專利名稱：一種分補型低壓智能組合式無功功率補償器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及用于低壓0. 4KV無功功率補償的智能組合電力電容器，具體說是 一種分補型低壓智能組合式無功功率補償器。
背景技術：
當前電網使用的電能主要是用于工業(yè)用電，大約占70%左右，而工業(yè)用電絕大部 分是用于感性負載，如電動機等，還有部分用于阻性負載，如電加熱等。用電環(huán)境錯綜復雜， 例如電動機的頻繁啟動、停止，電加熱按照所需溫度調整功率的大小，而且電加熱很多只 用到單相，即AC220V電源。對此，通常會在線路上并聯電容器，以補充線路的無功功率損 耗。以前提前預加電容器，容易在用電低谷階段，出現過補，現在基本淘汰不使用。現在用 戶無功功率補償措施通常都是在0. 4KV配電屏端通過功率因數控制器來控制多組電力電 容器的投切，使功率因數達到0. 95左右?，F有的配電屏無功功率補償機構包括電力刀開關，熔斷器，無功補償檢測裝置， 電容器專用投切繼電器，電力電容器等，如需達到消除諧波功能，還需另加諧波消除電抗線 圈。其存在如下缺點投切電流大，對線路產生浪涌沖擊電流，電容器專用投切繼電器觸點 壽命短，接線繁雜，占用空間大，維護檢修不方便，成本高，機械連接部件多，設備容易失效。 而市場上現有的智能或類智能型產品，操控界面都比較繁瑣，對操控人員技術要求很高，需 要專人跟蹤技術指導，無法大面積普及，極大的限制了無功功率補償器的推廣使用，造成能 源浪費。
實用新型內容針對現有技術中存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種分補型低壓智能組 合式無功功率補償器，投切安全，對電網沖擊電流小，長壽命，低成本，具有過壓、過流、過溫 保護，安裝操作簡便、直觀，對操作人員只要求普通電工就能確保設備可靠運行。為達到以上目的，本實用新型采取的技術方案是一種分補型低壓智能組合式無功功率補償器，其特征在于，包括—個電源變換器1，接收AC380v電源輸入，為CPU單元5和以下各單元、電路提供 一路VCC-5v、一路VDD+12v、兩路VDD+5v供電；其中，主電源VDD1+5ν供CPU單元5使用，同 時VDD1+5V和VCC-5V提供給信號放大整流電路3，VDD2+12V供給第一、第二、第三功率投切 模塊7A、7B、7C和功率投切模塊內的各過零投切IC 10，VDD3+5V提供給RS485通信單元8 ；CPU單元5通過線纜與一個操控面板單元4連接，操控面板單元4用于人機對話并 顯示相關信息；CPU單元5通過線纜與一個RS485通訊單元8連接；CPU單元5通過線纜與溫度傳感放大器單元9連接；溫度傳感放大器單元9用于 采集電容器溫度，對電容器實現過溫保護；CPU單元5通過線纜與信號放大整流電路3連接；CN 201829962 U說明書2/8頁信號放大整流電路3接收信號采集單元2的數據；所述信號采集單元2包括三個電壓互感器21和三個電流互感器22 ；電流互感器 22檢測三相的電流，電壓互感器21檢測三相的電壓；CPU單元5通過線纜與輸出控制功率開關投切單元6連接；輸出控制功率開關投切單元6通過連接端子與第一、第二、第三功率投切模塊7A、 7B、7C連接，所述各功率投切模塊內均設有一個過零投切IC 10 ；第一、第二、第三功率投切模塊7A、7B、7C與“星型”連接的三個電力電容器CAP1、 CAP2、CAP3連接。三個電力電容器CAP1、CAP2、CAP3為用于補償的低壓0. 4KV的電力電容器。