专利名称：具有计算机的功率因数补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及具有计算机的功率因数补偿装置，这种装置还能对功率因数、频率以及有功功率、无功功率进行测量。
功率因数是低压配电网路供电质量的一个重要指标。当功率因数过低时，将严重影响配电变压器的出力，造成线损的增加，无论是从节能的角度还是从充分发挥变压器容量的角度出发，改善功率因数是十分必要的，一般企业的自然功率因数是滞后的，这是由于大部分负载是感性负载一电动机。因此改善功率因数就意味着在配电网路上投入一定数量的容性负载一电力电容，以便补偿电机一类的感性负载，低压电容柜就是为了达到这种作用。由于企业中的感性负载是经常变化的，所以电力电容的投入数量也应相应变化，这是由一类称作补偿控制器的设备来控制的。
已经公开的技术表明，有两类比较先进的控制器。其中第一类控制器是具有计算机的控制器，它每隔一段可以由用户设置的较长的固定时间，就较为准确地测量网路的无功功率，并能从带有大小不同无功当量的N个输出电容回路中选择最合适的若干回路投入网路，以达到功率因数的最佳值或使网路的无功功率最小。第二类控制器也能每隔一段可以由用户设置的固定时间就测量一次网路的无功功率或功率因数，但依照循环使用各输出回路的方法，只能投入或切出带有相同无功当量的N个输出回路中的一个回路，以逐步达到改善功率因数的目的。
上述第一类控制器的优点是能迅速补偿，使网路的功率因数达到设定的范围以内。其缺点是采用较为复杂的无功功率检测电路，成本较高，且有功功率的测量精度还与电流互感器的比率有关；另外，同时调整若干带有较大无功当量的回路的通断会引起电网的瞬时浪涌。上述第二类控制器的优点是成本较低，并且调节是较平稳的。其缺点是每一周期能够进行的调节量是固定不变的一次投切，当回路要求的调节量较大时，需要的调节周期相应变大，以至在较短的时间内往往还不能使功率因数调整到满意的值，若以缩短周期时间来企图提高调整速度，则往往又嫌调整动作太多而易造成输出开关的磨损过快。
上述第一类或第二类的控制器，它们都最多只带有一个指针式或数字式的功率因数指示器，并且在只有电源而没有电流信号时，控制器自己不能检查本身的故障。
申请人所知道的与上述控制器有关的文件为①北京第二开关厂ZKW－Ⅱ型功率因数补偿器说明书；②西德BBC公司的功率因数自动补偿器说明书；③株州某厂生产的电脑功率因数补偿器说明书。
本实用新型的目的在于提供一种改善了的具有计算机的功率因数补偿装置，既是价廉的，又能较高精度地测量功率因数，它实行双节奏控制方式，即在要求较大调节量时能按循环投切的原则逐个地快节奏地较为平稳地调节带有等量无功当量的电容回路的通断，尽快使功率因数达到的设定的范围内，之后才进入一个可以由用户设定的时间较长的固定延时过程，周而复始，快慢结合。
本实用新型的另一个目的在于提供一种改善了的具有计算机的功率因数补偿装置，根据该装置，不采用电动式或磁电式仪表原理，可以在一定范围内测量并显示功率因数与频率，从而使该装置成为一个多功能的装置。
本实用新型的另一个目的在于提供一种改善了的具有计算机的功率因数补偿装置，根据该装置，当负载稳定时，可以在一定范围内，不采用传统的磁电式或电动式的仪表原理，也不采用电压、电流或功率变送器，而采用间接的方法，可以测量出负载的有功及无功功率，从而使该装置成为一个多功能的装置。
本实用新型的另一个目的在于提供一种改善了的具有计算机的功率因数补偿装置，根据该装置，可以在仅有电源而没有电流信号的条件下，就能使该装置进入自检状态，当硬件与软件无误时，该装置的输出回路能自动按一序列通断，并显示一提示符，周而复始不止。
