交流容性負(fù)載功率因數(shù)的有級補償電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種交流容性負(fù)載功率因數(shù)的有級補償電路，包括負(fù)載電壓電流信號處理電路、補償控制與穩(wěn)壓電源電路，具體包括電壓互感器VS1、電流互感器CS1、處理器IC1、A三極管Q1、B三極管Q2、C三極管Q3、穩(wěn)壓電源模塊U0、A固態(tài)繼電器U1、B固態(tài)繼電器U2、C固態(tài)繼電器U3、電抗器L1、基準(zhǔn)管D1、上穩(wěn)壓管D2、下穩(wěn)壓管D3、負(fù)載電阻R1等。本實用新型利用基于三只過零型交流固態(tài)繼電器與一只三抽頭的補償電抗器進行對電網(wǎng)無擾動的投切控制，以實現(xiàn)對容性負(fù)載功率因數(shù)的三級補償控制，能滿足多數(shù)容性負(fù)載對功率因數(shù)補償控制的要求，該方法性價比高、通用性好、安全可靠。
【專利說明】交流容性負(fù)載功率因數(shù)的有級補償電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于工業(yè)測控領(lǐng)域，涉及一種電路，特別涉及一種交流容性負(fù)載功率 因數(shù)的有級補償電路，適用于對交流容性負(fù)載自動進行功率因數(shù)補償控制的應(yīng)用場合，以 提1?供電、用電效能。
【背景技術(shù)】
[0002] 容性負(fù)載也是交流用電負(fù)載中的一種，其電流相位超前于電壓相位，而供電、用電 系統(tǒng)的功率因數(shù)是電能運行質(zhì)量中的重要指標(biāo)。目前，在提高交流用電負(fù)載功率因數(shù)的研 究與技術(shù)應(yīng)用方面，主要是針對感性負(fù)載。而在提高容性負(fù)載功率因數(shù)方面的主要方案為： 一是基于旋轉(zhuǎn)電機的同步調(diào)相機，二是基于晶閘管控制的電抗器?，F(xiàn)有方案的不足之處在 于：一是因同步調(diào)相機的核心是旋轉(zhuǎn)電機，功耗大、噪聲大、維護難度高、代價大，二是現(xiàn)有 的一只電抗器只能對一點實現(xiàn)較理想的補償效果，利用率低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，針對交流容性負(fù)載，提出一種交 流容性負(fù)載功率因數(shù)的三級補償電路。該電路集功率因數(shù)檢測與三級補償控制方案于一 體，采用基于多三個電壓過零型交流固態(tài)繼電器對三抽頭的補償電抗器進行有級判別式切 換，以實現(xiàn)對容性負(fù)載功率因數(shù)的有級補償控制。
[0004] 本實用新型包括負(fù)載電壓電流信號處理電路、補償控制與穩(wěn)壓電源電路。
[0005] 負(fù)載相電壓電流信號處理電路包括電壓互感器VS1、電流互感器CS1、容性負(fù)載 、負(fù)載電阻R1、偏壓電阻R3、電壓濾波電阻R4、電壓濾波電容C1、上穩(wěn)壓管D2、偏流電阻 R5、電流濾波電阻R6、電流濾波電容C2、下穩(wěn)壓管D3,電壓互感器VS1的相檢測端L端與電 網(wǎng)相電壓端L端連接，電壓互感器VS1的零線端N端與電網(wǎng)零線端N端連接，電壓互感器 VS1的正輸出端0UT1端與電壓濾波電阻R4的一端連接，電壓互感器VS1的負(fù)輸出端0UT2 端接地，電壓濾波電阻R4的另一端與處理器IC1的上A/D轉(zhuǎn)換接口端ADC1端、偏壓電阻R3 的一端、上穩(wěn)壓管D2的陰極、電壓濾波電容C1的一端連接，偏壓電阻R3的另一端與電壓基 準(zhǔn)端VZ端連接，電壓濾波電容C1的另一端接地，上穩(wěn)壓管D2的陽極接地，容性負(fù)載PU1的 相供電端L端經(jīng)連線穿過電流互感器CS1的檢測孔后與電網(wǎng)相電壓端L端連接，容性負(fù)載 PU1的零線端N端與電網(wǎng)零線端N端連接，電流互感器CS1的負(fù)輸出端A2接地，電流互感 器CS1的正輸出端A1與負(fù)載電阻R1的一端、電流濾波電阻R6的一端連接，負(fù)載電阻R1的 另一端接地，電流濾波電阻R6的另一端與處理器IC1的下A/D轉(zhuǎn)換接口端ADC2端、偏流電 阻R5的一端、下穩(wěn)壓管D3的陰極、電流濾波電容C4的一端連接，偏流電阻R5的另一端與 電壓基準(zhǔn)端VZ端連接，電流濾波電容C4的另一端接地，下穩(wěn)壓管D3的陽極接地；
