專利名稱：晶體管直接控制電容器電流型靜止無功補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種靜止無功補(bǔ)償裝置，特別是一種用于中、低電壓變、供電場所的晶體管直接控制電容器電流型靜止無功補(bǔ)償裝置，簡稱TCC型靜止無功補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，電網(wǎng)中變壓器、電動機(jī)等感性負(fù)荷占據(jù)相當(dāng)大的比重。它們在消耗有功功率的同時(shí)，也需要吸收大量的無功功率。無功功率的出現(xiàn)不僅導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出力下降，降低了輸配電設(shè)備效率，而且還增大了網(wǎng)損，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，一方面是低壓用戶的用電量大幅增長；另一方面是廠礦單位、住宅小區(qū)、部隊(duì)營區(qū)等的配電線路更新改造的速度相對滯后，導(dǎo)致線路末端電壓遠(yuǎn)低于允許范圍，洗衣機(jī)、空調(diào)等非照明負(fù)荷難以正常工作，并對電器設(shè)備造成極大的危害。同時(shí)，由于新增電氣負(fù)載大量采用電動機(jī)、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備和電力電子裝置，對無功功率需求很大，因而導(dǎo)致線路損耗顯著增大。解決這一問題，目前主要措施是增容，即擴(kuò)大變壓器和配電線路容量，從而提高供電能力。但是，增容畢竟投資大、施工工程量大、周期長。因此，在供電設(shè)計(jì)中，通常采用無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償。但是，這些傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置在使用過程中，很難給予適度的補(bǔ)償，要么補(bǔ)償不到位，要么嚴(yán)重過補(bǔ)。晶閘管控制電抗器(TCR)型靜止無功補(bǔ)償裝置雖然可以達(dá)到補(bǔ)償?shù)囊螅沁@種(TCR)型靜止無功補(bǔ)償裝置不僅造價(jià)高、技術(shù)難度大，而且只適用于中、高電壓的大型變電場所。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種自動、快速、無級，且價(jià)格低廉、適用于中、低電壓變電場所使用的無功補(bǔ)償裝置。其技術(shù)方案是一種晶體管直接控制電容器電流型靜止無功補(bǔ)償裝置，包括晶體管開關(guān)電路、補(bǔ)償電容器和觸發(fā)控制電路，其特征是所述的晶體管開關(guān)電路由兩個(gè)晶體三極管串聯(lián)晶體二管后反向并聯(lián)構(gòu)成。其輸出的一端與電網(wǎng)相線連接，另一端與補(bǔ)償電容器連接，補(bǔ)償電容器的另一端與零線連接；晶體管開關(guān)電路的輸入端與觸發(fā)控制電路的輸出端連接。其技術(shù)效果是觸發(fā)控制電路將電網(wǎng)相線無功功率的變化，轉(zhuǎn)化成觸發(fā)信號，控制兩個(gè)反向并聯(lián)連接的晶體管的導(dǎo)通與截止角，可以將串聯(lián)在反向并聯(lián)連接的晶體管開關(guān)電路輸出電路中的補(bǔ)償電容器的電流從零調(diào)節(jié)到相應(yīng)的全額定值，使電力供電系統(tǒng)得到最佳的補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)自動、快速、無級補(bǔ)償?shù)哪康?。且其電路結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，實(shí)用性強(qiáng)，智能化程度高，免維修或少維修，成本費(fèi)用低廉。適用于各類企業(yè)單位、住宅小區(qū)等配用的中、低電壓變、供電場所。
圖面說明

圖1為本實(shí)用新型電原理圖；圖2為晶體管開關(guān)電路在不同控制角下電壓、電流波形特性圖；圖3為另一種觸發(fā)控制電原理圖。
