专利名称：多用途节电补偿器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及交流配电网络中的一种用于补偿无功功率的多用途节电补偿器。
我国对交流配电网络进行无功补偿并拟定国家标准，是从1989年正式开始的，其补偿形式是采用多台集中补偿。所谓多台集中补偿，是指企业的小网络端点至变压器之间的无功集中补偿，这种补偿形式只能满足大电网的网络质量和减小变压器与补偿屏之间的铜损及线损，但缺点是工作可靠性不高，关键零部件易损坏，一般只用到几个月时间就不能正常投切；其性能价格比不高，一般的补偿屏售价在2万元左右，却还达不到最佳节电效果，用户无实惠可言；加之体积又大，安装也不方便。此外，集中补偿只适用于工厂企业的变压器等，而不能广泛地用在家庭、服务行业、娱乐场所等处。
为了克服现有技术存在着的上述缺点，本实用新型的目的，乃是提供一种工作可靠、性能价格比高、安装方便、使用寿命长的节电补偿器，同时使该产品可广泛进入工矿、企业、家庭、服务行业、娱乐场所等而具有多种用途。
参见
图1本实用新型电原理方框图，本实用新型的解决方案如下。其电路由输入和补偿输出电路1、双电源电路2，补偿执行电路3、补偿指示电路4、补偿主控电路5、待机停补控制电路6、负荷取样整形电路7、过压取样保护电路8连接组成，其中输入和补偿输出电路1的输出端与双电源电路2的输入端相连，以向双电源电路2提供交流输入电压，双电源电路2从输出端A分别向补偿执行电路3和补偿指示电路4提供直流工作电源，从输出端B分别向补偿主控电路5、待机停补控制电路6及过压取样保护电路8提供直流工作电源，同时双电源电路2还向过压取样保护电路8的输入端提供电源电压取样信号，输入和补偿输出电路1向负荷取样整形电路7的输入端提供负载电流取样信号，负荷取样整形电路7的输出端分别与补偿主控电路5和待机停补控制电路6的输入端相接，以分别提供经过整形的负载电流取样信号，补偿主控电路5、待机停补控制电路6和过压取样保护电路8的输出端分别与补偿执行电路3的输入端相连，以分别向补偿执行电路3提供正常工作时进行补偿的控制信号、待机时停止补偿的控制信号和电源过电压时停止补偿进行保护的控制信号，补偿执行电路3的输出控制端对输入和补偿输出电路1进行是否启动补偿输出的控制，同时补偿执行电路3还向与之相连的补偿指示电路4提供指示控制信号。
具有上述电路结构的本实用新型在具体使用时，应将输入和补偿输出电路1的输入端接入180V-420V交流电源，且将感性用电负载9插接在输入和补偿输出电路1的补偿输出端，其工作原理如下(1)当负载启动工作时，输入和补偿输出电路1给负荷取样整形电路7提供负载电流取样信号，该信号经电路7整形后分两路输出，一路送给补偿主控电路5，该电路5实质为一功率因数检测电路，由它输出的控制信号使得补偿执行电路3工作，补偿执行电路3便产生相应的执行控制信号给输入和补偿输出电路1，使电路1中的补偿电容投入电网运行，实施无功节电补偿，同时补偿指示电路4在补偿执行电路3的控制作用下作出发光指示或其它指示，以便于用户判断监测补偿器的工作状态；负荷取样整形电路7输出的另一路经整形后的负载电流取样信号，送入待机停补控制电路6，而该电路6输送给补偿执行电路3的控制信号并不影响电路3在补偿主控电路5控制下已处的运行工作状态，同样，过压取样保护电路8从双电源电路2获取电源电压取样信号后向补偿执行电路3输送的控制信号，也不影响补偿执行电路3在补偿主控电路5控制下已处的运行工作状态。