[0006] 補償控制與穩(wěn)壓電源電路包括處理器IC1、鐘振U4、電抗器L1、A固態(tài)繼電器U1、B 固態(tài)繼電器U2、C固態(tài)繼電器U3、A三極管Ql、B三極管Q2、C三極管Q3、A基極電阻R7、B 基極電阻R8、C基極電阻R9、穩(wěn)壓電源模塊U0、電源電容C0、穩(wěn)壓電阻R2、基準(zhǔn)管D1，處理 器IC1的電源端VCC端與穩(wěn)壓電源正端VCC端連接，處理器IC1的地端GND端接地，處理器 IC1的時鐘端XT端與鐘振U4的輸出端OUT端連接，鐘振U4的電源端+V端與穩(wěn)壓電源正端 VCC端連接，鐘振U4的地端GND端接地，處理器IC1的第1輸出端01端與A基極電阻R7的 一端連接，A基極電阻R7的另一端與A三極管Q1的基極b端連接，處理器IC1的第2輸出 端02端與B基極電阻R8的一端連接，B基極電阻R8的另一端與B三極管Q2的基極b端 連接，處理器IC1的第3輸出端02端與C基極電阻R9的一端連接，C基極電阻R9的另一 端與C三極管Q3的基極b端連接，A三極管Q1的射極e端接地，A三極管Q1的集電極c端 與A固態(tài)繼電器U1的負(fù)輸入端-IN端連接，B三極管Q2的射極e端接地，B三極管Q2的集 電極c端與B固態(tài)繼電器U2的負(fù)輸入端-IN端連接，C三極管Q3的射極e端接地，C三極 管Q3的集電極c端與C固態(tài)繼電器U3的負(fù)輸入端-IN端連接，A固態(tài)繼電器U1的正輸入 端+IN端、B固態(tài)繼電器U2的正輸入端+IN端、C固態(tài)繼電器U3的正輸入端+IN端均與穩(wěn) 壓電源正端VCC端連接，A固態(tài)繼電器U1的第1交流端AC1端、B固態(tài)繼電器U2的第1交 流端AC1端、C固態(tài)繼電器U3的第1交流端AC1端均與電網(wǎng)相電壓端L端連接，A固態(tài)繼電 器U1的第2交流端AC2端與電抗器L1的第1抽頭端1端連接，B固態(tài)繼電器U2的第2交 流端AC2端與電抗器L1的第2抽頭端2端連接，C固態(tài)繼電器U3的第2交流端AC2端與 電抗器L1的第3抽頭端3端連接，電抗器L1的0抽頭端0端與電網(wǎng)零線端N端連接。穩(wěn) 壓電源模塊U0的相供電端L端與電網(wǎng)相電壓端L端連接，穩(wěn)壓電源模塊U0的零線端N端 與電網(wǎng)零線端N端連接，穩(wěn)壓電源模塊U0的輸出電源端+V端與穩(wěn)壓電源正端VCC端、電源 電容C0的一端、穩(wěn)壓電阻R2的一端連接，電源電容C0的另一端接地，穩(wěn)壓電阻R2的另一 端與基準(zhǔn)管D1的陰極、基準(zhǔn)電壓端VZ端連接，基準(zhǔn)管D1的陽極接地。
[0007] 本實用新型的有益效果如下：
[0008] 本實用新型利用易于制作的多抽頭電抗器及過零型交流固態(tài)繼電器，對容性負(fù)載 功率因數(shù)進行有級補償控制，該方法能滿足多數(shù)交流容性負(fù)載對功率因數(shù)補償控制的要 求，該方法性價比高、通用性好、安全可靠。
[0009] 該電路方法容易擴展應(yīng)用于三相交流容性負(fù)載的功率因數(shù)補償控制中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1為本實用新型的電路圖。
【具體實施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0012] 如圖1所示，交流容性負(fù)載功率因數(shù)的有級補償電路，包括負(fù)載電壓電流信號處 理電路、補償控制與穩(wěn)壓電源電路。
