專利名稱：變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于電網(wǎng)容量的增加，對(duì)電網(wǎng)無(wú)功要求也與日增加。無(wú)功電源如同有功電源一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗及安全運(yùn)行所不可缺少的部分。變壓器作為電力傳輸中的重要樞紐部分，無(wú)功平衡問(wèn)題尤為重要。當(dāng)變壓器母線側(cè)的無(wú)功平衡失調(diào)，功率因數(shù)降低時(shí)，線路損失增大，電力設(shè)備得不到合理應(yīng)用，用戶末端電壓下降。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞，系統(tǒng)解列。因此，解決好配電網(wǎng)中變壓器的無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題，對(duì)電網(wǎng)降損節(jié)能有著極為重要的意義。目前，無(wú)功補(bǔ)償控制裝置主要有三種:一是以交流接觸器作為固定電力電容器的投切執(zhí)行元件，但由于其投入時(shí)沖擊電流大，切除時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓，自身出頭易損甚至熔焊，噪聲大，設(shè)備故障率高，可靠性差，也比較容易出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償和欠補(bǔ)償問(wèn)題。二是采用晶閘管代替交流接觸器作為投切執(zhí)行元件，其保證在電壓零區(qū)附近投入電容器組，從而避免了合閘涌流的產(chǎn)生，而切斷又在電流過(guò)零時(shí)完成，避免了暫態(tài)過(guò)電壓的出現(xiàn)，這就從功能上符合了電容器的過(guò)零投切的要求，另外由于可控硅的觸發(fā)次數(shù)沒(méi)有限制，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償(響應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí))，因此適用于電容器的頻繁投切，非常適用于頻繁變化的負(fù)荷情況，相對(duì)于交流接觸器有了質(zhì)的飛躍；然而固態(tài)繼電器在應(yīng)用上有致命的弱點(diǎn):就是在通電運(yùn)行時(shí)可控硅導(dǎo)通電壓降約為IV左右，損耗很大，由于有大的功耗所以需要散熱以避免PN結(jié)的熱擊穿，為了降溫就需要使用面積很大的散熱器，甚至需要風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)。如何能夠利用上述交流接觸器和晶閘管的優(yōu)點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)投切執(zhí)行元件，同時(shí)又可以避免它們各自的缺陷成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，從而有效地實(shí)現(xiàn)變壓器感性無(wú)功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)和動(dòng)態(tài)平衡。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置，所述裝置包括:電壓/電流隔離傳感器、電壓互感器、直流變換器、控制器、斷路器、復(fù)合開(kāi)關(guān)、電力電容器組、數(shù)碼管顯示電路和狀態(tài)指示燈。優(yōu)選地，其特征在于，所述電壓/電流隔離傳感器包含三相線各自對(duì)應(yīng)的電壓/電流隔離傳感器，其用于將相線上的交流電壓和交流電流進(jìn)行隔離處理，從而轉(zhuǎn)換成能與所述控制器中的CPU兼容的相電壓信號(hào)；所述電壓互感器用于將三相電壓降壓到低壓交流電壓，以作為所述控制器中的同步相位采集電路的輸入端信號(hào)；所述直流變換器用于實(shí)時(shí)將所述電力電容器組中的各電容器殘壓值降壓后輸入到所述控制器中的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；所述控制器是所述裝置的主電路板，其進(jìn)一步包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、同步相位采集電路、CPU和光耦觸發(fā)及驅(qū)動(dòng)電路；所述斷路器用于當(dāng)變壓器發(fā)生各種故障或所述裝置出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)所述裝置進(jìn)行保護(hù)；所述復(fù)合開(kāi)關(guān)分別是三相線各自所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)均進(jìn)一步包括并聯(lián)的晶閘管和交流接觸器；所述電力電容器組是三相線各自所對(duì)應(yīng)的電力電容器組；所述數(shù)碼管顯示電路用于循環(huán)顯示三相線電力參數(shù)，該電力參數(shù)包括:電壓、電流和功率因數(shù)；以及所述狀態(tài)指示燈用于指示裝置狀態(tài)，并提供蜂鳴器報(bào)警功能，該裝置狀態(tài)包括:每條支路的投切狀態(tài)、過(guò)壓和低壓狀態(tài)。