专利名称：智能无冲击电容投切电子一体开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及智能无冲击电容投切电子一体开关，属于电力控制技术领域。
背景技术：
目前在无功补偿领域主要还是以开关投切电容器为主要技术手段，使用的开关类 型主要有两类，常规的机械开关_如交流接触器以及电子开关_如晶闸管。晶闸管无冲击 投切电容器的相位存在两个在开关两端的电压为零的相位和系统电压的峰值电压相位， 由于电子开关的控制的复杂性以及开发的难度，目前市面上大多数的电子开关均采用过零 光耦触发双向晶闸管的方式，该触发方式具有如下的缺点(1)由于过零光耦具有一定的门限值，因此并不是严格在零点触发而是在过零点 后数毫秒触发，因此导致晶间管导通的不连续性，也即每个波形不是完整导通，因此带来谐 波。(2)双向晶闸管在大电流和过热情况下存在不受控的反向导通的可能性，因此双 向可控硅一般适用电流在二三百安培以内。(3)由于采用普通芯片作为触发电路，因此不具有完善的保护功能。在电容器发生 短路或者部分电容器损坏的情况下往往波及电子开关。(4)由于双向晶闸管的适用电流较小，因此对于一个较大容量的补偿装置就必须 并联很多支路。并且支路的级差较大，导致补偿精度不是很高。故障点也增多。(5)针对三角形接法和星型接法的触发电路不具有通用性。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种智能无冲击电容投切电子一体开关， 其响应速度快，触发的连续性、可靠性强，精度高，并且具有完善的保护功能。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种智能无冲击电容投切电 子一体开关，包括与三相供电线路的任意两相或三相连接的投切开关，投切开关连接有电 容器，所述投切开关为两个反并联的单向晶闸管，还包括控制电路，控制电路包括光电耦 合电路，其具有隔离作用，并检测投切开关两端的电压零点；比较电路，与光电耦合电路输 出端连接，与FPGA输入端连接，用于信号整形以及获得零点方波；FPGA(现场可编程门阵 列)，用于检测系统运行状况，并根据零点方波信号和外部命令产生时序信号；驱动电路， 连接FPGA和投切开关，根据时序信号来驱动晶闸管投切电容的操作。作为优选，FPGA还连接有电子温度继电器。作为优选，所述控制电路还包括与FPGA连接的单片机，单片机通过232通讯接口 连接上位机。作为优选，上述电子一体开关还包括一散热风扇，所述单片机驱动风扇电机的工作。作为优选，还包括与单片机连接的保护电路，实现过流保护和三相不平衡保护。[0014]作为优选，所述保护电路为与三相主电路连接的三个电流互感器，其以开口三角 模式连接，在开口三角的开口间连接运算放大器。作为优选，所述电容器为三个，三个电容器之间采用星形连接，每个电容器连接投 切开关。作为优选，所述电容器为三个，三个电容器之间采用三角形连接，其中两个电容器 连接投切开关。作为优选，所述电容器为三个，每个电容器与投切开关串连后采用三角形接法接 入三相供电线路。本实用新型带来的有益效果为实现了智能化、程序化控制，触发的连续性、可靠 性强；投切时电流冲击小，器件不易损坏，具有完善的保护功能，大幅度降低了补偿设备的 故障率，延长了使用寿命，减少了维护成本，且结构简单；并且既可以三相共投(三角形连 接)也可以三相分投(星形连接)，具有良好的通用性；同时，便于通过上位机通讯，散热效 果好。
图1为本实用新型实施例一的结构图；图2为投切开关与电容器的三角形角外连接方式；图3为投切开关与电容器的三角形角内连接方式；图4为投切开关与电容器的星形连接方式。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。实施例一如图1所示，一种智能无冲击电容投切电子一体开关，包括与三相供电线路的每 一相分别连接的投切开关K，投切开关K为两个反并联的单向晶闸管Gl、G2，投切开关K连 接有电容器C，还包括控制电路，控制电路包括光电耦合电路，比较电路、FPGA和驱动电路。 主电路每一相经电阻限流后，连接两个反向并联的光电耦合器，其可以双向隔离强电，并检 测投切开关K两端的电压零点；光电耦合电路输出端连接比较电路，与FPGA输入端连接，用 于信号整形以及获得零点方波信号；比较电路通过I/O 口与FPGA连接，FPGA用于检测系统 运行状况，并根据零点方波信号以及外部投切命令产生时序信号；驱动电路连接FPGA和投 切开关K，根据时序信号来驱动晶闸管投切电容器C的操作。