專利名稱：適用于30Kvar三相共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹悄芸刂仆肚醒b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能控制投切電力電容器的裝置，主要應(yīng)用于30Kvar三相共補(bǔ)型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)中無(wú)功負(fù)荷的大量存在，導(dǎo)致無(wú)功損耗巨大。為了提高電能的利用效率，無(wú)功補(bǔ)償就顯得尤為重要。由于電網(wǎng)中感性負(fù)荷居多，因此，需要容性無(wú)功來(lái)補(bǔ)償其損耗。而補(bǔ)償電容器作為其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其接入電網(wǎng)過(guò)程的好壞直接影響到電容器和開(kāi)關(guān)器件的安全和穩(wěn)定，因此，必須提供一個(gè)良好的投切環(huán)境。傳統(tǒng)的投切方式主要有(1)普通接觸器投切電容器。導(dǎo)通時(shí)功耗小、可靠，但響應(yīng)速度較慢，不能保證它在過(guò)零時(shí)進(jìn)行投切。合閘瞬間電網(wǎng)電壓一般不為零，這樣會(huì)產(chǎn)生比較大的電流沖擊，不僅對(duì)電網(wǎng)造成巨大的干擾，而且嚴(yán)重影響電容器的壽命。(2)晶閘管投切電容器。響應(yīng)速度比較快，可使用單片機(jī)對(duì)大功率晶閘管進(jìn)行控制。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到外部電網(wǎng)電壓過(guò)零時(shí)，控制晶閘管進(jìn)行投切，解決了使用普通接觸器出現(xiàn)涌流的問(wèn)題。但它存在的主要缺點(diǎn)是，在晶閘管長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通的情況下，發(fā)熱量較大，嚴(yán)重影響了它的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為克服傳統(tǒng)投切方式存在浪涌電流大、對(duì)電網(wǎng)沖擊強(qiáng)、觸點(diǎn)易損壞等缺點(diǎn)，本發(fā)明專利提出一種智能控制投切電力電容器的裝置，該裝置具有涌流小、對(duì)電網(wǎng)沖擊小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的特點(diǎn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是適用于30Kvar三相共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的智能控制投切裝置，包括晶閘管及繼電器電路、單片機(jī)控制模塊、電源電路、開(kāi)關(guān)電源、485通信模塊、反相電路、光耦觸發(fā)電路及運(yùn)行/故障檢測(cè)電路，其特征在于開(kāi)關(guān)電源直流輸出正極通過(guò)導(dǎo)線分別與電源電路中的穩(wěn)壓芯片輸入端及繼電器驅(qū)動(dòng)電路三極管的發(fā)射極連接，開(kāi)關(guān)電源直流輸出的數(shù)字地與穩(wěn)壓芯片的共地端及電容一端相連；電源電路中的穩(wěn)壓芯片輸出端分別與單片機(jī)的電壓輸入端，光耦觸發(fā)電路電阻一端，485通信模塊中主芯片的電壓輸入端，運(yùn)行/故障檢測(cè)電路電阻一端，反相電路三極管的發(fā)射極，晶閘管及繼電器電路中三極管的發(fā)射極連接；單片機(jī)的控制口分別與晶閘管及繼電器電路電阻一端，反相電路電阻一端，運(yùn)行/故障檢測(cè)電路電阻一端及485通信模塊主芯片連接；反相電路中三極管的集電極與繼電器驅(qū)動(dòng)電路的電阻一端連接，繼電器驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)三極管的集電極與晶閘管及繼電器電路中繼電器的兩個(gè)控制角相連；晶閘管及繼電器電路中晶閘管的一端與電網(wǎng)相連，另一端經(jīng)過(guò)線圈與外部電容器相連。進(jìn)一步，所述的光耦觸發(fā)電路包括光耦，光耦的陽(yáng)極分別電阻一端相連，光耦的陰極與一條投切信號(hào)線相連；電阻另一端與另一條投切信號(hào)線相連，兩條投切信號(hào)線由外部控制器接入。光耦的集電極與電阻一端及單片機(jī)控制口相連，光耦的發(fā)射極接地。