如圖2所示，晶體管開關(guān)電路在不同控制角下電壓、電流波形特性圖。當(dāng)截止角β在0°與90°之間，即可獲得部分導(dǎo)通。當(dāng)截止角β＝90°時(shí)，其輸出電流基本上為容性正弦波，且電流Ic超前電壓90°當(dāng)截止角β＝0°時(shí)，電流Ic＝0。值得注意的是截止角β不允許在90°與180°之間！導(dǎo)通角α與截止角β是對稱于90°的，α＝180°-β，當(dāng)α＞180°-β時(shí)會造成嚴(yán)重后果，首先燒壞晶體管模塊。所以α＝180°-β是一個(gè)危險(xiǎn)值，實(shí)際電路導(dǎo)通角α′＝180°-β-Δφ，式中0＜Δφ＜180°-2φ。Δφ在范圍內(nèi)取值越大可靠性越高。在控制電路中增加了一個(gè)電容CA使觸發(fā)脈沖超前一個(gè)角度Δφ實(shí)現(xiàn)的(在單片微機(jī)控制電路中Δφ是由軟件實(shí)現(xiàn)的)。而要求主電路導(dǎo)通行成電流必須是在對稱點(diǎn)α＝180°-β，本發(fā)明的特點(diǎn)是晶體管提前在安全范圍內(nèi)導(dǎo)通，而該支路真正行成電流是靠二極管D在對稱點(diǎn)α＝180°-β時(shí)由反向截止轉(zhuǎn)變?yōu)檎驅(qū)ㄗ匀煌瓿傻摹Ｊ闺娙萜鳒?zhǔn)確平穩(wěn)接入電網(wǎng)，解決了以上問題。
實(shí)施方式如圖1所示，本例晶體管直接控制電容器電流型靜止無功補(bǔ)償裝置。晶體管開關(guān)電路由兩個(gè)晶體三極管TW1、TW2串聯(lián)晶體二管D1、D2后反向并聯(lián)構(gòu)成，本實(shí)施例采用QM500DY-H型晶體管功率模塊。其輸出的一端與電網(wǎng)相線UA連接，另一端與補(bǔ)償電容器C連接，補(bǔ)償電容器的另一端與零線連接。其輸出電路中并聯(lián)有由電感器L1和電容器C1構(gòu)成的濾波電路。晶體管TW1、TW2的基極與觸發(fā)控制電路的輸出端連接。
晶體管TW1、TW2的基極與觸發(fā)控制電路之間分別設(shè)有光電耦合器。光電耦合器TLP521-1。
觸發(fā)控制電路由互感器、變壓器、過零比較器、預(yù)設(shè)電路和單片微機(jī)構(gòu)成，過零比較器T1為LM339，其輸入端分別與變壓器B的次級和互感器L2的輸出端連接，過零比較器的輸出端分別與單片機(jī)的I/O接口連接。單片微機(jī)為51系列芯片。其I/O接口的22-28腿分別接入預(yù)設(shè)電路的百位、十位及個(gè)位撥號盤P1、P2、P3。
單片機(jī)I/O接口的1-8腿和14、16、17腿還分別通過段驅(qū)動器Q1和位驅(qū)動器Q2接入百位、十位及個(gè)位的顯示電路X1、X2、X3。
單片機(jī)第10、11腿的通訊接口可與微機(jī)連接，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
其工作過程是相線電壓、電流通過過零比較器得到兩組方波，單片機(jī)對這兩組方波的相為差φ進(jìn)行測量，根據(jù)φ值計(jì)算出功率因數(shù)COSφ值并暫存于單片機(jī)內(nèi)的存儲器中待用；同時(shí)，通過顯示電路X1、X2、X3顯示出COSφ值。預(yù)設(shè)值通過撥號盤P1、P2、P3輸入單片機(jī)與COSφ值進(jìn)行比較，若預(yù)設(shè)值大于COSφ值，單片機(jī)輸出的截止角β逐漸增大，補(bǔ)償電容器C的電流Ic也逐漸增大，電網(wǎng)相線功率因數(shù)COSφ值也隨之逐漸提高；反之，若預(yù)設(shè)值小于COSφ值，單片機(jī)輸出的截止角β逐漸減小，補(bǔ)償電容器C的電流Ic也逐漸減小，電網(wǎng)相線功率因數(shù)COSφ值也隨之逐漸降低；當(dāng)COSφ值等于預(yù)設(shè)值時(shí)，截止角β確定保持不變，從而達(dá)到一個(gè)新的平衡，實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償?shù)哪康摹?br> 觸發(fā)控制電路也可以采用一般電子電路(見圖3)。手動或自動電子觸發(fā)控制電路由電網(wǎng)相線電壓信號采集電路和電壓比較電路及電壓比較器組成，電網(wǎng)相線電壓信號采集電路1由變壓器B、電容器C2和整流器11構(gòu)成；在變壓器次級與整流器輸入電路之間串聯(lián)電容器C2的目的，在于使電流超前電壓Δφ角。電壓比較電路2為自動和手動兩個(gè)電壓比較電路自動電壓比較電路21由電阻R1和光電二極管D1組成的支路與燈泡支路并聯(lián)構(gòu)成，光電二極管與燈泡之間設(shè)有帶孔的無功電度表鈻盤23；手動電壓比較電路22由電阻R2、R4和電位器R3串連構(gòu)成；自動電壓比較電路21和手動電壓比較電路22由選擇開關(guān)K控制；電壓比較電路和電網(wǎng)相線電壓信號采集電路的輸出端分別接入電壓比較器T1的輸入端，電壓比較器的輸出端與兩個(gè)反向并聯(lián)連接的晶體管TW1、TW2開關(guān)電路的基極電路連接。