在上述技術方案的基礎上，第一功率投切模塊7A的Kl引腳與三相相線的A相連 接，第二功率投切模塊7B的Kl引腳與三相相線的B相連接，第三功率投切模塊7C的Kl引腳與三相相線的C相連接，第一功率投切模塊7A的K2引腳與“星形”連接的三個電力電容器的Al端子連接，第二功率投切模塊7B的K2引腳與“星形”連接的三個電力電容器的Bl端子連接，第三功率投切模塊7C的K2引腳與“星形”連接的三個電力電容器的Cl端子連接，中性線N連接三個電力電容器的中性點。在上述技術方案的基礎上，CPU單元5的型號為STC12C5620AD。在上述技術方案的基礎上，操控面板單元4下部設有設定鍵、向上鍵、向下鍵，中 部設有一個主LED顯示框，環(huán)繞主LED顯示框設有若干顯示當前工作狀態(tài)的LED指示燈。在上述技術方案的基礎上，溫度傳感放大器單元9包括一熱敏電阻RT，熱敏電阻 RT是一個NTC器件，受溫度變化，其本身阻值也會降低，熱敏電阻RT與分壓電阻串聯分壓后 輸入到CPU單元5，經CPU單元5內部模擬/數字變換后，與操控面板單元4設定值對比，判 斷是否過溫，是否切斷電力電容器。在上述技術方案的基礎上，電流互感器22的型號為CT05-1，電流互感器22將通過 一次電流互感器的配電三相電流產生的0-5A的信號電流變換成CPU單元5所能接受的電 壓信號，經CPU單元5內部模擬/數字變換后，測量出電網電流信號；并將CPU單元5與外 部電力系統進行電氣隔離；電壓互感器21的型號為PT01-4，電壓互感器21將配電電壓220V變換成CPU單元 5所能接受的電壓信號，并將CPU單元5與外部電力系統進行電氣隔離，經CPU單元5內部 模擬/數字變換后，與操控面板單元4設定值進行對比，檢測是否過壓、欠壓，當過壓時切斷 電力電容器，欠壓時，禁止投入電力電容器，但允許切除電力電容器，從而確保電力電容器 可靠運行不會損壞；同時，三相電壓信號與三相電流信號進行對比，根據相位角的差距，計算無功功率 大小，該無功功率超過操控面板單元4設定值時，投入電力電容器，進行無功功率補償，提 升電力線路供電效率。在上述技術方案的基礎上，輸出控制功率開關投切單元6由CPU單元5控制的，通 過控制第一、第二、第三功率投切模塊7A、7B、7C的S2和S4引腳的電平，閉合或斷開各功率 投切模塊；[0031]功率投切模塊的Sl引腳和S3引腳與電源VDD2+12V連接，Si、S2引腳連接到設于功率投切模塊內的磁保持繼電器Jl的線圈兩端，S3、S4引腳連接到設于功率投切模塊內的過零投切IC 10，功率投切模塊內還設有反向并聯的晶閘管SCRl和SCR2，磁保持繼電器Jl的一對常開觸點中的一個觸點連接晶閘管SCRl的陽極A極、 SCR2的陰極K極，另一個觸點連接晶閘管SCRl的陰極K極、SCR2的陽極A極，晶閘管SCRl的陽極A極、SCR2的陰極K極連接到Kl端子，晶閘管SCRl的陰極K極、SCR2的陽極A極連接到K2端子，過零投切IC的一個輸出控制端連接在晶閘管SCRl的門極G極，過零投切IC的另 一個輸出控制端連接到晶閘管SCR2的門極G極。在上述技術方案的基礎上，過零投切IC 10型號為M0C3083。本實用新型所述的分補型低壓智能組合式無功功率補償器，投切安全，對電網沖 擊電流小，長壽命，低成本，具有過壓、過流、過溫保護，安裝操作簡便、直觀，對操作人員只 要求普通電工就能確保設備可靠運行。