所述的電源電路包括穩(wěn)壓芯片，穩(wěn)壓芯片的輸入端與開(kāi)關(guān)電源直流輸出正極，電容正極相連，電容負(fù)極與開(kāi)關(guān)電源直流輸出負(fù)極相連；穩(wěn)壓芯片的輸出端與電容正極相連，電容負(fù)極及穩(wěn)壓芯片另一端與開(kāi)關(guān)電源直流輸出負(fù)極相連。所述的反相電路中三極管的基極與電阻另一端相連，三極管的集電極與繼電器驅(qū)動(dòng)電路的電阻一端相連。所述的晶閘管及繼電器電路包括晶閘管，晶閘管的控制極與過(guò)零檢測(cè)芯片的基極相連。過(guò)零檢測(cè)芯片的陽(yáng)極與電阻一端相連，電阻另一端與三極管集電極相連，三極管基極與電阻一端相連；過(guò)零檢測(cè)芯片的主終端分別與功率電阻相連功率電阻另一端與繼電器端子相連，并在繼電器兩端并聯(lián)一個(gè)RC電路。繼電器的兩個(gè)控制端與繼電器驅(qū)動(dòng)電路中PNP三極管的集電極相連。所述的繼電器驅(qū)動(dòng)電路中包括2個(gè)PNP三極管、4個(gè)NPN及8個(gè)電阻，PNP三極管的集電極與開(kāi)關(guān)電源直流輸出正極相連，PNP三極管的基極與電阻的一段相連，電阻另一端與NPN的集電極相連，NPN三極管的發(fā)射極與開(kāi)關(guān)電源直流輸出負(fù)極相連，NPN三極管的基極與電阻一端相連。所述的運(yùn)行/故障檢測(cè)電路中的發(fā)光二極管的正極與電阻一端相連，另一端與單片機(jī)控制口相連。所述的485通信電路包括主芯片，主芯片的串口通信端口分別與單片機(jī)的通信端相連，主芯片的電源端與電容一端及電源電路輸出端相連，電容另一端與開(kāi)關(guān)電源直流輸出負(fù)極相連。主芯片的A、B輸出腳并聯(lián)一個(gè)電阻后與外部通信口相連。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是涌流小、對(duì)電網(wǎng)沖擊小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。


圖1是本發(fā)明的復(fù)合開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)2是本發(fā)明的晶閘管及繼電器電路圖3是本發(fā)明的繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖4是本發(fā)明的485通信，反相，運(yùn)行/故障指示及電源電路
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4，一種適用于30Kvar三相共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的智能控制投切裝置，包括晶閘管及繼電器電路(包括繼電器驅(qū)動(dòng)電路)、單片機(jī)控制模塊、電源電路、開(kāi)關(guān)電源、485通信模塊、反相電路、光耦觸發(fā)電路及運(yùn)行/故障檢測(cè)電路。開(kāi)關(guān)電源直流輸出+15V電壓通過(guò)導(dǎo)線分別與電源電路中的穩(wěn)壓芯片U6輸入端Vin及繼電器驅(qū)動(dòng)電路三極管T5，T6的發(fā)射極連接，開(kāi)關(guān)電源直流輸出的數(shù)字地與穩(wěn)壓芯片U6的GND端，電容C9的負(fù)極，電容C3的一端相連。