[0013] 負(fù)載相電壓電流信號處理電路包括電壓互感器VS1、電流互感器CS1、容性負(fù)載 roi、負(fù)載電阻R1、偏壓電阻R3、電壓濾波電阻R4、電壓濾波電容C1、上穩(wěn)壓管D2、偏流電阻 R5、電流濾波電阻R6、電流濾波電容C2、下穩(wěn)壓管D3,電壓互感器VS1的相檢測端L端與電 網(wǎng)相電壓端L端連接，電壓互感器VS1的零線端N端與電網(wǎng)零線端N端連接，電壓互感器 VS1的正輸出端0UT1端與電壓濾波電阻R4的一端連接，電壓互感器VS1的負(fù)輸出端0UT2 端接地，電壓濾波電阻R4的另一端與處理器IC1的上A/D轉(zhuǎn)換接口端ADC1端、偏壓電阻R3 的一端、上穩(wěn)壓管D2的陰極、電壓濾波電容Cl的一端連接，偏壓電阻R3的另一端與電壓基 準(zhǔn)端VZ端連接，電壓濾波電容C1的另一端接地，上穩(wěn)壓管D2的陽極接地，容性負(fù)載PU1的 相供電端L端經(jīng)連線穿過電流互感器CS1的檢測孔后與電網(wǎng)相電壓端L端連接，容性負(fù)載 PU1的零線端N端與電網(wǎng)零線端N端連接，電流互感器CS1的負(fù)輸出端A2接地，電流互感 器CS1的正輸出端A1與負(fù)載電阻R1的一端、電流濾波電阻R6的一端連接，負(fù)載電阻R1的 另一端接地，電流濾波電阻R6的另一端與處理器IC1的下A/D轉(zhuǎn)換接口端ADC2端、偏流電 阻R5的一端、下穩(wěn)壓管D3的陰極、電流濾波電容C4的一端連接，偏流電阻R5的另一端與 電壓基準(zhǔn)端VZ端連接，電流濾波電容C4的另一端接地，下穩(wěn)壓管D3的陽極接地；
[0014] 補償控制與穩(wěn)壓電源電路包括處理器IC1、鐘振U4、電抗器L1、A固態(tài)繼電器U1、B 固態(tài)繼電器U2、C固態(tài)繼電器U3、A三極管Ql、B三極管Q2、C三極管Q3、A基極電阻R7、B 基極電阻R8、C基極電阻R9、穩(wěn)壓電源模塊U0、電源電容C0、穩(wěn)壓電阻R2、基準(zhǔn)管D1，處理 器IC1的電源端VCC端與穩(wěn)壓電源正端VCC端連接，處理器IC1的地端GND端接地，處理器 IC1的時鐘端XT端與鐘振U4的輸出端OUT端連接，鐘振U4的電源端+V端與穩(wěn)壓電源正端 VCC端連接，鐘振U4的地端GND端接地，處理器IC1的第1輸出端01端與A基極電阻R7的 一端連接，A基極電阻R7的另一端與A三極管Q1的基極b端連接，處理器IC1的第2輸出 端02端與B基極電阻R8的一端連接，B基極電阻R8的另一端與B三極管Q2的基極b端 連接，處理器IC1的第3輸出端02端與C基極電阻R9的一端連接，C基極電阻R9的另一 端與C三極管Q3的基極b端連接，A三極管Q1的射極e端接地，A三極管Q1的集電極c端 與A固態(tài)繼電器U1的負(fù)輸入端-IN端連接，B三極管Q2的射極e端接地，B三極管Q2的集 電極c端與B固態(tài)繼電器U2的負(fù)輸入端-IN端連接，C三極管Q3的射極e端接地，C三極 管Q3的集電極c端與C固態(tài)繼電器U3的負(fù)輸入端-IN端連接，A固態(tài)繼電器U1的正輸入 端+IN端、B固態(tài)繼電器U2的正輸入端+IN端、C固態(tài)繼電器U3的正輸入端+IN端均與穩(wěn) 壓電源正端VCC端連接，A固態(tài)繼電器U1的第1交流端AC1端、B固態(tài)繼電器U2的第1交 流端AC1端、C固態(tài)繼電器U3的第1交流端AC1端均與電網(wǎng)相電壓端L端連接，A固態(tài)繼電 器U1的第2交流端AC2端與電抗器L1的第1抽頭端1端連接，B固態(tài)繼電器U2的第2交 流端AC2端與電抗器L1的第2抽頭端2端連接，C固態(tài)繼電器U3的第2交流端AC2端與 電抗器L1的第3抽頭端3端連接，電抗器L1的0抽頭端0端與電網(wǎng)零線端N端連接。穩(wěn) 壓電源模塊U0的相供電端L端與電網(wǎng)相電壓端L端連接，穩(wěn)壓電源模塊U0的零線端N端 與電網(wǎng)零線端N端連接，穩(wěn)壓電源模塊U0的輸出電源端+V端與穩(wěn)壓電源正端VCC端、電源 電容C0的一端、穩(wěn)壓電阻R2的一端連接，電源電容C0的另一端接地，穩(wěn)壓電阻R2的另一 端與基準(zhǔn)管D1的陰極、基準(zhǔn)電壓端VZ端連接，基準(zhǔn)管D1的陽極接地。