本實用新型有如下附圖圖1分補型低壓智能組合式無功功率補償器的結構框圖，圖2操控面板單元示意圖，圖3過零投切IC結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。本實用新型所述的分補型低壓智能組合式無功功率補償器，以CPU單元5為核心， 通過三個電壓互感器和三個電流互感器對外部的電壓信號、電流信號取樣。其具體結構如 圖1所示，包括一個電源變換器1，接收AC380v電源輸入，為CPU單元5和以下各單元、電路提供 一路VCC-5v、一路VDD+12v、兩路VDD+5v供電；其中，主電源VDD1+5ν供CPU單元5使用，同 時VDD1+5V和VCC-5V提供給信號放大整流電路3，VDD2+12V供給第一、第二、第三功率投切 模塊7A、7B、7C和功率投切模塊內的各過零投切IC 10，VDD3+5V提供給RS485通信單元8 ；CPU單元5通過線纜與一個操控面板單元4連接，操控面板單元4用于人機對話并 顯示相關信息；本實用新型所述的分補型低壓智能組合式無功功率補償器在聯機控制時， 可以通過操控面板單元4設定一臺為主機(通信地址設置為零地址)，其他為從機(通信地 址設置成非零不重復序號)；主機作為主控制設備對配電信息采集計算，并根據計算結果 與控制目標比較，對從機發(fā)出電容器投切命令，從機電容器投切按循環(huán)投切方式接受控制， 以實現小范圍連接，避免各臺單獨工作，投入了一起投入，切斷了一起切斷，使功率因數偏 低；CPU單元5通過線纜與一個RS485通訊單元8連接；本實用新型所述的分補型低 壓智能組合式無功功率補償器間可通過RS485通訊單元8進行485通訊，實現聯網控制功能RS485通訊單元8可采用現有技術實現；CPU單元5通過線纜與溫度傳感放大器單元9連接；溫度傳感放大器單元9用于 采集電容器溫度，對電容器實現過溫保護；溫度傳感放大器單元9可采用現有技術實現；CPU單元5通過線纜與信號放大整流電路3連接；信號放大整流電路3接收信號采集單元2的數據；所述信號采集單元2包括三個電壓互感器21和三個電流互感器22 ；電流互感器 22檢測三相的電流，電壓互感器21檢測三相的電壓；CPU單元5通過線纜與輸出控制功率開關投切單元6連接；輸出控制功率開關投切單元6通過連接端子與第一、第二、第三功率投切模塊7A、 7B、7C連接，所述各功率投切模塊內均設有一個過零投切IC 10 ；第一、第二、第三功率投切模塊7A、7B、7C與“星型”連接的三個電力電容器CAP1、 CAP2、CAP3連接。三個電力電容器CAP1、CAP2、CAP3為用于補償的低壓0. 4KV的電力電容ο在上述技術方案的基礎上，CPU單元5的型號為STC12C5620AD。CPU單元5為控 制核心，CPU單元5采用宏晶科技的STC12C5620AD單片機，該單片機可以工作在IT模式， 比普通51系列單片機速度快8 12倍，內部集成了 8路10位ADC和其他外圍設備，滿足 產品測量控制要求。在上述技術方案的基礎上，第一功率投切模塊7A的Kl引腳與三相相線的A相連 接，第二功率投切模塊7B的Kl引腳與三相相線的B相連接，第三功率投切模塊7C的Kl引腳與三相相線的C相連接，第一功率投切模塊7A的K2引腳與“星形”連接的三個電力電容器的Al端子連接，第二功率投切模塊7B的K2引腳與“星形”連接的三個電力電容器的Bl端子連接，第三功率投切模塊7C的K2引腳與“星形”連接的三個電力電容器的Cl端子連接，中性線N連接三個電力電容器的中性點。三個電力電容器的“星形”連接為公知 技術，可采用現有技術實現。在上述技術方案的基礎上，如圖2所示，操控面板單元4下部設有設定鍵、向上鍵、 向下鍵，中部設有一個主LED顯示框，環(huán)繞主LED顯示框設有若干顯示當前工作狀態(tài)的LED 指示燈。