電源電路中的穩(wěn)壓芯片U6輸出端Vout分別與單片機(jī)的電壓輸入端VSS，光耦觸發(fā)電路電阻R16 —端，485通信模塊中主芯片U4的電壓輸入端VCC，運(yùn)行/故障檢測(cè)電路電阻R19 —端，反相電路三極管Q3的發(fā)射極，晶閘管及繼電器電路中三極管Ql的發(fā)射極連接。單片機(jī)的控制口 P10、P11、P12、P02分別與晶閘管及繼電器電路電阻Rl一端，反相電路電阻R18 —端，運(yùn)行/故障檢測(cè)電路電阻R19 —端連接。單片機(jī)的RXD、TXD分別與U4的RXD、TXD相連。單片機(jī)的P16 口與U4的RE、DE相連。反相電路中三極管Q3的集電極與繼電器驅(qū)動(dòng)電路的電阻R6 —端連接，繼電器驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)三極管T5、T6的集電極與晶閘管及繼電器電路中繼電器U2的兩個(gè)控制角相連。晶閘管及繼電器電路中晶閘管Q2的一端與電網(wǎng)相連,另一端經(jīng)過(guò)線圈與外部電容器相連。光稱觸發(fā)電路包括光稱U5, U5的端口 I分別電阻R13—端相連，U5的端口 2與一條投切信號(hào)線相連。電阻R13另一端與另一條投切信號(hào)線相連，兩條投切信號(hào)線由外部控制器接入。U5的端口 4與電阻R16—端及單片機(jī)控制口相連P14，U5的端口 3接地。電源電路包括穩(wěn)壓芯片U6，穩(wěn)壓芯片的輸入端Vin與開(kāi)關(guān)電源直流輸出正極+15，電容C9正極，電容C3相連，電容C9負(fù)極與開(kāi)關(guān)電源直流輸出數(shù)字地相連。穩(wěn)壓芯片的輸出端Vout與電容C14正極相連，電容C14負(fù)極及穩(wěn)壓芯片GND端與開(kāi)關(guān)電源直流輸出數(shù)字地相連。反相電路中三極管Q3的基極與電阻18另一端相連，三極管Q3的集電極與繼電器驅(qū)動(dòng)電路的電阻R6 —端相連。晶閘管及繼電器電路包括晶閘管Q2，晶閘管Q2的控制極與過(guò)零檢測(cè)芯片Ul的端口 5相連。Ul的端口 I與電阻R2 —端相連，電阻R2另一端與三極管Ql集電極相連，三極管Ql基極與電阻Rl —端相連。過(guò)零檢測(cè)芯片Ul的端口 4、6分別與功率電阻R3、R4相連。功率電阻R3與繼電器端子I相連，功率電阻R4與繼電器端子2相連.并在繼電器兩端并聯(lián)一個(gè)RC電路，RC電路由功率電阻R5、電容Cl組成。繼電器的兩個(gè)控制端4、5與繼電器驅(qū)動(dòng)電路中PNP三極管T5、T6的集電極相連。繼電器驅(qū)動(dòng)電路中包括2個(gè)PNP三極管(T5、T6)、4個(gè)NPN (T1、T2、T3、T4)及8個(gè)電阻(R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R13、R14)，PNP三極管T5、T6的集電極與開(kāi)關(guān)電源直流輸出正極+15相連，PNP三極管T5、T6的基極與電阻R13、R14的一段相連，電阻R13另一端與Tl的集電極相連，電阻R14另一端與T4的集電極相連，Tl的基極與電阻R6的一端相連，Tl的發(fā)射極與數(shù)字地相連。T2的基極與電阻RlO的一端相連，RlO的另一端與電阻Rll一端相連，T2的集電極與T5的集電極相連，T2的發(fā)射極接地。T3的基極與電阻R7的一端相連，T3的集電極與T6的集電極相連，T3的發(fā)射極與T4的發(fā)射極相連。運(yùn)行/故障檢測(cè)電路中的發(fā)光二極管D2的正極與電阻R19 —端相連，D2的負(fù)極與單片機(jī)控制口相連P02。485通信電路包括主芯片U4，U4的VCC端與電容C2 —端及電源電路輸出端Vout相連，電容C2另一端與開(kāi)關(guān)電源直流輸出數(shù)字地相連。U4的A、B端并聯(lián)一個(gè)電阻R15后與外部通信口相連。