本發(fā)明涉及電工技術(shù)中的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速投切電容器的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

晶閘管投切電容器(TSC——Thyristor Switched Capacitor)是一種常用的靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置，能夠快速補(bǔ)償電網(wǎng)的無(wú)功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，節(jié)約電能，減少系統(tǒng)電壓的波動(dòng)，在工礦企業(yè)和變電站得到了廣泛的應(yīng)用。

為了減少電容器投入或者切除時(shí)對(duì)配電系統(tǒng)的干擾，防止電容器組投入時(shí)產(chǎn)生的涌流，提高電容器的使用壽命，投入或者切除的時(shí)候均要求實(shí)現(xiàn)零擾動(dòng)。所謂零擾動(dòng)即在晶閘管兩端電壓接近零或者過(guò)零的時(shí)候才開(kāi)通晶閘管接入電容器，使其投切涌流最??；利用晶閘管電流過(guò)零的自然關(guān)斷的特性使電容器組從電網(wǎng)切除。為了保證在整個(gè)投切的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)零擾動(dòng)并且快速的實(shí)現(xiàn)重復(fù)投切其控制電路起主要作用。

目前國(guó)內(nèi)外二控三晶閘管投切電容的控制電路大量使用的是MOC3083等芯片，MOC3083芯片是一種過(guò)零觸發(fā)芯片，用該芯片實(shí)現(xiàn)的控制電路不能快速動(dòng)作，并且在投切的過(guò)程中出現(xiàn)一對(duì)晶閘管導(dǎo)通，另一對(duì)晶閘管截止，導(dǎo)通的晶閘管兩端承受的電壓為零，不導(dǎo)通的晶閘管兩端承受電容器的直流電壓和電網(wǎng)的交流電壓，過(guò)高的電壓會(huì)造成晶閘管擊穿損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種快速投切電容器的控制系統(tǒng)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種快速投切電容器的控制系統(tǒng)，通過(guò)兩路晶閘管開(kāi)關(guān)控制三相電源，每路晶閘管開(kāi)關(guān)由一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管組成，其特征在于，包括：投切信號(hào)隔離單元、兩個(gè)過(guò)零檢測(cè)單元、基于單片機(jī)控制的控制單元、高頻調(diào)制信號(hào)處理單元、隔離觸發(fā)放大單元；

所述投切信號(hào)隔離單元用于將投切信號(hào)與所述控制單元隔離，根據(jù)控制器的投切信號(hào)生成投切控制信號(hào)，并將投切控制信號(hào)發(fā)送給所述控制單元；

每個(gè)所述過(guò)零檢測(cè)單元對(duì)應(yīng)連接一路晶閘管，用于根據(jù)所述晶閘管兩端的電壓生成過(guò)零檢測(cè)信號(hào)，并發(fā)送給所述控制單元；

所述控制單元用于根據(jù)所述投切控制信號(hào)和兩個(gè)過(guò)零檢測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)生成兩路晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，并發(fā)送給所述高頻調(diào)制信號(hào)處理單元；

所述高頻調(diào)制信號(hào)處理單元用于將兩路晶閘管的觸發(fā)信號(hào)分別進(jìn)行調(diào)制解調(diào)后對(duì)應(yīng)生成兩路晶閘管的觸發(fā)脈沖列信號(hào)，并發(fā)送給所述隔離觸發(fā)放大單元；

