CN101577430A - 功率因数补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种功率因数补偿装置，其包括：一电源单元，用以为电子元件提供电力；一电压采集单元，其从相线上获取实时的电压信号并转为相线电压取样信号；一电流采集单元，其从所述的相线上获取实时的电流信号并转为相线电流取样信号；一模拟/数字转换单元，其将所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号分别转换为与各自对应的频率信号输出；一处理单元，其将所述的频率信号分别转换为对应的实时的电压值和电流值，并计算出有功功率、无功功率以及功率因数值，在所述的功率因数值低于预设阈值时，输出控制信号；一补偿单元，其接收所述的计量处理单元的控制信号，实现对相线的功率因数补偿。

Description

功率因数补偿装置

技术领域

本发明涉及的是一种对电力系统进行无功补偿的装置，特别涉及的是一种通过直接从电力线上过去电压值、电流值并经过计算实现准确可靠的功率因数补偿装置。

背景技术

电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。随着大量感性负荷的迅猛增长，电力供电系统提供的电能质量变差，线路上的电压降落和功率损耗增大，不仅影响了用户的正常生产、生活，还给电力部门造成经济损失。这种现象不仅存在于低压配网在高压供电线路上也是存在的，是在高压线路。因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。减少了无功功率在电网中的流动，可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗，这种措施称作功率因数补偿。

无功补偿的主要目的就是提升补偿系统的功率因数。因为供电局发出来的电是以KVA或者MVA来计算的，但是收费却是以KW，也就是实际所做的有用功来收费，两者之间有一个无效功率的差值，一般而言就是以KVAR为单位的无功功率。大部分的无效功都是电感性，也就是一般所谓的电动机、变压器、日光灯......，几乎所有的无效功都是电感性，电容性的非常少见。也就是因为这个电感性的存在，造成了系统里的一个KVAR值，三者之间是一个三角函数的关系：

KVA²＝KW²+KVAR²

简单来讲，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值为零的话，KVA就会与KW相等，那么供电局发出来的1KVA的电就等于用户1KW的消耗，此时成本效益最高，所以功率因数是供电局非常在意的一个系数。用户如果没有达到理想的功率因数，相对地就是在消耗供电局的资源，所以这也是为什么功率因数是一个法规的限制。目前就国内而言功率因数规定是必须介于电感性的0.9～1之间，低于0.9，或高于1.0都需要接受处罚。因此我们必须要把功率因数控制在一个非常精密的范围，过多过少都不行。

中国专利03233221.1公开了一种智能低压无功补偿装置，包括无功补偿控制器、配变监测电能表，其还包括至少一个由空气开关、交流接触器和电容器构成的电容器模块；其中控制器的输出信号接电容器模块中交流接触器接触线圈的控制回路，配变监测电能表上的开关量输入接口和交流接触器的辅助触头连接；装置的电源由配电变压器的低压侧经电流互感器引到装置中的母线，母线上并联了避雷器，将电源分配给配变监测电能表、无功补偿控制器和各个电容器模块。但是其在确认功率因数值时，由于其自身的消耗，很难准确的控制电容器的投/切，实现无功功率的补偿；并且其仅能应用于低压配电网，无法应用于高压线路，事实上高压线路中的功率损失是更大的。同时由于存在着消耗，也会影响计量的准确性，给电力部门带来计量的损失。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得本发明。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种功率因数补偿装置，用以克服上述缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供一种功率因数补偿装置，其包括：

一电源单元，用以为电子元件提供电力；

一电压采集单元，其从相线上获取实时的电压信号并转为相线电压取样信号；

一电流采集单元，其从所述的相线上获取实时的电流信号并转为相线电流取样信号；

一模拟/数字转换单元，其将所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号分别转换为与各自对应的频率信号输出；

