過壓保護(hù)、斷相保護(hù)、晶閘管模塊工作狀態(tài)等。
附圖3為驅(qū)動器QDQ示意圖，它接收調(diào)節(jié)器的命令，自動完成晶體管電壓過零直接檢測、觸發(fā)驅(qū)動、最終達(dá)到控制晶閘管投切電容的目的。
如圖3所示，驅(qū)動器QDQ由相互并接在單片機IC3輸入端的一組衰減過零檢測電路、驅(qū)動電路和脈沖變壓器組成，衰減過零檢測電路的輸入端接于晶閘管模塊的兩端，單片機IC3接收衰減過零檢測電路的輸出信號和由電子調(diào)節(jié)器TJQ輸出的投切信號，單片機IC3的輸出經(jīng)驅(qū)動電路接脈沖變壓器，其脈沖變壓器的輸出接無功補償分支電路的控制端。衰減過零檢測電路由電容器殘壓快速衰減回路和晶閘管電壓過零直接檢測電路組成，所說電容器殘壓快速衰減回路由壓敏電阻YM和與其并接的由電阻R6和電容C4組成的阻容吸收回路構(gòu)成，所說晶閘管電壓過零直接檢測電路由電阻R7-R11、二極管D6、D7、電壓比較器BJ和光電耦合器GD組成，電壓比較器BJ的輸入端經(jīng)電阻R7-R9的分壓與壓敏電阻YM兩端相聯(lián)，電壓比較器BJ的輸出經(jīng)光電耦合器GD接單片機IC3的輸入端。
本實施例選用了六路結(jié)構(gòu)、工作原理相同的衰減過零檢測電路并接于單片機IC3的輸入端，其各不相同的僅是檢測用電源有所區(qū)別，即凡接晶閘管模塊B相的，檢測電源用VBB，接C相的用VCC，其VBB與VCC電源是不共地的，并互為隔離。下面僅以一路為例輸入的UB-1和UB接在晶閘管模塊的兩端，YM為壓敏電阻，構(gòu)成本實用新型的電容器殘壓快速衰減回路，其跨接在晶閘管模塊的兩端，在關(guān)斷晶閘管后的第一個半周期的峰值瞬間快速泄放電容電荷，以達(dá)到快速衰減電容器殘壓的目的，從而降低了晶閘管承受的反壓。電阻R6和電容C4為限制電壓上升的阻容吸收回路。其電阻R7-R9、二極管D6、D7和電壓比較器BJ構(gòu)成晶閘管電壓過零直接檢測電路，BJ是一個寬電壓范圍的比較器，可在0.3伏-2000伏之間可靠工作，它的輸出經(jīng)電阻R10及光電耦合器GD送入高速單片機IC3，型號為16C55/HS。單片機IC3接收到電子調(diào)節(jié)器TJQ發(fā)出的投切命令后，根據(jù)投切級數(shù)和過零檢測狀態(tài)，發(fā)出頻率為10000周的觸發(fā)脈沖，經(jīng)驅(qū)動門IC4、IC5(型號為MC1413)驅(qū)動相應(yīng)的脈沖變壓器T1、T2，脈沖變壓器T1、T2輸出的G1,G1′-G6,G6′對應(yīng)連接六個晶閘管的控制極。本實用新型設(shè)計的驅(qū)動脈沖的產(chǎn)生，完全由單片機IC3來實現(xiàn)，不需外加脈沖信號源和邏輯門電路，是一個智能化的脈沖發(fā)生器。
從電子調(diào)節(jié)器TJQ輸入來的過流保護(hù)信號BH，可立即中斷單片機IC3觸發(fā)脈沖的輸出，直到有回復(fù)信號到來之前，IC3保持待命狀態(tài)。從電子調(diào)節(jié)器TJQ輸入來的命令信號RD，是控制單片機IC3進(jìn)行投切級數(shù)的信號。
權(quán)利要求1.一種智能調(diào)節(jié)電力無功補償裝置，其特征在于它主要包括綜合控制的電子調(diào)節(jié)器TJQ、相互并聯(lián)的無功補償分支電路和驅(qū)動器QDQ，電子調(diào)節(jié)器TJQ設(shè)有從母線采集的電壓和電流的輸入端和與驅(qū)動器QDQ相聯(lián)的投切信號的輸出端，驅(qū)動器QDQ輸出的投切控制信號接無功補償分支電路的控制端，無功補償電路的輸出分別接交流母線的任意兩相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力無功補償裝置，其特征在于所說的電子調(diào)節(jié)器TJQ包括單片機IC1、IC2、電壓采樣回路、電流采樣回路、同步電路和顯示屏，電壓采樣回路、電流采樣回路和同步電路的輸出接單片機IC1的輸入端，單片機IC1輸出的顯示信號經(jīng)單片機IC2與顯示屏相聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