无功智能组网的电容器投切开关的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种无功智能组网的电容器投切开关，包括：现场信号采集装置、与现场信号采集装置连接的数据采集分析模块，与数据采集分析模块连接的通讯模块，与数据采集分析模块相连且用于投切电容器的输出执行模块。本实用新型采用现场信号采集装置对现场母线的电压电流信号进行采集，再经多路模拟开关输入到微处理器中进行分析处理，然后将控制信号传递给输出执行模块，由输出驱动电路控制执行机构对电容器做过零投切，以降低电容器投切开关的投切涌流，从而有效的稳定电网、保护电容器的目的。
【专利说明】
无功智能组网的电容器投切开关
技术领域
[0001]本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种无功智能组网的电容器投切开关。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的迅猛发展，全国大、小企业的增多，居民生活质量的不断提高和家用电器的普及，对电能质量的要求日益增高，电网的经济运行越来越受到大家的重视。节能降耗、提高电能质量和电力系统的稳定性与经济性是电力系统高效运行所面临的重要问题。对无功功率进行合理的补偿是改善电能质量，抑制系统振荡，提高系统稳定性的一个比较简单、快捷、有效的方法。目前使用最广泛的无功补偿装置还是传统的接触器投切电容器方式，这种方式接线复杂，投切涌流大，并且需要控制器控制，投切路数有限。从而造成电容器衰减快，系统对控制器依赖大。一但控制器出问题整个补偿系统就不能正常工作。而且后期维护成本高。
[0003]如中国专利公开号为CN 102299519A的发明专利，该发明提供了一种交流电容器投切方法及投切开关电路，具有投切速度快的特点，然而，这种采用接触器的投切方式，接线复杂，投切涌流大，并且需要控制器控制，投切路数有限。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0005]为此，本实用新型的目的在于提出一种无功智能组网的电容器投切开关。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供一种无功智能组网的电容器投切开关，包括:现场信号采集装置、与现场信号采集装置连接的数据采集分析模块，与数据采集分析模块连接的通讯模块，与数据采集分析模块相连且用于投切电容器的输出执行模块；
[0007]所述数据采集分析模块包括多路模拟开关、微处理器;所述多路模拟开关的输入端与所述现场信号采集装置连接，输出端与所述微处理器连接，所述微处理器分别与所述通讯模块、所述输出执行模块连接；
[0008]所述通讯模块内部设有通讯接口；
[0009]所述输出执行模块包括输出驱动电路、执行机构，所述输出驱动电路的输出端连接所述执行机构的控制端，所述执行机构的输出端连接电容器。
[0010]优选的，所述现场信号采集装置由电压采样电路和电流采样电路组成，其中电压采样电路连接三相电压，电流采样电路连接三相电流。
[0011 ]优选的，所述通讯模块通过通讯接口与多个投切开关或控制器连接。
[0012]优选的，所述输出驱动电路包括桥臂续流回路电路、H桥驱动电路，所述桥臂续流回路电路的输入端连接微处理器的输出端，其输出端连接H桥驱动电路，所述H桥驱动电路连接执行机构。
[0013]优选的，所述执行机构由磁保持继电器和光电耦合器构成。
[0014]优选的，所述多路模拟开关包括开关芯片，所述开关芯片选用MC14051型号的芯片。
[0015]优选的，所述多路模拟开关，还包括第一放大器、第二放大器、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二电容，所述开关芯片的引脚6接地、其引脚11接第二电阻的一端，其引脚10接第一电阻的一端，其引脚9接第三电阻的一端，其引脚8接地，其引脚7接-8V电压，其引脚3接第四电阻的一端、第一放大器的同相输入端，其引脚16接第二电容的一端且都接+8V电压，所述第二电阻与第一电阻的另一端都接电源电压，所述第三电阻的另一端接地，所述第二电容接-8V电压，所述第一放大器的反相输入端接其输出端且都接第六电阻的一端，其正电源端接+8V电压，其负电源端接-8V电压，所述第二放大器的同相输入端接第五电阻的一端、第六电阻的另一端，其反相输入端接第七电阻的一端、第八电阻的一端，其正电源端接+8V电压，其负电源端接-8V电压，其输出端接第一二极管的阴极、第二二极管的阳极、第八电阻的另一端，所述第一二极管的阳极接地，所述第二二极管的阴极接电源电压，所述第七电阻的另一端接地，所述第五电阻的另一端接2.5V电压。
