專利名稱：一種快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無(wú)功補(bǔ)償裝置，尤其涉及一種利用晶閘管實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電容快速
智能投切的無(wú)功補(bǔ)償裝置，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)，電源供給的無(wú)功功率是電能轉(zhuǎn)換為其它形式能量的前提，它為電
能的輸送、轉(zhuǎn)換創(chuàng)造了條件。由于用電設(shè)備中存在大量的阻感性負(fù)載，因此電網(wǎng)除了提供"有功功率"外，還必須提供一定比例的"無(wú)功功率"，才能使整個(gè)電網(wǎng)正常使用和運(yùn)行。 在電力系統(tǒng)輸送電能的過程中，無(wú)功功率不足，將使系統(tǒng)中輸送的總電流增加、使
變壓器的出力減少、供電線路及系統(tǒng)設(shè)備有功功率損耗增大、線路末端電壓下降；而對(duì)于電
力用戶來(lái)說(shuō)，過多地從電網(wǎng)中吸取無(wú)功，不僅使電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，也影響自身的用電和生
產(chǎn)。因此，為了減少無(wú)功的損失和避免其在電網(wǎng)中的不當(dāng)流動(dòng)，必須進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，10kV以下電壓等級(jí)的網(wǎng)損約占整個(gè)電網(wǎng)損耗的50%以上，其中又以配電
變壓器和用戶感性負(fù)荷所消耗的無(wú)功損耗為重點(diǎn)，所以，將無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹攸c(diǎn)放在380V電壓
等級(jí)的配電變壓器和低壓用戶處是行之有效的降損節(jié)能措施。 典型的低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置主要由控制器、智能投切開關(guān)、低壓電容器等元器件組成。目前，市場(chǎng)上已經(jīng)有多種低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置在銷售。但是，傳統(tǒng)的低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置大多存在響應(yīng)速度慢。投切涌流大等缺陷，不能充分滿足廣大用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求。例如在地鐵、中頻冶煉、電焊、點(diǎn)焊、電鍍、電解、軋鋼等應(yīng)用環(huán)境中，由于負(fù)荷變化極為快速，并且隨時(shí)需要大量的無(wú)功功率提供補(bǔ)償，現(xiàn)有的低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置往往不能及時(shí)作出必要的響應(yīng)，導(dǎo)致在上述應(yīng)用環(huán)境中經(jīng)常產(chǎn)生較大的電壓波動(dòng)、電壓閃變，致使電能質(zhì)量下降，進(jìn)而影響設(shè)備本身的正常運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置(簡(jiǎn)稱為智能無(wú)功補(bǔ)償裝置)。該智能無(wú)功補(bǔ)償裝置采用晶閘管投切(TSC)的技術(shù)手段，能夠?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)償電容的快速投切。 為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型采用下述的技術(shù)方案 —種快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置，包括并聯(lián)在電網(wǎng)上的電流互感器和漏電斷路器，其特征在于 所述快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置還包括控制器、晶閘管過零觸發(fā)單元、共補(bǔ)模塊和分補(bǔ)模塊，所述共補(bǔ)模塊和所述分補(bǔ)模塊中包括晶閘管、阻容耦合電路、電抗器和電容，所述晶閘管與所述阻容耦合電路并聯(lián)； 所述電流互感器連接所述控制器，所述控制器連接所述晶閘管過零觸發(fā)單元，所述晶閘管過零觸發(fā)單元連接所述共補(bǔ)模塊和所述分補(bǔ)模塊中的晶閘管；[0011 ] 所述共補(bǔ)模塊和所述分補(bǔ)模塊分別與所述漏電斷路器連接。