優(yōu)選地，所述CPU是ARM7芯片。優(yōu)選地，所述低壓交流電壓為6V。優(yōu)選地，每相所述電力電容器組包含N個(gè)電容，其中包括N-2個(gè)電容值均為C的電容、兩個(gè)電容值分別為C/2、C/4的調(diào)節(jié)電容。根據(jù)上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型采用復(fù)合開(kāi)關(guān)作為投切元件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多組電容器快速自動(dòng)分級(jí)投切，精度高，響應(yīng)速度快，功耗低，成本低，可靠性高，滿足了對(duì)低壓變壓器無(wú)功補(bǔ)償快速性和實(shí)時(shí)性要求。本實(shí)用新型裝置采用復(fù)合開(kāi)關(guān)作為投切元件，其工作原理是將晶閘管與交流接觸器并聯(lián)，使得在接通和斷開(kāi)的瞬間具有晶閘管過(guò)零投切的優(yōu)點(diǎn)，在正常接通期間又具有接觸器開(kāi)關(guān)無(wú)功耗的優(yōu)點(diǎn)。由于交流接觸器電阻小，因而不發(fā)熱，這樣就不用外加散熱片和風(fēng)扇，降低了成本，徹底避免了晶閘管的燒毀現(xiàn)象，真正達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置的實(shí)物示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中的變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置包括:電壓/電流隔離傳感器1、電壓互感器2、直流變換器3、控制器4、斷路器5、復(fù)合開(kāi)關(guān)6-8、電力電容器組9-11、數(shù)碼管顯示電路12和狀態(tài)指示燈13等。下面就結(jié)合圖1來(lái)詳細(xì)介紹上述各結(jié)構(gòu)模塊:電壓/電流隔離傳感器I包含三相線各自對(duì)應(yīng)的電壓/電流隔離傳感器，該傳感器的作用是將相線上的交流電壓和交流電流進(jìn)行隔離處理，從而轉(zhuǎn)換成能與控制器4中的CPU兼容的相電壓信號(hào)。電壓互感器2用于將三相電壓降壓到低壓交流電壓，大概在6V左右，以作為控制器4中的同步相位采集電路的輸入端信號(hào)。直流變換器3用于實(shí)時(shí)將電力電容器組9-11中的各電容器殘壓值(由于電容器是儲(chǔ)能元件，其在每次被切除后會(huì)保持有一定的殘余電壓)降壓后輸入到控制器4中的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中?？刂破?，即變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置的主電路板。該控制器4進(jìn)一步包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、同步相位采集電路、CPU和光耦觸發(fā)及驅(qū)動(dòng)電路等。其中，CPU可實(shí)現(xiàn)為ARM7芯片，用于處理數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和同步相位采集電路所輸入的信號(hào)，并通過(guò)光耦觸發(fā)及驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合開(kāi)關(guān)6-8的控制。對(duì)于輸配電領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，本實(shí)用新型的CPU所進(jìn)行的信號(hào)處理包括晶閘管觸發(fā)角計(jì)算、定時(shí)器計(jì)數(shù)、無(wú)功功率計(jì)算、電脈沖信號(hào)發(fā)送等，上述處理所使用的技術(shù)或方法均屬于背景技術(shù)中所介紹的公知常識(shí)，并非本實(shí)用新型的發(fā)明點(diǎn)，其發(fā)明點(diǎn)實(shí)際在于對(duì)于包括并聯(lián)的晶閘管和交流接觸器的復(fù)合開(kāi)關(guān)的使用。其中，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路用于將電壓/電流隔離傳感器I所轉(zhuǎn)換的相電壓信號(hào)和直流變換器3輸出的電容殘壓值等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU可以直接處理的數(shù)字信號(hào)。