专利名称：电机动态无功补偿滤波装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电器，特别是针对电机动态无功补偿滤波的一种电机动态无功补 偿滤波装置。
背景技术：
随着工业的发展和能源的紧缺，如何更有效的节能已经是目前各行业都在关注的 问题，有效合理的使用能源是促进企业发展，提高企业经济增长质量，增加效益的有效途 径。在工矿企业中，各种生产机械设备大多是由电机提供动力的，因此重视电机节电有重大 实际意义。油田、矿山、化工、建材、电梯等行业场合采用的电机在实际运行中经常处于轻 载、空载状态，其功率因数普遍较低，这就增加了线损和电机本身损耗。在规定的用电范围 内，凡负载的功率因数低于电网规定的功率因数时，用户就必须进行无功补偿，以提高负载 的功率因数，保证电网和负荷高效经济运行。加入无功补偿措施能带来很多好处，如减少线路损失，提高供配电的负荷能力，降 低线路电压的损失，改善用户设备运行条件，减少用户电费支出，提高企业的经济效益。电机在运行中依靠磁场传递进行能量转换而工作，属感性负荷，工作过程会产 生的大量谐波电流对电网造成污染，进一步增加损耗。长期以往不仅影响线路负载的寿命， 而且造成大量电能的无用耗费。按供电要求进行的补偿大部分采用集中固定式补偿，不能根据用电负荷的变化及 时的进行快速调整，由于电机通常处于线路的末端，导致线路上的电能损耗过大，补偿效果 比较差。同时集中补偿往往控制电路简单，不能快速检测分析线路谐波含量，没有相应的谐 波处理措施，不仅不能有效的控制谐波含量，还有可能进一步造成谐波被放大，影响电机及 其他设备的安全使用及寿命。
发明内容针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本实用新型之目的就是提供一种电机动态 无功补偿滤波装置，可有效解决通过微电脑逻辑程序控制技术控制大功率、高耐压、无噪 音、长寿命新型电子智能控制器动态平滑切换电力补偿电容器及滤波电抗器，达到抑制谐 波、补偿无功的问题。本实用新型解决的技术方案是，采用微电脑(microcontroller，MCU)逻辑程序控 制技术，实时检测补偿对象的电压和电流、谐波分量，经高速信号处理器采样运算计算出各 种电能参数；采用大功率、高耐压新型电子智能控制器为瞬间通断的开关元件，根据当前电 机线路运行状态动态平滑切换补偿电容器与滤波电抗器，滤除电网中最大的谐波分量，提 高功率因数，从而达到抑制谐波，补偿无功的目的，据此，本实用新型包括有壳体及装在壳 体内的电子智能控制电路、电能信号处理电路，电子智能控制电路的三相A、B、C输入端经 电源接触器与电能信号处理电路并联，电子智能控制电路的三相线路A、B、C输入端经第一 电流互感器接第一电压采集电路(器)、电能数字处理器及第二电流互感器，电能数字处理器接第一微处理器，第一微处理器经第二电压采集电路接第二电流互感器，第二电流互感 器接第一滤波电抗器，第一滤波电抗器接第一高压电子开关，第一高压电子开关接第一电 力电容器组及第一微处理器；电能信号处理电路的三相线路A、B、C经第三电流互感器接电 子数字处理芯片，电子数字处理芯片经串联的第一通讯接口、第二微处理器和隔离器接驱 动器，驱动器接第二滤波电抗器、第二高压电子开关和电源接触器。本实用新型电机无功补偿装置经过高速信号处理器采样运算计算出各种电能参 数；采用大功率、高耐压新型电子智能控制器为瞬间通断的开关元件，根据当前电机线路 运行状态动态平滑切换补偿电容器与滤波电抗器，滤除电网中最大的谐波分量，提高功率 因数，与较传统的单纯依靠变频控制或单纯依靠有源电力滤波，谐波抑制、无功补偿技术相 比，本装置节能效率有明显提高。