3[0012] 其中，所述控制器由液晶顯示單元、鍵盤控制和指示燈單元、通信單元、E乍R0M及實(shí)時(shí)時(shí)鐘、繼電器報(bào)警單元、電流轉(zhuǎn)換單元、微處理器、串行輸出電路、開關(guān)電源單元、電壓轉(zhuǎn)換單元組成，其中，所述電流轉(zhuǎn)換單元與所述電流互感器連接，所述微處理器分別與液晶顯示單元、鍵盤控制和指示燈單元、通信單元、E2PR0M及實(shí)時(shí)時(shí)鐘、串行輸出電路和電壓轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行連接。 所述串行輸出電路一方面連接所述繼電器報(bào)警單元，另一方面連接所述晶閘管過零觸發(fā)單元。 所述共補(bǔ)模塊中，三相電抗器分別連接在三角形連接的三相自愈式電容的三相引出端，在三相引出端的其中兩相上串聯(lián)有熔斷器和所述晶閘管。 所述分補(bǔ)模塊中，分相補(bǔ)償電容采用三角形連接方式，每?jī)上嗌显O(shè)有兩相自愈式電容與所述晶閘管和兩相電抗器串聯(lián)。 所述快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置封裝在GDD型柜體內(nèi)。 本智能無(wú)功補(bǔ)償裝置使用無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，響應(yīng)速度快，利用過零投切技術(shù)實(shí)現(xiàn)電容投入切除不產(chǎn)生涌流及過電壓，可延長(zhǎng)電容器、可控硅模塊的使用壽命。在補(bǔ)償電容回路中串入大功率的電抗器，可以抑制涌流和諧波，防止電路產(chǎn)生諧振，使晶閘管穩(wěn)定可靠地進(jìn)行投切。電容采用三角形連接，實(shí)現(xiàn)了最高性價(jià)比的三相平衡和不平衡的電容補(bǔ)償。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。[0019]
圖1為本實(shí)用新型所提供的智能無(wú)功補(bǔ)償裝置的電路原理圖；[0020] 圖2為本智能無(wú)功補(bǔ)償裝置中的控制器的操作面板示意圖。
具體實(shí)施方式本實(shí)用新型所提供的智能無(wú)功補(bǔ)償裝置由電流互感器1、液晶顯示單元2、鍵盤控制和指示燈單元3、通信單元4、E乍R0M及實(shí)時(shí)時(shí)鐘5、繼電器報(bào)警單元6、電流轉(zhuǎn)換單元7、微處理器8、串行輸出電路9、開關(guān)電源單元10、電壓轉(zhuǎn)換單元11、晶閘管過零觸發(fā)單元12、漏電斷路器13、熔斷器14、晶閘管15、三相電抗器16、三相自愈式電容17、阻容耦合電路18、兩相自愈式電容19、兩相電抗器20、溫度控制器21、散熱風(fēng)扇22、金屬氧化避雷器23組成。其中，由液晶顯示單元2、鍵盤控制和指示燈單元3、通信單元4、E2PR0M及實(shí)時(shí)時(shí)鐘5、繼電器報(bào)警單元6、電流轉(zhuǎn)換單元7、微處理器8、串行輸出電路9、開關(guān)電源單元10、電壓轉(zhuǎn)換單元11組成控制器24。圖2顯示了該控制器24所使用的操作面板。 如圖1所示，電流互感器1直接并聯(lián)在380V的廠級(jí)交流電網(wǎng)上，用于將電網(wǎng)中的大電流變?yōu)? 5A的電流信號(hào)。電流轉(zhuǎn)換單元7與該電流互感器1連接，用于將0 5A的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器8能夠直接處理的數(shù)字信號(hào)。微處理器8是本智能無(wú)功補(bǔ)償裝置的控制核心。它使用帶浮點(diǎn)運(yùn)算的高性能單片機(jī)，如C8051F12x系列單片機(jī)等。該微處理器8 —方面分別與液晶顯示單元2、鍵盤控制和指示燈單元3、通信單元4、E2PR0M及實(shí)時(shí)時(shí)鐘5進(jìn)行連接，另一方面也分別連接串行輸出電路9和電壓轉(zhuǎn)換單元11。電壓轉(zhuǎn)換單元11的一端連接在漏電斷路器13的輸出端，另一端直接連接微處理器8，以便將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器8能夠直接處理的數(shù)字信號(hào)。漏電斷路器13也直接并聯(lián)在上述的廠級(jí)交流電網(wǎng)上，溫度控制器21、散熱風(fēng)扇22、金屬氧化避雷器23、共補(bǔ)模塊25和分補(bǔ)模塊26分別與該漏電斷路器13的輸出端進(jìn)行連接。另外，開關(guān)電源單元10也連接在該漏電斷路器13的輸出端上。串行輸出電路9一方面連接繼電器報(bào)警單元6，另一方面連接晶閘管過零觸發(fā)單元12。 