專利名稱:具有“無效動作”閉鎖環(huán)節(jié)的功率因數(shù)校正系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及一種具有“無效動作”閉鎖環(huán)節(jié)的用于提高電網(wǎng)功率因數(shù)的系統(tǒng)。
按照電網(wǎng)功率因數(shù)調(diào)節(jié)補(bǔ)償容量，已有技術(shù)，例如《低壓電器》1984年第1期第27頁所提出的裝置，是預(yù)先設(shè)定功率因數(shù)的給定值，給定值有一個下限值和一個上限值。當(dāng)電網(wǎng)功率因數(shù)低于下限值時，系統(tǒng)使補(bǔ)償電容器逐步投入運行;當(dāng)功率因數(shù)高于上限值時，系統(tǒng)使補(bǔ)償電容器逐步退出運行;當(dāng)功率因數(shù)處于下限值和上限值之間時，系統(tǒng)保持原狀態(tài)不變。
這種系統(tǒng)有它的缺點。若當(dāng)系統(tǒng)未投入一組電容器前電網(wǎng)功率因數(shù)低于下限值，而投入一組電容器后電網(wǎng)功率因數(shù)又高于上限值時，會出現(xiàn)反復(fù)地投退現(xiàn)象。特別是電網(wǎng)負(fù)荷下降，每次調(diào)節(jié)的補(bǔ)償容量較大時經(jīng)常出現(xiàn)上述現(xiàn)象。這時投退動作的反復(fù)出現(xiàn)對電網(wǎng)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)是無效的，稱為“無效動作”。已有技術(shù)中對處理“無效動作”問題的方法，一是延長前后動作之間的延時時間;二是降低功率因數(shù)給定值的下限值，這種方法是以降低系統(tǒng)的性能指標(biāo)為代價的。即使如此，上述兩種方法也只能在一定程度上減少“無效動作”出現(xiàn)的次數(shù)，不能從根本上消除“無效動作”。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠消除“無效動作”的用來校正電網(wǎng)功率因數(shù)的系統(tǒng)。
發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。在功率因數(shù)校正系統(tǒng)的控制電路中設(shè)置一個“無效動作”閉鎖環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)能夠隨時對系統(tǒng)是否出現(xiàn)“無效動作”進(jìn)行判斷。當(dāng)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)“無效動作”時進(jìn)行閉鎖，不再投入電容器，使系統(tǒng)在略低于功率因數(shù)給定值的下限值的狀態(tài)上運行，“等待”電網(wǎng)參數(shù)改變時再決定投否。由于發(fā)明的著眼點在于對“無效動作”進(jìn)行追捕閉鎖，因此，不延長前后動作之間的延時，不降低功率因數(shù)給定值的下限值。
本發(fā)明提出的功率因數(shù)校正系統(tǒng)可以徹底消除運行中經(jīng)常出現(xiàn)的“無效動作”，能提高補(bǔ)償電容器及開關(guān)的使用壽命，降低運行噪音。
圖1，表示具有“無效動作”閉鎖環(huán)節(jié)的功率因數(shù)校正系統(tǒng)原理框圖。其控制電路包括功率因數(shù)變換器〔1〕、模-數(shù)轉(zhuǎn)換器〔2〕、寄存器〔3〕、數(shù)字比較器〔4〕、電壓比較器〔5〕、控制邏輯電路〔6〕、脈沖發(fā)生器〔7〕、計數(shù)輸出電路〔8〕、控制部分出口繼電器1J-4J。主電路包括補(bǔ)償電容器組Ⅰ-Ⅳ、交流接觸器或斷路器1CJ-4CJ。第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組補(bǔ)償電容器組的容量比是1∶2∶4∶8，根據(jù)需要第Ⅳ組可以是1、2或4，按二進(jìn)制計數(shù)的方式調(diào)節(jié)。這樣回路數(shù)少，調(diào)節(jié)的階梯多。
