一种模块化的智能电容补偿模块的制作方法

本实用新型属于涉及电容补偿模块，尤其是一种模块化的智能电容补偿模块。

背景技术：

随着工业技术的发展，大量感性负载接入电网，引起了严重的电网污染。因此，在高低压配电系统内大量使用电容补偿柜来调整电网的功率因数，传统的电容补偿柜一般由控制器、熔断器、切换开关、热继电器、电容组成，整个系统接线复杂，部件故障率高，维护不便。电容器的温度以及工作电压、电流没有自我检测能力，缺乏完备的保护措施，同时产品生产后，不容易对其功能进行扩容。其中作为核心器件的切换开关一般选用大功率的晶闸管或者复合开关。开关的质量参差不齐，晶闸管或者复合开关经常烧毁。从而导致部分供电瘫痪。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：针对上述技术问题，本实用新型提供一种模块化的智能电容补偿模块。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种模块化的智能电容补偿模块，包括：空气开关、电容模块、监测控制模块和采用磁保持继电器的电容切换开关；所述监测控制模块包括dsp，以及与dsp连接的隔离放大电路、数据采集电路、屏幕显示电路和通信接口电路；所述空气开关连接进电电路；所述电容模块经采用磁保持继电器的电容切换开关连接所述dsp，又经采用磁保持继电器的电容切换开关和空气开关连接进电电路；所述数据采集电路包括设置在进电电路中的电流采集电路和电压采集电路，以及设置在补偿模块中的温度传感器。

其中，所述采用磁保持继电器的电容切换开关包括继电器驱动电路；所述继电器驱动电路包括电阻r20、电阻r24、开关三极管q1、二极管d4和磁保持继电器k；开关三极管q1的发射极连接5v电源，基极经电阻r24连接dps的隔离放大电路，集电极经磁保持继电器k的电磁线圈接地；二极管d4并联在磁保持继电器k的电磁线圈的两端，其正极接地，其负极经电阻r20与电阻r24和开关三极管q1的基极之间的电性连接点连接；集电极经磁保持继电器k的受控开关用于连接电容模块和空气开关。

其中，所述采用磁保持继电器的电容切换开关还包括过零检测电路；所述过零检测电路电阻r10、电阻r11、电阻r12和光电耦合器u1；电阻r10的一端连接光电耦合器u1的发光二极管的正极，另一端连接磁保持继电器k的k1触点；电阻r11的一端连接光电耦合器u1的发光二极管的负极，另一端连接磁保持继电器k的k2触点；电阻r12的一端连接3.3v电源，另一端经光电耦合器u1的开关二极管接地；电阻r12的另一端和光电耦合器u1的开关二极管之间的电性连接点连接至dsp的隔离放大电路。

其中，所述电流采集电路包括电流互感器、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电容c1、电容c2、齐纳二极管d1、整流二极管d2和运算放大器u1a；

电流互感器的1脚和2脚分别连接在进电电路中，4脚接地；电流互感器的3脚经电阻r2接地，又经电阻r3连接至运算放大器u1a的正输入端；电阻r4的一端连接3.3v电源，另一端与电阻r3和运算放大器u1a的正输入端之间的电性连接点连接；运算放大器u1a的负输入端经电阻r5接地，又经电阻r6连接其输出端；运算放大器u1a的接地端接地，电源端连接5v电源，又经电容c2接地；运算放大器u1a的输出端经电阻r7和整流二极管d2连接dsp；电容c1和齐纳二极管的一端分别与电阻r7和整流二极管d2之间的电性连接点连接，另一端接地。

其中，所述电压采集电路包括：电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22、电阻23、电阻r25、电阻r28、电容c28和电容c32；电阻r14的一端经电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22和电阻23和电阻r25连接电阻r28的一端；电容c28并联在电阻r25的两端；电容c32并联在电阻r28的两端；电阻r14的另一端连接进电电路；电阻r23和电阻r25之间的电性连接点，以及电阻r28的另一端均连接至dsp。

其中，所述屏幕显示电路包括可变静态存储控制器fsmc和液晶屏幕；所述液晶屏幕经可变静态存储控制器fsmc与dsp连接。

其中，所述通信接口电路包括相连接的第一通信转换电路和第二通信转换电路；

所述第一通信转换电路包括电阻r60、电阻r61、电阻r63和光电耦合器u12；光电耦合器u12的发光二极管的正极经电阻r61连接dsp，发光二极管的负极接地；光电耦合器u12的开关二极管连接12v电源，又经电阻r60接地，又经电阻r63连接第二通信转换电路；

所述第二通信转换电路包括信号转换模块u2、电阻r31、电阻r32、电阻r33和电容c20；信号转换模块u2的8脚连接3.3v电源，又经电容c20接地；信号转换模块u2的6脚和7脚连接第一通信转换电路；电阻r31并联在信号转换模块u2的6脚和8脚之间；电阻r32并联在信号转换模块u2的6脚和7脚之间；电阻r33并联在信号转换模块u2的5脚和7脚之间；信号转换模块u2的5脚接地；信号转换模块u2的1脚和4脚分别作为信号输出端rx和tx。