所述隔離觸發(fā)放大單元用于將兩路所述觸發(fā)脈沖列信號(hào)進(jìn)行放大、隔離后對(duì)應(yīng)輸出到每個(gè)晶閘管的門(mén)極，并根據(jù)所述觸發(fā)脈沖列信號(hào)控制相應(yīng)所述晶閘管的過(guò)零觸發(fā)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括電源單元，所述電源單元與所述控制單元相連。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括檢測(cè)晶閘管溫度的溫度繼電器，所述溫度繼電器與所述投切信號(hào)隔離單元相連，用于根據(jù)晶閘管的溫度來(lái)控制投切信號(hào)是否有效。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述過(guò)零檢測(cè)單元包括并聯(lián)的兩組光耦，所述光耦的二極管兩端分別通過(guò)電阻與所述晶閘管的陰極和陽(yáng)極相連，用于檢測(cè)晶閘管兩端電壓的正過(guò)零點(diǎn)和負(fù)過(guò)零點(diǎn)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述控制單元根據(jù)所述投切控制信號(hào)將兩個(gè)所述過(guò)零檢測(cè)信號(hào)通過(guò)邏輯判斷和延時(shí)處理，按照時(shí)序要求對(duì)應(yīng)產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述高頻調(diào)制信號(hào)處理單元通過(guò)定時(shí)器和可調(diào)電阻產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(hào)，并通過(guò)將所述高頻調(diào)制信號(hào)分別與兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行邏輯相與，對(duì)應(yīng)生成兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖列信號(hào)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述隔離觸發(fā)放大單元包括達(dá)林頓三極管和兩個(gè)脈沖變壓器，每個(gè)所述脈沖變壓器對(duì)應(yīng)連接一路晶閘管，每個(gè)所述脈沖變壓器包括一個(gè)原邊和兩個(gè)副邊，每個(gè)副邊對(duì)應(yīng)連接一個(gè)晶閘管的陰極和門(mén)極，所述脈沖變壓器用于控制相應(yīng)晶閘管的過(guò)零觸發(fā)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，同一路的兩個(gè)晶閘管的陰極之間設(shè)有阻容吸收電路，所述阻容吸收電路包括串聯(lián)的電容和電阻，具體的電阻阻值和電容容值根據(jù)晶閘管額定電流的不同進(jìn)行調(diào)整。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述脈沖變壓器原邊的一端與所述達(dá)林頓三極管相連，另一端連接在串聯(lián)的電阻和電容之間。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，一路晶閘管開(kāi)關(guān)連接在A相，另一路晶閘管開(kāi)關(guān)連接在C相，所述控制單元包括單片機(jī)，所述單片機(jī)用于根據(jù)兩路晶閘管的過(guò)零檢測(cè)信號(hào)判斷是否缺相，若缺相則單片機(jī)發(fā)出缺相報(bào)警，并停止輸出觸發(fā)信號(hào)，若不缺相，當(dāng)控制器發(fā)出投入信號(hào)，C相晶閘管過(guò)零時(shí)單片機(jī)先輸出C相觸發(fā)信號(hào)，然后A相晶閘管過(guò)零時(shí)再輸出A相觸發(fā)信號(hào)，若控制器發(fā)出切除信號(hào)，先停止輸出A相觸發(fā)信號(hào)，A相晶閘管截止后，再停止輸出C相觸發(fā)信號(hào)，C相晶閘管截止。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明的快速投切電容器的控制系統(tǒng)，采用高可靠單片機(jī)進(jìn)行邏輯控制，不需要等待電容器放電延時(shí)就可以將電容器快速重復(fù)投切到電網(wǎng)中。并且使晶閘管準(zhǔn)確過(guò)零導(dǎo)通電容器的沖擊電流最?。痪чl管電流過(guò)零關(guān)斷，晶閘管和電力電容承受的電壓最低。

(2)本發(fā)明的過(guò)零檢測(cè)單元包括并聯(lián)的兩組光耦，可以分別檢測(cè)晶閘管兩端電壓的正過(guò)零點(diǎn)和負(fù)過(guò)零點(diǎn)。

(3)本發(fā)明的快速投切電容器的控制系統(tǒng)包括檢測(cè)晶閘管溫度的溫度繼電器，可以在晶閘管溫度過(guò)高的時(shí)候停止導(dǎo)通晶閘管，從而對(duì)晶閘管起到較好的保護(hù)。

(4)本發(fā)明脈沖變壓器原邊的一端連接在串聯(lián)的電阻和電容之間，能夠提高脈沖前沿的陡度，對(duì)晶閘管進(jìn)行強(qiáng)觸發(fā)。

