智能电容过零投切装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种智能电容过零投切装置。其目的是为了提供一种结构简单、成本低、体积小、产热量少的投切装置。本实用新型包括中央处理单元(1’)、过零检测单元(2’)、温度检测单元(3’)、投切指示单元(4’)、投切执行单元(5’)和信号处理单元(6’)。过零检测单元(2’)的信号输出端与中央处理单元(1’)的信号接收端连接，温度检测单元(3’)的信号输出端与中央处理单元(1’)的信号接收端连接，投切指示单元(4’)的信号接收端与中央处理单元(1’)的信号传输端连接，投切执行单元(5’)的信号接收端与中央处理单元(1’)的信号传输端连接，信号处理单元(6’)的信号输出端与中央处理单元(1’)的信号接收端连接。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及供配电领域的一种电气控制装置，特别是涉及一种智能电容过零 投切装置。 智能电容过零投切装置
【背景技术】
[0002] 随着国家经济的发展和人民生活水平的提高，大量的居住楼盘、高档商场、宾馆、 办公楼等民用建筑在城市中拔地而起，使城市用电量快速增长。但是，在这些民用建筑场所 内使用的多为单相电感性负荷，因其自身功率因数较低，在电网中滞后无功功率的比重较 大。为保证降低电网中的无功功率，提高功率因数，保证有功功率的充分利用，提高系统的 供电效率和电压质量，减少线路损耗，降低配电线路的成本，节约电能，通常在低压供配电 系统中装设电容器无功补偿装置。
[0003] 无功补偿投切装置是低压无功补偿装置中最容易损坏的关键元器件，在其发展过 程中历经了三个阶段：1、第一代的低压无功补偿装置采用普通交流接触器作为并联电容器 的投切开关；2、第二代低压无功补偿装置采用双向可控硅（晶闸管）或者固态继电器来投 切电容器；3、第三代低压无功补偿装置采用复合开关。
[0004] 而不同阶段的无功补偿投切装置又都有各自的缺点：
[0005] 1、第一代无功补偿投切装置在投入电容时会产生倍数较高的涌流，容易在接触器 的触点处产生火花，烧损出头，切断电容时，容易粘住触头。同时涌流过大对电容器本身也 有害处，会影响电容器的使用寿命。
[0006] 2、第二代无功补偿投切装置采用的双向晶闸管成本高。晶闸管开关电路在运行时 比交流接触器有较大的压降，运行中存在电能损耗和发热的问题。一般晶闸管在运行时有 功损耗的发热量会增加整个补偿装置的温度，从而电子元器件（包括电容）的使用寿命产 生影响。晶闸管对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器进行保护，而且其负载特性与环 境温度成明显反比，温度升高，负载能力将迅速下降。
[0007] 3、第三代无功补偿投切装置采用的复合开关虽然大大改善了第一代和第二代的 弊端，但是采用的晶闸管电路仍然会造成成本上的压力，并且会产生大量的热能，增大复合 开关的损耗，使复合开关的供电部分压力加大，在谐波比较严重的场合，晶闸管容易损坏， 造成复合开关的损毁，甚至会导致回路跳闸。因为会产生大量的热，因此现有的复合开关体 积较大，造成外壳成本的上升，同时较大的体积在标准柜体内的安装数量十分有限，功率密 度很低。 实用新型内容
[0008] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、体积小、产热量少的 智能电容过零投切装置。
[0009] 本实用新型智能电容过零投切装置，其中：包括中央处理单元、过零检测单元、投 切指示单元、投切执行单元和信号处理单元，过零检测单元的信号输出端与中央处理单元 的信号接收端连接，投切指示单元的信号接收端与中央处理单元的信号传输端连接，投切 执行单元的信号接收端与中央处理单元的信号传输端连接，信号处理单元的信号输出端与 中央处理单元的信号接收端连接。
[0010] 本实用新型智能电容过零投切装置，其中所述智能电容过零投切装置还包括温度 检测单元，温度检测单元的信号输出端与中央处理单元的信号接收端连接，温度检测单元 采用热敏电阻，热敏电阻与复合开关连接。