在补偿电路投入运行后经过30至90秒钟的运行，若用户所接负载为无功功率适中的感性负载，则负载电流取样信号最后仍然会使得补偿主控电路5输出的控制信号维持补偿执行电路3的继续工作，也就继续维持输入和补偿输出电路1中的补偿电容投入电网运行，从而继续实施无功节电补偿；而若用户所接负载与本补偿器太不匹配，则当补偿进行30至90秒钟后，负载电流取样信号会使补偿主控电路5输送给补偿执行电路3的控制信号发生变化，导致补偿执行电路3停止工作，并产生相应的执行控制信号给输入和补偿输出电路1，使该电路1中的补偿电容退出电网而停止补偿，补偿指示电路4也随之停止发光指示或其它指示。设置补偿主控电路5进行功率因数的检测，可有效地减少较严重的过剩补偿现象，减少因用户使用不当而造成的不必要的电能损耗和设备损耗。
(2)当用电负载工作且实施补偿时，若电源电压保持正常，则过压取样保护电路8输送给补偿执行电路3的控制信号，不影响补偿执行电路3原有的运行工作状态；而一旦电源电压过高时，则电压取样信号会使过压取样保护电路8输送给补偿执行电路3的控制信号发生变化，其结果使得补偿执行电路3停止工作，并产生相应的执行控制信号给输入和补偿输出电路1，使电路1中的补偿电容退出电网而停止补偿，补偿指示电路4也相应停止发光指示或其它指示。
(3)当用电负载停止工作或待机时，负荷取样整形电路7将相应的输出信号送给待机停补控制电路6，而电路6输出的控制信号会使补偿执行电路3处于停止工作的状态，并产生相应的执行控制信号，使得输入和补偿输出电路1中的补偿电容外于退出电网不投入补偿的状态。
(4)当外电源电压超高或本补偿器内部故障导致过电流现象产生时，输入和补偿输出电路1中的保险管会及时熔断，以防故障范围扩大，保障本补偿器不对电网和其它用电器产生负作用，外接用电负载9仍可正常工作。
本实用新型具有如下优特点①用单台就地无功补偿取代多台集中补偿，用户投资小，受益大，用电电流大幅度下降，功率因数提高到0.95以上，减少线损，减少无功损耗，充分利用能源；②设计合理，性能价格比高，工作可靠，使用寿命长，它具有过压、过流、平衡、自愈、过温等多项保护功能，每台价格约2000元，仅是现有集中补偿屏的十分之一，免维护使用寿命在三年以上，为集中补偿屏的十倍甚至十倍以上；③体积小，重量轻，体积和重量仅为集中补偿屏的几十分之一，它免调试，安装使用既简便又安全；④产品用途多而广，原集中补偿屏只能用于工厂、企业的变压器等，而本补偿器由原来的380V延伸到220V电源，因此产品可广泛进入工矿、企业、家庭、服务行业、娱乐场所等，可与0.12KW至5000KW的电机同时投切，作为冷柜、冰箱、空调器和其它装有电机设备的电器的专用补偿器。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型的电原理方框图；图2为图1方框图的一种具体电路的原理图。
参见图2及图1。本实用新型补偿器的输入和补偿输出电路1由电源插头CT、电流互感器L1的初级线圈L1-1、用电负载电源插座CZ、保险管BX、压敏电阻R33、热敏电阻R34、电阻R31与R32、补偿电容C12、电感L2及继电器J1的动合触点J1-1连接组成；双电源电路2由二极管D4至D9、稳压管DW4、电阻R27至R30及电容C9至C11连接组成；补偿执行电路3由可控硅CR1、继电器J1的线包、稳压管DW2、二极管D10、电阻R26与R36及电容C7与C8连接组成；补偿指示电路4由发光二极管LED和电阻R35连接组成；补偿主控电路5由运算放大器IC1-1与IC1-2、稳压管DW3、二极管D3、电阻R3至R13及电容C4连接组成；待机停补控制电路6由运算放大器IC1-3、电阻R14至R18及电容C5连接组成；负荷取样整形电路7由电流互感器L1的次级线圈L1-2、二极管D1与D2、电阻R1与R2及电容C1至C3连接组成；过压取样控制电路8由运算放大器IC1-4、稳压管DW1、电阻R19至R25及电容C6连接组成。运算放大器IC1-1至IC1-4可采用LM339。