圖2，表示控制電路中“無效動作”閉鎖環(huán)節(jié)電路，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器、寄存器和數(shù)字比較器構(gòu)成。其中，由四電壓比較器MC14574及電阻網(wǎng)絡(luò)組成快速四位二進(jìn)制模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，將滯后的功率因數(shù)模擬量變換成數(shù)字量，在每投一組電容器前由Z1和CP2端控制，將該數(shù)字量寄存在寄存器MC14076中。數(shù)字比較器MC14585將模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出與寄存器中的數(shù)值隨時進(jìn)行比較。當(dāng)系統(tǒng)切除一組電容后又要投入一組電容時，若此時的功率因數(shù)值與上次投時的功率因數(shù)值相等，則電路判定再投必然是“無效動作”，會出現(xiàn)反復(fù)地投退現(xiàn)象，因此電路閉鎖不投，在該功率因數(shù)上繼續(xù)運行，“等待”電網(wǎng)參數(shù)改變時再決定投否。圖中，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出分別與寄存器MC14076的輸入端D0、D1、D2、D3及數(shù)字比較器MC14585的輸入端B0、B1、B2、B3相連接，寄存器MC14076的輸出端Q0、Q1、Q2、Q3分別與數(shù)字比較器MC14585的輸入端A0、A1、A2、A3相連接。圖2中，寄存脈沖是投控制信號Z1和計數(shù)脈沖的邏輯與，即Y=Z1CP2=
Z1CP2電路中，將Z1和CP2送給與非門，再經(jīng)反向器后控制寄存器MC14076的CP端。
“無效動作”閉鎖信號H的產(chǎn)生條件是后退脈沖過后直到下次脈沖到來前這段時間的電路狀態(tài)(邏輯代號P)與上次投時寄存的CoSφ值和此刻CoSφ值相等(邏輯代號W)，兩者同時存在，即H＝PW實施電路是將邏輯功能端P和W送給與非門，在其輸出端得到H。
圖3，表示控制電路中用來檢測電網(wǎng)電壓的電路。電壓控制環(huán)節(jié)必須符合電容器的運行規(guī)程。規(guī)程規(guī)定，電容器可在5%過電壓下長期運行，在10%過電壓下短時運行。因此電壓檢測環(huán)節(jié)設(shè)兩級。圖中V+為基準(zhǔn)電壓，Usr為輸給比較器的采樣輸入電壓，R15，R16，R17的配置使電源電壓上升到1.05Ve時比較器1翻轉(zhuǎn)，
F端輸出低電平，升到1.10Ve時比較器2翻轉(zhuǎn)，
M端輸出低電平。
圖4，表示用來檢測電網(wǎng)功率因數(shù)的功率因數(shù)變換器電路。其中AC端通過電壓互感器接電網(wǎng)A相和C相。LHb是測量系統(tǒng)B相總電流的電流互感器，R0是電流互感器二次側(cè)負(fù)載電阻，阻值取2歐姆。R118是限制輸給晶體管T101基極電流的限流電阻。當(dāng)電網(wǎng)功率因數(shù)滯后時，端電位(1)高于端電位(2)，當(dāng)功率因數(shù)超前時，端電位(1)低于端電位(2)。電阻R105、R106的設(shè)置，使得電網(wǎng)功率因數(shù)低于下限值(例如滯后0.96)時，比較器IC1翻轉(zhuǎn)，E端輸出高電平。電阻R107、R108的設(shè)置，使得電網(wǎng)功率因數(shù)高于上限值(例如超前0.995)時，比較器IC2翻轉(zhuǎn)L端輸出高電平。圖中，F(xiàn)1、F2是兩只反向器，DW101、DW102是兩只反向限制輸給比較器電壓，正向鉗制電位的穩(wěn)壓二極管，Usc是滯后功率因數(shù)模擬量的輸出端。
