专利名称：快速跟踪动态功率因数补偿装置的补偿控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种功率因数补偿装置的补偿控制器。
背景技术：
补偿电容投入电网时，不同的电容初始电压值和不同的投入相角，会产生大小不同的冲击电流。最严重情况下，电容初始电压和电网电压相叠加可能产生极大的冲击电流。冲击电流可能在补偿电容初始投入时一次性地产生，可能在补偿装置工作时频繁地发生，也可能因干扰的存在而随机地发生。冲击电流的存在，一方面，会引起电网电压的瞬时跌落，引起电网电压不停地剧烈波动，降低供电质量，造成较大的低频和高频电磁干扰和污染，给用电设备带来不利影响，特别是干扰弱电设备的工作。另一方面，还会损伤电容投切执行元件(晶闸管、过零固态继电器等)和电力电容本身，降低整个装置工作的可靠性和工作寿命。即使是偶尔发生，也会造成永久性的损伤。因此，如何有效地减少和消除冲击电流成为补偿装置研发和设计中的核心问题和核心技术。现有补偿控制器和补偿装置在有效控制冲击电流方面仍存在问题。首先是对抑制补偿电容初始投入时的冲击电流未采取应对措施，其次是对工作时在不适宜相角出现的误触发脉冲未加阻挡和封锁，对因干扰存在可能随机出现的干扰脉冲缺乏保护和防范措施。
发明内容
为克服现有各种类型功率因数补偿装置的上述缺陷，本实用新型为一种特定的、用晶闸管作为切换元件的快速跟踪型动态功率因数补偿装置[20]提供了一种配套用的新型补偿控制器[21]。该种补偿装置[20]的特征是包括3至4组三角接线的补偿电容器；晶闸管与二极管反并联后与三角形每边的补偿电容相串联；各组补偿电容的容量有二进制倍增关系。
本实用新型的构成它由单片机[1]和外围的电压信号放大电路[2]、补偿前电流信号放大电路[3]、补偿后电流信号放大电路[4]、设定开关[5]、键盘和显示电路[6]、电压过零和晶闸管触发信号生成电路[7]、指针表及表前放大电路[8]、串行通讯接口电路[9]、变压器和电源电路[10]组成。其中电压信号放大电路[2]用于检测网络电压有效值；补偿前电流信号放大电路[3]用于测定电流瞬时值，以实现无功电流和有功电流检测；补偿后电流信号放大电路[4]用于检测补偿后的总电流；电压过零和晶闸管触发信号生成电路[7]用于在相电压过零时刻产生晶闸管触发信号，[7]中包括晶闸管触发抗扰门限电路，后者是由比较器[11]、[12]、与门[13]、光电隔离[14]和偏压电路[15]构成。指针表及表前放大电路[8]用于动态地指示补偿后的功率因数变化。串行通讯接口电路[9]用于与计算机通讯。变压器和电源电路[10]安装在补偿控制器[21]内部，为补偿控制器[21]提供工作电源，为电压信号放大电路[2]提供入端电压信号，并且为补偿控制器[21]外的触发功放电路[19]提供电源。
设定开关[5]是一个微型开关，用于设定可工作的电容器组；它通知单片机[1]哪几组电容已实际安装并处于完好状态。单片机[1]通过计算在可用各组电容中选择最优组合，以实现尽可能准确的补偿，在即使有电容组缺损的情况下仍能实现可能条件下的最佳补偿。(见附图1、2)由于本实用新型的用途是为一种特定的、用晶闸管作为切换元件的快速跟踪型动态功率因数补偿装置[20]提供一种配套用的补偿控制器[21]。它与该种补偿装置[20]的关系如附图3。补偿控制器[21]单独装在仪表盒内，再安装在补偿装置[20]中。在补偿装置[20]中，应备有与补偿控制器[21]相配套的同步变压器[18]和触发功放电路[19]。同步变压器[18]用于为电压过零和晶闸管触发信号生成电路[7]提供电压过零同步信号。触发功放电路[19]用于触发脉冲信号的功率放大。此外还应安装补偿前无功电流检测用的电流互感器[16]和补偿后电流检测用的电流互感器[17]。