[0011] 本实用新型智能电容过零投切装置，其中所述过零检测单元的电路结构为三相交 流电路中，R相一端与第一接线柱A连接，另一端依次与第一电阻R1、第二电阻R2、第八电 阻R8串联后与双电压比较器集成电路LM393的同相端连接，S相一端与第二接线柱B连 接，另一端依次与第三电阻R3、第四电阻R4、第九电阻（R9)串联后与双电压比较器集成电 路LM393的反相端连接，T相一端与第三接线柱C连接，另一端依次与第五电阻R5、第六电 阻R6、第i^一电阻R11串联后接入第二零电势位GND2,第二电阻R2与第八电阻R8之间的 导线依次与第一二极管D1的负极和第二二极管D2的正极连接，第四电阻R4与第九电阻R9 之间的导线依次与第一二极管D1的正极和第二二极管D2的负极连接，在第二二极管D2的 正极处引出导线与第七电阻R7连接后接入第一零电势位GND1，在第一二极管D1的正极处 引出导线与第三二极管D3的负极连接，在第二二极管D2的负极处引出导线与第四二极管 D4的正极连接，第三二极管D3的正极和第四二极管D4的负极依次连接在第六电阻R6与第 十一电阻R11之间的导线上，在第十一电阻R11与第二零电势位GND2之间引出导线与第十 电阻R10的一端连接，第十电阻R10的另一端连接在二极管负极与第九电阻R9之间的导线 上。
[0012] 本实用新型智能电容过零投切装置，其中所述投切指示单元的电路结构为电阻一 端接入供电电源，另一端与中央处理单元的信号传输端连接，在电阻与中央处理单元的信 号传输端之间设置有LED灯，投切指示单元设置有多条结构相同的电路并联。
[0013] 本实用新型智能电容过零投切装置，其中所述信号处理单元的电路结构为晶体管 输出光电稱合器TLP521-1的第一引脚1接入电源，第二引脚2与第十七电阻R17的一端连 接，第十七电阻R17的另一端与控制器KZQ-4信号输出端连接，第三引脚3接入零电势位， 第四引脚4与第十八电阻R18的一端连接，第十八电阻R18的另一端接入电源，在第四引脚 4与第十八电阻R18之间引出的导线与光电耦合器PC817-A的信号输入端连接。
[0014] 本实用新型智能电容过零投切装置，其中所述中央处理单元Γ采用中央处理器的 型号为 stcl2c5al6s2。
[0015] 本实用新型智能电容过零投切装置与现有技术不同之处在于：本实用新型结构简 单、体积小巧、发热量小、安全性高。设置多个电路单元，并对电路单元进行了优化，极大程 度的降低了成本。过零检测单元能够采集相应的电压信号合成方波，通过方波计算磁保持 继电器的投切时间，并通过温度控制单元进一步修正投切时间，计算准确度高。各电路单元 之间连接合理，在减小了体积的同时大大降低了热量的产生，避免了复合开关的损耗。
[0016] 下面结合附图对本实用新型智能电容过零投切装置作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型智能电容过零投切装置的结构框图；
[0018] 图2为本实用新型智能电容过零投切装置中过零检测单元的电路结构图；
[0019] 图3为本实用新型智能电容过零投切装置中投切指示单元的电路结构图；
[0020] 图4为本实用新型智能电容过零投切装置中投切执行单元的电路结构图；
[0021] 图5为本实用新型智能电容过零投切装置中信号处理单元的电路结构图。
【具体实施方式】
[0022] 如图1所示，为本实用新型智能电容过零投切装置的结构框图，包括中央处理单 元Γ、过零检测单元2'、温度检测单元3'、投切指示单元4'、投切执行单元5'和信号处理 单元6'。过零检测单元2'的信号输出端与中央处理单元Γ的信号接收端连接，温度检测 单元3'的信号输出端与中央处理单元Γ的信号接收端连接，投切指示单元4'的信号接收 端与中央处理单元Γ的信号传输端连接，投切执行单元5'的信号接收端与中央处理单元 Γ的信号传输端连接，信号处理单元6'的信号输出端与中央处理单元Γ的信号接收端连 接。中央处理单元1'采用的中央处理器的型号为stcl2c5al6s2。
[0023] 过零检测单元2'如图2所示，三相交流电路中，R相一端与第一接线柱A连接，另 一端依次与第一电阻R1、第二电阻R2、第八电阻R8串联后与双电压比较器集成电路（即： LM393)的同相端连接，S相一端与第二接线柱B连接，另一端依次与第三电阻R3、第四电阻 R4、第九电阻R9串联后与LM393的反相端连接，T相一端与第三接线柱C连接，另一端依次 与第五电阻R5、第六电阻R6、第i^一电阻R11串联后接入第二零电势位GND2。第二电阻R2 与第八电阻R8之间的导线依次与第一二极管D1的负极和第二二极管D2的正极连接，第四 电阻R4与第九电阻R9之间的导线依次与第一二极管D1的正极和第二二极管D2的负极连 接，在第二二极管D2的正极处引出导线与第七电阻R7连接后接入第一零电势位GND1。