其工作過程是將選擇開關(guān)K置于自動電壓比較電路21位置時(shí)，當(dāng)電網(wǎng)相線功率因數(shù)低于100％，無功電度表鈻盤向右轉(zhuǎn)動，當(dāng)其上的小孔逐漸對準(zhǔn)光電二極管時(shí)，U1電位逐漸升高，電壓比較器T1輸出截止角β逐漸增大，電網(wǎng)相線功率因數(shù)也隨之逐漸提高，當(dāng)電網(wǎng)功率因數(shù)達(dá)到100％時(shí)，電度表鈻盤停止轉(zhuǎn)動，達(dá)到自動補(bǔ)償?shù)哪康摹⑦x擇開關(guān)K置于手動電壓比較電路時(shí)，只要調(diào)節(jié)電位器R3，U1的電位即隨之發(fā)生變動，電壓比較器T1輸出截止角β也即隨之發(fā)生變動，補(bǔ)償電容器C的電流也隨之發(fā)生變動，從而達(dá)到手動補(bǔ)償?shù)哪康摹?br> 權(quán)利要求1.一種晶體管直接控制電容器電流型靜止無功補(bǔ)償裝置，包括晶體管開關(guān)電路、補(bǔ)償電容器和觸發(fā)控制電路，其特征是所述的晶體管開關(guān)電路由兩個(gè)晶體三極管(TW1、TW2)串聯(lián)晶體二管(D1、D2)后反向并聯(lián)構(gòu)成，其輸出的一端與電網(wǎng)相線(UA)連接，另一端與補(bǔ)償電容器(C)連接，補(bǔ)償電容器的另一端與零線連接；晶體管開關(guān)電路的輸入端與觸發(fā)控制電路的輸出端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無功補(bǔ)償裝置，其特征是所述的觸發(fā)控制電路由互感器、變壓器、過零比較器、預(yù)設(shè)電路和單片微機(jī)構(gòu)成，過零比較器(T1)的輸入端分別與變壓器(B)的次級和互感器(L2)的輸出端連接，過零比較器的輸出端分別與單片微機(jī)的I/O接口連接。單片機(jī)I/O的接口還分別接入預(yù)設(shè)電路的百位、十位及個(gè)位撥號盤(P1、P2、P3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無功補(bǔ)償裝置，其特征是所述的單片微機(jī)的通訊接口與微機(jī)連接。
4.根據(jù)權(quán)利求1所述的一種無功補(bǔ)償裝置，其特征是所述的觸發(fā)控制電路由電網(wǎng)相線電壓信號采集電路和電壓比較電路及電壓比較器組成，電網(wǎng)相線電壓信號采集電路(1)由變壓器(B)、電容器C2和整流器(11)構(gòu)成；電壓比較電路(2)為自動和手動兩個(gè)電壓比較電路自動電壓比較電路(21)由電阻(R1)和光電二極管(D1)組成的支路與燈泡支路并聯(lián)構(gòu)成，光電二極管與燈泡之間設(shè)有帶孔的無功電度表鋁盤(23)；手動電壓比較電路(22)由電阻(R2、R4)和電位器(R3)串連構(gòu)成；自動電壓比較電路(21)和手動電壓比較電路(22)由選擇開關(guān)(K)控制；電壓比較電路和電網(wǎng)相線電壓信號采集電路的輸出端分別接入電壓比較器(T1)的輸入端。
專利摘要晶體管直接控制電容器電流型靜止無功補(bǔ)償裝置，屬于靜止無功補(bǔ)償裝置技術(shù)領(lǐng)域。其所要解決的技術(shù)問題是提供一種自動、快速、無級，且價(jià)格低廉的晶體管直接控制電容器電流型靜止無功補(bǔ)償裝置。其技術(shù)要點(diǎn)是一種晶體管直接控制電容器電流型靜止無功補(bǔ)償裝置，包括晶體管開關(guān)電路、補(bǔ)償電容器、濾波電路和觸發(fā)控制電路，其特征是所述的晶體管開關(guān)電路由兩個(gè)晶體三極管串聯(lián)晶體二管后反向并聯(lián)構(gòu)成，其輸出的一端與電網(wǎng)相線連接，另一端與補(bǔ)償電容器連接，補(bǔ)償電容器的另一端與零線連接；晶體管開關(guān)電路的輸入端與觸發(fā)控制電路的輸出端連接。可實(shí)現(xiàn)自動、快速、無級補(bǔ)償?shù)哪康?。其電路結(jié)構(gòu)簡單，生能可靠，智能化程度高，成本費(fèi)用低廉。適用于各類企業(yè)單位、住宅小區(qū)等配用的中、低電壓變、供電場所。
文檔編號H02J3/18GK2669450SQ0322230
公開日2005年1月5日 申請日期2003年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者蔣日升 申請人:蔣日升