專利名稱：電機動態(tài)無功補償濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電器，特別是針對電機動態(tài)無功補償濾波的一種電機動態(tài)無功補 償濾波裝置。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的發(fā)展和能源的緊缺，如何更有效的節(jié)能已經(jīng)是目前各行業(yè)都在關(guān)注的 問題，有效合理的使用能源是促進企業(yè)發(fā)展，提高企業(yè)經(jīng)濟增長質(zhì)量，增加效益的有效途 徑。在工礦企業(yè)中，各種生產(chǎn)機械設(shè)備大多是由電機提供動力的，因此重視電機節(jié)電有重大 實際意義。油田、礦山、化工、建材、電梯等行業(yè)場合采用的電機在實際運行中經(jīng)常處于輕 載、空載狀態(tài)，其功率因數(shù)普遍較低，這就增加了線損和電機本身損耗。在規(guī)定的用電范圍 內(nèi)，凡負(fù)載的功率因數(shù)低于電網(wǎng)規(guī)定的功率因數(shù)時，用戶就必須進行無功補償，以提高負(fù)載 的功率因數(shù)，保證電網(wǎng)和負(fù)荷高效經(jīng)濟運行。加入無功補償措施能帶來很多好處，如減少線路損失，提高供配電的負(fù)荷能力，降 低線路電壓的損失，改善用戶設(shè)備運行條件，減少用戶電費支出，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。電機在運行中依靠磁場傳遞進行能量轉(zhuǎn)換而工作，屬感性負(fù)荷，工作過程會產(chǎn) 生的大量諧波電流對電網(wǎng)造成污染，進一步增加損耗。長期以往不僅影響線路負(fù)載的壽命， 而且造成大量電能的無用耗費。按供電要求進行的補償大部分采用集中固定式補償，不能根據(jù)用電負(fù)荷的變化及 時的進行快速調(diào)整，由于電機通常處于線路的末端，導(dǎo)致線路上的電能損耗過大，補償效果 比較差。同時集中補償往往控制電路簡單，不能快速檢測分析線路諧波含量，沒有相應(yīng)的諧 波處理措施，不僅不能有效的控制諧波含量，還有可能進一步造成諧波被放大，影響電機及 其他設(shè)備的安全使用及壽命。
發(fā)明內(nèi)容針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本實用新型之目的就是提供一種電機動態(tài) 無功補償濾波裝置，可有效解決通過微電腦邏輯程序控制技術(shù)控制大功率、高耐壓、無噪 音、長壽命新型電子智能控制器動態(tài)平滑切換電力補償電容器及濾波電抗器，達到抑制諧 波、補償無功的問題。本實用新型解決的技術(shù)方案是，采用微電腦(microcontroller，MCU)邏輯程序控 制技術(shù)，實時檢測補償對象的電壓和電流、諧波分量，經(jīng)高速信號處理器采樣運算計算出各 種電能參數(shù)；采用大功率、高耐壓新型電子智能控制器為瞬間通斷的開關(guān)元件，根據(jù)當(dāng)前電 機線路運行狀態(tài)動態(tài)平滑切換補償電容器與濾波電抗器，濾除電網(wǎng)中最大的諧波分量，提 高功率因數(shù)，從而達到抑制諧波，補償無功的目的，據(jù)此，本實用新型包括有殼體及裝在殼 體內(nèi)的電子智能控制電路、電能信號處理電路，電子智能控制電路的三相A、B、C輸入端經(jīng) 電源接觸器與電能信號處理電路并聯(lián)，電子智能控制電路的三相線路A、B、C輸入端經(jīng)第一 