工作過(guò)程如下閉合過(guò)程外部控制器發(fā)出投電容器命令，光耦U5導(dǎo)通，并給單片機(jī)(STC89C52) P14 一個(gè)低電平，單片機(jī)接到命令后，通過(guò)引腳P12給Ql基極一個(gè)低電平，使Ql導(dǎo)通，從而使Ul導(dǎo)通，然后Ul給雙向可控硅Q2控制一個(gè)觸發(fā)電流，使Q2導(dǎo)通，延時(shí)IOOms后，單片機(jī)通過(guò)PlO (高電平)、P11 (低電平)給反相電路一個(gè)控制信號(hào)，通過(guò)反相電路后，將反相電路中PlO (out)(低電平)/ Pll (out)(高電平)信號(hào)傳給繼電器驅(qū)動(dòng)電路，使繼電器驅(qū)動(dòng)電路中的T1、T3、T5導(dǎo)通，T2、T4、T6不導(dǎo)通，使繼電器端口 4電壓為+15V，端口 5電壓為0，從而使繼電器U2閉合，延時(shí)150ms，然后通過(guò)改變P12引腳電壓，使雙向可控硅Q2斷開(kāi)，最后繼電器U2處于一直閉合狀態(tài)，LED燈D2亮；關(guān)斷過(guò)程外部控制器發(fā)出切電容器命令，光耦U5不導(dǎo)通，并給單片機(jī)(STC89C52) P14 一個(gè)高電平，單片機(jī)接到命令后，通過(guò)引腳P12給Ql基極一個(gè)低電平，使Ql導(dǎo)通，從而使Ul導(dǎo)通，然后Ul給雙向可控娃Q2控制一個(gè)觸發(fā)電流,使Q2導(dǎo)通,延時(shí)IOOms后，單片機(jī)通過(guò)給反相電路一個(gè)相反的控制信號(hào)(P10 (低電平)、P11 (高電平))，通過(guò)反相電路后，將反相電路中PlO (out)(高電平)/ Pll (out)(低電平)信號(hào)傳給繼電器驅(qū)動(dòng)電路，使繼電器驅(qū)動(dòng)電路中的Tl、T3、T5不導(dǎo)通，T2、T4、T6導(dǎo)通，使繼電器端口 4電壓為0V，端口 5電壓為+15V，從而使繼電器U2斷開(kāi)，延時(shí)150ms，然后通過(guò)改變P12引腳電壓，使雙向可控硅Q2斷開(kāi)，LED燈D2滅；本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)的范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
1.適用于30Kvar三相共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的智能控制投切裝置，包括晶閘管及繼電器電路、單片機(jī)控制模塊、電源電路、開(kāi)關(guān)電源、485通信模塊、反相電路、光耦觸發(fā)電路及運(yùn)行 /故障檢測(cè)電路，其特征在于開(kāi)關(guān)電源直流輸出正極通過(guò)導(dǎo)線分別與電源電路中的穩(wěn)壓芯片輸入端及繼電器驅(qū)動(dòng)電路三極管的發(fā)射極連接，開(kāi)關(guān)電源直流輸出的數(shù)字地與穩(wěn)壓芯片的共地端及電容一端相連；電源電路中的穩(wěn)壓芯片輸出端分別與單片機(jī)的電壓輸入端， 光耦觸發(fā)電路電阻一端，485通信模塊中主芯片的電壓輸入端，運(yùn)行/故障檢測(cè)電路電阻一端，反相電路三極管的發(fā)射極，晶閘管及繼電器電路中三極管的發(fā)射極連接；單片機(jī)的控制口分別與晶閘管及繼電器電路電阻一端，反相電路電阻一端，運(yùn)行/故障檢測(cè)電路電阻一端及485通信模塊主芯片連接；反相電路中三極管的集電極與繼電器驅(qū)動(dòng)電路的電阻一端連接，繼電器驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)三極管的集電極與晶閘管及繼電器電路中繼電器的兩個(gè)控制角相連；晶閘管及繼電器電路中晶閘管的一端與電網(wǎng)相連，另一端經(jīng)過(guò)線圈與外部電容器相連。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于光耦觸發(fā)電路包括光耦，光耦的陽(yáng)極分別電阻一端相連，光耦的陰極與一條投切信號(hào)線相連；電阻另一端與另一條投切信號(hào)線相連，兩條投切信號(hào)線由外部控制器接入；光耦的集電極與電阻一端及單片機(jī)控制口相連，光耦的發(fā)射極接地。