上述的共補(bǔ)模塊25用于整體控制功率因數(shù)，分補(bǔ)模塊26用于平衡和精確補(bǔ)償。如圖l所示，共補(bǔ)模塊25包括兩組補(bǔ)償電容及其附屬電路。每一組補(bǔ)償電容及其附屬電路由熔斷器14、晶閘管15、三相電抗器16、三相自愈式電容17、阻容耦合電路18組成。其中三相電抗器16共有三個(gè)，分別連接在三角形連接的三相自愈式電容17的三相引出端。在A相和B相的引出端上還串聯(lián)有熔斷器14和晶閘管15。該晶閘管15上并聯(lián)有阻容耦合電路18。該阻容耦合電路18可以對(duì)晶閘管15進(jìn)行有效保護(hù)，延長(zhǎng)晶閘管的使用壽命。晶閘管過零觸發(fā)單元12分別與每個(gè)晶閘管15連接，以便直接控制該晶閘管15的通斷。在實(shí)踐中，上述共補(bǔ)模塊24可以根據(jù)需要擴(kuò)展為包括三組補(bǔ)償電容。分補(bǔ)模塊26包括兩組分相補(bǔ)償電容及其附屬電路。在每一組分相補(bǔ)償電容及其附屬電路中，每一組補(bǔ)償電容及其附屬電路由熔斷器14、晶閘管15、兩相電抗器20、兩相自愈式電容19、阻容耦合電路18組成。分相補(bǔ)償電容也采用三角形連接方式，晶閘管15、兩相電抗器20、兩相自愈式電容19串接在電路的每?jī)上嗌?，該晶閘管15上并聯(lián)有阻容耦合電路18，在三相引出端分別安裝有熔斷器14。在實(shí)踐中，上述分補(bǔ)模塊26也可以根據(jù)需要擴(kuò)展為包括三組分相補(bǔ)償電容。[0024] 控制器23以微處理器8為基礎(chǔ)，在每一個(gè)周期都對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行分析，根據(jù)檢測(cè)到的無(wú)功功率以及功率因數(shù)輸出控制信號(hào)，控制投切電容的開關(guān)，以提高電網(wǎng)功率因數(shù)，降低線路損耗，改善電能質(zhì)量，消除無(wú)功匱乏給整個(gè)電網(wǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響。所采用的無(wú)功補(bǔ)償方式包括三相共補(bǔ)和兩相分補(bǔ)，可以對(duì)三相無(wú)功不對(duì)稱的情況進(jìn)行合理補(bǔ)償。例如當(dāng)三相功率因數(shù)均為正(感性負(fù)載)，且某相功率因數(shù)小于投入門限時(shí)，控制器將重新根據(jù)檢測(cè)的每相無(wú)功功率投入電容；當(dāng)某相功率因數(shù)大于切除門限時(shí)，控制器將重新根據(jù)檢測(cè)的每相的無(wú)
功功率切除電容。當(dāng)每相無(wú)功功率都大于共補(bǔ)電容容量1/3時(shí)，共補(bǔ)電容將被投入，當(dāng)三相中任何一相的無(wú)功功率小于共補(bǔ)電容容量的1/3時(shí)，共補(bǔ)電容將被切除。當(dāng)三相無(wú)功功率不平衡時(shí)，分相補(bǔ)償用來(lái)補(bǔ)償無(wú)功功率較大的兩相，提高補(bǔ)償效力。同時(shí)控制器能將三個(gè)分相補(bǔ)償電容可以組成一組共補(bǔ)電容使用。 由于使用帶浮點(diǎn)運(yùn)算的高性能單片機(jī)和晶閘管快速投切電路，本智能無(wú)功補(bǔ)償裝置可以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電容的快速、平穩(wěn)投入切除，投切速度10ms 20ms，因此特別適合需反復(fù)啟動(dòng)負(fù)載、功率因數(shù)隨時(shí)變化的場(chǎng)合，如400V低壓配電網(wǎng)使用電焊機(jī)、切割機(jī)的工廠等，也可廣泛用于戶外臺(tái)式變壓器、室內(nèi)配電室、箱式變電站以及冶金、機(jī)械、礦山、鐵路、化工等企業(yè)或低壓用戶進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償、配電監(jiān)測(cè)和諧波檢測(cè)。 為了滿足電廠、變電站、工礦企業(yè)等用戶的需要，本智能無(wú)功補(bǔ)償裝置可以采用
GDD型柜體進(jìn)行封裝，柜體的大小根據(jù)需要定制。為了充分考慮散熱和防護(hù)電磁干擾的需
要，控制器24設(shè)置在柜體的最上方，自愈電容和電感則放置在柜體的下部。在柜體上開有
通風(fēng)口 ，通風(fēng)口上安裝有散熱風(fēng)扇22，散熱風(fēng)扇由溫度控制器21進(jìn)行控制。 上面對(duì)本快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。對(duì)本領(lǐng)域的一般技
術(shù)人員而言，在不背離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神的前提下對(duì)它所做的任何顯而易見的改動(dòng)，都