該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路一端接電壓/電流隔離傳感器I和直流變換器3的輸出端，另一端直接與CPU相連。其中，同步相位采集電路可實(shí)現(xiàn)為電壓比較器，用于將電網(wǎng)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為同頻率的方波信號(hào)，以實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)頻率。具體地，由于輸入同步相位采集電路的低壓交流信號(hào)有兩條信號(hào)線，一條是火線，一條是零線，這兩條信號(hào)線上通過(guò)電壓互感器2處理過(guò)的6V左右的交流電壓就是比較器的兩個(gè)輸入端信號(hào)，其中，零線作為參考電壓(交流0V)，火線作為需要比較的電壓。當(dāng)在交流正半周期時(shí)，火線電壓大于零線電壓，電壓比較器輸出高電平，當(dāng)在交流負(fù)半周期時(shí)，火線電壓小于零線電壓，電壓比較器輸出低電平。最終比較器輸出與交流信號(hào)同頻率的方波信號(hào)，即，交流信號(hào)通過(guò)比較器轉(zhuǎn)化成同頻率的方波信號(hào)。同步相位采集電路在檢測(cè)到變壓器母線側(cè)正弦相電壓由負(fù)到正的過(guò)零瞬間，瞬時(shí)觸發(fā)CPU外部中斷，此時(shí)CPU快速采集變壓器母線側(cè)的電流有效值。該同步相位采集電路一端接電壓互感器2的輸出端，另一端接CPU的外部中斷口。其中，光耦觸發(fā)及驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)為高速的光耦合器和NPN型三極管，該光耦合器將CPU發(fā)送的電脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換進(jìn)行隔離輸出，再經(jīng)三極管增加驅(qū)動(dòng)能力。該光耦觸發(fā)及驅(qū)動(dòng)電路一端接CPU，另一端分別與復(fù)合開(kāi)關(guān)6-8中各晶閘管的觸發(fā)端連接。斷路器5用于當(dāng)變壓器發(fā)生各種故障或裝置本身出現(xiàn)故障時(shí)，靈敏地對(duì)本裝置進(jìn)行快速保護(hù)，從而避免損壞裝置器件，保證裝置的安全運(yùn)行。復(fù)合開(kāi)關(guān)6-8分別是三相線各自所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)，均進(jìn)一步包括并聯(lián)的晶閘管和交流接觸器，其基本工作原理是:晶閘管受到該光耦觸發(fā)及驅(qū)動(dòng)電路的控制，負(fù)責(zé)控制電容器的投入和切除，交流接觸器負(fù)責(zé)保持電容器投入后的接通和切除前的切斷。當(dāng)交流接觸器投入后晶閘管就立即退出運(yùn)行，這樣就避免了可控硅元件的發(fā)熱，而當(dāng)切除時(shí)，交流接觸器先斷開(kāi)，晶閘管當(dāng)電流過(guò)零時(shí)會(huì)自然斷開(kāi)。由于晶閘管和交流接觸器構(gòu)成的復(fù)合開(kāi)關(guān)屬于現(xiàn)有技術(shù)，該復(fù)合開(kāi)關(guān)內(nèi)晶閘管與交流接觸器功能切換的具體實(shí)現(xiàn)方式此處不再贅述。這樣，由于將該晶閘管與該交流接觸器并聯(lián)，使得在接通和斷開(kāi)的瞬間具有晶閘管過(guò)零投切的優(yōu)點(diǎn)，在正常接通期間又具有交流接觸器開(kāi)關(guān)無(wú)功耗的優(yōu)點(diǎn)，徹底避免了晶閘管的燒毀現(xiàn)象，并達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。電力電容器組9-11是三相線各自所對(duì)應(yīng)的電力電容器組。變壓器消耗的無(wú)功功率一般約為其額定容量的10% 15%，根據(jù)公式Q=2 π fCU2,在每相電力電容器組的N個(gè)電容中，將此部分無(wú)功功率換算成N-2個(gè)電容值均為C的電容、兩個(gè)電容值分別為C/2、C/4的調(diào)節(jié)電容的組合形式，這樣補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)就有4N級(jí)，有效地提高了補(bǔ)償精度。數(shù)碼管顯示電路12用于循環(huán)顯示三相線的電壓、電流以及功率因數(shù)等電力參數(shù)。狀態(tài)指示燈13是裝置運(yùn)行狀態(tài)指示燈，用于指示每條支路的投切狀態(tài)以及過(guò)壓和低壓警示，并提供蜂鳴器報(bào)警功能。圖2是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置的實(shí)物示意圖。如圖2所示，附圖標(biāo)記101、102、103示出的分別是變壓器與控制器的接口，110是電壓/電流隔離傳感器，109是控制器，104是斷路器，105是復(fù)合開(kāi)關(guān)，106是電力電容器組，108是容納本實(shí)用新型裝置的柜體，而107是直流變換器。根據(jù)上述具體實(shí)施方式