操控面板單元4工作過程如下在上電復位后，主LED顯示框顯示公司拼音縮寫，亮1秒，之后分補型低壓智能組 合式無功功率補償器進入自動運行狀態(tài)，自動LED指示燈亮。進入自動運行狀態(tài)后，主LED顯示框依次顯示以下各參數的值且相應的LED指示 燈亮電容器補償無功容量(容量LED指示燈亮)、功率因數下限(下限LED指示燈亮)、投 切電容器延時(延時LED指示燈亮)、電流互感器變比(變比LED指示燈亮)、電容器過壓 保護值(過壓LED指示燈亮)、電容器過溫保護溫度值(過溫LED指示燈亮)、本機的通信 地址(地址LED指示燈亮)，每個參數顯示停留1秒，LED指示燈在參數顯示后熄滅，上述各 參數顯示完成后，頻率LED指示燈亮，主LED顯示框顯示電網頻率。然后分補型低壓智能組 合式無功功率補償器進入自動控制狀態(tài)。[0069]進入自動控制狀態(tài)后，當出現過電壓時，主LED顯示框顯示過壓的電壓值，同時過 壓LED指示燈亮，如有投入電容則切除已投入的電容，并在電網電壓降至過壓保護值以下 10VAC前禁止電容器再次投入；當出現過溫時，主LED顯示框顯示過溫的溫度值，同時過溫 LED指示燈亮，切除已投入的電容，并在電容器溫度降至過溫保護值以下5°C前禁止電容器 再次投入。在分補型低壓智能組合式無功功率補償器處于自動運行狀態(tài)(自動LED指示燈 亮)時，按設定鍵，主LED顯示框顯示內容依次在頻率、三相電壓、三相電流、功率因數之間 切換，相應的頻率指示燈、電壓指示燈和對應的三相(A相、B相、C相LED指示燈)、電流指示 燈和對應的三相(A相、B相、C相LED指示燈)、功率因數指示燈和對應的三相(A相、B相、 C相LED指示燈)亮。在分補型低壓智能組合式無功功率補償器處于自動運行狀態(tài)(自動LED指示燈 亮)時，同時按設定鍵和向上鍵，或先按下向上鍵并保持再按設定鍵，分補型低壓智能組合 式無功功率補償器進入設置狀態(tài)，再按設定鍵在電容器補償無功容量、功率因數下限、投切 電容器延時、電流互感器變比、電容器過壓保護值、電容器過溫保護溫度值、本機的通信地 址之間切換，同時相應的LED指示燈亮，按向上鍵增加當前設置參數的參數值，按向下鍵減 小當前設置參數的參數值，所設定的新參數值自動保存。其中，當設定完本機的通信地址 后，需要再次按設定鍵才返回自動運行狀態(tài)。在分補型低壓智能組合式無功功率補償器處于自動運行狀態(tài)(自動LED指示燈 亮)時，同時按設定鍵和向下鍵，或先按下向下鍵并保持再按設定鍵，分補型低壓智能組合 式無功功率補償器進入手動狀態(tài)(手動LED指示燈亮)，按向上鍵投入電容，LED指示燈Ca、 Cb、Cc亮，按向下鍵切除電容，電容LED指示燈Ca、Cb、Cc滅，按設定鍵返回自動運行狀態(tài)。在分補型低壓智能組合式無功功率補償器處于自動運行狀態(tài)(自動LED指示燈 亮)時，同時按向上鍵和向下鍵，或先按下向下鍵并保持再按向上鍵，分補型低壓智能組合 式無功功率補償器進入調試狀態(tài)(調試LED指示燈亮)，按向上鍵電容LED指示燈Ca、Cb、 Cc亮，但電容器不動作；按向下鍵電容LED指示燈Ca、Cb、Cc滅，但電容器不動作，按設定鍵 返回自動運行狀態(tài)。調試狀態(tài)主要用于測試顯示電路板的按鍵和顯示部件是否正常。上述操控面板單元4采用的直觀人性化的控制面板具有以下優(yōu)點顯示內容直 觀，主LED顯示框顯示內容和狀態(tài)指示LED等相互對應，無需輪換選擇顯示內容，避免由于 LED顯示框顯示的缺陷，而誤導操作人員，出現錯誤操作，比如LED屏無法區(qū)分“Τ”和“J”， 對操作人員要求很低，只要普通電工就可操作，并且不一定需要對應詳細說明書。