將構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型專利權(quán)的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求一種快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置，包括并聯(lián)在電網(wǎng)上的電流互感器和漏電斷路器，其特征在于所述快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置還包括控制器、晶閘管過零觸發(fā)單元、共補(bǔ)模塊和分補(bǔ)模塊，所述共補(bǔ)模塊和所述分補(bǔ)模塊中包括晶閘管、阻容耦合電路、電抗器和電容，所述晶閘管與所述阻容耦合電路并聯(lián)；所述電流互感器連接所述控制器，所述控制器連接所述晶閘管過零觸發(fā)單元，所述晶閘管過零觸發(fā)單元連接所述共補(bǔ)模塊和所述分補(bǔ)模塊中的晶閘管；所述共補(bǔ)模塊和所述分補(bǔ)模塊分別與所述漏電斷路器連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置，其特征在于 所述控制器由液晶顯示單元、鍵盤控制和指示燈單元、通信單元、E2PR0M及實(shí)時(shí)時(shí)鐘、繼電器報(bào)警單元、電流轉(zhuǎn)換單元、微處理器、串行輸出電路、開關(guān)電源單元、電壓轉(zhuǎn)換單元組 成，其中，所述電流轉(zhuǎn)換單元與所述電流互感器連接，所述微處理器分別與液晶顯示單元、 鍵盤控制和指示燈單元、通信單元、E2PR0M及實(shí)時(shí)時(shí)鐘、串行輸出電路和電壓轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行 連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置，其特征在于 所述串行輸出電路一方面連接所述繼電器報(bào)警單元，另一方面連接所述晶閘管過零觸發(fā)單元。
4. 如權(quán)利要求1所述的快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置，其特征在于 所述共補(bǔ)模塊中，三相電抗器分別連接在三角形連接的三相自愈式電容的三相引出端，在三相引出端的其中兩相上串聯(lián)有熔斷器和所述晶閘管。
5. 如權(quán)利要求1所述的快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置，其特征在于 所述分補(bǔ)模塊中，分相補(bǔ)償電容采用三角形連接方式，每?jī)上嗌显O(shè)有兩相自愈式電容與所述晶閘管和兩相電抗器串聯(lián)。
6. 如權(quán)利要求1所述的快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置，其特征在于所述快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置封裝在GDD型柜體內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種快速投切低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置。該智能無(wú)功補(bǔ)償裝置包括電流互感器、漏電斷路器、控制器、晶閘管過零觸發(fā)單元、共補(bǔ)模塊和分補(bǔ)模塊，其中共補(bǔ)模塊和分補(bǔ)模塊中包括晶閘管、阻容耦合電路、電抗器和補(bǔ)償電容；電流互感器連接控制器，控制器連接晶閘管過零觸發(fā)單元，晶閘管過零觸發(fā)單元連接共補(bǔ)模塊和分補(bǔ)模塊中的晶閘管；共補(bǔ)模塊和分補(bǔ)模塊分別與漏電斷路器連接。該智能無(wú)功補(bǔ)償裝置可以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電容的快速、平穩(wěn)投入切除，投切速度10ms～20ms，因此特別適合需反復(fù)啟動(dòng)負(fù)載、功率因數(shù)隨時(shí)變化的場(chǎng)合。對(duì)于三相不平衡的負(fù)載，該智能無(wú)功補(bǔ)償裝置還可以進(jìn)行分相補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H02J3/18GK201509085SQ200920222670
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者崔衛(wèi)星, 柳俊崗 申請(qǐng)人:北京國(guó)人正方科技有限公司