介紹可知，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)多組電容器快速自動(dòng)分級(jí)投切，精度高，響應(yīng)速度快，功耗低，成本低，可靠性高，滿足了對(duì)低壓變壓器無(wú)功補(bǔ)償快速性和實(shí)時(shí)性要求。本實(shí)用新型裝置采用復(fù)合開(kāi)關(guān)作為投切元件，其工作原理是將晶閘管與交流接觸器并聯(lián)，使得在接通和斷開(kāi)的瞬間具有晶閘管過(guò)零投切的優(yōu)點(diǎn)，在正常接通期間又具有接觸器開(kāi)關(guān)無(wú)功耗的優(yōu)點(diǎn)。由于交流接觸器電阻小，因而不發(fā)熱，這樣就不用外加散熱片和風(fēng)扇，降低了成本，徹底避免了晶閘管的燒毀現(xiàn)象，真正達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
權(quán)利要求1.一種變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置，其特征在于，所述裝置包括:電壓/電流隔離傳感器、電壓互感器、直流變換器、控制器、斷路器、復(fù)合開(kāi)關(guān)、電力電容器組、數(shù)碼管顯示電路和狀態(tài)指示燈， 其中，所述電壓/電流隔離傳感器包含三相線各自對(duì)應(yīng)的電壓/電流隔離傳感器，其用于將相線上的交流電壓和交流電流進(jìn)行隔離處理，從而轉(zhuǎn)換成能與所述控制器中的CPU兼容的相電壓信號(hào)； 所述電壓互感器用于將三相電壓降壓到低壓交流電壓，以作為所述控制器中的同步相位采集電路的輸入端信號(hào)； 所述直流變換器用于實(shí)時(shí)將所述電力電容器組中的各電容器殘壓值降壓后輸入到所述控制器中的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路； 所述控制器是所述裝置的主電路板，其進(jìn)一步包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、同步相位采集電路、CPU和光耦觸發(fā)及驅(qū)動(dòng)電路； 所述斷路器用于當(dāng)變壓器發(fā)生各種故障或所述裝置出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)所述裝置進(jìn)行保護(hù)； 所述復(fù)合開(kāi)關(guān)分別是三相線各自所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)均進(jìn)一步包括并聯(lián)的晶閘管和交流接觸器； 所述電力電容器組是三相線各自所對(duì)應(yīng)的電力電容器組； 所述數(shù)碼管顯示電路用于循環(huán)顯示三相線電力參數(shù)，該電力參數(shù)包括:電壓、電流和功率因數(shù)；以及 所述狀態(tài)指示燈用于指示裝置狀態(tài)，并提供蜂鳴器報(bào)警功能，該裝置狀態(tài)包括:每條支路的投切狀態(tài)、過(guò)壓和低壓狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置，其特征在于，所述CPU是ARM7芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置，其特征在于，所述低壓交流電壓為6V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置，其特征在于，每相所述電力電容器組包含N個(gè)電容，其中包括N-2個(gè)電容值均為C的電容、兩個(gè)電容值分別為C/2、C/4的調(diào)節(jié)電容。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種變壓器感性無(wú)功功率有級(jí)控制裝置。本實(shí)用新型采用復(fù)合開(kāi)關(guān)作為投切元件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多組電容器快速自動(dòng)分級(jí)投切，精度高，響應(yīng)速度快，功耗低，成本低，可靠性高，滿足了對(duì)低壓變壓器無(wú)功補(bǔ)償快速性和實(shí)時(shí)性要求。
文檔編號(hào)H02J3/18GK203039374SQ201320002830
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者宋宏偉, 王啟銀, 王曉強(qiáng), 王旭 申請(qǐng)人:山西省電力公司大同供電分公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司