圖5，表示控制邏輯、脈沖發(fā)生器和可逆計數(shù)器電路。為分析方便，將計數(shù)脈沖、投控制信號、退控制信號和電路狀態(tài)信號的產(chǎn)生分別介紹如下(1)計數(shù)脈沖的產(chǎn)生在本系統(tǒng)中，電路的動作與多種因數(shù)有關(guān)，而動作的形式則只有兩種投電容器和退電容器。為了用較少的回路數(shù)獲得較多的調(diào)節(jié)階梯，系統(tǒng)采用四位二進(jìn)制計數(shù)的方式控制輸出。當(dāng)把15塊電容器按1∶2∶4∶8的組合由一個可逆計數(shù)器來控制時，可得到16個階梯的調(diào)節(jié)。圖5中，MC14516是一只四位二進(jìn)制可逆計數(shù)器，+/-控制端M由“投”邏輯功能端Z1控制。當(dāng)Z1為高電平時進(jìn)行加計數(shù)，Z1為低電平時進(jìn)行減計數(shù)。計數(shù)脈沖由單結(jié)晶管T102組成的弛張振蕩器產(chǎn)生，并經(jīng)T103整形。計數(shù)器的加、減計數(shù)均需CP脈沖觸發(fā)，因此CP脈沖產(chǎn)生的條件是Y=Z1+Z2=
Z1Z2式中，Z2為退邏輯控制信號。實施電路中，是將
Z1和
Z2輸給與非門，輸出則為邏輯Y。當(dāng)Y為高電平時，二極管D108起隔離作用，由T102組成的振蕩電路工作，輸出脈沖。當(dāng)Y為低電平時，D108的鉗位作用將T102的射極電位拉低，振蕩停止，沒有脈沖輸出。
(2)“投”邏輯控制信號Z1產(chǎn)生的條件①COSφ值是否滯后于0.96，滯后時投;
②電網(wǎng)電壓是否高于1.05Ve，高于時不投;
③全投閉鎖是否起動，起動時不投;
④是否可能是“無效動作”，是“無效動作”時不投。
其邏輯真值表如表1。由表1可得到邏輯表達(dá)式
Z1＝E
FGH本功能的實施，是將E、
F、
G、
H輸入與非門，其輸出端為
Z1，再經(jīng)反相器得到Z1。
(3)“退”邏輯控制信號Z2產(chǎn)生的條件①COSφ值是否超前1.0，超前時退;
②電網(wǎng)電壓是否高于1.10Ve，高于時退;
③全退閉鎖是否起動，起動時不退。
其邏輯真值表如表2，由表2可得到邏輯表達(dá)式Z2=
LM
N+L
MN+LM
N
本功能的實施，是將L、
M、
N輸入一只與非門，M、
N輸入另一只與非門，然后將這兩只與非門的輸出輸進(jìn)第三只與非門，在其輸出端得到Z2。
(4)電路狀態(tài)的記憶由JK觸發(fā)器MC14027實現(xiàn)。當(dāng)退控制信號Z2與CP脈沖同時出現(xiàn)后，電路記憶“退后”狀態(tài)，Q端輸出高電平，邏輯代號為P。當(dāng)投控制信號Z1與CP脈沖同時出現(xiàn)后，電路記憶“投后”狀態(tài)，Q端輸出低電平。
本功能的實施，是將JK觸發(fā)器的J端與Z2相連，K端與Z1相連，輸出端Q即送出邏輯P。
圖6，表示控制部分輸出執(zhí)行電路。由八只晶體管T104～T111構(gòu)成四組復(fù)合管拖動控制電路的四只出口繼電器1J～4J。電路的輸入端接可逆計數(shù)器的輸出。電路的輸出晶體管的集電極電位經(jīng)分壓后反饋給控制邏輯電路。
發(fā)明的實施例將圖4中的A C端通過電壓互感器接入電網(wǎng)，同時使系統(tǒng)B相總電流從電流互感器LHb的初級通過。將圖4中的E端和L端及圖3中的
M端和
F端分別與圖5控制邏輯電路中的E、L、
M、
F端對應(yīng)連接。將圖2中的P、
H、Z1、CP2端分別與圖5中的P、
H、Z1、CP2端對應(yīng)連接。將圖5中的三個
N端連通，兩個
G端連通。將圖4中的輸出端Usc與圖2中的Usr連接。將圖6執(zhí)行電路中的輸入端自上至下分別與圖5中可逆計數(shù)器的輸出端QA、QB、QC、QD對應(yīng)連接。將圖6執(zhí)行電路的輸出端自左至右分別與圖5中控制邏輯的輸入端自左至右對應(yīng)連接。
