CN102761129A - 电解电容器功率因数自动补偿电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用电解电容器对交流电负载功率因数进行自动补偿的电路。通过控制电路控制变换电路内的自关断器件对电解电容器的充放电过程，实现用电解电容器对交流电负载功率因数补偿的自动控制。该补偿电路的变换电路由两个支路构成，一支路由两只反向并联有二极管的自关断器件分别控制一只电解电容器在交流电的正半周期内的充放电过程；另一支路由另外两只反向并联有二极管的自关断器件分别控制另一只电解电容器在交流电的负半周期内的充放电过程。本发明有益效果在于，由于采用电解电容器对交流负载进行功率因数自动补偿，极大地缩小了补偿装置的体积，适应了现场功率因数的要求，同时降低了装置的成本，拓宽了电解电容器的应用范围。

Description

电解电容器功率因数自动补偿电路

技术领域

本发明属于电力工程技术领域，尤其是利用自关断器件控制电解电容器对交流电负载进行功率因数补偿。 

背景技术

利用普通电力电容器对交流电进行功率因数补偿是目前普遍采用的节电技术之一，而现场(随机)补偿是最为行之有效的补偿方法。然而现有电力电容器体积大，导致补偿装置体积大，给现场补偿装置的使用带来极大地不便，严重制约了现场补偿装置的发展和推广普及。在等电压和等电容量条件下，电解电容器的体积只有普通电力电容器体积的几十分之一，且随着电化学科学的发展和工艺的改进，电解电容器单位体积的电容量还在增大，这也给功率因数补偿装置带来了新的发展机遇。但是，电解电容器也有一定的局限性，它只能在直流电路中工作。迄今为止，将电解电容器应用于交流电路，尤其是利用电解电容器对交流电负载进行功率因数补偿的电路和装置，还未见报道。 

发明内容

本发明发挥电解电容器体积小的优点，提供一种电解电容器功率因数自动补偿电路。该补偿电路利用自关断器件的可关断特性，通过控制电路控制变换电路内的自关断器件对电解电容器的充放电过程，对交流电负载功率因数的补偿电流进行控制，进而实现电解电容器对交流电负载功率因数补偿的自动控制。该补偿电路的变换电路由两个支路构成，一支路由两只反向并联连接有二极管的自关断器件分别控制一只电解电容器在交流电的正半周期内的充放电过程；另一支路由另外两只反向并联有二极管的自关断器件分别控制另一只电解电容器在交流电的负半周期内的充放电过程，从而实现了对电解电容器在交流电正负周期内的充放电控制。通过控制电解电容器的充放电电压，对交流负载功率因数补偿电流的大小进行控制，进而实现了利用电解电容器对交流电负载的功率因数补偿的自动控制。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种电解电容器功率因数自动补偿电路由输入端B、输出端A、公共端N(GND)、开关K、同步检测与功率因数控制电路、滤波电 路、变换电路、直流电源、逻辑电路、驱动电路、光电隔离驱动电路和放电继电器J组成。 

所述的同步检测与功率因数控制电路由电流互感器DL和控制电路H构成；所述的滤波电路由电感L与两只滤波电容器C1和C2构成；所述的变换电路由四只分别在各自的阴极和阳极反向并联连接有二极管D1、D2、D3、D4的自关断器件BG1、BG2、BG3和BG4、两只电解电容器Ca和Cb、两只放电电阻R1和R2与放电继电器J的两个常接触点J1和J2构成；所述的直流电源由变压器BY、整流稳压电路E1与整流稳压电路E2构成；所述的逻辑电路由两个二输入端与门电路M1和M2构成；所述的驱动电路由两个放大电路构成；所述的光电隔离驱动电路由两个发光二极管和两个光电接收管构成。所述的直流电源经变压器BY变压后，分两路输出，一路经整流稳压电路E1连接至所述的同步检测与功率因数控制电路、所述的逻辑电路、所述的驱动电路；另一路经整流稳压电路E2连接至所述的光电隔离驱动电路和所述的放电继电器J；所述的同步检测与功率因数控制电路内的控制电路H内的n端和所述的逻辑电路内的与门电路M1和M2的输入端b与c相连，控制电路H内的p端和与门电路M1的另一输入端a相连，控制电路H内的o端和与门电路M2的另一输入端d相连；所述的逻辑电路内的与门电路M1的输出端e与所述的驱动电路相连，所述的逻辑电路内的与门电路M2的输出端f与所述的光电隔离驱动电路的h端相连；所述的光电隔离驱动电路内的g端和w端分别与所述的变换电路内的自关断器件BG1和BG3的基极相连；所述的变换电路内的自关断器件BG2的基极与所述的驱动电路相连；所述的变换电路内的自关断器件BG2和BG4的发射极与所述的滤波电路的两只滤波电容器相连，所述的变换电路内的自关断器件BG1和BG3的发射极与所述的滤波电路的电感相连。 