本实用新型的工作原理，结合附图4的一例补偿装置[20]说明如下以晶闸管组件[22]、电容器[23]、限流电抗器[24]作为每一边的三角接补偿电容电路共有4组，各组电容器的容量按1∶2∶4∶8的比例分配。实际选用3组或4组根据用户所需补偿容量和补偿精度确定。断路器[40]用于接通被补偿负载。
该补偿装置[20]投入工作时，在接通自动开关[25]以前，先接通电源开关[26]、[27]，充电继电器[28]随之接通，使通过电阻[29]对补偿电容器[23]预充电。补偿控制器[21]加电后，在网络B相电压过零时刻，电压过零和晶闸管触发信号生成电路[7]向单片机[1]发送B相电压过零信号(中断请求脉冲)，单片机[1]立刻对通过补偿前电流信号放大电路[3]送来的B相电流的瞬时值进行采样，得到应补偿的无功电流值。单片机[1]对电压信号放大电路[2]送来的电压信号进行采样，根据此采样值对无功电流值进行补偿计算，最后决定后续一周波中应投入哪几组补偿电容。在随后的网络C、A、B相电压过零时刻，电压过零和晶闸管触发信号生成电路[7]向单片机[1]发送各相电压过零信号时，单片机[1]在对应时刻送出相应的晶闸管触发脉冲信号。此信号经触发功放电路[19]放大，最后送到晶闸管[22]。这样控制电路就实现了快速无功电流检测和在理想相角触发。
在CA线电压过零时刻，电压过零和晶闸管触发信号生成电路[7]向单片机[1]发送CA线电压过零信号，单片机[1]立刻对通过补偿前电流信号放大电路[3]送来的B相电流的瞬时值进行采样，得到补偿前后的有功电流值，通过单片机[1]计算得到补偿前后的功率因数值，用于进行显示。
自动开关[25]的通断状态信号借助中间继电器[30]，通过设定开关[5]送入单片机[1]，使单片机[1]在自动开关[25]断开时立刻停止向各晶闸管发出触发脉冲，防止烧毁充电电阻[29]。
转换开关[31]有“测试”和“工作”两个位置。在“测试”位置，在自动开关[25]断开、充电继电器[28]断开情况下，仍能向晶闸管送出触发脉冲，便于进行测试。同时不进行充电，不会造成充电电阻[29]过热。
电流表[32]用于指示三相电容电流；电流表[33]用于指示被补偿负载的电流；电流表[34]用于指示补偿后的网络馈入电流。转换开关[35]、电压表和红色指示灯[36]用于指示断路器[26]已接通；黄色指示灯[37]用于指示小断路器[27]和充电继电器[28]已接通并向电容器充电；转换开关[38]、电压表和绿色指示灯[39]用于指示自动开关[25]已接通，补偿装置已投入工作。
为抑制补偿电容初始投入时的冲击电流，使用本补偿控制器[21]的补偿装置[20]加设了预充电电路。为抑制在不适宜相角出现的误触发脉冲和随机出现的干扰脉冲，提出了晶闸管触发抗扰门限电路。把在门限以外时间出现的触发干扰加以封锁，有效地提高了在复杂环境下的抗扰能力和工作可靠性。
作为补偿控制器[21]，本实用新型可使该种补偿装置[20]实现快速跟踪补偿，每秒检测无功电流和切换补偿电容50次；投入时和切换时几乎无冲击电流和噪声；不会引起电网电压波动；晶闸管和电力电容因不承受冲击电流延长了使用寿命；晶闸管不采用移相触发控制，谐波污染小。
图1为快速跟踪动态功率因数补偿装置的补偿控制器的原理框图图2为快速跟踪动态功率因数补偿装置的补偿控制器的电压过零和晶闸管触发信号生成电路的晶闸管触发抗扰门限电路原理框图图3为快速跟踪动态功率因数补偿装置的补偿控制器在该补偿装置中的安装关系示意图图4为快速跟踪动态功率因数补偿装置的补偿控制器所在功率因数补偿装置的主电路原理示意图具体实施方式
由于本实用新型的用途是为一种特定的、用晶闸管作为切换的快速跟踪型动态功率因数补偿装置[20]提供一种配套用的控制器[21]，该补偿控制器[21]单独装在一个仪表盒内，再安装在补偿装置[20]中。构成补偿控制器[21]的单片机[1]选用ADμC812，电压放大电路[2]选用运算放大器OP07，放大倍数约为0.3；补偿前电流放大电路[3]选用运算放大器OP07，放大倍数为0.15～1.3；补偿后电流放大电路[4]选用运算放大器OP07，放大倍数为0.15～1.3；设定开关选用6路双列直插(DIP)微型开关，键盘和显示电路[6]选用面板薄膜键盘和SM420362共阴极数码管；电压过零和晶闸管触发信号形成电路[7]选用了比较器LM2901、与门74LS11、光电隔离器TLP521-2、与非门74LS02，其设计指标是触发脉冲宽度200微秒，门限宽度约800微秒；指针表及表前放大电路[8]选用0-1伏微型表头和运算放大器OP07，放大倍数为0.4；串行通讯接口电路[9]选用ADM202，变压器和电源电路[10]选用整流块DB107、稳压块7805和7812。与补偿控制器[21]相配套的电流互感器[16]和[17]副边电流选用0.1安；同步变压器[18]自行定制，其设计指标为三相，Y/Y0接，变比220/3；触发功放电路[19]自制，脉冲变压器变比2/1。
本实用新型与快速跟踪动态功率因数补偿装置[20]配套后，可实现快速跟踪补偿，投入和切除(包括初次投入)时几乎无冲击电流和噪声；不会引起电压波动；晶闸管和电力电容因不承受冲击电流延长了使用寿命；晶闸管不采用移相触发控制，谐波污染小；提高了在复杂环境下的抗干扰能力和工作可靠性。
权利要求1.一种快速跟踪动态功率因数补偿装置的补偿控制器，其特征在于补偿控制器[21]是为一种特定的、用晶闸管作为切换元件的快速跟踪补偿装置[20]配套用的，它由单片机[1]和外围的电压信号放大电路[2]、补偿前电流信号放大电路[3]、补偿后电流信号放大电路[4]、设定开关[5]、键盘和显示电路[6]、电压过零和晶闸管触发信号生成电路[7]、指针表及表前放大电路[8]、串行通讯接口电路[9]、变压器和电源电路[10]组成，而各电路[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]都与单片机[1]通过导线相连进行信号传送，同时补偿控制器[21]作为独立部分安装在单独的仪表盒内。
2.根据权利要求1所述的快速跟踪动态功率因数补偿装置的补偿控制器，其特征在于电压过零和晶闸管触发信号生成电路[7]中的晶闸管触发抗扰门限电路是由比较器[11]、[12]、与门[13]、光电隔离[14]和偏压电路[15]构成，而偏压电路[15]通过导线分别与比较器[11]、[12]相连，比较器[11]、[12]通过导线分别与与门[13]和光电隔离[14]依次相连。
3.根据权利要求1所述的快速跟踪动态功率因数补偿装置的补偿控制器，其特征在于其电源变压器和电源电路[10]是内置的，安装于补偿控制器[21]的仪表盒内。
专利摘要本实用新型公开了一种用于快速跟踪动态功率因数补偿装置的补偿控制器。它由单片机和外围的电压信号放大电路、补偿前电流信号放大电路、补偿后电流信号放大电路、设定开关、键盘显示电路、电压过零和晶闸管触发信号生成电路、指针表和表前放大电路、串行通讯接口电路、变压器和电源电路组成。它安装在晶闸管型快速跟踪动态功率因数补偿装置内部或面板上，对装置实施控制。它能实现快速的电压和电流检测，通过选择理想的触发相角来抑制补偿电容投入时的冲击电流。按该时刻实际所需的无功功率有选择地投入电容组，实现接近准确的快速跟踪补偿。它延长了晶闸管和电力电容的使用寿命；提高了抗干扰能力和工作可靠性；几乎不存在环境噪声和谐波污染。
文档编号H02J3/18GK2669451SQ200320111509
公开日2005年1月5日 申请日期2003年10月31日 优先权日2003年10月31日
发明者龚伟, 李殿璞, 伟 龚 申请人:哈尔滨工程大学