下面将说明本实用新型的内容本实用新型在结构上除电源外，包括六部分(1)为将交流电压与电流信号能变为脉冲信号的过零检测装置；(2)电压比较装置；(3)计算机及扩充；(4)开关量输出装置；(5)开关量输入装置；(6)显示装置。
其中过零测检装置的作用是将经互感器减幅的电压或电流信号由交流正弦波变为脉冲信号，脉冲产生于正弦波的过零时刻，脉宽小于200μs，这个脉冲一方面引起计算机的中断，另一方面也输入计算机的口，作为检测用，电压比较器的作用是当电源电压超过额定值的一定百分比时，例如15％，能使输出为高电平，由计算机定时检测作为过压保护的判断依据，可以使用单板机或单片机作为处理机，当使用单片机时需要扩充必要的口，本实用新型带有一个开关量输出部分，计算机的口经驱动后再去控制继电器或可控硅。本实用新型的显示器可以用LED数码管，用通常的七段码字形加上选通信号，可以圆满地解决需要显示的内容；为了减少数码管的数目，可以使功率因数、频率、功率合用一个显示器，分时显示这三个量。
功率因数的检测是通过测量电压与邻相电流过零时间差△tφ来进行的；频率是通过同相电压相邻两次过零时间差△tf进行的；在负载平稳时，通过测量投入或切出一路已知无功当量的电容前后的功率因数，即能由计算机推算出此时实际负载的有功及无功功率。电容的无功当量由用户向计算机输入，△tφ实际是经过数字滤波取得的△tφ。
在实际工作时，计算机按一个可由用户设定的较长的工作周期时间周而复始地循环工作。在工作周期的第一部分是测量△tφ与△tf，随即运算出相应的功率因数及频率，运算功率，根据功率因数的值与设定值比较，确定是要投入还是切出电容，如果是需要投切的，即按循环通断的原则，接通或切断一个回路，约二秒后又再进入工作周期的第一部份，再次测量△tφ与△tf……，如此反复，直到测得的功率因数进入设定的范围，则进入工作周期的第二部份，即较长时间的延时，此时显示功率因数、频率、功率等物理量。
在任何时间均能由面板控制开关使本装置进入参数输入态，主要输入的参数有功率因数上限、功率因数下限，长延时工作周期以及每输出回路实际装接的电力电容的无功当量数，在必要时，还能输入用户要求控制的回路数目。
在自检状态时，计算机按一个事先设定的参数表工作。
本实用新型与先有技术的控制器相比，主要具有以下优点首先本实用新型的控制性能是两种先有技术的优点的结合，在需要投切时，本实用新型按循环通断的原则快节奏地连续投准，与先有技术的第一类控制器相比，避免了大容量开关通断带来的电网浪涌，调节较为平稳，而投准时间仅相差数秒。比第二类控制器则快得多。
其次本实用新型充分利用计算机的运算、贮存能力，能数字显示功率因数、频率以及有功及无功功率，功率因数的精度为0.01，频率的精度为0.1，功率的精度小于5％，将这三个数字式电表结合进一个功率因数补偿装置是十分实用的，经过适当的认可，可取代电容柜上原有的仪表。
再次，本实用新型具有自检功能，使用者能十分方便地用该自检功能来检查本实用新型作为商品以后的质量，在生产中对于各类试验也是十分有用的。
图1是本实用新型与先有技术第一类及第二类控制曲线的比较，其中(1)为本实用新型的控制曲线，(2)为第一类控制器的控制曲线，(3)为第二类控制器的控制曲线。明显可以看出(1)曲线优于(2)、(3)。
图2是过零检测器电路，其中IC1为运算放大器；IC2、IC3为TTL与非门。由电压或电流互感器次级得到的正弦电压或电流信号送入该过零检测器的输入端Vi，经IC1后得到频率及相位与信号一致的方波信号，该方波的负半周由DW截去，在由IC2、IC3、Rt、Ct组成的积分型单稳电路的输出端V0端输出一个相位及频率与原信号一致的窄脉冲，该窄脉冲的宽度为电压信号小于200μs，电流信号小于200μs。