一处理单元，其将所述的频率信号分别转换为对应的实时的电压值和电流值，并计算出有功功率、无功功率以及功率因数值，在所述的功率因数值低于预设阈值时，输出控制信号；

一补偿单元，其接收所述的计量处理单元的控制信号，实现对相线的功率因数补偿；

较佳的，所述的电压采集单元包括：

电压采样组件，其直接从对应的相线上采集到实时的电压信号；

电压信号处理电路，其将所述的实时的电压信号进行整流转换为直流的所述的相线电压取样信号；其中，所述的电压采样组件和电压信号处理电路组数与电力线中相线的数量相一致；

较佳的，所述的电压采样组件为机械结构组件，其包括：

一导电采样件，获取电力线上实时的电压信号，其通过直接接触金属电力线或透过绝缘皮直接接触电力线芯，获取电力线上对应相线的实时电压信号；

一采样固定件，使所述的导电采样件与所述的电力线连接位置关系稳固；

较佳的，当所述的电力线具有绝缘皮时，所述的导电采样件为针齿状结构，其刺入所述的电力线与电力线芯接触；

较佳的，所述的电压采集单元包括：一电压互感器；

以及一整流取样电路，将所述的电压互感器获得的电压值转换为一直流的相线电压取样信号；其中，所述的电压互感器和整流取样电路组数与电力线中相线的数量相一致；

较佳的，所述的电压信号处理电路包括：一电压电路，其对所述的实时的电压信号进行处理产生所述的相线电压取样信号，其包括：一第一电阻、一与之串联的第一稳压管，一与所述的第一电阻并联的第三二极管，所述的第三二极管的负极与一第四二极管的正极相连接，其中所述的第一电阻的两端获得的即为所述的实时的电压信号，所述的第四二极管负极输出所述的第一电压取样信号；其中，所述的电压电路组数与电力线中相线的数量相一致；

较佳的，所述的电源单元包括：一第四电阻，其与所述的第四二极管负极串联，用以降压；

一并联的第二稳压管、第一电容用以进行稳压、滤波形成稳定的电源输出；

较佳的，所述的电源单元，其独立从相线直接获取电压，经过一整流桥进行整流处理，所述整流桥的电压输出端与一稳压电路芯片相连接；其还包括备用电源，所述的备用电源为一充电电源，通过一恒流充电电路，对其进行充电；

较佳的，所述的电流采集单元包括：一电流互感器；

以及一整流取样电路，将所述的电流互感器获得的电流值转换为一直流的相线电流取样信号；其中，所述的电流互感器和整流取样电路组数与电力线中相线的数量相一致；

较佳的，所述的电流采集单元包括：一锰铜片，其设置与相线上；

一电容器，其负极端与所述的锰铜片的一端相连接，其正极端为输出；

所述的锰铜片的另一端具有接地线；

较佳的，所述的模拟/数字转换单元包括：

一积分电路，其对同一根相线上获取的所述的相线电压取样信号，以及所述的相线电流取样信号的电压值进行积分处理，分别转换为与所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号量值各自相对应的电流信号；

一电压/频率转换电路，其接收所述的电流信号并输出与所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号量值各自相对应频率信号；其中，所述的积分电路和电压/频率转换电路组数与电力线中相线的数量相一致；

较佳的，所述的积分电路包括：

一第一积分器，其反相输入端获得所述的相线电压取样信号；

一第二积分器，其反相输入端获得所述的向线电流取样信号；

较佳的，还包括：

一并联的第五电阻和第三电容，其一并联端分别与所述的第一积分器和第二积分器的同相输入端相连接，另一端接地；

一串联的第四电容、第一二极管作为反馈防止所述的第一积分器输出发生信号漂移；

以及一串联的第五电容和第二二极管作为反馈防止所述的第二积分器输出发生信号漂移，其中所述的第一二极管与所述的第二二极管的正极串联并接地；所述的第一二极管和第四电容连接点与所述的第一积分器输出端相连，所述的第二二极管和第五电容连接点与所述的第二积分器输出端相连；

较佳的，所述的电压/频率转换电路包括：一电压/频率转换芯片，其输入端用以获得所述的电流信号；

一基准电压生成电路，其包括：一第一三极管，其集电极获取一电源信号，其基极与所述的电压/频率转换芯片基准电压输出端相连；一串联的第六电阻和第七电阻，其一端和所述的第一三极管的基极相连，另一端接地，其串联点与所述的第一三极管的发射极相连；

较佳的，所述的处理单元为一微处理器，内置有处理程序，其接收由所述的电压/频率转换芯片传输的所述的频率信号，根据比例转化为与电力线不同相线上实时电压值和实时电流值对应的数字量，通过运算获取实时的有功功率、无功功率以及功率因数值14、根据权利要求13所述的功率因数补偿装置，其特征在于：还包括：若干组光电耦合器，其数量为电力线相线数量的2倍，其输入端与所述的电压/频率转换芯片输出端相连接，其输出端与所述的微处理器的输入端相连接；