所述FPGA还连接有电子温度继电器，能够反映电容器过电流、过谐波，漏电流过 大和环境温度过高等情况下导致电容器内部发热，实现过温度保护，超过设定温度以后自 动切断触发信号，并退出运行，能够充分保护晶闸管以及电容器，将故障控制在最小范围 内。FPGA还连接有单片机，单片机通过232通讯接口连接上位机，单片机可优选为AVR 单片机。单片机还连接散风机驱动模块，驱动散热风扇电机的工作。单片机还连接有保护 电路，保护电路为与三相主电路连接的三个电流互感器，其以开口三角模式连接，在开口三 角的开口间连接运算放大器，运算放大器输出端与单片机连接，实现过流保护和三相不平衡保护。投切开关K与电容器C采用三角形角内连接方式，如图3所示，电容器C为三个， 每个电容器C与投切开关K串连后采用三角形接法接入三相供电线路，以实现三相共投。投切开关K与电容器C也可采用星形连接方式，如图4所示，电容器C为三个，三 个电容器C之间采用星形连接，每个电容器C连接投切开关K，以实现三相分投。实施例二按照实施例一所述的智能无冲击电容投切电子一体开关，所不同的是，投切开关K 与三相供电线路的任意两相连接。投切开关K与电容器C采用三角形角外连接方式，如图2 所示，电容器C为三个，三个电容器C之间采用三角形连接，其中两个电容器C连接投切开 关K，投切开关K连接于A相、C相电路中，当然，A相、C相连接有控制电路。本实用新型采用FPGA智能控制器，根据外部功率因数控制器的投切信号实时对 电容器C进行快速过零投切，以保证功率因数始终满足设定要求。投切过程在一个周波内 完成，时间小于20ms。
权利要求1.一种智能无冲击电容投切电子一体开关，其特征在于包括与三相供电线路的任意 两相或三相连接的投切开关，投切开关连接有电容器，所述投切开关为两个反并联的单向 晶闸管，还包括控制电路，控制电路包括光电耦合电路，其具有隔离作用，用于检测投切开关两端的电压零点； 比较电路，与光电耦合电路输出端连接，与FPGA输入端连接，用于信号整形以及获得零点 方波；FPGA，用于检测系统运行状况，并根据零点方波信号以及外部投切信号产生时序信 号；驱动电路，连接FPGA和投切开关，根据时序信号来驱动晶闸管投切电容的操作。
2.根据权利要求1所述的智能无冲击电容投切电子一体开关，其特征在于FPGA还连 接有电子温度继电器。
3.根据权利要求1或2所述的智能无冲击电容投切电子一体开关，其特征在于所述 控制电路还包括与FPGA连接的单片机，单片机通过232通讯接口连接上位机。
4.根据权利要求3所述的智能无冲击电容投切电子一体开关，其特征在于还包括一 散热风扇，所述单片机驱动风扇电机的工作。
5.根据权利要求3所述的智能无冲击电容投切电子一体开关，其特征在于还包括与 单片机连接的保护电路，实现过流保护和三相不平衡保护。
6.根据权利要求5所述的智能无冲击电容投切电子一体开关，其特征在于所述保护 电路为与三相主电路连接的三个电流互感器，其以开口三角模式连接，在开口三角的开口 间连接运算放大器。
7.根据权利要求1所述的智能无冲击电容投切电子一体开关，其特征在于所述电容 器为三个，三个电容器之间采用星形连接，每个电容器连接投切开关。
8.根据权利要求1所述的智能无冲击电容投切电子一体开关，其特征在于所述电容 器为三个，三个电容器之间采用三角形连接，其中两个电容器连接投切开关。
9.根据权利要求1所述的智能无冲击电容投切电子一体开关，其特征在于所述电容 器为三个，每个电容器与投切开关串连后采用三角形接法接入三相供电线路。
专利摘要本实用新型公开了智能无冲击电容投切电子一体开关，属于电力控制技术领域，包括与三相供电线路的任意两相或三相连接的投切开关，投切开关连接有电容器，所述投切开关为两个反并联的单向晶闸管，还包括控制电路，控制电路包括光电耦合电路，隔离强电，并检测投切开关两端的电压零点；比较电路，与光电耦合电路输出端连接，与FPGA输入端连接，用于信号整形以及获得零点方波；FPGA，用于检测系统运行状况，并根据零点方波信号以及外部投切信号产生时序信号；驱动电路，连接FPGA和投切开关，根据时序信号来驱动晶闸管投切电容的操作。此电子一体开关响应速度快，触发的连续性、可靠性强，精度高，并且具有完善的保护功能。
文档编号H02H5/04GK201789298SQ20102025508
公开日2011年4月6日 申请日期2010年7月12日 优先权日2010年7月12日
发明者付少良, 罗文 , 罗飞雪, 胡辉, 胡银刚, 陈秀敏 申请人:四川省科学城久信科技有限公司