输入和补偿输出电路1的BX、R33及L2的公共连接端和CT、CZ、R33及R34的公共连接端，分别与双电源电路2的R29、R30、C10及C11的公共连接端和D4、D6及D8的公共连接端连接在一起，输入和补偿输出电路1的L1-1与负荷取样整形电路7的L1-2通过电磁铁芯耦合电流信号；双电源电路2的D6及D7的公共连接端作为输出端A，分别与补偿执行电路3的R26的一端和补偿指示电路4的R35的一端相连接，双电源电路2的DW4、C9及R27的公共连接端作为输出端B，分别与补偿主控电路5的R6、R11及R7的公共连接端、待机停补控制电路6的R17一端和过压取样控制电路8的R19的一端相连接，双电源电路2的D9及R27的公共连接端与过压取样控制电路8的R23的一端相连接；补偿执行电路3的D10、J1的线包、C8、DW2及R26的公共连接端与补偿指示电路4的LED的负极相连接，补偿执行电路3的J1的线包控制着输入和补偿输出电路1中J1的动合触点J1-1；补偿主控电路5的IC1-2、R7及R13公共连接端、待机停补电路6的IC1-3及R14的公共连接端和过压取样控制电路8的IC1-4、R20及R22的公共连接端均与补偿执行电路3的R36的一端连接在一起；负荷取样整形电路7的R2及C3的公共连接端分别与补偿主控电路5的R4及R8的公共连接端和待机停补控制电路6的R15的一端连接在一起，负荷取样整形电路7的D1、R1、R2及C1的公共连接端与补偿主控电路5的R3的一端相连接。
参见图2，本实用新型补偿器在具体使用时，将插头CT接入180V-420V的交流电源，且将感性用电负载插接在插座CZ中，其工作过程及原理如下(1)当负载启动工作时，负载电流流经L11(L1-1还兼作扼制高频干扰用)，在L1-2上产生感应电压，经D1与D2整流，C1与C2滤波，R1限幅，R2限流，C3再滤波，得到电流取样信号，由C3正极和C1正极输出，C1正极的电压与流过L1-1的电流成正比关系。在负载刚开始工作时，C1-1正极电位仍低于IC1-2“+”端，C4正极电位低于C3正极高位，则IC12“+”端电位仍高于“-”端，IC1-2输出端呈高电平。因为R2的存在，在负载刚开始工作的一段时间内，C1正极电位高于C3正极电位，IC1-1“+”端电位低于“-”端电位，则IC1-1输出端呈低电平。因为D3在此时处于反偏截止状态，故IC1-1输出端的低电平不影响IC1-2的“+”端电位，也不影响IC1-2的工作状态。在IC1-2输出端高电平的作用下，CR1导通，电源A经R26限流，C8滤波，DW2限压，使继电器J1吸合，J1-1动合触点闭合，C12接入电网运行，实施无动节电补偿，同时指示灯LED亮，表示补偿正在进行。当负载启动工作时，由于C3正极电位上升，C5正极电位也上升，IC1-3“+”端电位也上升，当“+”端电位高于“-”端时，IC1-3输出端呈高电平，但它不影响由IC12输出端高电平所确定的CR1的导通状态。同样，在电源电压正常的情况下，IC1-4的“-”端电位低于“+”端电位，IC1-4输出端呈高电平，这也不影响CR1由IC1-2输出端高电平所确定的导通状态。