[0015] 本實用新型所使用的包括電壓互感器VS1、電流互感器CS1、穩(wěn)壓電源模塊U0、A固 態(tài)繼電器U1、B固態(tài)繼電器U2、C固態(tài)繼電器U3、處理器IC1、A三極管Q1、B三極管Q2、C三 極管Q3、基準(zhǔn)管D1、上穩(wěn)壓管D2、下穩(wěn)壓管D3等在內(nèi)的主要器件均采用現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品，可 以通過市場取得。例如：電壓互感器采用JDZX10系列產(chǎn)品，電壓流互感器采用ΒΗ-0. 66系 列產(chǎn)品，穩(wěn)壓電源模塊采用WAN2. 5-3. 3,固態(tài)繼電器采用SSR-H380D過零型系列產(chǎn)品，處理 器采用STM32F103,三極管采用C8050,基準(zhǔn)管、穩(wěn)壓管均采用BZX84-B3等。
[0016] 本實用新型中的主要電路參數(shù)及輸入輸出關(guān)系如下：
[0017] 圖1中的電壓互感器VS1的輸出信號uv(l與電網(wǎng)相電壓113間的關(guān)系如式⑴所示， 其中的kv為變壓系數(shù)；電流互感器CS1的輸出信號ui(l與電網(wǎng)相電流ia間的關(guān)系如式（2) 所示，其中的h為變流系數(shù)。
[0018] uvo = kvua (1)
[0019] ui0 = R1 · kiia (2)
【權(quán)利要求】
1.交流容性負(fù)載功率因數(shù)的有級補償電路，包括負(fù)載電壓電流信號處理電路、補償控 制與穩(wěn)壓電源電路，其特征在于： 負(fù)載相電壓電流信號處理電路包括電壓互感器VS1、電流互感器CS1、容性負(fù)載PU1、負(fù) 載電阻R1、偏壓電阻R3、電壓濾波電阻R4、電壓濾波電容C1、上穩(wěn)壓管D2、偏流電阻R5、電 流濾波電阻R6、電流濾波電容C2、下穩(wěn)壓管D3,電壓互感器VS1的相檢測端L端與電網(wǎng)相電 壓端L端連接，電壓互感器VS1的零線端N端與電網(wǎng)零線端N端連接，電壓互感器VS1的正 輸出端0UT1端與電壓濾波電阻R4的一端連接，電壓互感器VS1的負(fù)輸出端0UT2端接地，電 壓濾波電阻R4的另一端與處理器IC1的上A/D轉(zhuǎn)換接口端ADC1端、偏壓電阻R3的一端、 上穩(wěn)壓管D2的陰極、電壓濾波電容C1的一端連接，偏壓電阻R3的另一端與電壓基準(zhǔn)端VZ 端連接，電壓濾波電容C1的另一端接地，上穩(wěn)壓管D2的陽極接地，容性負(fù)載PU1的相供電 端L端經(jīng)連線穿過電流互感器CS1的檢測孔后與電網(wǎng)相電壓端L端連接，容性負(fù)載PU1的零 線端N端與電網(wǎng)零線端N端連接，電流互感器CS1的負(fù)輸出端A2接地，電流互感器CS1的 正輸出端A1與負(fù)載電阻R1的一端、電流濾波電阻R6的一端連接，負(fù)載電阻R1的另一端接 地，電流濾波電阻R6的另一端與處理器IC1的下A/D轉(zhuǎn)換接口端ADC2端、偏流電阻R5的 一端、下穩(wěn)壓管D3的陰極、電流濾波電容C4的一端連接，偏流電阻R5的另一端與電壓基準(zhǔn) 端VZ端連接，電流濾波電容C4的另一端接地，下穩(wěn)壓管D3的陽極接地； 補償控制與穩(wěn)壓電源電路包括處理器IC1、鐘振U4、電抗器L1、A固態(tài)繼電器U1、B固態(tài) 繼電器U2、C固態(tài)繼電器U3、A三極管Ql、B三極管Q2、C三極管Q3、A基極電阻R7、B基極 電阻R8、C基極電阻R9、穩(wěn)壓電源模塊U0、電源電容C0、穩(wěn)壓電阻R2、基準(zhǔn)管D1，處理器IC1 的電源端VCC端與穩(wěn)壓電源正端VCC端連接，處理器IC1的地端GND端接地，處理器IC1的 時鐘端XT端與鐘振U4的輸出端OUT端連接，鐘振U4的電源端+V端與穩(wěn)壓電源正端VCC 