较佳的，所述的补偿单元包括：

若干组继电器，每一所述的继电器通过一三极管与所述的微处理器输出端相连接；

若干组交流接触器，通过所述的继电器的吸合/断开，实现所述交流接触器状态的改变；

若干组电容器，在与其对应的所述的交流接触器动作时而接入对应的电力线中，实现对电力系统的功率因数补偿；

较佳的，所述的补偿单元包括：

若干组复合开关，其与所述的微处理器的输出端相连接，通过所述的微处理器输出的控制信号，实现所述复合开关状态的改变；

若干组电容器，在与其对应的所述的复合开关动作时而接入对应的电力线中实现对电力系统的功率因数补偿；

较佳的，还包括：一保护单元，其在电容发热达到某一阈值时，用以切断相线，其包括：

热敏电阻组，其由热敏电阻组成，所述的热敏电阻贴设在所述电容器的表面，并与所述的微处理器输入端相连接；

一保护继电器，通过一三极管与所述的微处理器一输出端相连接；

一电磁脱扣器，在所述的保护继电器动作时，所述的电磁脱扣器动作，从而切断相线的电力供应；

较佳的，还至少包括：一存储电路，一显示电路以及一通信单元其中之一与所述的微处理器相连接，其中，所述的通信单元将所述的电能值通过无线或有线的方式传输给指定的接收装置。

附图说明

图1为本发明功率因数补偿装置的功能框图；

图2为本发明功率因数补偿装置实施例一的功能框图；

图3为本发明功率因数补偿装置实施例二的功能框图；

图4为本发明功率因数补偿装置实施例一中电压采样组件为机械结构组件的机械结构示意图；

图5为本发明功率因数补偿装置实施例一电路图第一部分示意图；

图6为本发明功率因数补偿装置实施例一电路图第二部分示意图；

图7为本发明功率因数补偿装置实施例一电路图第三部分示意图；

图8为本发明功率因数补偿装置实施例二电路图第一部分示意图；

图9为本发明功率因数补偿装置电源单元示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图1所示，其为本发明功率因数补偿装置实施例一的功能框图；其包括：

一电压采集单元1，其从相线上获取实时的电压信号并转为相线电压取样信号；一电流采集单元2，其从所述的相线上获取实时的电流信号并转为相线电流取样信号；一模拟/数字转换单元3，其分别与所述的电压采集单元1以及电流采集单元2相连接，用以将所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号分别转换为与各自对应的频率信号输出；

一处理单元4，其与所述的模拟/数字转换单元3相连接，用以将所述的频率信号分别转换为对应的实时的电压值和电流值，并计算出有功功率、无功功率以及功率因数值，在所述的功率因数值低于预设阈值时，输出控制信号；还包括：一补偿单元7，其为本发明执行功率因数补偿的执行机构，其接收所述的计量处理单元的控制信号，实现对相线的功率因数补偿。

以下根据上述的总体功能机构简图的设计思想，公开如下两个实施例，用以对上述内容进行阐述。

请参阅图2所示，其为本发明功率因数补偿装置实施例一的功能机构简图；所述的电压采集单元1包括：一电压采样组件11，其从所述的电力线0上直接采集到实时的电压信号；所述的电压采样组件11为机械结构组件，请结合图4所示，其为本发明功率因数补偿装置中电压采样组件11的机械结构放大图；其包括：一导电采样件113，获取电力线上实时的电压信号，其通过直接接触金属电力线0或透过绝缘皮01接触电力线芯02，获取电力线0上实时的电压信号；同时还需要一采样固定件，其使所述的导电采样件113与所述的电力线0连接位置关系稳固；当所述的电力线具有绝缘皮01时，所述的导电采样件113为针齿状结构，其刺入所述的电力线0与电力线芯02接触；所述的采样固定件为一螺栓111和一压线块112，通过所述的螺栓111的旋紧使压线块112压迫在所述的电力线0上，则针齿状结构的导电采样件113的尖端与所述的电力线芯02相接触，由于整个“新型电压互感器”请参见本申请人申请的前序专利(申请号：200810046623.7)，显然这种直接取电是很紧密的。

所述的电压采样组件11与一电压信号处理电路12相连接，所述的电压信号处理电路12将所述的实时的电压信号进行整流转换为直流的第一电压取样信号；以及一电源电路13，其与所述的电压信号处理电路12相连接，其将所述的电压进行稳压、滤波转换成电源电压输出。

请继续参阅图2所示，所述的电流采集单元2包括：一锰铜片21，其设置于所述的电力线0上，还包括：一整流取样电路22，其与所述的锰铜片21相连接，将所述的锰钢片21获得的电流值转换为一直流的第二电压取样信号输出。

所述的模拟/数字转换单元3包括：一积分电路31，其与所述的电压采集单元1的电压信号转换电路12以及所述的电流信号转换单元2的整流取样电路22相连接，所述的积分电路31对所述的第一电压取样信号以及所述的第二电压取样信号的电压值进行积分处理，并分别转换为与所述的电压值成正比的第一电流值和第二电流值输出，同时所述的电源单元13为其提供工作电力以及基准电压(图中所示的为独立的电源单元)；所述的模拟/数字转换单元3还包括：一电压/频率转换电路32，其与所述的积分电路31的输出端相连接，并接收所述的第一电流值和第二电流值，从而输出与所述的电压值成正比的所述第一频率信号和第二频率信号，同时所述的电源电路13为其提供工作电力以及基准电压；

最后，由于本发明的目的在于，在计算有用功率、无用功率的基础上计算功率因数值，则必然需要一整合电流、电压数据，并最终获取电能值的处理单元4，其可以为一微处理器41或嵌入式系统等任何可以设置内部处理程序的数据处理器，这里不再对其种类进行赘述，所述的微处理器41接收由所述的电压/频率转换电路32传输的所述的第一频率信号以及第二频率信号，根据比例转化为对应的电力线0上实时电压值和实时的电流值，通过乘法运算转换为实时的功率值，再通过对时间进行积分运算转换为某一指定时间段的有用功率值、无用功率值以及功率因数值；为了增加技术方案的完整性，本发明还包括：一存储电路44，其与所述的微处理器41相连接，用以存储获取的有用功率值、无用功率值以及功率因数值，同时还存储微处理器41所设置的一些预设的存储功能要求对应的数据信息，如查询日志；还可以包括：一显示电路42，其与所述的微处理器41相连接，将用户感兴趣的数值的数据显示出来，所述的显示电路42包括：显示器和驱动电路(图中未示)；为了适合远程控制和远程的数据查询，所述处理单元4还可以包括：一通信单元43，其与所述的微处理器41相连接，将所述的有用功率值、无用功率值以及功率因数值通过无线或有线的方式传输给指定的接收装置，例如这种传输方式可以采用GPRS、CDMA或者载波的方式进行远程通信传输。

为了减少对现有的高压电能计量设备的改造，从而有利于减少成本，本发明也可以与现有的电压采集设备结合进行应用，请参阅图3所示，其为本发明功率因数补偿装置实施例二的功能机构简图；其与上一实施例的差别，首先用现有的电压互感器11’来替代上述的电压采集单元1中的电压采样组件11，所述的电压互感器11’可以为电磁式电压互感器(VT)和电容式电压互感器(CVT)，其二次侧获得与电力线0与零线(地)之间实时电压相对应的电压值(存在比例系数)，所述的电压还感器11’与一电压信号处理电路12相连接，所述的电压信号处理电路12将所述的实时的电压信号进行整流转换为直流的第一电压取样信号；

其次一电流互感器21代替所述的锰铜片，其套设在所述的电力线0`(相线)上，所述的电流互感器21为现有产品，其包括：电磁式电流互感器以及电子式电流互感器，通过一次侧和二次侧线圈的耦合，获得与所述的电力线0上电流相对应的一个电流值；还包括：一整流取样电路22，其与所述的电流互感器21相连接，将所述的电流互感器21获得的电流值转换为一直流的第二电压取样信号输出，所述的第二电压取样信号的电压值与所述的电流互感器21二次侧的电流值相对应，同时也就与所述的电力线0上的电流值相对应存在比例关系，之所以把电流值通过转换变成第二电压取样信号是为了后序的电压处理转换具有一致性。