在C12投入运行后经过30至90秒钟的运行，若用户所接负载为无功功率适中的感性负载，则C1正极的电位将降低，而C3正极电位不能突变，这就导致IC1-1“+”端电位高于“-”端电位，则IC1-1输出端呈高电平，因为R5和R4的反馈作用，IC1-1输出端在C1正极电位高于某一值时，始终保持高电平，这样，D3由反偏截止变为正偏导通，使IC1-2的“+”端电位高于“-”端电位，IC1-2仍输出高电平；若用户所接负载与本补偿器太不匹配，则当补偿进行30-90秒钟后，C1正极电位将等于或略高于C3正极电位，IC1-1输出端呈低电平，而且C3正极电位也基本与C4正极电位相等，这个电位加在IC1-2的“-”端，当IC1-2“+”端电位低于“-”端时，IC1-2输出端呈低电平(IC1-2“+”端电位预先调至合适点)，将此低电平控制电压确选至小于CR1的触发电压，便使得CR1截止，J1释放，C12停止补偿，指示灯LED熄灭。
上述工作过程中提到的C12投入运行后经过30至90秒钟的检测时间，即确定补偿主控电路5的检测过程所需的时间Ts，是由图2电路中的RC时间参数，即由R8R10C4、R2C3及R15C5共同确定的，对于启动较快的用电器，Ts一般取30-40秒，而对于启动较慢的用电器，Ts一般取60-90秒。
(2)当用电负载工作且实施补偿时，电源电压经R23从D9负极取出的电源电压幅值信号由DW1限幅，C6滤波，R21分压，加在IC1-4“-”端，R19和R25组成基准电压取样电路，其中点电压经R24限流加到IC1-4“+”端，R20为反馈电阻。当电源电压正常时，如前所述，IC1-4输出端呈高电平，不影响CR1原有的导通状态。而当电源电压过高时，IC1-4的“-”端电位高于“+”端电位，IC1-4输出端呈低电平，使处于导通状态中的CR1变为截止，J1-1断开C12的补偿电流回路，接通R32与R31快速放电回路，指示灯LED灭，在CR1截止后，IC1-4输出端的低电平能钳制CR1被IC1-2、IC1-3等触发，继续使CR1保持截止状态，直至电源电压恢复正常；当电源电压恢复正常时，则IC1-4输出端又恢复高电平，CR1导通，J1吸合，C12又投入电网运行。这样，当电源电压过高时，IC1-4就能有效地控制CRI截止，既能保护C12等重要部件的安全，又延长了BX的使用寿命，对延长本补偿器的免维护使用期有益。
(3)当用电负载停止工作或待机时，电源B端输出的电压信号通过R17与R18构成的基准电压取样电路加至IC13的“-”端，由于C3正极电位下降至零，C5正极电位也下降至零，IC1-3的“+”端电位也随之归零，此时“+”端电位低于“-”端，IC1-3输出端呈低电平、CR1控制极失电，由导通变为截止，J1释放，C12停止补偿；当负载启动工作时，C3正极电位上升，C5正极电位也上升，IC1-3的“+”端电位也上升，当“+”端电位高于“-”端电位时，IC1-3输出端呈高电平，不影响CR1已由IC1-2和IC1-4确定的导通状态，此时J1是吸合的，C12也投入了补偿运行。
(4)当电源电压超高或本补偿器内部故障导致过电流产生时，BX会及时熔断，以防故障范围扩大，保障不对电网和其它用电器产生影响，插在插座CZ中的用电负载仍可正常工作。
在图2中，R33为压敏电阻，用以钳位和控制对其后级电路有危害过高的电压，加快BX的熔断速度，其型号一般为DM474等；R34为低常温阻值PTC，可根据主补偿电容C12的工作电流In选择动作电流为1.3-1.5In的RUE090、RUE110……RUE900等自复型保险丝。在装配时，将R34贴近C12的外壳，万一C12出现过温故障状态，R34则由低阻变为高阻，限制C12的电流增加，直至过温故障消除。因R34动作电流小于BX的熔断电流，故适当选用R34可大幅度降低BX的误动作概率，帮助C12充分体现“自愈”性能。C12选用优质的金属化膜自愈型电力电容器，它具有轻度击穿后可自动恢复的所谓“自愈”性能。