電流互感器接第一電壓采集電路(器)、電能數(shù)字處理器及第二電流互感器，電能數(shù)字處理器接第一微處理器，第一微處理器經(jīng)第二電壓采集電路接第二電流互感器，第二電流互感 器接第一濾波電抗器，第一濾波電抗器接第一高壓電子開關(guān)，第一高壓電子開關(guān)接第一電 力電容器組及第一微處理器；電能信號處理電路的三相線路A、B、C經(jīng)第三電流互感器接電 子數(shù)字處理芯片，電子數(shù)字處理芯片經(jīng)串聯(lián)的第一通訊接口、第二微處理器和隔離器接驅(qū) 動器，驅(qū)動器接第二濾波電抗器、第二高壓電子開關(guān)和電源接觸器。本實用新型電機無功補償裝置經(jīng)過高速信號處理器采樣運算計算出各種電能參 數(shù)；采用大功率、高耐壓新型電子智能控制器為瞬間通斷的開關(guān)元件，根據(jù)當(dāng)前電機線路 運行狀態(tài)動態(tài)平滑切換補償電容器與濾波電抗器，濾除電網(wǎng)中最大的諧波分量，提高功率 因數(shù)，與較傳統(tǒng)的單純依靠變頻控制或單純依靠有源電力濾波，諧波抑制、無功補償技術(shù)相 比，本裝置節(jié)能效率有明顯提高。

圖1為本實用新型的電子智能控制電路結(jié)構(gòu)圖。圖2為本實用新型的無功補償控制、處理、保護、電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作詳細(xì)說明。由附圖1-2所示，本實用新型包括有殼體及裝在殼體內(nèi)的電子智能控制電路、電 能信號處理電路，電子智能控制電路的三相A、B、C輸入端經(jīng)電源接觸器13與電能信號處理 電路并聯(lián)，電子智能控制電路的三相線路A、B、C輸入端經(jīng)第一電流互感器8 (第一電流互 感器由3個組成)接第一電壓采集電路(器)3、電能數(shù)字處理器2及第二電流互感器7 (第 二電流互感器由3個組成)，電能數(shù)字處理器2接第一微處理器1，第一微處理器1經(jīng)第二電 壓采集電路(器)9接第二電流互感器7，第二電流互感器7接第一濾波電抗器6，第一濾波 電抗器6接第一高壓電子開關(guān)5，第一高壓電子開關(guān)5接第一電力電容器組4及第一微處理 器1 ；電能信號處理電路的三相線路A、B、C經(jīng)第三電流互感器14 (第三電流互感器由3個 組成)接電子數(shù)字處理芯片23，電子數(shù)字處理芯片(ATT7022型)23經(jīng)串聯(lián)的第一通訊接口 (MCU)18、第二微處理器24和隔離器21接驅(qū)動器29，驅(qū)動器29接第二濾波電抗器28、第二 高壓電子開關(guān)27和電源接觸器13。為了保證使用效果，所說的電子數(shù)字處理芯片(ATT7022型)23的1、2、3腳分別接 第三電流互感器14，4、5、6腳分別接電壓互感器15 (電壓互感器由3個組成)，7腳經(jīng)時鐘 17接第二微處理器24的1腳；所說的第二微處理器24的2腳接濾波電流采集電路22的1腳，濾波電流采集電 路22的2、3、4腳接第四電流互感器16 (第四電流互感器由3個組成)；所說的第二濾波電抗器28的1、2、3腳分別接第四電流互感器16，4、5、6腳分別接 第二高壓電子開關(guān)27的1、2、3腳，第二高壓電子開關(guān)27的4、5、6腳分別接第二電力電容 器組26的1、2、3腳，第二高壓電子開關(guān)27上有開關(guān)電源多路輸出20 ；所說的第二微處理器24的3腳上有第二通訊接口(1 232)19，4腳接鍵盤25，5腳 接風(fēng)扇11，6腳接溫度傳感器12，7腳接液晶顯示器10。