力無功補償裝置，其特征在于所說的電子調(diào)節(jié)器TJQ還包括兩路電路結(jié)構(gòu)相同的過流保護(hù)采樣回路，所說過流保護(hù)采樣回路由配接于母線的電流互感器和相互并接在互感器次端的電阻R和電位器W組成，其電位器W的動觸點接單片機IC1的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力無功補償裝置，其特征在于所說的電壓采樣回路由電壓互感器PT和電位器W1組成，其電位器W1并接于電壓互感器PT的次端，電位器W1的動觸點接單片機IC1的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力無功補償裝置，其特征在于所說的電流采樣回路由配接于母線的電流互感器CT和相互并接在互感器CT次端的電阻R1和電位器W2組成，其電位器W2的動觸點接單片機IC1的輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力無功補償裝置，其特征在于所說的同步電路由相互正反相并接在比較放大器輸入端的二極管組成，其比較放大器的輸入端接電壓互感器PT的次端，其輸出與單片機IC1相聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力無功補償裝置，其特征在于所說的無功補償分支電路由電容器組和兩組晶閘管模塊1MTC、2MTC組成，電容器組由電容C1-C3構(gòu)成，每組晶閘管模塊由兩個反相并聯(lián)的可控硅組成，其電容C2與電容C3的節(jié)點與晶閘管模塊1MTC的一端相聯(lián)，電容C3與電容C1的節(jié)點與晶閘管模塊2MTC的一端相聯(lián)，其兩組晶閘管模塊的另一端和電容C1和電容C2的節(jié)點分別與母線UA、UB、UC相聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力無功補償裝置，其特征在于所說的驅(qū)動器QDQ由相互并接在單片機IC3輸入端的一組衰減過零檢測電路、驅(qū)動電路和脈沖變壓器組成，衰減過零檢測電路的輸入端接于晶閘管模塊的兩端，單片機IC3接收衰減過零檢測電路的輸出信號和由電子調(diào)節(jié)器TJQ輸出的投切信號，單片機IC3的輸出經(jīng)驅(qū)動電路接脈沖變壓器，其脈沖變壓器的輸出接無功補償分支電路的控制端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力無功補償裝置，其特征在于所說的衰減過零檢測電路由電容器殘壓快速衰減回路和晶閘管電壓過零直接檢測電路組成，所說電容器殘壓快速衰減回路由壓敏電阻YM和與其并接的由電阻R6和電容C4組成的阻容吸收回路構(gòu)成，所說晶閘管電壓過零直接檢測電路由電阻R7-R11、二極管D6、D7、電壓比較器BJ和光電耦合器GD組成，電壓比較器BJ的輸入端經(jīng)電阻R7-R9的分壓與壓敏電阻YM兩端相聯(lián)，電壓比較器BJ的輸出經(jīng)光電耦合器GD接單片機IC3的輸入端。
專利摘要本實用新型涉及一種智能調(diào)節(jié)電力無功補償裝置,它主要包括綜合控制的電子調(diào)節(jié)器、相互并聯(lián)的無功補償分支電路和驅(qū)動器,電子調(diào)節(jié)器設(shè)有從母線采集來的電壓和電流的輸入端和與驅(qū)動器相聯(lián)的投切信號輸出端,驅(qū)動器輸出的投切控制信號接無功補償分支電路的控制端,無功補償分支電路的輸出分別接交流母線的任意兩相。采用兩點法采樣,使之投切準(zhǔn)確速度快,同時使用兩相控制方式,可有效地減少1/3晶閘管的用量及其相關(guān)的附屬器件。從而大大降低該裝置的成本。是一種理想的智能調(diào)節(jié)電力無功補償裝置。
文檔編號G05F1/70GK2331019SQ9820053
公開日1999年7月28日 申請日期1998年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月19日
發(fā)明者劉瑞多, 劉巖 申請人:劉瑞多