图1为本实用新型的电子智能控制电路结构图。图2为本实用新型的无功补偿控制、处理、保护、电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作详细说明。由附图1-2所示，本实用新型包括有壳体及装在壳体内的电子智能控制电路、电 能信号处理电路，电子智能控制电路的三相A、B、C输入端经电源接触器13与电能信号处理 电路并联，电子智能控制电路的三相线路A、B、C输入端经第一电流互感器8 (第一电流互 感器由3个组成)接第一电压采集电路(器)3、电能数字处理器2及第二电流互感器7 (第 二电流互感器由3个组成)，电能数字处理器2接第一微处理器1，第一微处理器1经第二电 压采集电路(器)9接第二电流互感器7，第二电流互感器7接第一滤波电抗器6，第一滤波 电抗器6接第一高压电子开关5，第一高压电子开关5接第一电力电容器组4及第一微处理 器1 ；电能信号处理电路的三相线路A、B、C经第三电流互感器14 (第三电流互感器由3个 组成)接电子数字处理芯片23，电子数字处理芯片(ATT7022型)23经串联的第一通讯接口 (MCU)18、第二微处理器24和隔离器21接驱动器29，驱动器29接第二滤波电抗器28、第二 高压电子开关27和电源接触器13。为了保证使用效果，所说的电子数字处理芯片(ATT7022型)23的1、2、3脚分别接 第三电流互感器14，4、5、6脚分别接电压互感器15 (电压互感器由3个组成)，7脚经时钟 17接第二微处理器24的1脚；所说的第二微处理器24的2脚接滤波电流采集电路22的1脚，滤波电流采集电 路22的2、3、4脚接第四电流互感器16 (第四电流互感器由3个组成)；所说的第二滤波电抗器28的1、2、3脚分别接第四电流互感器16，4、5、6脚分别接 第二高压电子开关27的1、2、3脚，第二高压电子开关27的4、5、6脚分别接第二电力电容 器组26的1、2、3脚，第二高压电子开关27上有开关电源多路输出20 ；所说的第二微处理器24的3脚上有第二通讯接口(1 232)19，4脚接键盘25，5脚 接风扇11，6脚接温度传感器12，7脚接液晶显示器10。由上述结构可以看出，本实用新型是电子三相输入线路上A、B、C装接有电流互感器a、b、c及电压采集电路，当采集到的电流和电压信号后通过电能数字处理芯片与微处理 器进行数据处理。在三相电路上另接有一套反馈采样系统，它通过电流互感器U、V、W、滤波电抗器、 高压电子开关、电力电容器组、电压采集电路、连接在一起。当电流互感器U、V、w采集到三相主干线电流，在通过电压采集电路采集三相主干 线电压后通过微处理器进行信号处理、反馈，然后高压电子开关通过微处理器检测到的信 号后进行识别判断，最终达到一种理想的线性滤波电路模式。在三相输入回路上并联有源电力滤波数字处理控制电路。一方面通过电流互感 器，将检测到的负载电流信号，经数据处理电路，输入到电能处理芯片；一方面通过电压采 样电路实时检测三相负载电压，同时通过微处理器实时检测线路的谐波份量。在电机动态无功补偿的回路上，连接有微处理器，微处理器通过电能数字处理系 统、滤波电压电流采集电路、滤波电抗器采集到三相主干线的电流、电压、通过微处理器进 行分析处理。电能处理芯片通过接触器驱动电路，指令电源接触器、旁路接触器和控制接触器 接通或关断、通过滤波电抗器和电力电容器将检测到的电压和电流信号进行运算，以调节 负载电网上的电压，求得电压的稳定与均衡，实现调压节能。所述的ATT7022 (电能数字处理器)的输入端和输出端分别与电流互感器相应的 输出端和输入端连接。微处理器的另一输入端与滤波电流采集电路相应的输出端连接。微处理器的另一输出端与RS232相应的输入端连接。滤波电抗器的输入端和输出端分别与电流互感器相对应的输出端和输入端相连接。