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于電源電路包括穩(wěn)壓芯片，穩(wěn)壓芯片的輸入端與開(kāi)關(guān)電源直流輸出正極，電容正極相連，電容負(fù)極與開(kāi)關(guān)電源直流輸出負(fù)極相連；穩(wěn)壓芯片的輸出端與電容正極相連，電容負(fù)極及穩(wěn)壓芯片另一端與開(kāi)關(guān)電源直流輸出負(fù)極相連。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于反相電路中三極管的基極與電阻另一端相連，三極管的集電極與繼電器驅(qū)動(dòng)電路的電阻一端相連。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于晶閘管及繼電器電路包括晶閘管，晶閘管的控制極與過(guò)零檢測(cè)芯片的基極相連；過(guò)零檢測(cè)芯片的陽(yáng)極與電阻一端相連，電阻另一端與三極管集電極相連，三極管基極與電阻一端相連。過(guò)零檢測(cè)芯片的主終端分別與功率電阻相連；功率電阻另一端與繼電器端子相連，并在繼電器兩端并聯(lián)一個(gè)RC電路；繼電器的兩個(gè)控制端與繼電器驅(qū)動(dòng)電路中PNP三極管的集電極相連。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于繼電器驅(qū)動(dòng)電路中包括2個(gè)PNP三極管、4 個(gè)NPN及8個(gè)電阻，PNP三極管的集電極與開(kāi)關(guān)電源直流輸出正極相連，PNP三極管的基極與電阻的一段相連，電阻另一端與NPN的集電極相連，NPN三極管的發(fā)射極與開(kāi)關(guān)電源直流輸出負(fù)極相連，NPN三極管的基極與電阻一端相連。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于運(yùn)行/故障檢測(cè)電路中的發(fā)光二極管的正極與電阻一端相連，另一端與單片機(jī)控制口相連。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，485通信電路包括主芯片，主芯片的串口通信端口分別與單片機(jī)的通信端相連，主芯片的電源端與電容一端及電源電路輸出端相連，電容另一端與開(kāi)關(guān)電源直流輸出負(fù)極相連；主芯片的A、B輸出腳并聯(lián)一個(gè)電阻后與外部通信口相連。
全文摘要
適用于30Kvar三相共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的智能控制投切裝置，包括晶閘管及繼電器電路、單片機(jī)控制模塊、電源電路、開(kāi)關(guān)電源、485通信模塊、反相電路、光耦觸發(fā)電路及運(yùn)行/故障檢測(cè)電路，開(kāi)關(guān)電源直流輸出正極通過(guò)導(dǎo)線分別與電源電路中的穩(wěn)壓芯片輸入端及繼電器驅(qū)動(dòng)電路三極管的發(fā)射極連接，開(kāi)關(guān)電源直流輸出的數(shù)字地與穩(wěn)壓芯片的共地端及電容一端相連。電源電路中的穩(wěn)壓芯片輸出端分別與單片機(jī)的電壓輸入端，光耦觸發(fā)電路電阻一端，485通信模塊中主芯片的電壓輸入端，運(yùn)行/故障檢測(cè)電路電阻一端，反相電路三極管的發(fā)射極，晶閘管及繼電器電路中三極管的發(fā)射極連接；單片機(jī)的控制口分別與晶閘管及繼電器電路電阻一端，反相電路電阻一端，運(yùn)行/故障檢測(cè)電路電阻一端及485通信模塊主芯片連接。
文檔編號(hào)H02J3/18GK103050982SQ201210508509
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者張有兵, 鄭谞, 姚成澤, 周文委 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)