在上述技術方案的基礎上，溫度傳感放大器單元9包括一熱敏電阻RT，熱敏電阻 RT是一個NTC(負溫度系數)器件，受溫度變化，其本身阻值也會降低，熱敏電阻RT與分壓 電阻串聯分壓后輸入到CPU單元5，經CPU單元5內部模擬/數字變換后，與操控面板單元 4設定值對比，判斷是否過溫，是否切斷電力電容器，同時可以在操控面板單元4上查詢當 前溫度值。在上述技術方案的基礎上，電流互感器22的型號為CT05-1，電流互感器22將通過 一次電流互感器的配電三相電流產生的0-5A的信號電流變換成CPU單元5所能接受的電 壓信號，經CPU單元5內部模擬/數字變換后，測量出電網電流信號；并將CPU單元5與外 部電力系統進行電氣隔離；
權利要求1.一種分補型低壓智能組合式無功功率補償器，其特征在于，包括一個電源變換器(1)，接收AC380V電源輸入，為CPU單元(5)和以下各單元、電路提供 一路VCC-5v、一路VDD+12v、兩路VDD+5v供電；其中，主電源VDDl+5v供CPU單元(5)使用， 同時VDD1+5V和VCC-5V提供給信號放大整流電路(3)，VDD2+12V供給第一、第二、第三功率 投切模塊(7A、7B、7C)和功率投切模塊內的各過零投切IC(IO)，VDD3+5V提供給RS485通信 單元⑶；CPU單元( 通過線纜與一個操控面板單元(4)連接，操控面板單元(4)用于人機對話 并顯示相關信息；CPU單元( 通過線纜與一個RS485通訊單元(8)連接；CPU單元( 通過線纜與溫度傳感放大器單元(9)連接；溫度傳感放大器單元(9)用 于采集電容器溫度，對電容器實現過溫保護；CPU單元( 通過線纜與信號放大整流電路C3)連接； 信號放大整流電路C3)接收信號采集單元O)的數據；所述信號采集單元( 包括三個電壓互感器和三個電流互感器0 ；電流互感 器0 檢測三相的電流，電壓互感器檢測三相的電壓；CPU單元(5)通過線纜與輸出控制功率開關投切單元(6)連接； 輸出控制功率開關投切單元(6)通過連接端子與第一、第二、第三功率投切模塊(7A、 7B、7C)連接，所述各功率投切模塊內均設有一個過零投切IC(IO)；第一、第二、第三功率投切模塊(7A、7B、7C)與“星型”連接的三個電力電容器CAP1、 CAP2、CAP3連接。三個電力電容器CAP1、CAP2、CAP3為用于補償的低壓0. 4KV的電力電容ο
2.如權利要求1所述的分補型低壓智能組合式無功功率補償器，其特征在于第一功 率投切模塊(7A)的Kl引腳與三相相線的A相連接，第二功率投切模塊(7B)的Kl引腳與三相相線的B相連接， 第三功率投切模塊(7C)的Kl引腳與三相相線的C相連接，第一功率投切模塊(7A)的K2引腳與“星形”連接的三個電力電容器的Al端子連接， 第二功率投切模塊(7B)的K2引腳與“星形”連接的三個電力電容器的Bl端子連接， 第三功率投切模塊(7C)的K2引腳與“星形”連接的三個電力電容器的Cl端子連接， 中性線N連接三個電力電容器的中性點。
3.如權利要求1所述的分補型低壓智能組合式無功功率補償器，其特征在于CPU單元 (5)的型號為 STC12C5620AD。
4.如權利要求1所述的分補型低壓智能組合式無功功率補償器，其特征在于操控面 板單元(4)下部設有設定鍵、向上鍵、向下鍵，中部設有一個主LED顯示框，環(huán)繞主LED顯示 框設有若干顯示當前工作狀態(tài)的LED指示燈。