滤波电抗器的另一输入端与驱动器相对应的输出端相连接。滤波电压电流采集电路的输入端和输出端与电流互感器相对应的输出端和输入 端连接。驱动器的另一输出端与高压电子开关相对应的输入端连接。滤波电抗器的输入端和输出端与高压电子开关相对应的输出端和输入端连接。本实用新型在电机动态无功补偿电路的三相输入回路上，装接有源电力滤波数字 处理控制电路；在电能处理芯片与电压采集电路上通过MCU通讯接口电路进行数据交换。 在所述电子三相输入线路A、B、C装接有电流互感器a、b、c、及电压采集电路，当采集到的 电流和电压信号后通过电能数字处理芯片与微处理器进行数据处理。在以上所述的三相电 路上另接有一套反馈采样系统，他通过电流互感器U、V、W、滤波电抗器、高压电子开关、电 力电容器组、电压采集电路、连接在一起。当电流互感器U、V、w采集到三相主干线电流，在 通过电压采集电路采集三相主干线电压后通过微处理器进行信号处理、反馈，然后高压电 子开关通过微处理器检测到的信号后进行识别判断，最终达到一种理想的线性滤波电路模 式。微电脑处理器将采集到理想线性滤波电路模式的信号进行解析、定性，然后根据当前 电机线路运行状态进行动态平滑切换电力电容器与滤波电抗器，滤除电网中最大的谐波分 量，提高功率因数，从而达到抑制谐波，补偿无功的目的。本实用新型是专用于电机节能的系统装置。在三相主干线A、B、C为交流电的输入端，U、V、W为节电输出端。在三相输入回路上并联有源电力滤波数字处理控制电路。一方 面通过电流互感器，将检测到的负载电流信号，经数据处理电路，输入到电能处理芯片；一 方面通过电压采样电路实时检测三相负载电压，同时通过微处理器实时检测线路的谐波份量。由电能处理芯片将检测到的电压和电流信号进行运算，通过接触器驱动电路，指 令电源接触器、旁路接触器和控制接触器接通或关断、通过滤波电抗器和电力电容器以调 节负载电网上的电压，求得电压的稳定与均衡，实现调压节能；为了防止外界干扰加装了隔 离驱动电路、使接收到的信号更加稳定，微处理器将接收到的稳定信号经过来自电能数字 处理芯片运算得出的谐波补偿电流信号进行分析处理，该信号经隔离驱动电路、驱动电路 放大后，得出补偿电流，使滤波驱动及保护电路(IGBT模块)工作，以控制主电路电流跟随指 令电流的变化。补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功电流大小相等、相位相反、相互 抵消，最终得到期望的电网电流，使电网电流成为与电压同相位的正弦波，从而达到抑制谐 波，补偿无功的目的。本实用新型的工作情况是，由于在电机动态无功补偿的回路上，连接有微处理器， 微处理器通过电能数字处理系统、滤波电压电流采集电路、滤波电抗器采集到三相主干线 的电流、电压、通过微处理器进行分析处理，微处理器连接时钟，时钟的输出端采集时钟信 号，微处理器连接通讯接口的输出端，通讯接口的输入端连接电能数字处理器，电能数字处 理器连接电流互感器，当电流互感器采集到主干线的电流后，经过电能数字处理器传送到 通讯接口，然后经过通讯接口的输出端传送到微处理器进行处理，电能数字处理器连接电 压采集模块，把采集到的电压传送到电能处理模块后通过通讯接口传送到微处理器进行处 理，电流互感器连接滤波电抗器，把电流互感器采集到的电流信号，经过滤波电抗器进行滤 波，并把滤波后的信号传送给高压电子开关，高压电子开关通过微处理器反馈到的信号进 行电力电容器的有效切换，滤波电抗器输入端连接驱动器的输出端，驱动器的输出端连接 高压电子开关的输入端，驱动器的输出端连接电源接触器的输入端，驱动器的输入端连接 隔离器的输出端，隔离器的输入端连接微处理器的输出端，在微处理器分别连接第二通讯 接口、键盘、风扇、温度传感器和LCD液晶显示屏的连接情况下进行设备操作。电能信号处理电路可采用16位SPWM微处理芯片，其上的电流互感器和电压采集 模块分别给电能数字处理模块提供当前线路电流电压情况经微处理器进行处理。电流互感 器和电压采集电路将采集到的信号进行分析处理，通过滤波电抗器和电力电容器组的连接 来改变微处理器发出的信号进行高压电子开关的有效切换。总之，由上述情况表明，本实用新型具有滤除电网中最大的谐波分量，提高功率因 数，从而达到抑制谐波，补偿无功之功效，性能稳定可靠，使用安全，寿命长，是电器领域上 的创新。