(5)本發(fā)明同一路的兩個(gè)晶閘管的陰極之間設(shè)有阻容吸收電路，可以吸收晶閘管在換相過(guò)程中產(chǎn)生的電壓尖峰，防止晶閘管被過(guò)壓擊穿，從而對(duì)晶閘管起到較好的保護(hù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中快速投切電容器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本控制系統(tǒng)的投切信號(hào)隔離電路；

圖3為本控制系統(tǒng)的過(guò)零檢測(cè)電路；

圖4為本控制系統(tǒng)的單片機(jī)控制電路；

圖5為本控制系統(tǒng)的高頻調(diào)制信號(hào)處理電路；

圖6為本控制系統(tǒng)的晶閘管隔離觸發(fā)放大電路；

圖7為本控制系統(tǒng)的電源電路；

圖8為本控制系統(tǒng)單片機(jī)控制程序流程圖。

圖中：1-投切信號(hào)隔離單元，2-過(guò)零檢測(cè)單元，3-控制單元，4-高頻調(diào)制信號(hào)處理單元，5-隔離觸發(fā)放大單元，6-電源單元。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種快速投切電容器的控制系統(tǒng)，通過(guò)兩路晶閘管開(kāi)關(guān)控制三相電源，每路晶閘管開(kāi)關(guān)由一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管組成，包括：投切信號(hào)隔離單元1、兩個(gè)過(guò)零檢測(cè)單元2、基于單片機(jī)控制的控制單元3、高頻調(diào)制信號(hào)處理單元4、隔離觸發(fā)放大單元5、電源單元6和溫度繼電器。

參見(jiàn)圖2所示，投切信號(hào)隔離單元1由電阻R7和光耦U5串聯(lián)而成，電阻R7一端通過(guò)接插件JP1連接至無(wú)功補(bǔ)償控制器的投切信號(hào)公共端，另一端連接光耦U5的原邊，光耦U5的原邊連接無(wú)功補(bǔ)償控制器的投切信號(hào)。接插件JP1連接到常閉的75℃溫度繼電器的兩端，該溫度繼電器用于檢測(cè)晶閘管溫度，溫度繼電器安裝在無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)器的散熱器上，當(dāng)散熱器溫度低至75℃時(shí)溫度繼電器將閉合，使投切信號(hào)有效，光耦U5導(dǎo)通，光耦U5的副邊輸出5V高電平；當(dāng)散熱器溫度超過(guò)75℃時(shí)溫度繼電器將斷開(kāi)，光耦U5與投切信號(hào)公共端斷開(kāi)，輸入被切斷，即使有投切信號(hào)輸入，也不能使光耦U5導(dǎo)通，光耦U5的副邊輸出低電平，從而光耦U5的副邊生成投切控制信號(hào)S1，并將投切控制信號(hào)S1發(fā)送給控制單元3。

本實(shí)施例中，一路晶閘管開(kāi)關(guān)連接在A相，另一路晶閘管開(kāi)關(guān)連接在C相，B相不接晶閘管開(kāi)關(guān)直接連接至電容器的串聯(lián)回路中?？刂葡到y(tǒng)包括A相過(guò)零檢測(cè)單元和C相過(guò)零檢測(cè)單元，A相過(guò)零檢測(cè)單元對(duì)應(yīng)連接A相晶閘管，C相過(guò)零檢測(cè)單元對(duì)應(yīng)連接C相晶閘管，用于根據(jù)晶閘管兩端的電壓生成過(guò)零檢測(cè)信號(hào)，并發(fā)送給控制單元3。