端連接，鐘振U4的地端GND端接地，處理器IC1的第1輸出端01端與A基極電阻R7的一 端連接，A基極電阻R7的另一端與A三極管Q1的基極b端連接，處理器IC1的第2輸出端 02端與B基極電阻R8的一端連接，B基極電阻R8的另一端與B三極管Q2的基極b端連 接，處理器IC1的第3輸出端02端與C基極電阻R9的一端連接，C基極電阻R9的另一端 與C三極管Q3的基極b端連接，A三極管Q1的射極e端接地，A三極管Q1的集電極c端與 A固態(tài)繼電器U1的負(fù)輸入端-IN端連接，B三極管Q2的射極e端接地，B三極管Q2的集電 極c端與B固態(tài)繼電器U2的負(fù)輸入端-IN端連接，C三極管Q3的射極e端接地，C三極管 Q3的集電極c端與C固態(tài)繼電器U3的負(fù)輸入端-IN端連接，A固態(tài)繼電器U1的正輸入端 +IN端、B固態(tài)繼電器U2的正輸入端+IN端、C固態(tài)繼電器U3的正輸入端+IN端均與穩(wěn)壓 電源正端VCC端連接，A固態(tài)繼電器U1的第1交流端AC1端、B固態(tài)繼電器U2的第1交流 端AC1端、C固態(tài)繼電器U3的第1交流端AC1端均與電網(wǎng)相電壓端L端連接，A固態(tài)繼電 器U1的第2交流端AC2端與電抗器L1的第1抽頭端1端連接，B固態(tài)繼電器U2的第2交 流端AC2端與電抗器L1的第2抽頭端2端連接，C固態(tài)繼電器U3的第2交流端AC2端與 電抗器L1的第3抽頭端3端連接，電抗器L1的0抽頭端0端與電網(wǎng)零線端N端連接；穩(wěn)壓 電源模塊U0的相供電端L端與電網(wǎng)相電壓端L端連接，穩(wěn)壓電源模塊U0的零線端N端與 電網(wǎng)零線端N端連接，穩(wěn)壓電源模塊U0的輸出電源端+V端與穩(wěn)壓電源正端VCC端、電源電 容C0的一端、穩(wěn)壓電阻R2的一端連接，電源電容C0的另一端接地，穩(wěn)壓電阻R2的另一端 與基準(zhǔn)管D1的陰極、基準(zhǔn)電壓端VZ端連接，基準(zhǔn)管D1的陽極接地。
2. 如權(quán)利要求1所述的交流容性負(fù)載功率因數(shù)的有級補償電路，其特征在于： 電壓互感器VS1的輸出信號uv(l與電網(wǎng)相電壓ua間的關(guān)系如式（1)所示，其中的 <為 變壓系數(shù)；電流互感器CS1的輸出信號ui(l與電網(wǎng)相電流ia間的關(guān)系如式（2)所示，其中的 h為變流系數(shù)： uv〇 = kvua ⑴ ui0 = R1 · kiia (2)
上述的uv(l、ui(l信號經(jīng)電平遷移及阻抗變換跟隨后即成為單極性信號uv、 Ui，經(jīng)阻容濾 波后，分別如式（3)、式（4)所示，式（5)是確保電壓信號、電流信號進行電路同步濾波的條 件： (3) (4) (5) 。
3. 如權(quán)利要求1所述的交流容性負(fù)載功率因數(shù)的有級補償電路，其特征在于： 所述的電壓互感器VS1、電流互感器CS1、穩(wěn)壓電源模塊UO、A固態(tài)繼電器Ul、B固態(tài) 繼電器U2、C固態(tài)繼電器U3、處理器IC1、A三極管Ql、B三極管Q2、C三極管Q3、基準(zhǔn)管 D1、上穩(wěn)壓管D2、下穩(wěn)壓管D3均采用現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品，電壓互感器采用JDZX10系列產(chǎn)品， 電壓流互感器采用ΒΗ-0. 66系列產(chǎn)品，穩(wěn)壓電源模塊采用WAN2. 5-3. 3,固態(tài)繼電器采用 SSR-H380D過零型系列產(chǎn)品，處理器采用STM32F103,三極管采用C8050,基準(zhǔn)管、穩(wěn)壓管均 采用 BZX84-B3。
【文檔編號】H02J3/18GK203839965SQ201420250694
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】陳德傳, 盧玲 申請人:杭州電子科技大學(xué)