上面介绍的两种功能结构简图是本发明的两个具体实施例，实际上揭示了两种取电流和两种取电压的方法，为了获取相应的有功功率、无功功率以及功率因数值，就必须获得实时的电压值和电流值，上述的任意一种取电压方法和任一种取电流的方法都可以结合在一起实现，这里就不再赘述；以下将公开两种与上述两个功能框图实施例相对应的电路图，作为电路图其仅是针对功能框图获得的两种具体的电路结构，但是仍然可以做出许多等效变换，无论是连接关系以及元件的组成都不应该作为对本发明权利要求书要求保护范围的限定。

请参阅图5所示，其为本发明功率因数补偿装置实施例一电路图第一部分示意图；所述的电压信号处理电路包括：一第一电压电路，其对所述的实时的电压信号进行处理产生一第一电压，其包括：一第一电阻4R1、一与之串联的第一稳压管4DW，一与所述的第一电阻4R1并联的第三二极管4D1，其中所述的第一电阻4R1的两端获得的即为所述的实时的电压信号，所述的第三二极管的负极与一第四二极管4D2的正极相连接，所述的第四二极管4D2负极输出所述的第一电压取样信号；

所述的整流取样电路为：是在所述锰铜片4R的一端设置一接地线以及一电感4C11，所述的电感4C11通过一电阻4R19输出第一电流取样信号；

所述的积分电路4IC1包括：一第一积分器，其反相输入端通过一电阻4R2与所述的第四二极管的负极相连接，获得所述的第一电压取样信号，所述的电源单元的输出端与所述的积分电路4IC1的VCC端相连接，为其提供电源信号；

一第二积分器，其反相输入端通过电阻4R19与所述的整流取样电路的输出端相连接，获得所述的第二电压取样信号；还包括：一延时电路，所述的延时电路包括一对并联的第五电阻4R3和第三电容4C4，其一并联端与所述的第一积分器和所述的第二积分器的同相端连接，其另一并联端接地。

还包括：一反馈电路，其包括：一串联的第四电容4C3、第一二极管4D5作为反馈防止所述的第一积分器输出发生信号漂移；

以及一串联的第五电容4C6和第二二极管4D6作为反馈防止所述的第二积分器输出发生信号漂移，其中所述的第一二极管4D5与所述的第二二极管4D6的正极串联并接地；所述的第一二极管4D5和第四电容4C3连接点与所述的第一积分器输出端相连，所述的第二二极管4D6和第五电容4C6连接点与所述的第二积分器输出端相连；

所述的电压/频率转换电路32包括：一电压/频率转换芯片4IC2，其具有至少两个输入端INPUT1，INPUT2，通过电阻4R4、4R11分别与所述的第一积分器的输出端和第二积分器的输出端相连接，用以获得所述的第一电流信号和第二电流信号，所述的电源单元为其提供工作电压；

还包括：一基准电压生成电路，其包括：一第一三极管4Q，其集电极与所述的电源单元相连，其基极与所述的电压/频率转换芯片IC2基准电压输出端CUAREN相连；一串联的第六电阻4R16和第七电阻4R14，其一端和所述的第一三极管4Q的基极相连，另一端接地，其串联点与所述的第一三极管4Q的发射极相连；若两组光电耦合器，其数量为电力线相线数量的2倍，其输入端与所述的电压/频率转换芯片输出端相连接，其输出端与所述的微处理器的输入端相连接，其中每一组光电耦合器分别对应一相线上存在的电压信号和电流信号值。

请参阅图6所示，其为本发明功率因数补偿装置实施例一电路图第二部分示意图，其包括：对应电力线中各相线的电力信号的(此处以三相为例)的电压频率信号和电流频率信号分别传输至所述的微处理器MCU的信号输入端，所述的微处理MCU内置有处理程序，首先其根据获得的频率值转换为对应的电力线上实时电压值以及实时的电流值，并计算有用功率值、无用功率值以及功率因数值，并在对应的功率因数值低于某一预置的数值时，所述的微处理器的一输出端发出一控制信号。对于本领域技术人员而言这种程序的设置是可以根据需要编写实现的，并下载到所述的微处理器MCU中，同时为了对于数据进行管理，防止本发明在没有电力供应或是出现故障而不能获取电能值时，造成数据丢失的问题，则将所述的微处理器MCU获得的存储在有用功率、无用功率以及功率因数值一存储电路上，当然也可以根据用户需要，用所述的存储电路来存储本发明功率补偿装置的日志性数据；

