專利名稱：具有計算機的功率因數(shù)補償方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有計算機的功率因數(shù)補償方法及裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及一種能以新的控制方法對功率因數(shù)進行自動補償?shù)难b置，并且以間接的方法測量有功功率及無功功率。
一般企業(yè)的自然功率因數(shù)是滯后的，自動補償就意味著根據(jù)不斷變化的感性負載由控制器不斷調(diào)整電力電容并入的多少。
已經(jīng)公開的技術(shù)表明，有兩類較為先進的控制方法。第一類能周期性地準(zhǔn)確測定負載的無功功率，控制器運算出需要投入的電容量，一次調(diào)整帶有不同電容輸出回路的若干個回路，使網(wǎng)路的感性得到最佳補償，其優(yōu)點是能迅速地使網(wǎng)路的功率因數(shù)達到設(shè)定的范圍內(nèi);其缺點是準(zhǔn)確測量無功功率較為復(fù)雜，成本高，且誤差大，特別是與電流互感器比率有關(guān)，用戶不易控制。另外為了調(diào)整電容量，往往需同時讓幾個接有不同電力電容的開關(guān)分別脫扣及合上，顯然會引起電路上不必要的浪涌，因此調(diào)節(jié)不甚平穩(wěn)。第二類控制方法輸出回路上接的電力電容當(dāng)量相同，每間隔一個固定周期時間，根據(jù)測得的功率因數(shù)或無功功率，就按循環(huán)使用輸出回路的原則從幾個回路中投入或切出一個回路。其優(yōu)點是每次的調(diào)節(jié)是固定一個回路，容量較小，調(diào)節(jié)平衡，也不需精確測定無功功率;其缺點是，當(dāng)網(wǎng)路要求較大的調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)時間相應(yīng)加長，因此往往在較短的時間內(nèi)不能使網(wǎng)路的功率因數(shù)達到滿意的值。若將周期時間縮短，則又嫌調(diào)整過頻，造成輸出開關(guān)磨損過快。
應(yīng)用計算機來測量功率，一般的方法是使用電流，電壓變送器或直接使用功率變送器，再進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后由計算機輸入運算。
申請人所知道的與上述技術(shù)有關(guān)的文件有1、中國專利G05F1/70或者HO2J3/18;
2、北京第二開關(guān)廠ZKW-Ⅱ功率因數(shù)自動補償器說明書;
3、株州某廠生產(chǎn)的電腦功率因數(shù)控制器;
4、西德BBC公司生產(chǎn)的功率因數(shù)自動補償器說明書。
本發(fā)明的目的在于提供一種改善了的具有計算機的功率因數(shù)的補償裝置，它實行雙節(jié)奏的控制方法，即當(dāng)調(diào)節(jié)量較大時，對帶有等量電力電容的幾個輸出回路按循環(huán)使用輸出回路的原則逐個快節(jié)奏連續(xù)調(diào)整通斷，盡快使功率因數(shù)達到設(shè)定的范圍內(nèi)，之后才進入一個可由用戶設(shè)定的'較慢節(jié)奏，即較長時間的延時過程，周而復(fù)始，快慢結(jié)合。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種應(yīng)用計算機的功率檢測方法，這種方法與傳統(tǒng)的功率檢測方法不同。
下面說明本發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上包括(1)電壓與電流的過零檢測器;(2)計算機;(3)開關(guān)量輸出。
功率因數(shù)Cosφ的測量是通過測量電壓與鄰相電流過零時間差△tφ來進行的。設(shè)在測量負載的功率時負載平穩(wěn)，則投入或切出一個電力電容所引起的功率因數(shù)變化與負載的功率有關(guān)，由于在額定電壓下一個一定千乏數(shù)的電力電容的無功當(dāng)量是確定的，所以得出P= (q)/(tanφO-tanφ1) -(A)Q＝P·tanφ1-(B)式中P為負載的有功功率;Q為負載的無功功率;q為投入或切出的一個電力電容的無功當(dāng)量;φ0為投入或切出一個電力電容前的相位角;φ1為投入或切出一個電力電容后的相位角。
在實際工作時，計算機按一個可由用戶設(shè)定的較長工作周期，即慢節(jié)奏來周而復(fù)始地循環(huán)工作，在工作周期第一部份是讓電壓及電流的過零脈沖來引起中斷，以這種方法來使計算機計數(shù)，取得△tφ以及運算出相應(yīng)功率因數(shù)與相位角φ，并運算出P、Q，然后根據(jù)功率因數(shù)的情況與設(shè)定值比較;在需要時，按循環(huán)通斷輸出回路的原則，接通或切除一個回路，約2秒鐘后，又再次進入工作周期的第一部分，再次測量△tφ得到功率因數(shù)，相位角以及功率……，如此反復(fù)，直到測出的功率因數(shù)進入設(shè)定的范圍，就進入工作周期的第二部分，即較長時間的延時，此時顯示功率因數(shù)與功率。