參見(jiàn)圖3所示，A相過(guò)零檢測(cè)單元包括并聯(lián)的光耦U3和光耦U4，光耦U3的二極管一端通過(guò)電阻R5與A相正向晶閘管的陰極T_1-k相連，另一端連接光耦U4的二極管的陽(yáng)極，光耦U4的二極管一端通過(guò)電阻R6與A相反向晶閘管的陰極T_2-k相連，另一端連接光耦U3的二極管的陽(yáng)極，當(dāng)T_1-k端的電壓高于T_2-k端的電壓時(shí)，光耦U3導(dǎo)通，光耦U3的副邊輸出低電平，當(dāng)T_1-k端的電壓與T_2-k端的電壓的壓差很小時(shí)，晶閘管兩端電壓在過(guò)零點(diǎn)附近，光耦U3不導(dǎo)通，光耦U3的副邊輸出高電平的過(guò)零脈沖；當(dāng)T_1-k端的電壓低于T_2-k端的電壓時(shí)，光耦U4導(dǎo)通，光耦U4的副邊輸出低電平，當(dāng)T_1-k端的電壓與T_2-k端的電壓的壓差很小時(shí)，晶閘管兩端電壓在過(guò)零點(diǎn)附近，光耦U4不導(dǎo)通，輸出端A₁輸出高電平的過(guò)零脈沖。A相過(guò)零檢測(cè)單元可以分別檢測(cè)A相晶閘管兩端電壓的正過(guò)零點(diǎn)和負(fù)過(guò)零點(diǎn)，生成過(guò)零檢測(cè)信號(hào)，并發(fā)送給控制單元3。

C相過(guò)零檢測(cè)單元包括并聯(lián)的光耦U9和光耦U10，光耦U9的二極管一端通過(guò)電阻R16與C相正向晶閘管的陰極T_5-k相連，另一端連接光耦U10的二極管的陽(yáng)極，光耦U10的二極管一端通過(guò)電阻R17與C相反向晶閘管的陰極T_6-k相連，另一端連接光耦U9的二極管的陽(yáng)極，當(dāng)T_5-k端的電壓高于T_6-k端的電壓時(shí)，光耦U9導(dǎo)通，光耦U9的副邊輸出低電平，當(dāng)T_5-k端的電壓與T_6-k端的電壓的壓差很小時(shí)，晶閘管兩端電壓在過(guò)零點(diǎn)附近，光耦U9不導(dǎo)通，光耦U9的副邊輸出高電平的過(guò)零脈沖；當(dāng)T_5-k端的電壓低于T_6-k端的電壓時(shí)，光耦U10導(dǎo)通，光耦U10的副邊輸出低電平，當(dāng)T_5-k端的電壓與T_6-k端的電壓的壓差很小時(shí)，晶閘管兩端電壓在過(guò)零點(diǎn)附近，光耦U10不導(dǎo)通，光耦U10的副邊輸出高電平的過(guò)零脈沖。C相過(guò)零檢測(cè)單元可以分別檢測(cè)C相晶閘管兩端電壓的正過(guò)零點(diǎn)和負(fù)過(guò)零點(diǎn)，生成過(guò)零檢測(cè)信號(hào)C1，并發(fā)送給控制單元3。

參見(jiàn)圖4和圖7，控制單元3包括單片機(jī)，投切控制信號(hào)S1、過(guò)零檢測(cè)信號(hào)A1和C1送入至單片機(jī)捕獲腳，單片機(jī)經(jīng)過(guò)邏輯判斷和延時(shí)處理，按照時(shí)序要求對(duì)應(yīng)產(chǎn)生A相晶閘管的觸發(fā)信號(hào)T1和C相晶閘管的觸發(fā)信號(hào)T2，并將觸發(fā)信號(hào)發(fā)送給高頻調(diào)制信號(hào)處理單元4。電源單元6與控制單元3相連，用于為單片機(jī)提供5V電源。

參見(jiàn)圖8所示，單片機(jī)控制程序流程如下：首先用A相和C相的過(guò)零信號(hào)A1和C1判斷是否缺相，如果缺相則發(fā)出缺相告警，并禁止投切動(dòng)作。當(dāng)沒(méi)有缺相故障發(fā)生時(shí)，若控制器發(fā)出投入信號(hào)，則在C相反并聯(lián)晶閘管過(guò)零的時(shí)候首先輸出C相觸發(fā)脈沖，然后在A相反并聯(lián)晶閘管過(guò)零的時(shí)候再輸出A相觸發(fā)脈沖；若控制器發(fā)出切除信號(hào)，則首先停止A相觸發(fā)脈沖輸出，A相反并聯(lián)的晶閘管截止后，再停止C相觸發(fā)脈沖輸出，然后C相反并聯(lián)晶閘管過(guò)零截止。通過(guò)上述程序控制可以保證電容器在不需要放電的時(shí)候，均能準(zhǔn)確的檢測(cè)到晶閘管的過(guò)零脈沖信號(hào)，并能快速進(jìn)行電容器的投切，并且在切除后反并聯(lián)晶閘管兩端承受的電壓最低。