由上述結(jié)構(gòu)可以看出，本實用新型是電子三相輸入線路上A、B、C裝接有電流互感器a、b、c及電壓采集電路，當(dāng)采集到的電流和電壓信號后通過電能數(shù)字處理芯片與微處理 器進行數(shù)據(jù)處理。在三相電路上另接有一套反饋采樣系統(tǒng)，它通過電流互感器U、V、W、濾波電抗器、 高壓電子開關(guān)、電力電容器組、電壓采集電路、連接在一起。當(dāng)電流互感器U、V、w采集到三相主干線電流，在通過電壓采集電路采集三相主干 線電壓后通過微處理器進行信號處理、反饋，然后高壓電子開關(guān)通過微處理器檢測到的信 號后進行識別判斷，最終達到一種理想的線性濾波電路模式。在三相輸入回路上并聯(lián)有源電力濾波數(shù)字處理控制電路。一方面通過電流互感 器，將檢測到的負(fù)載電流信號，經(jīng)數(shù)據(jù)處理電路，輸入到電能處理芯片；一方面通過電壓采 樣電路實時檢測三相負(fù)載電壓，同時通過微處理器實時檢測線路的諧波份量。在電機動態(tài)無功補償?shù)幕芈飞?，連接有微處理器，微處理器通過電能數(shù)字處理系 統(tǒng)、濾波電壓電流采集電路、濾波電抗器采集到三相主干線的電流、電壓、通過微處理器進 行分析處理。電能處理芯片通過接觸器驅(qū)動電路，指令電源接觸器、旁路接觸器和控制接觸器 接通或關(guān)斷、通過濾波電抗器和電力電容器將檢測到的電壓和電流信號進行運算，以調(diào)節(jié) 負(fù)載電網(wǎng)上的電壓，求得電壓的穩(wěn)定與均衡，實現(xiàn)調(diào)壓節(jié)能。所述的ATT7022 (電能數(shù)字處理器)的輸入端和輸出端分別與電流互感器相應(yīng)的 輸出端和輸入端連接。微處理器的另一輸入端與濾波電流采集電路相應(yīng)的輸出端連接。微處理器的另一輸出端與RS232相應(yīng)的輸入端連接。濾波電抗器的輸入端和輸出端分別與電流互感器相對應(yīng)的輸出端和輸入端相連接。濾波電抗器的另一輸入端與驅(qū)動器相對應(yīng)的輸出端相連接。濾波電壓電流采集電路的輸入端和輸出端與電流互感器相對應(yīng)的輸出端和輸入 端連接。驅(qū)動器的另一輸出端與高壓電子開關(guān)相對應(yīng)的輸入端連接。濾波電抗器的輸入端和輸出端與高壓電子開關(guān)相對應(yīng)的輸出端和輸入端連接。本實用新型在電機動態(tài)無功補償電路的三相輸入回路上，裝接有源電力濾波數(shù)字 處理控制電路；在電能處理芯片與電壓采集電路上通過MCU通訊接口電路進行數(shù)據(jù)交換。 在所述電子三相輸入線路A、B、C裝接有電流互感器a、b、c、及電壓采集電路，當(dāng)采集到的 電流和電壓信號后通過電能數(shù)字處理芯片與微處理器進行數(shù)據(jù)處理。在以上所述的三相電 路上另接有一套反饋采樣系統(tǒng)，他通過電流互感器U、V、W、濾波電抗器、高壓電子開關(guān)、電 力電容器組、電壓采集電路、連接在一起。當(dāng)電流互感器U、V、w采集到三相主干線電流，在 通過電壓采集電路采集三相主干線電壓后通過微處理器進行信號處理、反饋，然后高壓電 子開關(guān)通過微處理器檢測到的信號后進行識別判斷，最終達到一種理想的線性濾波電路模 式。微電腦處理器將采集到理想線性濾波電路模式的信號進行解析、定性，然后根據(jù)當(dāng)前 電機線路運行狀態(tài)進行動態(tài)平滑切換電力電容器與濾波電抗器，濾除電網(wǎng)中最大的諧波分 量，提高功率因數(shù)，從而達到抑制諧波，補償無功的目的。本實用新型是專用于電機節(jié)能的系統(tǒng)裝置。在三相主干線A、B、C為交流電的輸入端，U、V、W為節(jié)電輸出端。在三相輸入回路上并聯(lián)有源電力濾波數(shù)字處理控制電路。