本發(fā)明與先有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點首先本發(fā)明的控制性能是兩種先有技術(shù)的優(yōu)點的結(jié)合，在需要投切電容時，本發(fā)明按循環(huán)通斷輸出回路的原則快節(jié)奏地連續(xù)投準(zhǔn)，與先有技術(shù)的第一類控制方法相比，避免了大容量開關(guān)通斷帶來的不必要浪涌，調(diào)節(jié)較為平穩(wěn)，而投準(zhǔn)時間僅相差數(shù)秒，比第二類控制方法則快得多。
其次本發(fā)明的間接方法測功率是與傳統(tǒng)方法實質(zhì)不同的，是充分利用了電力電容在投切過程產(chǎn)生的冗余信息產(chǎn)生的結(jié)果，盡管目前只在功率因數(shù)補償裝置上應(yīng)用，但可以預(yù)見，如果采用一個精密電容作投入切出，用上述方法測出投切前后相位角，以計算機運算出功率，作為單獨一項測量技術(shù)也具有可行性。


圖1為本發(fā)明的框圖，簡要說明了本發(fā)明的構(gòu)成與各部分之間的關(guān)系。
圖2是本發(fā)明控制曲線與先有技術(shù)控制曲線的比較，其中(1)為本發(fā)明的控制曲線，(2)為第一類先有技術(shù)的控制曲線，(3)為第二類先有技術(shù)的控制曲線，明顯可以看出三者是不同的，且(1)優(yōu)于(2)、(3)。
圖3是過零檢測器電路，其中IC1為運算放大器，IC2、IC3為TTL與非門。由電壓或電流互感器次級得到的正弦電壓或電流信號送入該過零檢測器的輸入端Vi，經(jīng)IC1后得到頻率及相位與信號一致的方波信號，該方波信號的負半周由Dw截去，在由IC2、IC3、Rt、Ct組成的積分型單穩(wěn)電路的輸出端Vo端輸出一個相位及頻率與原信號一致的窄脈沖，該窄脈沖的寬度為電壓信號小于200μs，電流信號為小于200μs。
圖4是最佳實施例的軟件框圖，(1)框初始化對工作寄存器，口以及必要的標(biāo)志字、位進行初始化。(2)框為測量功率因數(shù)框，以中斷且計數(shù)的方法測出△tφ，共16次或32次，再進行數(shù)字濾波求得△t，(3)框為計算功率框，在一個工作周期內(nèi)第一次測得相位角時是不計算功率的，同一工作周期的第二次以后，每次測得一個相位角就能由(A)與(B)式推算出有功功率P以及無功功率Q。(4)框為分析判斷框，在測得功率因數(shù)高于設(shè)定范圍上限時，應(yīng)該切除一路電容，反之低于設(shè)定范圍下限時，應(yīng)投入一路電容。(5)框為顯示框，在這個延時時間內(nèi)顯示功率因數(shù)與功率。(6)為循環(huán)通斷框，由于計算機是有記憶的，所以很易做到按先投入先切除、先切除先投入的循環(huán)使用輸出回路的原則來投切電容。此框僅投或切一路輸出回路，所謂快節(jié)奏連續(xù)投切，實際上是(2)(3)(4)(6)反復(fù)循環(huán)的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.具有計算機的功率因數(shù)補償方式及裝置，其特征在于該裝置包括一個單片微機來執(zhí)行程序控制，至少有兩個過零檢測裝置，用作電壓與電流信號的過零檢測與整形；該裝置的控制方法為雙節(jié)奏的；該裝置測量并顯示功率因數(shù)與有功功率、無功功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的功率因數(shù)補償方法所述的雙節(jié)奏控制方法是指在裝置需要輸出回路通斷變化來改善功率因數(shù)時，是采取快節(jié)奏的連續(xù)通斷的方式，盡快使功率因數(shù)達到設(shè)定的范圍內(nèi)，然后進入慢節(jié)奏的長延時。
3.具有計算機的功率因素補償方法及裝置，其測量有功與無功功率的方法與傳統(tǒng)的方法不同，特征是①測量網(wǎng)路的功率因數(shù)Cosφ0或φ0;②投入或切出已知容量的電力電容q;③測量網(wǎng)路的功率因數(shù)Cosφ1或φ1;④根據(jù)φ0、φ1、q由計算機運算出有功功率P及無功功率Q。當(dāng)不在功率因數(shù)補償裝置上運用上述方法測量有功功率及無功功率時，仍應(yīng)認為是本發(fā)明權(quán)利范圍內(nèi)的應(yīng)用。
全文摘要
具有計算機的功率因數(shù)補償方法與裝置，本發(fā)明屬于功率因數(shù)的補償領(lǐng)域以及有功與無功功率的測量領(lǐng)域，本發(fā)明的特征在于提供了一個新的功率因數(shù)自動補償方法，即雙節(jié)奏控制方法；另一個特征在于提供了一種間接測量有功功率與無功功率的方式，即測量投切已知電容入電網(wǎng)前后的相位角來由計算機運算出功率。
文檔編號G05F1/70GK1035011SQ8810548
公開日1989年8月23日 申請日期1988年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月9日
發(fā)明者李仁綱, 龔奇敏, 陳大杰 申請人:李仁綱, 龔奇敏, 陳大杰