[0016]优选的，所述通讯模块包括通讯接口芯片、所述通讯接口芯片选用MAX13085芯片。
[0017]优选的，所述通讯模块，还包括第十四电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十三电阻、第十二电阻、第一电容，所述通讯接口芯片的引脚2接其引脚3且都接第十四电阻的一端，其引脚5接第十三电阻且都接地，其引脚7接第十三电阻的一端、第十二电阻的一端、第^ 电阻的一端，其引脚6接第^ 电阻的另一端、第十电阻的一端、第九电阻的一端，其引脚8接第九电阻的另一端、第一电容的一端且都接电源电压，所述第十四电阻的另一端接地，所述第一电容的另一端接地，所述第十电阻的另一端为第一输出端，所述第十二电阻的另一端为第二输出端。
[0018]本实用新型的一种无功智能组网的电容器投切开关，具有的有益效果如下:
[0019]1、本实用新型采用现场信号采集装置对现场母线的电压电流信号进行采集，再经多路模拟开关输入到微处理器中进行分析处理，然后将控制信号传递给输出执行模块，由输出驱动电路控制执行机构对电容器做过零投切，以降低电容器投切开关的投切涌流，从而有效的稳定电网、保护电容器的目的。
[0020]2、本实用新型由通讯模块的通讯接口，将现场的多个投切开关互连，通过与数据采集分析模块的微处理器进行自组网，从而构成无功补偿系统，并自动生成系统主机，改善电能质量，抑制系统振荡，提尚系统稳定性。
[0021 ] 3、本实用新型的执行机构采用输出驱动电路进行驱动控制，以达到无功补偿的目的。
[0022]4、本实用新型的电容器投切开关采用了微处理器技术，可根据现场母线的电压电流信号计算无功功率并通过通讯接口自成网络;这样可以不用控制器，且优化很多接线而组成无功补偿系统，大大降低后期维护成本高。
[0023]本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【附图说明】
[0024]本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0025]图1为本实用新型的结构框图；
[0026]图2为本实用新型的现场信号采集装置中的电压采样电路原理图；
[0027]图3为本实用新型的现场信号采集装置中的电流采样电路原理图；
[0028]图4为本实用新型的多路模拟开关的电源原理图；
[0029]图5为本实用新型的微处理器的电路原理图；
[0030]图6为本实用新型的通讯模块(485接口电路)的电路原理图；
[0031 ]图7为本实用新型的输出驱动电路的电路原理图；
[0032]图8为本实用新型的继电器的电路原理图。
【具体实施方式】
[0033]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0034]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0035]本实用新型提供一种无功智能组网的电容器投切开关，参考附图1，包括:现场信号采集装置4、与现场信号采集装置连接的数据采集分析模块I，与数据采集分析模块连接的通讯模块2，与数据采集分析模块相连且用于投切电容器的输出执行模块3。
[0036]现场信号采集装置4包括电压采样电路和电流采样电路，其中，参考附图2，电压采样电路将三相电压(A相电压、B相电压、C相电压)分别进入到电压互感器中，从互感器出来的信号，经过滤波处理后，消除了干扰信号，完成对电压信号的采集;参考附图3，电流采样电路将三相电流(A相电流、B相电流、C相电流)分别接入到电流互感器中，根据电流大小的实际情况进行选择，完成对电流信号的采集。