5.如權利要求1所述的分補型低壓智能組合式無功功率補償器，其特征在于溫度傳 感放大器單元(9)包括一熱敏電阻RT，熱敏電阻RT是一個NTC器件，受溫度變化，其本身阻 值也會降低，熱敏電阻RT與分壓電阻串聯分壓后輸入到CPU單元(5)，經CPU單元(5)內部 模擬/數字變換后，與操控面板單元(4)設定值對比，判斷是否過溫，是否切斷電力電容器。
6.如權利要求1所述的分補型低壓智能組合式無功功率補償器，其特征在于電流互感器0 的型號為CT05-1，電流互感器0 將通過一次電流互感器的配電三相電流產生 的0-5A的信號電流變換成CPU單元( 所能接受的電壓信號，經CPU單元(5)內部模擬/ 數字變換后，測量出電網電流信號；并將CPU單元(5)與外部電力系統進行電氣隔離；電壓互感器的型號為PT01-4，電壓互感器將配電電壓220V變換成CPU單 元(5)所能接受的電壓信號，并將CPU單元(5)與外部電力系統進行電氣隔離，經CPU單元 (5)內部模擬/數字變換后，與操控面板單元(4)設定值進行對比，檢測是否過壓、欠壓，當 過壓時切斷電力電容器，欠壓時，禁止投入電力電容器，但允許切除電力電容器，從而確保 電力電容器可靠運行不會損壞；同時，三相電壓信號與三相電流信號進行對比，根據相位角的差距，計算無功功率大 小，該無功功率超過操控面板單元(4)設定值時，投入電力電容器，進行無功功率補償，提 升電力線路供電效率。
7.如權利要求1所述的分補型低壓智能組合式無功功率補償器，其特征在于輸出控 制功率開關投切單元(6)由CPU單元(5)控制的，通過控制第一、第二、第三功率投切模塊 (7A、7B、7C)的S2和S4引腳的電平，閉合或斷開各功率投切模塊；功率投切模塊的Sl引腳和S3引腳與電源VDD2+12V連接，Si、S2引腳連接到設于功率投切模塊內的磁保持繼電器Jl的線圈兩端，S3、S4引腳連接到設于功率投切模塊內的過零投切IC(IO)，功率投切模塊內還設有反向并聯的晶閘管SCRl和SCR2，磁保持繼電器Jl的一對常開觸點中的一個觸點連接晶閘管SCRl的陽極A極、SCR2的 陰極K極，另一個觸點連接晶閘管SCRl的陰極K極、SCR2的陽極A極， 晶閘管SCRl的陽極A極、SCR2的陰極K極連接到Kl端子， 晶閘管SCRl的陰極K極、SCR2的陽極A極連接到K2端子，過零投切IC的一個輸出控制端連接在晶閘管SCRl的門極G極，過零投切IC的另一個 輸出控制端連接到晶閘管SCR2的門極G極。
8.如權利要求1所述的分補型低壓智能組合式無功功率補償器，其特征在于過零投 切 IC(IO)型號為 M0C3083。
專利摘要本實用新型是一種分補型低壓智能組合式無功功率補償器，CPU單元與一個操控面板單元連接；CPU單元與一個外部RS485通訊單元連接；CPU單元與溫度傳感器單元連接；CPU單元與輸出控制功率開關投切單元連接；CPU單元與信號放大整流電路連接并采集的電網電壓、電流數據；輸出控制功率開關投切單元通過接線端子與功率投切模塊連接，功率投切模塊內設有過零投切IC。本實用新型所述的分補型低壓智能組合式無功功率補償器，投切安全，對電網沖擊電流小，長壽命，低成本，具有過壓、過流、過溫保護，安裝操作簡便、直觀，對操作人員只要求普通電工就能確保設備可靠運行。
文檔編號H02J3/18GK201829962SQ2010205717
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2010年2月11日
發(fā)明者林錫洪 申請人:恒一電氣有限公司