一方 面通過電流互感器，將檢測到的負(fù)載電流信號，經(jīng)數(shù)據(jù)處理電路，輸入到電能處理芯片；一 方面通過電壓采樣電路實時檢測三相負(fù)載電壓，同時通過微處理器實時檢測線路的諧波份量。由電能處理芯片將檢測到的電壓和電流信號進行運算，通過接觸器驅(qū)動電路，指 令電源接觸器、旁路接觸器和控制接觸器接通或關(guān)斷、通過濾波電抗器和電力電容器以調(diào) 節(jié)負(fù)載電網(wǎng)上的電壓，求得電壓的穩(wěn)定與均衡，實現(xiàn)調(diào)壓節(jié)能；為了防止外界干擾加裝了隔 離驅(qū)動電路、使接收到的信號更加穩(wěn)定，微處理器將接收到的穩(wěn)定信號經(jīng)過來自電能數(shù)字 處理芯片運算得出的諧波補償電流信號進行分析處理，該信號經(jīng)隔離驅(qū)動電路、驅(qū)動電路 放大后，得出補償電流，使濾波驅(qū)動及保護電路(IGBT模塊)工作，以控制主電路電流跟隨指 令電流的變化。補償電流與負(fù)載電流中要補償?shù)闹C波及無功電流大小相等、相位相反、相互 抵消，最終得到期望的電網(wǎng)電流，使電網(wǎng)電流成為與電壓同相位的正弦波，從而達到抑制諧 波，補償無功的目的。本實用新型的工作情況是，由于在電機動態(tài)無功補償?shù)幕芈飞希B接有微處理器， 微處理器通過電能數(shù)字處理系統(tǒng)、濾波電壓電流采集電路、濾波電抗器采集到三相主干線 的電流、電壓、通過微處理器進行分析處理，微處理器連接時鐘，時鐘的輸出端采集時鐘信 號，微處理器連接通訊接口的輸出端，通訊接口的輸入端連接電能數(shù)字處理器，電能數(shù)字處 理器連接電流互感器，當(dāng)電流互感器采集到主干線的電流后，經(jīng)過電能數(shù)字處理器傳送到 通訊接口，然后經(jīng)過通訊接口的輸出端傳送到微處理器進行處理，電能數(shù)字處理器連接電 壓采集模塊，把采集到的電壓傳送到電能處理模塊后通過通訊接口傳送到微處理器進行處 理，電流互感器連接濾波電抗器，把電流互感器采集到的電流信號，經(jīng)過濾波電抗器進行濾 波，并把濾波后的信號傳送給高壓電子開關(guān)，高壓電子開關(guān)通過微處理器反饋到的信號進 行電力電容器的有效切換，濾波電抗器輸入端連接驅(qū)動器的輸出端，驅(qū)動器的輸出端連接 高壓電子開關(guān)的輸入端，驅(qū)動器的輸出端連接電源接觸器的輸入端，驅(qū)動器的輸入端連接 隔離器的輸出端，隔離器的輸入端連接微處理器的輸出端，在微處理器分別連接第二通訊 接口、鍵盤、風(fēng)扇、溫度傳感器和LCD液晶顯示屏的連接情況下進行設(shè)備操作。電能信號處理電路可采用16位SPWM微處理芯片，其上的電流互感器和電壓采集 模塊分別給電能數(shù)字處理模塊提供當(dāng)前線路電流電壓情況經(jīng)微處理器進行處理。電流互感 器和電壓采集電路將采集到的信號進行分析處理，通過濾波電抗器和電力電容器組的連接 來改變微處理器發(fā)出的信號進行高壓電子開關(guān)的有效切換?？傊缮鲜銮闆r表明，本實用新型具有濾除電網(wǎng)中最大的諧波分量，提高功率因 數(shù)，從而達到抑制諧波，補償無功之功效，性能穩(wěn)定可靠，使用安全，壽命長，是電器領(lǐng)域上 的創(chuàng)新。