还可以包括一显示电路，其与所述的微处理器MCU相连接，将有用功率值、无用功率值以及功率因数值等需要查询的数据显示出来，其包括：显示器和驱动电路(图中未示)；所述的驱动电路与所述的微处理器MCU相连接，所述的显示器与所述的驱动电路相连接，为了适合远程控制和远程的数据查询，本发明还可以包括：一通信单元，其与所述的微处理器MCU相连接，将所述的有用功率、无用功率以及功率因数值通过无线或有线的方式传输给指定的接收装置，例如可以采用GPRS、CDMA或者载波的方式进行远程通信传输。

请结合图6、阅7所示，以下描述本发明功率因数补偿装置中的补偿单元，其包括：

三组继电器J1、J2、J3，每一所述的继电器通过一三极管1Q1、1Q2、1Q3的集电极与所述的微处理器MCU输出端相连接；

以及三组交流接触器CJ1、CJ2、CJ3，通过所述的继电器J1、J2、J3的吸合/断开，实现所述交流接触器CJ1、CJ2、CJ3状态的改变；

当然本发明的对相线功率因数补偿单元还有其他的形式，如采用三组复合开关(图中未示)用以代替所述的继电器和交流接触器的组合，所述的每一复合开关与所述的微处理器MCU的输出端相连接，通过所述的微处理器MCU输出的控制信号，实现所述复合开关状态的改变；当然本领域技术人员都知晓，所述的功率因数补偿是将容性负载加入感性负载过大的电力系统中，从而提升功率因数值，因而就需要多组的电容器1C1-1C9，在与其对应的所述的复合开关动作时，而接入对应的电力线中实现对电力系统的功率因数补偿，本发明对于三相电力线采用了九组电容器1C 1-1C9，在与其对应的所述的交流接触器CJ1、CJ2、CJ3动作(或所述的复合开关的动作)时而投入/切换出对应的电力线中，实现对电力系统的功率因数补偿；为了提高系统的安全性，防止电容自身的问题对系统的安全性的影响，本发明还提供：一保护单元，其在电容器1C1-1C9发热达到某一阈值时，用以切断所有的相线的电力供应，其包括：

一热敏电阻组，其由热敏电阻RT、RT1、RT2组成，所述的热敏电阻RT、RT1、RT2贴设在指定的电容器的表面，其一端与所述的微处理器MCU输入端相连接，另一端接地；所述的热敏电阻和所述的微处理器输入端之间，设置电阻组1R9、1R10、1R11，所述的电阻组1R9、1R10、1R11的另一端与所述的电源信号相连接；

一保护继电器J4，通过一三极管1Q4与所述的微处理器MCU一输出端相连接；

一电磁脱扣器TQ，当所述的热敏电阻RT、RT1、RT2检测到所述的电容器的温度，并将其装换为对应的电压信号传输到所述的微处理器MCU，所述的微处理器MCU根据预设的温度值与获得的值相比较，在超出阈值时，发出控制信号给所述的保护继电器J4，使其产生动作，进而所述的电磁脱扣器TQ动作，从而切断相线的电力供应。

请参阅图8所示，其为本发明功率因数补偿装置实施例二的电路图第一部分示意图；其与第二个功能结构框图相对应，而与上一电路实施例的差别在于，对于电压信号采集来说：其采用的是电压互感器TV来代替直接通过电阻4R1获取电压值；通过一电流互感器TA来代替锰铜片4R以及4C11相结合取电流的模式，所述的整流取样电路为：在所述的电流互感器TA的二次侧一端连接有一二极管D7，在所述的二极管D7的正极和负极分别连接有一电阻R17和电容C5，所述的电阻R17和电容C5的另一端以及所述的电流互感器TA二次侧的另一端接地；。

请参阅图9所示，其为本发明功率因数补偿装置电源单元的示意图；用以为本发明功率补偿装置的各电气元件提供电源信号，其单独从所述的电力线上相线L和零线N(可以是电源插座)获取电压，经过整流桥3D1-3D4进行整流处理，整流后的电压进入一稳压电路芯片3IC1处理后输出；所述的电源单元还包括备用电源BT，用以在停电时作为电源为本发明功率因数补偿装置供电，其为一充电电源，因此需要一恒流充电电路3IC2，对其进行充电；所述的处理好的电压由二极管3D5或二极管3D5的负极作为输出接口输出。从而与其他各需要电源供应的元件相连接，由于电源是单独获取的，避免了给所述的电压采样单元以及电流采样单元造成干扰，造成对功率因数补偿的精度的影响。