在 第一二极管D1的正极处引出导线与第三二极管D3的负极连接，在第二二极管D2的负极处 引出导线与第四二极管D4的正极连接，第三二极管D3的正极和第四二极管D4的负极依次 连接在第六电阻R6与第十一电阻R11之间的导线上。在第十一电阻R11与第二零电势位 GND2之间引出导线与第十电阻R10的一端连接，第十电阻R10的另一端连接在第二二极管 D2的负极与第九电阻R9之间的导线上。电路的工作原理为：第一二极管D1、第二二极管 D2、第三二极管D3和第四二极管D4在电路中起钳位作用，对电路进行保护。第三接线柱C 直接与第二零电势位连接，第一接线柱A依次经过第一电阻R1、第二电阻R2和第八电阻R8 后与LM393的同相端连接，第二接线柱B依次经过第三电阻R3、第四电阻R4和第九电阻R9 后与LM393的反相端连接。将第一接线柱A与第二接线柱B处的电压进行比较，当第一接 线柱A处电压大于第二接线柱B处的电压时，LM393输出高电平，当第一接线柱A处电压小 于第二接线柱B处的电压时，LM393输出低电平。LM393输出的为方波信号，信号由高电平 到低电平转换的时刻为复合开关切断时刻，信号由低电平到高电平转换的时刻为复合开关 投入时刻，从而得出复合开关的投切时间。
[0024] 温度检测单元3'采用热敏电阻，热敏电阻与复合开关连接，通过热敏电阻在不同 温度下阻值的不同，检测复合开关内的温度，通过温度的变化得到温度曲线，温度曲线的最 高点为复合开关切断时刻，温度曲线的最低点为复合开关投入时刻。将温度检测单元3''所 得到的投切时间与过零检测单元2'所得的投切时间进行对比，从而对过零检测单元2'所 得到的投切时间进行修正。
[0025] 投切指示单元4'如图3所示，第十二电阻R12与LED1的正极串联、第十三电阻 R13与LED2的正极串联、第十四电阻R14与LED3的正极串联、第十五电阻R15与LED4的正 极串联，电阻与LED灯串联后的各条电路再并联，电阻的公共端接入供电电压VCC，LED灯的 负极分别与中央处理单元Γ的信号传输端连接。通过LED灯显示复合开关的状态，LED灯 亮时，复合开关闭合，LED灯灭时，复合开关打开。
[0026] 投切执行单元5'如图4所示，磁保持继电器WJ-W-90A的第五引脚5为闭合控制 端、第八引脚8为电源公共端、第九引脚9为释放控制端、第六引脚6为输入电压端、第七引 脚7为输出电压端。在第五引脚5处引出两条导线，一条导线与第六二极管D6的正极连接， 第六二极管D6的负极与电源VEE连接，另一条导线与第三晶闸管Q3的集电极连接，第三晶 闸管Q3的发射集与零电势位连接。在第九引脚9处引出两条导线，一条导线与第五二极管 D5的正极连接，第五二极管D5的负极与电源VEE连接，另一条导线与第四晶闸管Q4的集电 极连接，第四晶闸管Q4的发射集与零电势位连接。第八引脚8与电源VEE连接，在第八引 脚8与电源VEE之间连接有第十六电阻R16。电路的工作原理为：当第六引脚6输入电压 由高电平变为低电平时，第九引脚9将信号传递给第四晶闸管Q4的集电极，第四晶闸管Q4 的集电极收到信号后，通过基极控制磁保持继电器打开。当第六引脚6输入电压由低电平 变为高电平时，第五引脚5将信号传递给第三晶闸管Q3的集电极，第三晶闸管Q3的集电极 收到信号后，通过基极控制磁保持继电器闭合。
[0027] 信号处理单兀6'如图5所不，晶体管输出光电f禹合器TLP521-1的第一引脚1为发 光二极管的阳极，第二引脚2为发光二极管的阴极，第三引脚3为光敏二极管的阴极，第四 引脚4为光敏二极管的阳极。第一引脚1直接与电源连接。第二引脚2与第十七电阻R17 的一端连接，第十七电阻R17的另一端与控制器KZQ-4信号输出端连接。第三引脚3接入 零电势位。第四引脚4与第十八电阻R18的一端连接，第十八电阻R18的另一端与电源VCC 连接，在第四引脚4与第十八电阻R18之间引出的导线与光电耦合器PC817-A的信号输入 端连接。电路的工作原理为：控制器KZQ-4信号输出端的触发信号为低电平时，第三引脚3 和第四引脚4导通，光电耦合器PC817-A为高电平，光电耦合器PC817-A将信号传送给中央 处理单元Γ，此时中央处理单元Γ接收到的为磁保持继电器切除信号。控制器KZQ-4信号 输出端的触发信号为高电平时，第三引脚3和第四引脚4断开，光电耦合器PC817-A为低电 平，光电耦合器PC817-A将信号传送给中央处理单元Γ，此时中央处理单元Γ接收到的为 磁保持继电器投入信号。