系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，若電網(wǎng)功率因數(shù)低于功率因數(shù)給定值的下限(例如滯后0.96)，則系統(tǒng)控制交流接觸器，將補(bǔ)償電容器逐步投入電網(wǎng)運行，直到電網(wǎng)功率因數(shù)不低于給定值的下限。若電網(wǎng)功率因數(shù)高于功率因數(shù)給定值的上限(例如超前0.995或1.0)，則系統(tǒng)使補(bǔ)償電容器逐步退出運行，直到電網(wǎng)功率因數(shù)不高于給定值的上限。當(dāng)系統(tǒng)切除一組電容后又要投入一組電容器時，若此時的功率因數(shù)值與上次投時的功率因數(shù)值相等，則電路判定再投必然是“無效動作”，會出現(xiàn)反復(fù)地投退現(xiàn)象，因此電路閉鎖不投，在該功率因數(shù)上繼續(xù)運行，等待電網(wǎng)參數(shù)改變時再決定投否。電路將完全按照邏輯功能真值表1和表2制定的規(guī)程自動校正電網(wǎng)功率因數(shù)。
權(quán)利要求
具有“無效動作”閉鎖環(huán)節(jié)的功率因數(shù)校正系統(tǒng)1、一種用于自動校正電網(wǎng)功率因數(shù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由功率因數(shù)變換器、電壓比較器、控制邏輯、脈沖發(fā)生器和可逆計數(shù)器組成的控制電路以及由補(bǔ)償電容器和開關(guān)組成的主電路構(gòu)成。其特征在于控制電路中有一個“無效動作”閉鎖環(huán)節(jié)以及相應(yīng)的邏輯控制電路。
2.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于有一個由模一數(shù)轉(zhuǎn)換器、寄存器和數(shù)字比較器構(gòu)成的“無效動作”閉鎖環(huán)節(jié)。
3.如權(quán)利要求
2所述的系統(tǒng)，其特征在于由四電壓比較器MC14574及電阻網(wǎng)絡(luò)組成的模一數(shù)轉(zhuǎn)換器，其輸出端分別與寄存器MC14076的輸入端D0、D1、D2、D3及數(shù)字比較器MC14585的輸入端B0、B1、B2、B3相連接，寄存器MC14076的輸出端Q0、Q1、Q2、Q3分別與數(shù)字比較器MC14585的輸入端A0、A1、A2、A3相連接。寄存控制信號由“投”控制邏輯Z1及脈沖CP2通過一個與非門和反向器加到寄存器MC14076的CP端。
4.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于如圖5所示的控制邏輯電路。將邏輯功能端E、
F、
G、
H輸入與非門，該與非門輸出為
Z1，再經(jīng)反向器后得到Z1。將邏輯功能端L、
M、
N輸入一只與非門，M、
N輸入另一只與非門，然后將這兩只與非門的輸出送入第三只與非門，在其輸出端得到Z2。將
Z1和
Z2輸給與非門，由其輸出端通過二極管D108控制脈沖發(fā)生器?？赡嬗嫈?shù)器MC14516M端由Z1控制。JK觸發(fā)器MC14027的J端與Z2相連，K端與Z1相連，由脈沖CP2觸發(fā)，其輸出端代表邏輯P。
專利摘要
一種具有“無效動作”閉鎖環(huán)節(jié)的用于自動校正電網(wǎng)功率因數(shù)的系統(tǒng)。由功率因數(shù)變換器、模—數(shù)轉(zhuǎn)換器、寄存器、數(shù)字比較器、電壓比較器、控制邏輯、可逆計數(shù)器等組成的控制電路和由補(bǔ)償電容器與開關(guān)組成的主電路構(gòu)成?？刂齐娐分性O(shè)置一個能夠有效地防止調(diào)節(jié)補(bǔ)償容量時所出現(xiàn)的反復(fù)投、退現(xiàn)象的“無效動作”閉鎖環(huán)節(jié)以及相應(yīng)的邏輯控制電路。
文檔編號G05F1/70GK85100197SQ85100197
公開日1985年9月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者孫興民 申請人:孫興民導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan