一种投切电容器组的2控3简化预充电同步开关电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种投切电容器组的2控3简化预充电同步开关电路，用于电网电能质量治理工程中，可以实现对电容器组的快速无冲击电流投入和电流过零时切除，切除电流同步开关上承受的电压最高为电网线电压的峰峰值，属于电力系统的无功补偿和谐波滤波技术领域。
【背景技术】
[0002]发明专利:“一种投切电容器组的2控3预充电相控开关电路”，专利号:200910076776.0，有如下好处:克服晶闸管投切电容器组(TSC)的价格高，耗能大的缺点；突破常规相控开关的速度慢的限制，将动作时间缩短，由打开到闭合完成一次动作，时间在I秒钟内，闭合不产生电流冲击，打开电流为零；减少传统的三相相控开关采用三个独立开关的结构，只采用两只独立的开关就完成了三相开闭动作，称为2控3 ;对电容器组预充电，在电压的峰点投切开关，开关精度比传统相控开关低，效果比传统相控开关好，这意味着成本低，质量高，用户好接受。节能环保，没有能耗，符合时代要求。
[0003]但是，该专利存在开关断开时开关两端电压高的问题，该专利中，两只给电容器组预充电的相控开关组成3相开关，在每只相控开关旁边，并联连接着高压硅堆二极管与高压限流电阻的串联电路，达到对电容器组预充电的作用。由于采用了两只预充电电路，造成说明书附图的图7所示Kl开关打开1ms后Kl开关两端最高电压为电网线电压有效值的3.4倍，高于电网线电压的峰峰值，图4所示K2开关打开时1ms后K2开关两端最高电压为电网线电压有效值的3倍，正常，(由于有电抗器开关上的电压不是2*1.414倍线电压值)，机械开关打开时候开关同样也存在着弹跳，开关弹跳使得开关触点的间距变小，开关打开1ms的时候开关的电压为最高值，再遇到开关弹跳，极容易发生重燃危险。分析产生的原因为该专利由于相控开关旁的两只高压硅堆二极管的阴极均接在开关的电源侧，或者两只高压硅堆二极管的阳极均接在开关的电源侧这种结构造成的。在K2开关打开时必然产生电网线电压的有效值的3.4倍电压。如果结构变化，一只预充电二极管的阴极接在开关的电源侧，另一只预充电二极管的阳极接在开关的电源侧，则开关打开时电容器组中有一相电容器有断续交流电流，开关断不开，这种结构行不通。
[0004]2控3电路在实际生产中应用很多，测量了多家2控3投切电容器产品，包括符合复合开关、同步开关，都发现存在开关打开时某相开关最高电压为电网线电压有效值的3.4倍，发生触点粘连现象。
[0005]克服上述投切电容器组的2控3预充电相控开关电路打开时电压过高的缺点，可以采用专利“基于同步预充电开关投切电容器组的装置”，专利号:201210468939.1，该专利采用单极同步开关Kl和两极同步开关K2与电容器组串联连接到三相电网电压，单极同步开关Kl和两极同步开关K2的主触点两端并联连接着预充电电路1，2，3，该专利具有在背靠背投切电容器组时无涌流，电流过零断开，开关动作为秒级，装置绿色节能的优势。特别是开关在打开时每个开关触点承受相电压，不是线电压，相电压的1.732倍是线电压，所以，开关触点的电压低，不会发生重燃故障。但是，该专利采用了 3个同步开关，在有些应用场合，只能采用2控3形式的2个同步开关，这样，就提出了是否在2控3电路中开关停止时可以不承受3.4倍高的电压，只承受电网线电压的峰峰值即3倍的有效值线电压，同时还要具备预充电投切电容器投切精度要求不高，快速无冲击电流，节能的优势。本专利就是解决这个技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明提出了一种投切电容器组的2控3简化预充电同步开关电路，在两个同步开关K1、K2中，只在一个同步开关Κ2配置预充电电路5，另一同步开关Kl不配置预充电电路，预充电电路由两个简化为一个，每个同步开关Κ1、Κ2上安装着开关电压检测模块4的一组，检测开关的过零点和投切状态，控制模块2按照时序在一只同步开关Κ2的电压和电压变化率同时为零点理想状态下投入，在另一只同步开关Kl的电压过零点准理想状态下投入，投入电容器组无冲击电流，在特定的电流过零点打开同步开关Κ1、Κ2切除电容器，同步开关Κ1、Κ2承受的电压最多为线电压的峰峰值，投切快速间隔可以为秒级。
[0007]本发明通过以下方案实现:2控3投切电容器组的两个同步开关Κ1、Κ2中，一个同步开关Κ2配置预充电电路5，另一同步开关Kl不配置预充电电路，每个同步开关上安装着开关电压检测模块4，电容器组的电抗器L电式容器C接成三角形结构型式，同步开关Κ1、Κ2的输入端接在三相电网电源的两相上，输出端与三角形结构型的电容器组的两个角点连接，电容器组的第三个角点与三相电网电源的第三相连接，同步开关Κ1、Κ2的控制保护模块2接受来自同步电压检测模块1、开关电压检测模块4和投切命令SI的信息，按照时序在同步开关Κ2的电压和电压变化率同时为零点，在同步开关Kl的电压为零点，控制同步开关Κ1、Κ2线圈驱动模块输出，驱动同步开关Κ1、Κ2线圈，通断同步开关Κ1、Κ2，实现无冲击电流投切电容器组，其中所述同步开关Κ1、Κ2为永磁真空接触器或者永磁继电器，也可以是电磁式的真空接触器或者电磁式的继电器。
[0008]所述的在同步开关Κ2两端，并联连接着预充电电路5，预充电电路5由二极管Dl和限流电阻Rl串联连接组成，达到对电容器组的电容器C的预充电的作用，在同步开关Kl两端，没有连接预充电电路。
[0009]所述的电压检测模块4分为两组，第一组检测同步开关Kl的电压，输入接在同步开关Kl的两端，由二极管D2与光耦Ul的发光二极管的反并联再与限流电阻R3的串联电路组成，其输出I为光耦Ul的光敏放大器的集电极，输出I连接到控制保护模块2上，电压检测模块4的第二组检测同步开关Κ2的电压，第二组的输入接在同步开关Κ2的两端，由二极管D3与光耦U2的发光二极管的反并联再与限流电阻R5的串联电路组成，其输出2为光耦U2的光敏放大器的集电极，输出2连接到控制保护模块2上。电压检测模块4的功能有两个，一是检测同步开关Κ1、Κ2的过零点，二是判断同步开关Κ1、Κ2的闭合、打开状态，高、中压电网下运行，光耦Ul、光耦U2改用光纤Ul、光纤U2。
[0010]所述的电容器组的电抗器L电容器C可以是三角形连接型式，也可以是星形连接型式。
[0011]所述的同步开关Κ1、Κ2可以安装在三相电路的任意两相，预充电电路5的二极管Dl可以阳极接到电网电源上，也可以阴极接到电网电源上，同步开关Κ1、Κ2的投切时序做相应的改变，投切效果不变。
[0012]2控3电路是运行在三相电路中，电路开关只有两只，少了一只，如上所述电路运行要求时序控制非常复杂。开关投切电容器的电路形式很多，例如电容器、电抗器串联接成三角形，开关放在三角形臂内，用三只开关投切电容器，开关的运行是单相运行方式，比2控3型简单。
[0013]这种投切电容器组的2控3简化预充电同步开关电路，应用电容器组的预充电技术和开关电压检测技术，按照时序在一只同步开关的电压和电压变化率同时为零点理想状态下投入，在另一只同步开关的电压过零点准理想状态下投入，投入电容器组无冲击电流，在特定的电流过零点切除电容器，同步开关承受的电压最多为线电压的峰峰值，投切快速间隔可以为秒级，电路简单，成本低，占空间少，效果好，该发明尤其适合大量应用的400V “智能电容器”中的2控3型共补开关。
【附图说明】
[0014]图1:投切三角形连接电容器组的2控3简化预充电同步开关电路电路图
[0015]图2:电压检测模块4的电路图
[0016]图3:两次投切同步开关Kl电流、电压工作波形图
[0017]图4:两次投切同步开关K2电流、电压工作波形图
[0018]图5:同步开关Kl电流、同步开关K2电流一次投切动作波形图
[0019]图6:投切星形连接电容器组的2控3简化预充电同步开关电路电路图
【具体实施方式】
[0020]通见图1-6。
[0021]请见图1-图5:2控3投切电容器组的两个同步开关K1、K2中，一个同步开关K2配置预充电电路5，另一同步开关Kl不配置预充电电路，每个同步开关上安装着开关电压检测模块4，电容器组的电抗器L电式容器C接成三角形结构型式，同步开关K1、K2的输入端接在三相电网电源的两相上，输出端与三角形结构型的电容器组的两个角点连接，电容器组的第三个角