[0028] 本实用新型智能电容过零投切装置，设置多个电路单元，并对电路单元进行了优 化，极大程度的降低了成本。过零检测单元2'能够采集相应的电压信号合成方波，通过方 波波形的变换时间得出磁保持继电器的投切时间，并通过温度检测单元3'进一步修正投切 时间，计算准确度高。各电路单元之间连接合理，在减小了体积的同时大大降低了热量的产 生，避免了复合开关的损耗。本实用新型结构简单、体积小巧、发热量小、安全性高，与现有 技术相比具有明显的优点。
[0029] 以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用 新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本 实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护 范围内。
【权利要求】
1. 一种智能电容过零投切装置，其特征在于：包括中央处理单元（Γ )、过零检测单元 (2'）、投切指示单元（4'）、投切执行单元（5'）和信号处理单元（6'），过零检测单元（2'） 的信号输出端与中央处理单元（Γ)的信号接收端连接，投切指示单元（4'）的信号接收端 与中央处理单元（Γ)的信号传输端连接，投切执行单元（5'）的信号接收端与中央处理单 元（Γ )的信号传输端连接，信号处理单元出'）的信号输出端与中央处理单元（Γ )的信 号接收端连接。
2. 根据权利要求1所述的智能电容过零投切装置，其特征在于：所述智能电容过零投 切装置还包括温度检测单元（3'），温度检测单元（3'）的信号输出端与中央处理单元（Γ) 的信号接收端连接，温度检测单元（3'）采用热敏电阻，热敏电阻与复合开关连接。
3. 根据权利要求1所述的智能电容过零投切装置，其特征在于：所述过零检测单元 (2'）的电路结构为三相交流电路中，R相一端与第一接线柱（Α)连接，另一端依次与第一电 阻（R1)、第二电阻（R2)、第八电阻（R8)串联后与双电压比较器集成电路LM393的同相端连 接，S相一端与第二接线柱（Β)连接，另一端依次与第三电阻（R3)、第四电阻（R4)、第九电 阻（R9)串联后与双电压比较器集成电路LM393的反相端连接，Τ相一端与第三接线柱（C) 连接，另一端依次与第五电阻（R5)、第六电阻（R6)、第十一电阻（R11)串联后接入第二零电 势位（GND2)，第二电阻（R2)与第八电阻（R8)之间的导线依次与第一二极管（D1)的负极 和第二二极管（D2)的正极连接，第四电阻（R4)与第九电阻（R9)之间的导线依次与第一二 极管（D1)的正极和第二二极管（D2)的负极连接，在第二二极管（D2)的正极处引出导线与 第七电阻（R7)连接后接入第一零电势位（GND1)，在第一二极管（D1)的正极处引出导线与 第三二极管（D3)的负极连接，在第二二极管（D2)的负极处引出导线与第四二极管（D4)的 正极连接，第三二极管（D3)的正极和第四二极管（D4)的负极依次连接在第六电阻（R6)与 第十一电阻（R11)之间的导线上，在第十一电阻（R11)与第二零电势位（GND2)之间引出导 线与第十电阻（R10)的一端连接，第十电阻（R10)的另一端连接在二极管负极与第九电阻 (R9)之间的导线上。
4. 根据权利要求1所述的智能电容过零投切装置，其特征在于：所述投切指示单元 (4'）的电路结构为电阻一端接入供电电源，另一端与中央处理单元的信号传输端连接，在 电阻与中央处理单元的信号传输端之间设置有LED灯，投切指示单元设置有多条结构相同 的电路并联。
5. 根据权利要求1所述的智能电容过零投切装置，其特征在于：所述信号处理单元 (6'）的电路结构为晶体管输出光电耦合器TLP521-1的第一引脚⑴接入电源，第二引脚 (2)与第十七电阻（R17)的一端连接，第十七电阻（R17)的另一端与控制器（KZQ-4)信号输 出端连接，第三引脚（3)接入零电势位，第四引脚（4)与第十八电阻（R18)的一端连接，第 十八电阻（R18)的另一端接入电源，在第四引脚（4)与第十八电阻（R18)之间引出的导线 与光电耦合器（PC817-A)的信号输入端连接。
6. 根据权利要求1所述的智能电容过零投切装置，其特征在于：所述中央处理单元 (Γ )采用中央处理器的型号为stcl2c5al6s2。
【文档编号】H02J3/18GK203911488SQ201420264883
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】马洪亮, 胡志民, 闫志波, 任俊辉, 郑运专, 张泽昊, 何亚钢 申请人:河北沃邦电力科技有限公司