[0037]具体地，数据采集分析模块I包括多路模拟开关11、微处理器12;多路模拟开关11的输入端与现场信号采集装置4连接，输出端与微处理器12连接，微处理器12分别与通讯模块2、输出执行模块3连接。
[0038]下面对多路模拟开关进行具体的描述，参考附图4所示:
[0039]多路模拟开关11包括开关芯片U6、第一放大器U7B、第二放大器U7A、第一二极管D6、第二二极管D5、第一电阻R14、第二电阻R15、第三电阻R18、第四电阻R58、第五电阻R22、第六电阻R19、第七电阻R11、第八电阻R12、第二电容R15，开关芯片U6选用MC14051型号的芯片，其引脚6接地、其引脚11接第二电阻R15的一端，其引脚10接第一电阻R14的一端，其引脚9接第三电阻Rl 8的一端，其引脚8接地，其引脚7接-8V电压，其引脚3接第四电阻R58的一端、第一放大器U7B的同相输入端，其引脚16接第二电容C15的一端且都接+8V电压，第二电阻R15与第一电阻R14的另一端都接电源电压VCC，第三电阻R18的另一端接地，第二电容C15接-8V电压，第一放大器U7B的反相输入端接其输出端且都接第六电阻R19的一端，其正电源端接+8V电压，其负电源端接-8V电压，第二放大器U7A的同相输入端接第五电阻R22的一端、第六电阻R19的另一端，其反相输入端接第七电阻Rll的一端、第八电阻R12的一端，其正电源端接+8V电压，其负电源端接-8V电压，其输出端接第一二极管D6的阴极、第二二极管D5的阳极、第八电阻R12的另一端，第一二极管D6的阳极接地，第二二极管D5的阴极接电源电压VCC，第七电阻Rl I的另一端接地，第五电阻R22的另一端接2.5V电压。
[0040]此外，通讯模块2内部设有通讯接口 21 (如RS485接口)，且通过通讯接口 21与多个投切开关或控制器连接，然后通过与数据采集分析模块I的微处理器12进行自组网，从而构成无功补偿系统，并自动生成系统主机，改善电能质量，抑制系统振荡，提高系统稳定性。
[0041]下面对通讯模块进行具体的描述，参考附图7所示:
[0042]通讯模块2包括通讯接口芯片U2、第十四电阻R6、第九电阻R1、第十电阻R5、第十一电阻R4、第十三电阻R7、第十二电阻R9、第一电容Cl，通讯接口芯片U2选用MAX13085芯片，其引脚2接其引脚3且都接第十四电阻R6的一端，其引脚5接第十三电阻R7且都接地，其引脚7接第十三电阻R7的一端、第十二电阻R9的一端、第十一电阻R4的一端，其引脚6接第十一电阻R4的另一端、第十电阻R5的一端、第九电阻Rl的一端，其引脚8接第九电阻Rl的另一端、第一电容Cl的一端且都接电源电压VCC，第十四电阻R6的另一端接地，第一电容Cl的另一端接地，第十电阻R5的另一端为第一输出端，第十二电阻R9的另一端为第二输出端。
[0043]输出执行模块3包括输出驱动电路31、执行机构32，输出驱动电路31得输出端连接执行机构32的控制端，执行机构32的输出端连接电容器。
[0044]其中，执行机构32由磁保持继电器跟光电耦合器HCPL-817C构成，如图8为继电器的电路原理图。
[0045]下面对输出驱动电路31进行具体描述，参考附图7;
[0046]输出驱动电路31包括桥臂续流回路电路、H桥驱动电路，桥臂续流回路电路的输入端连接微处理器的输出端，其输出端连接H桥驱动电路，H桥驱动电路连接执行机构。
[0047]其中，桥臂续流回路电路由4个三极管BC817、2个三极管BC807组成，H桥驱动电路由4个IN4148型号的二极管组成，
[0048]工作原理:采用现场信号采集装置对现场母线的电压电流信号进行采集，再经多路模拟开关输入到微处理器中进行分析处理，然后将控制信号传递给输出执行模块，由输出驱动电路控制执行机构对电容器做过零投切，进行无功补偿，以降低电容器投切开关的投切涌流，从而有效的稳定电网、保护电容器的目的;然后由通讯模块的RS485接口，将现场的多个投切开关互连，通过与数据采集分析模块的微处理器进行自组网，从而构成无功补偿系统，并自动生成系统主机。
[0049]本实用新型的电容器投切开关采用了微处理器技术，可根据现场母线的电压电流信号计算无功功率并通过通讯接口自成网络;这样可以不用控制器，且优化很多接线而组成无功补偿系统，大大降低后期维护成本高。