參見(jiàn)圖5所示，高頻調(diào)制信號(hào)處理單元4包括定時(shí)器、可調(diào)電阻R2和可調(diào)電阻R3，通過(guò)調(diào)整R2的阻值可以改變高頻調(diào)制信號(hào)HP高電平的時(shí)間，通過(guò)調(diào)整R3的阻值可以改變高頻調(diào)制信號(hào)HP低電平的時(shí)間。高頻調(diào)制信號(hào)HP分別與A相晶閘管的觸發(fā)信號(hào)T1、C相晶閘管的觸發(fā)信號(hào)T2進(jìn)行邏輯與，從而得到A相晶閘管的觸發(fā)脈沖列信號(hào)T3、C相晶閘管的觸發(fā)脈沖列信號(hào)T4，并發(fā)送給隔離觸發(fā)放大單元5，能根據(jù)不同的晶閘管導(dǎo)通脈寬要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

參見(jiàn)圖6所示，隔離觸發(fā)放大單元5用于將兩路觸發(fā)脈沖列信號(hào)進(jìn)行放大、隔離后對(duì)應(yīng)輸出到每個(gè)晶閘管的門(mén)極，并根據(jù)觸發(fā)脈沖列信號(hào)控制相應(yīng)晶閘管的過(guò)零觸發(fā)。

隔離觸發(fā)放大單元5包括達(dá)林頓三極管和兩個(gè)脈沖變壓器，每個(gè)脈沖變壓器對(duì)應(yīng)連接一路晶閘管，每個(gè)脈沖變壓器包括一個(gè)原邊和兩個(gè)副邊，每個(gè)副邊對(duì)應(yīng)連接一個(gè)晶閘管的陰極和門(mén)極。當(dāng)晶閘管的觸發(fā)脈沖列信號(hào)放大輸出為低電平時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的脈沖變壓器的原邊將有電流通過(guò)，脈沖變壓器的副邊將感應(yīng)出一定幅值的電壓，并經(jīng)過(guò)二極管整流，電阻限流后輸入到晶閘管的門(mén)極，當(dāng)晶閘管處于正向電壓時(shí)則導(dǎo)通；當(dāng)晶閘管的觸發(fā)脈沖列信號(hào)放大輸出為高電平時(shí)，脈沖變壓器的原邊將續(xù)流，從而使晶閘管在電流過(guò)零的時(shí)候自然截止。

脈沖變壓器原邊的一端與達(dá)林頓三極管相連，另一端連接在串聯(lián)的電阻和電容之間，能夠提高脈沖前沿的陡度，對(duì)晶閘管進(jìn)行強(qiáng)觸發(fā)。

同一路的兩個(gè)晶閘管的陰極之間設(shè)有阻容吸收電路，阻容吸收電路包括串聯(lián)的電容和電阻。電阻的阻值和電容的容值根據(jù)晶閘管的電流等級(jí)不同進(jìn)行調(diào)整，可以吸收晶閘管在換相過(guò)程中產(chǎn)生的電壓尖峰，防止晶閘管被過(guò)壓擊穿，從而對(duì)晶閘管起到較好的保護(hù)。

本發(fā)明的快速投切電容器的控制系統(tǒng)，采用高可靠單片機(jī)進(jìn)行邏輯控制，不需要等待電容器放電延時(shí)就可以將電容器快速重復(fù)投切到電網(wǎng)中。并且使晶閘管準(zhǔn)確過(guò)零導(dǎo)通電容器的沖擊電流最??；晶閘管電流過(guò)零關(guān)斷，晶閘管和電力電容承受的電壓最低，對(duì)晶閘管起到很好的保護(hù)作用，不易損壞。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。