權(quán)利要求一種電機動態(tài)無功補償濾波裝置，包括有殼體及裝在殼體內(nèi)的電子智能控制電路、電能信號處理電路，其特征在于，電子智能控制電路的三相A、B、C輸入端經(jīng)電源接觸器(13)與電能信號處理電路并聯(lián)，電子智能控制電路的三相線路A、B、C輸入端經(jīng)第一電流互感器(8)接第一電壓采集電路(3)、電能數(shù)字處理器(2)及第二電流互感器(7)，電能數(shù)字處理器(2)接第一微處理器(1)，第一微處理器(1)經(jīng)第二電壓采集電路(9)接第二電流互感器(7)，第二電流互感器(7)接第一濾波電抗器(6)，第一濾波電抗器(6)接第一高壓電子開關(guān)(5)，第一高壓電子開關(guān)(5)接第一電力電容器組(4)及第一微處理器(1)；電能信號處理電路的三相線路A、B、C經(jīng)第三電流互感器(14)接電子數(shù)字處理芯片(23)，電子數(shù)字處理芯片(23)經(jīng)串聯(lián)的第一通訊接口(18)、第二微處理器(24)和隔離器(21)接驅(qū)動器(29)，驅(qū)動器(29)接第二濾波電抗器(28)、第二高壓電子開關(guān)(27)和電源接觸器(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機動態(tài)無功補償濾波裝置，其特征在于，所說的電子數(shù)字 處理芯片(23)的1、2、3腳分別接第三電流互感器(14)，4、5、6腳分別接電壓互感器(15)，7 腳經(jīng)時鐘(17)接第二微處理器(24)的1腳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機動態(tài)無功補償濾波裝置，其特征在于，所說的第二微處 理器(24)的2腳接濾波電流采集電路(22)的1腳，濾波電流采集電路(22)的2、3、4腳接 第四電流互感器(16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機動態(tài)無功補償濾波裝置，其特征在于，所說的第二濾波 電抗器(28)的1、2、3腳分別接第四電流互感器(16)，4、5、6腳分別接第二高壓電子開關(guān) (27)的1、2、3腳，第二高壓電子開關(guān)(27)的4、5、6腳分別接第二電力電容器組(26)的1、 2、3腳，第二高壓電子開關(guān)(27)上有開關(guān)電源多路輸出(20)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機動態(tài)無功補償濾波裝置，其特征在于，所說的第二微處 理器(24)的3腳上有第二通訊接口(19)，4腳接鍵盤(25)，5腳接風(fēng)扇(11)，6腳接溫度傳 感器(12)，7腳接液晶顯示器(10)。
專利摘要本實用新型涉及電機動態(tài)無功補償濾波裝置，有效解決微電腦邏輯程序抑制諧波、補償無功的問題，電子智能控制電路的三相A、B、C輸入端經(jīng)電源接觸器與電能信號處理電路并聯(lián)，輸入端經(jīng)第一電流互感器接第一電壓采集電路、電能數(shù)字處理器及第二電流互感器，電能數(shù)字處理器接第一微處理器、第二電壓采集電路、第二電流互感器、第一濾波電抗器、第一高壓電子開關(guān)、第一電力電容器組、第一微處理器；電能信號處理電路的三相線路A、B、C經(jīng)第三電流互感器接電子數(shù)字處理芯片、串聯(lián)的第一通訊接口、第二微處理器和隔離器接驅(qū)動器，驅(qū)動器接第二濾波電抗器、第二高壓電子開關(guān)和電源接觸器，本實用新型濾除電網(wǎng)中最大的諧波分量，提高功率因數(shù)，節(jié)能效率明顯。
文檔編號H02J3/18GK201726146SQ20102029940
公開日2011年1月26日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者孫皆寬, 馬富鵬, 馬愛剛 申請人:河南海泰科技有限公司