图3为电压比较器电路，其中IC1、IC2为TTL反相器。该电路的输入信号取自经降压及整流的市电电压，通过调整W，设置所需的过压点。当U超过该设置时，V0输出为高电平。该输出信号作为计算机判别网路是否过压的标志。
图4是本实用新型的一个框图，简要说明本实用新型的构成与各部份之间的关系。其中1为MCS－48系列单片微型计算机；2为过零检测电路；3为电压比较器；4为开关量输入电路；5为开关量输出电路；6为显示输出及驱动电路；7为四位LED数码显示器。
网路电压信号经电压互感器B1降压后，送入过零检测器2，变换成窄脉冲后送入MCS48系列单片机的INT端，网路电流信号经电流互感器B2变流后变换成电压信号，再送入过零检测器2，变换成窄脉冲后送入单片机1的T0端，该二个信号经计算机检测，计时得到△tφ与△tf。
降压整流后的电网电压经3检测后，送入1的T1端，供判断电网是否过压。4为三只面板开关，其低电位表示有操作，由1的P24－P27端来检测，由1的P20－P23发出的显示信号送入6，6内包括由INTERL8243及74LS244组成的I／O扩展及驱动电路，其输出为四位七段码，用于驱动四位LED数码管7。由1的P10－P17送出的回路通／断信号经5驱动相应的开关回路。
图5是最佳实施例的软件框图。(1)框为初始化，对工作寄存器，各个口以及必要的标志字、位进行初始化。(2)框为自检判断框，当判断自检开关未闭合时，进入运行，否则进入自检分支。(3)测量框，以中断计数的方法，测出△tφ共16次或32次，再进行数字滤波求得△tφ，然后再以中断的方法测出△tf。(4)框为计算功率框，在一个工作周期内第一次测得△tφ是不计算功率的，同一工作周期的第二次以后，每次测得一个△tφ就能推算出负载的有功与无功功率P、Q，设投切的无功当量为q，则P＝ (q)/(tanφ0- tanφ1)Q＝P·tanφ1式中φ0、φ1分别是上一次与这一次测得的相位角。(5)框为分析判断框，在实测功率因数大于上限或小于下限，则应相应切或投。(6)框是延时显示框，依次显示有关物理量。(7)框为循环通断框，但每次只通或断一个回路。(8)为自检框，程序按一个预定的参数表要求输出回路通断并显示有关符号。例如在软、硬件无误时，显示Good。
权利要求1.具有计算机的功率因数补偿装置，其装置包括一个单片微机来进行程序控制，具有两个过零检测装置；用作电压与电流信号的过零检测与整形，具有一个电压比较器用作过压信号发生，具有四个数码管作显示用；具有三个开关，作输入参数与控制用；该装置实行双节奏控制；该装置测量功率因数、频率以及有功功率与无功功率中的一个或几个；该装置能自检。
2.根据权利要求1的功率因数补偿装置，所述过零检测器，包括一个运算放大器及一个积分型单稳态电路，该单稳态电路的输出脉宽为电压信号小于200μs，电流信号小于200μs。
3.根据权利要求1的功率因数补偿装置所述的电压比较器包含有二个TTL门电路及一个供调整设定值的电位器构成，根据该门电路的输出电平，表示电网电压是否过压。
专利摘要具有计算机的功率因数补偿装置，属功率因数自动补偿控制领域。该装置又是多功能的，能测量功率因数、频率以及有功功率及无功功率。本实用新型的特点是以计算机计时来测量功率因数及频率，以间接方法测量功率，其控制方法是双节奏的、即在控制时是快节奏的连续投切电力电容，投准后才进入慢节奏的长延时，本实用新型具有自检功能。
文档编号H02J3/18GK2033957SQ8821142
公开日1989年3月8日 申请日期1988年2月9日 优先权日1988年2月9日
发明者李仁纲, 龚奇敏, 陈大杰, 陆永杰 申请人:李仁纲, 龚奇敏, 陈大杰, 陆永杰