权利要求1.一种多用途节电补偿器，其特征在于，其电路由输入和补偿输出电路(1)、双电源电路(2)、补偿执行电路(3)、补偿指示电路(4)、补偿主控电路(5)、待机停补控制电路(6)、负荷取样整形电路(7)、过压取样保护电路(8)连接组成，其中输入和补偿输出电路(1)的输出端与双电源电路(2)的输入端相连，以向双电源电路(2)提供交流输入电压，双电源电路(2)从输出端A分别向补偿执行电路(3)和补偿指示电路(4)提供直流工作电源，从输出端B分别向补偿主控电路(5)、待机停补控制电路(6)及过压取样保护电路(8)提供直流工作电源，同时双电源电路(2)还向过压取样保护电路(8)的输入端提供电源电压取样信号，输入和补偿输出电路(1)向负荷取样整形电路(7)的输入端提供负载电流取样信号，负荷取样整形电路(7)的输出端分别与补偿主控电路(5)和待机停补控制电路(6)的输入端相接，以分别提供经过整形的负载电流取样信号，补偿主控电路(5)、待机停补控制电路(6)和过压取样保护电路(8)的输出端分别与补偿执行电路(3)的输入端相连，以分别向补偿执行电路(3)提供正常工作时进行补偿的控制信号、待机时停止补偿的控制信号和电源过电压时停止补偿进行保护的控制信号，补偿执行电路(3)的输出控制端对输入和补偿输出电路(1)进行是否启动补偿输出的控制，同时补偿执行电路(3)还向与之相连的补偿指示电路(4)提供指示控制信号。
2.如权利要求1所述的多用途节电补偿器，其特征在于，输入和补偿输出电路(1)由电源插头CT、电流互感器L1的初级线圈L1-1、用电负载电源插座CZ、保险管BX、压敏电阻R33、热敏电阻R34、电阻R31与R32、补偿电容C12、电感L2及继电器J1的动合触点J1-1连接组成；双电源电路2由二极管D4至D9、稳压管DW4、电阻R27至R30及电容C9至C11连接组成；补偿执行电路3由可控硅CR1、继电器J1的线包、稳压管DW2、二极管D10、电阻R26与R36及电容C7与C8连接组成；补偿指示电路4由发光二极管LED和电阻R35连接组成；补偿主控电路5由运算放大器IC11与IC12、稳压管DW3、二极管D3、电阻R3至R13及电容C4连接组成；待机停补控制电路6由运算放大器IC1-3、电阻R14至R18及电容C5连接组成；负荷取样整形电路7由电流互感器L1的次级线圈L1-2、二极管D1与D2、电阻R1与R2及电容C1至C3连接组成；过压取样控制电路8由运算放大器IC1-4、稳压管DW1、电阻R19至R25及电容C6连接组成。
3.如权利要求2所述的多用途节电补偿器，其特征在于，在装配时，将R34贴近C12的外壳。
专利摘要多用途节电补偿器由输入和补偿输出电路1、双电源电路2、补偿执行电路3、补偿指示电路4、补偿主控电路5、待机停补控制电路6、负荷取样整形电路7、过压取样保护电路8连接组成。它用单台就地无功补偿取代多台集中补偿,用户投资小而受益大,用电电流大幅下降,减少线损和无功损耗,功率因数提高到0.95以上。其工作可靠,具多种保护功能,性价比高,安装方便,使用寿命长,可广泛用于工矿、企业、家庭、服务业及娱乐场所等。
文档编号H02J3/18GK2359828SQ9923269
公开日2000年1月19日 申请日期1999年1月26日 优先权日1999年1月26日
发明者周卫平, 刘桂远, 徐遵明, 董小新, 刘卫平 申请人:周卫平, 刘桂远, 徐遵明