当然参阅图8和图5所示，在本发明功率因数补偿装置实施例一、二电路图第一部分示意图中，也设计有电源单元，这里的电源单元不是独立的，借助所述的电压取样单元中取电压部分获的电压值作为基础，然后经过处理为本发明的元器件提供电源信号，所述的电源单元包括：一电阻4R20，其与所述的第四二极管负极串联，用以降压；

一并联的第二稳压管4DW1、一电容4C12用以进行稳压、滤波形成稳定的电源信号输出。

综上，本发明可以直接从所述的电力线上获取电压值和/或电流值，并且采用电压/频率转换芯片，将电压值转换为与所述的电压值和电流值存在唯一对应关系的频率信号，增强了本发明的抗干扰能力，从而使前期的对有用功率、无用功率以及功率因数值的计算更为准确了。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (19)

1、一种功率因数补偿装置，其特征在于，其包括：

一电源单元，用以为电子元件提供电力；

一电压采集单元，其从相线上获取实时的电压信号并转为相线电压取样信号；

一电流采集单元，其从所述的相线上获取实时的电流信号并转为相线电流取样信号；

一模拟/数字转换单元，其将所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号分别转换为与各自对应的频率信号输出；

一处理单元，其将所述的频率信号分别转换为对应的实时的电压值和电流值，并计算出有功功率、无功功率以及功率因数值，在所述的功率因数值低于预设阈值时，输出控制信号；

一补偿单元，其接收所述的计量处理单元的控制信号，实现对相线的功率因数补偿。

2、根据权利要求1所述的功率因数补偿装置，其特征在于，所述的电压采集单元包括：

电压采样组件，其直接从对应的相线上采集到实时的电压信号；

电压信号处理电路，其将所述的实时的电压信号进行整流转换为直流的所述的相线电压取样信号；其中，所述的电压采样组件和电压信号处理电路组数与电力线中相线的数量相一致。

3、根据权利要求2所述的功率因数补偿装置，其特征在于，所述的电压采样组件为机械结构组件，其包括：

一导电采样件，获取电力线上实时的电压信号，其通过直接接触金属电力线或透过绝缘皮直接接触电力线芯，获取电力线上对应相线的实时电压信号；

一采样固定件，使所述的导电采样件与所述的电力线连接位置关系稳固。

4、根据权利要求3所述的功率因数补偿装置，其特征在于：当所述的电力线具有绝缘皮时，所述的导电采样件为针齿状结构，其刺入所述的电力线与电力线芯接触。

5、根据权利要求1所述的功率因数补偿装置，其特征在于：所述的电压采集单元包括：一电压互感器；

以及一整流取样电路，将所述的电压互感器获得的电压值转换为一直流的相线电压取样信号；其中，所述的电压互感器和整流取样电路组数与电力线中相线的数量相一致。

6、根据权利要求2所述的功率因数补偿装置，其特征在于：所述的电压信号处理电路包括：一电压电路，其对所述的实时的电压信号进行处理产生所述的相线电压取样信号，其包括：一第一电阻、一与之串联的第一稳压管，一与所述的第一电阻并联的第三二极管，所述的第三二极管的负极与一第四二极管的正极相连接，其中所述的第一电阻的两端获得的即为所述的实时的电压信号，所述的第四二极管负极输出所述的第一电压取样信号；其中，所述的电压电路组数与电力线中相线的数量相一致。

7、根据权利要求6所述的功率因数补偿装置，其特征在于：所述的电源单元包括：一第四电阻，其与所述的第四二极管负极串联，用以降压；

一并联的第二稳压管、第一电容用以进行稳压、滤波形成稳定的电源输出。

8、根据权利要求1或6所述的功率因数补偿装置，其特征在于：所述的电源单元，其独立从相线直接获取电压，经过一整流桥进行整流处理，所述整流桥的电压输出端与一稳压电路芯片相连接；其还包括备用电源，所述的备用电源为一充电电源，通过一恒流充电电路，对其进行充电。