进一步地，所述模块化的智能电容补偿模块，还包括与dsp连接的按键输入模块。

进一步地，所述通信接口电路的电源与dsp的电源采用单独的供电电源。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的模块化的智能电容补偿模块将电容模块、监测控制模块和采用磁保持继电器的电容切换开关高度集成在一起，用户可根据不同无功功率参数自由组合，并且通过通信接口电路实现补偿模块之间的通信，接线方便，便于扩容，只需要根据现场的需求进行模块的叠加即可。同时，本实用新型实时采集进电电路的电流、电压以及补偿模块的温度，实现了实时投切、实时保护的功能。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型的模块化的智能电容补偿模块的原理图。

图2是本实用新型的模块化的智能电容补偿模块的继电器驱动电路图。

图3是本实用新型的模块化的智能电容补偿模块的过零检测电路图。

图4是本实用新型的模块化的智能电容补偿模块的电流采集电路图。

图5是本实用新型的模块化的智能电容补偿模块的电压采集电路图。

图6是本实用新型的模块化的智能电容补偿模块的屏幕显示电路图。

图7是本实用新型的模块化的智能电容补偿模块的第一通信转换电路图。

图8是本实用新型的模块化的智能电容补偿模块的第二通信转换电路图。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种模块化的智能电容补偿模块，包括：空气开关、电容模块、监测控制模块和采用磁保持继电器的电容切换开关；所述监测控制模块包括dsp，以及与dsp连接的隔离放大电路、数据采集电路、屏幕显示电路和通信接口电路；所述空气开关连接进电电路；所述电容模块经采用磁保持继电器的电容切换开关连接所述dsp，又经采用磁保持继电器的电容切换开关和空气开关连接进电电路；所述数据采集电路包括设置在进电电路中的电流采集电路和电压采集电路，以及设置在补偿模块中的温度传感器。可选地，所述模块化的智能电容补偿模块，还包括与dsp连接的按键输入模块，用于输入控制指令。

如图2所示，所述采用磁保持继电器的电容切换开关包括继电器驱动电路；所述继电器驱动电路包括电阻r20、电阻r24、开关三极管q1、二极管d4和磁保持继电器k；开关三极管q1的发射极连接5v电源，基极经电阻r24连接dps的隔离放大电路，集电极经磁保持继电器k的电磁线圈接地；二极管d4并联在磁保持继电器k的电磁线圈的两端，其正极接地，其负极经电阻r20与电阻r24和开关三极管q1的基极之间的电性连接点连接；集电极经磁保持继电器k的受控开关用于连接电容模块和空气开关。

其中，电阻r24的一端经隔离放大电路连接dsp的sw_rl端，当sw_rl为高电平时，开关三极管q1闭合，磁保持继电器k的电磁线圈两端产生5v压差而产生电磁感应，受控开关被吸附而闭合；当sw_rl为低电平时，开关三极管q1断开，磁保持继电器k的电磁线圈由于有续流二极管d4，所带电荷迅速被释放，受控开关被释放而断开。其中r21为限流电阻。开关三极管q1为npn型三极管；电阻r20为开关三极管q1基极和发射极的续流电阻。

如图3所示，所述采用磁保持继电器的电容切换开关还包括过零检测电路；所述过零检测电路电阻r10、电阻r11、电阻r12和光电耦合器u1；电阻r10的一端连接光电耦合器u1的发光二极管的正极，另一端连接磁保持继电器k的k1触点；电阻r11的一端连接光电耦合器u1的发光二极管的负极，另一端连接磁保持继电器k的k2触点；电阻r12的一端连接3.3v电源，另一端经光电耦合器u1的开关二极管接地；电阻r12的另一端和光电耦合器u1的开关二极管之间的电性连接点连接至dsp的隔离放大电路。

其中，光电耦合器u1采用pc817。由于pc817的发光二极管的最大耐受电流很小，则采用两个大电阻r10和r11进行限流，而输出端用电阻r12做限流处理。

当磁保持继电器k的触点k1与k2之间的电压差大于0.6v时，光电耦合器u1的发光二极管会导通，并使开关二极管导通，则q点电位为低电平；当磁保持继电器k的触点k1与k2之间的电压差小于0.6v时，光电耦合器u1的发光二极管会断开，并使开关二极管断开，则q点电位为高电平；因此dsp可以通过检测q点电位来判断继电器的磁保持继电器k的触点k1与k2的交流电压是否为零。

本实用新型通过监测控制模块对采用磁保持继电器的电容切换开关的电压电流的检测，可以使磁保持继电器的触点在开关两端交流电压为零时闭合，触点在通过其交流电流为零时断开，从而使切换电容负载时产生的涌流极小，有效的保护了开关器件及相关电路的寿命。其中，使用的磁保持继电器具有常规继电器所不具备的吸释快速性、吸释时间稳定性和吸释过程微抖动性等方面的优异机械特性。并且，价格便宜，抗过压、过流能力强。