[0050]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0051]尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求极其等同限定。
【主权项】
1.一种无功智能组网的电容器投切开关，其特征在于，包括:现场信号采集装置、与现场信号采集装置连接的数据采集分析模块，与数据采集分析模块连接的通讯模块，与数据采集分析模块相连且用于投切电容器的输出执行模块； 所述数据采集分析模块包括多路模拟开关、微处理器;所述多路模拟开关的输入端与所述现场信号采集装置连接，输出端与所述微处理器连接，所述微处理器分别与所述通讯模块、所述输出执行模块连接； 所述通讯模块内部设有通讯接口 ； 所述输出执行模块包括输出驱动电路、执行机构，所述输出驱动电路的输出端连接所述执行机构的控制端，所述执行机构的输出端连接电容器。2.如权利要求1所述的一种无功智能组网的电容器投切开关，其特征在于，所述现场信号采集装置由电压采样电路和电流采样电路组成，其中电压采样电路连接三相电压，电流米样电路连接二相电流。3.如权利要求1所述的一种无功智能组网的电容器投切开关，其特征在于，所述通讯模块通过通讯接口与多个投切开关或控制器连接。4.如权利要求1所述的一种无功智能组网的电容器投切开关，其特征在于，所述输出驱动电路包括桥臂续流回路电路、H桥驱动电路，所述桥臂续流回路电路的输入端连接微处理器的输出端，其输出端连接H桥驱动电路，所述H桥驱动电路连接执行机构。5.如权利要求1或4所述的一种无功智能组网的电容器投切开关，其特征在于，所述执行机构由磁保持继电器和光电親合器构成。6.如权利要求1所述的一种无功智能组网的电容器投切开关，其特征在于，所述多路模拟开关包括开关芯片，所述开关芯片选用MC14051型号的芯片。7.如权利要求6所述的一种无功智能组网的电容器投切开关，其特征在于，所述多路模拟开关，还包括第一放大器、第二放大器、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二电容，所述开关芯片的引脚6接地、其引脚11接第二电阻的一端，其引脚10接第一电阻的一端，其引脚9接第三电阻的一端，其引脚8接地，其引脚7接-8V电压，其引脚3接第四电阻的一端、第一放大器的同相输入端，其引脚16接第二电容的一端且都接+8V电压，所述第二电阻与第一电阻的另一端都接电源电压，所述第三电阻的另一端接地，所述第二电容接-8V电压，所述第一放大器的反相输入端接其输出端且都接第六电阻的一端，其正电源端接+8V电压，其负电源端接-8V电压，所述第二放大器的同相输入端接第五电阻的一端、第六电阻的另一端，其反相输入端接第七电阻的一端、第八电阻的一端，其正电源端接+8V电压，其负电源端接-8V电压，其输出端接第一二极管的阴极、第二二极管的阳极、第八电阻的另一端，所述第一二极管的阳极接地，所述第二二极管的阴极接电源电压，所述第七电阻的另一端接地，所述第五电阻的另一端接2.5V电压。8.如权利要求1所述的一种无功智能组网的电容器投切开关，其特征在于，所述通讯模块包括通讯接口芯片、所述通讯接口芯片选用MAXl 3085芯片。9.如权利要求8所述的一种无功智能组网的电容器投切开关，其特征在于，所述通讯模块，还包括第十四电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十三电阻、第十二电阻、第一电容，所述通讯接口芯片的引脚2接其引脚3且都接第十四电阻的一端，其引脚5接第十三电阻且都接地，其引脚7接第十三电阻的一端、第十二电阻的一端、第十一电阻的一端，其引脚6接第十一电阻的另一端、第十电阻的一端、第九电阻的一端，其引脚8接第九电阻的另一端、第一电容的一端且都接电源电压，所述第十四电阻的另一端接地，所述第一电容的另一端接地，所述第十电阻的另一端为第一输出端，所述第十二电阻的另一端为第二输出端。
【文档编号】H02J3/18GK205489548SQ201620268858
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】严胜
【申请人】南京鼎瑞智能电力科技有限公司