9、根据权利要求5或6所述的功率因数补偿装置，其特征在于：所述的电流采集单元包括：一电流互感器；

以及一整流取样电路，将所述的电流互感器获得的电流值转换为一直流的相线电流取样信号；其中，所述的电流互感器和整流取样电路组数与电力线中相线的数量相一致。

10、根据权利要求5或6所述的功率因数补偿装置，其特征在于：所述的电流采集单元包括：一锰铜片，其设置与相线上；

一电容器，其负极端与所述的锰铜片的一端相连接，其正极端为输出；

所述的锰铜片的另一端具有接地线。

11、根据权利要求1所述的功率因数补偿装置，其特征在于：所述的模拟/数字转换单元包括：

一积分电路，其对同一根相线上获取的所述的相线电压取样信号，以及所述的相线电流取样信号的电压值进行积分处理，分别转换为与所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号量值各自相对应的电流信号；

一电压/频率转换电路，其接收所述的电流信号并输出与所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号量值各自相对应频率信号；其中，所述的积分电路和电压/频率转换电路组数与电力线中相线的数量相一致。

12、根据权利要求10所述的功率因数补偿装置，其特征在于：所述的积分电路包括：

一第一积分器，其反相输入端获得所述的相线电压取样信号；

一第二积分器，其反相输入端获得所述的向线电流取样信号。

13、根据权利要求11所述的功率因数补偿装置，其特征在于：还包括：

一并联的第五电阻和第三电容，其一并联端分别与所述的第一积分器和第二积分器的同相输入端相连接，另一端接地；

一串联的第四电容、第一二极管作为反馈防止所述的第一积分器输出发生信号漂移；

以及一串联的第五电容和第二二极管作为反馈防止所述的第二积分器输出发生信号漂移，其中所述的第一二极管与所述的第二二极管的正极串联并接地；所述的第一二极管和第四电容连接点与所述的第一积分器输出端相连，所述的第二二极管和第五电容连接点与所述的第二积分器输出端相连。

14、根据权利要求11所述的功率因数补偿装置，其特征在于：所述的电压/频率转换电路包括：一电压/频率转换芯片，其输入端用以获得所述的电流信号；

一基准电压生成电路，其包括：一第一三极管，其集电极获取一电源信号，其基极与所述的电压/频率转换芯片基准电压输出端相连；一串联的第六电阻和第七电阻，其一端和所述的第一三极管的基极相连，另一端接地，其串联点与所述的第一三极管的发射极相连。

15、根据权利要求12所述的功率因数补偿装置，其特征在于：所述的处理单元为一微处理器，内置有处理程序，其接收由所述的电压/频率转换芯片传输的所述的频率信号，根据比例转化为与电力线不同相线上实时电压值和实时电流值对应的数字量，通过运算获取实时的有功功率、无功功率以及功率因数值14、根据权利要求13所述的功率因数补偿装置，其特征在于：还包括：若干组光电耦合器，其数量为电力线相线数量的2倍，其输入端与所述的电压/频率转换芯片输出端相连接，其输出端与所述的微处理器的输入端相连接。

16、根据权利要求14所述的功率因数补偿装置，其特征在于：所述的补偿单元包括：

若干组继电器，每一所述的继电器通过一三极管与所述的微处理器输出端相连接；

若干组交流接触器，通过所述的继电器的吸合/断开，实现所述交流接触器状态的改变；

若干组电容器，在与其对应的所述的交流接触器动作时而接入对应的电力线中，实现对电力系统的功率因数补偿。

17、根据权利要求14所述的功率因数补偿装置，其特征在于：所述的补偿单元包括：

若干组复合开关，其与所述的微处理器的输出端相连接，通过所述的微处理器输出的控制信号，实现所述复合开关状态的改变；

若干组电容器，在与其对应的所述的复合开关动作时而接入对应的电力线中实现对电力系统的功率因数补偿。

18、根据权利要求15或16所述的功率因数补偿装置，其特征在于：还包括：一保护单元，其在电容发热达到某一阈值时，用以切断相线，其包括：

热敏电阻组，其由热敏电阻组成，所述的热敏电阻贴设在所述电容器的表面，并与所述的微处理器输入端相连接；

一保护继电器，通过一三极管与所述的微处理器一输出端相连接；

一电磁脱扣器，在所述的保护继电器动作时，所述的电磁脱扣器动作，从而切断相线的电力供应。

19、根据权利要求17所述的功率因数补偿装置，其特征在于：还至少包括：一存储电路，一显示电路以及一通信单元其中之一与所述的微处理器相连接，其中，所述的通信单元将所述的电能值通过无线或有线的方式传输给指定的接收装置。

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