如图4所示，所述电流采集电路包括电流互感器、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电容c1、电容c2、齐纳二极管d1、整流二极管d2和运算放大器u1a；

电流互感器的1脚和2脚分别连接在进电电路中，4脚接地；电流互感器的3脚经电阻r2接地，又经电阻r3连接至运算放大器u1a的正输入端；电阻r4的一端连接3.3v电源，另一端与电阻r3和运算放大器u1a的正输入端之间的电性连接点连接；运算放大器u1a的负输入端经电阻r5接地，又经电阻r6连接其输出端；运算放大器u1a的接地端接地，电源端连接5v电源，又经电容c2接地；运算放大器u1a的输出端经电阻r7和整流二极管d2连接dsp；电容c1和齐纳二极管的一端分别与电阻r7和整流二极管d2之间的电性连接点连接，另一端接地。

其中，电流互感器将负载电流进行线性缩小之后，转换为电压信号；但由于得到的电压信号变化范围比较小，直接送入dsp进行ad转换会产生很大的误差，因此在将电压信号经过运放进行信号放大后，再送入dsp中。其中电阻r4为上拉电阻，使得没有信号电压时，经二极管d2的负极向dsp输出高电平；电阻r5为负输入端限流电阻，电阻r6为运算放大器u1a的反馈电阻；电容c1和电容c2为滤波电容。齐纳二极管d1为4.1v/0.5w，因为dsp(tms320f2802)的ad转换支持的最大电压输入为3.3v，这里通过齐纳二极管d1进行电压钳位防止电压过大，对dsp的ad转换通道造成损害；整流二极管d2保证了只能单向导通，防止dsp对信号采集电路造成干扰。

如图5所示，所述电压采集电路包括：电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22、电阻23、电阻r25、电阻r28、电容c28和电容c32；电阻r14的一端经电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22和电阻23和电阻r25连接电阻r28的一端；电容c28并联在电阻r25的两端；电容c32并联在电阻r28的两端；电阻r14的另一端连接进电电路；电阻r23和电阻r25之间的电性连接点，以及电阻r28的另一端均连接至dsp。

其中，首先将220v左右的电压经过电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22、电阻23和电阻r25分压到700mv左右；然后经过电性连接点v3p和v3n分别将母线电压及零线电压送入dsp中；dsp通过计算将母线电压显示在屏幕上。其中，电阻r28用于v3n和v3p的相位同步。电容c28和电容c32为滤波电阻，滤除高频信号。需要说明的是，分压电阻的个数可以根据需求进行设置。

如图6所示，所述屏幕显示电路包括可变静态存储控制器fsmc和液晶屏幕；所述液晶屏幕经可变静态存储控制器fsmc与dsp连接。fsmc有16个地址端和四个控制端，可提升液晶屏幕与dsp的传输速率。可选地，所述液晶屏幕为4.7寸tftlcd显示屏。

所述通信接口电路包括相连接的第一通信转换电路和第二通信转换电路；

如图7所示，所述第一通信转换电路包括电阻r60、电阻r61、电阻r63和光电耦合器u12；光电耦合器u12的发光二极管的正极经电阻r61连接dsp，发光二极管的负极接地；光电耦合器u12的开关二极管连接12v电源，又经电阻r60接地，又经电阻r63连接第二通信转换电路；

如图8所示，所述第二通信转换电路包括信号转换模块u2、电阻r31、电阻r32、电阻r33和电容c20；信号转换模块u2的8脚连接3.3v电源，又经电容c20接地；信号转换模块u2的6脚和7脚连接第一通信转换电路；电阻r31并联在信号转换模块u2的6脚和8脚之间；电阻r32并联在信号转换模块u2的6脚和7脚之间；电阻r33并联在信号转换模块u2的5脚和7脚之间；信号转换模块u2的5脚接地；信号转换模块u2的1脚和4脚分别作为信号输出端rx和tx。

其中，本实施例采用rs485的通信方式。dsp发出的通信信号经过通信转换电路中的光电耦合器u12进行转换，以兼容dsp的3.3v的io电平，然后通过max485进行485电平转换。

需要说明的是，由于通信过程中不能存在干扰，所以通信接口电路的电源与dsp的电源采用单独的供电电源。

通过上述可知，本实用新型的模块化的智能电容补偿模块将电容模块、监测控制模块和采用磁保持继电器的电容切换开关高度集成在一起，用户可根据不同无功功率参数自由组合，示例性地，本实用新型的智能电容补偿模块一般包括三个规格参数：10kva、20kva、30kva，通过通信接口电路实现补偿模块之间的通信，接线方便，便于扩容，只需要根据现场的需求进行模块的叠加即可。同时，本实用新型实时采集进电电路的电流、电压以及补偿模块的温度，实现了实时投切、实时保护的功能。