权利要求一种电机动态无功补偿滤波装置，包括有壳体及装在壳体内的电子智能控制电路、电能信号处理电路，其特征在于，电子智能控制电路的三相A、B、C输入端经电源接触器(13)与电能信号处理电路并联，电子智能控制电路的三相线路A、B、C输入端经第一电流互感器(8)接第一电压采集电路(3)、电能数字处理器(2)及第二电流互感器(7)，电能数字处理器(2)接第一微处理器(1)，第一微处理器(1)经第二电压采集电路(9)接第二电流互感器(7)，第二电流互感器(7)接第一滤波电抗器(6)，第一滤波电抗器(6)接第一高压电子开关(5)，第一高压电子开关(5)接第一电力电容器组(4)及第一微处理器(1)；电能信号处理电路的三相线路A、B、C经第三电流互感器(14)接电子数字处理芯片(23)，电子数字处理芯片(23)经串联的第一通讯接口(18)、第二微处理器(24)和隔离器(21)接驱动器(29)，驱动器(29)接第二滤波电抗器(28)、第二高压电子开关(27)和电源接触器(13)。
2.根据权利要求1所述的电机动态无功补偿滤波装置，其特征在于，所说的电子数字 处理芯片(23)的1、2、3脚分别接第三电流互感器(14)，4、5、6脚分别接电压互感器(15)，7 脚经时钟(17)接第二微处理器(24)的1脚。
3.根据权利要求1所述的电机动态无功补偿滤波装置，其特征在于，所说的第二微处 理器(24)的2脚接滤波电流采集电路(22)的1脚，滤波电流采集电路(22)的2、3、4脚接 第四电流互感器(16)。
4.根据权利要求1所述的电机动态无功补偿滤波装置，其特征在于，所说的第二滤波 电抗器(28)的1、2、3脚分别接第四电流互感器(16)，4、5、6脚分别接第二高压电子开关 (27)的1、2、3脚，第二高压电子开关(27)的4、5、6脚分别接第二电力电容器组(26)的1、 2、3脚，第二高压电子开关(27)上有开关电源多路输出(20)。
5.根据权利要求1所述的电机动态无功补偿滤波装置，其特征在于，所说的第二微处 理器(24)的3脚上有第二通讯接口(19)，4脚接键盘(25)，5脚接风扇(11)，6脚接温度传 感器(12)，7脚接液晶显示器(10)。
专利摘要本实用新型涉及电机动态无功补偿滤波装置，有效解决微电脑逻辑程序抑制谐波、补偿无功的问题，电子智能控制电路的三相A、B、C输入端经电源接触器与电能信号处理电路并联，输入端经第一电流互感器接第一电压采集电路、电能数字处理器及第二电流互感器，电能数字处理器接第一微处理器、第二电压采集电路、第二电流互感器、第一滤波电抗器、第一高压电子开关、第一电力电容器组、第一微处理器；电能信号处理电路的三相线路A、B、C经第三电流互感器接电子数字处理芯片、串联的第一通讯接口、第二微处理器和隔离器接驱动器，驱动器接第二滤波电抗器、第二高压电子开关和电源接触器，本实用新型滤除电网中最大的谐波分量，提高功率因数，节能效率明显。
文档编号H02J3/18GK201726146SQ20102029940
公开日2011年1月26日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者孙皆宽, 马富鹏, 马爱刚 申请人:河南海泰科技有限公司