在上述方案中，所述的变换电路内由两个支路组成；在一个支路中，自关断器件BG1的阳极连接至二极管D1的阴极和电解电容器Ca的阳极，电解电容器Ca的阴极连接至二极管D2的阴极和自关断器件BG2的阳极，自关断器件BG1的阴极与二极管的D1阳极连接至电源的一端，自关断器件BG2的阴极与二极管D2的阳极连接至电源的另一端构成回路。在交流电正半周期内，由所述的驱动电路内的x端控制自关断器件BG2以0为起点在0-π/2区间内导通，导通时间可调；自关断器件BG2对电解电容器Ca经二极管D1的充电进行控制；π/2-π时间内，由所述的光电隔离驱动电路内的w端控制自关断器件BG1导通，当电源电压低于电解电容器Ca的电压时，自关断器件BG1对电解电容器Ca经二极 管D2的放电进行控制。在所述的变换电路内的另一个支路中，自关断器件BG3的阳极连接至二极管D3的阴极和电解电容器Cb的阴极，电解电容器Cb的阳极和二极管D4的阴极连接至自关断器件BG4的阳极，自关断器件BG3的阴极和二极管的D3阳极连接至电源的一端，自关断器件BG4的阴极和二极管D4的阳极连按至电源的另一端构成回路。在交流电负半周期内，由所述的光电隔离驱动电路内的g端控制自关断器件BG3以π为起点在π-3π/2区间内导通，导通时间可调，自关断器件BG3对电解电容器Cb经二极管D4的充电进行控制，3π/2-2π区间内由驱动电路内的m端控制BG4导通，当电源电压低于电解电容器Cb的电压时，自关断器件BG4对电解电容器Cb经二极管D3的放电进行控制。在交流电周期式的工作中，实现了自关断器件对电解电容器的充放电控制，进而控制了交流电负载功率因数补偿的电流大小，达到对交流电负载的功率因数自动补偿的目的。 

在上述方案中，所述的逻辑电路中的与门电路M1的输出端e连接至所述的驱动电路的t端；与门电路M2的输出端f连接至所述的光电隔离驱动电路的h端；与门电路M1的输入端b与M2的输入端c相接后；连接至所述的同步检测与功率因数控制电路内的控制电路H内的充电控制端n，在交流电正负半周期内，以0点和π点为起点，在0-π/2和π-3π/2区间内，由所述的同步检测与功率因数控制电路内的控制电路H的n端根据功率因数高低自动控制脉冲方波的宽度；与门电路M1的a端连接至所述的同步检测与功率因数控制电路内的控制电路H的p端和所述的光电隔离驱动电路内的v端；与门电路M2的d端连接至所述的同步检测与功率因数控制电路内的控制电路H的o端和所述的驱动电路内的u端。与门电路M1将a端和b端输入的方波经与运算后，由e端输出，用于交流电正半周电解电容器Ca充电控制的脉冲，与门电路M2将c端和d端输入的方波经与运算后，由f端输出，用于交流电负半周电解电容器Cb充电控制的脉冲。 

在上述方案中，所述逻辑电路内的e端输出交流电正半周对电解电容器Ca充电控制的同步脉冲方波，由t端输入所述的驱动电路，经所述的驱动电路放大后，由x端输出，驱动自关断器件BG2对电解电容器Ca的充电进行控制；所述的同步检测与功率因数控制电路内的控制电路H的p端输出交流电正半周对电解电容器Ca放电控制的同步脉冲方波，由v端输入所述的光电隔离驱动电路，经所述的光电隔离驱动电路放大后，由w端输出，驱动自关断器件BG1对电解电容器Ca的放电进行控制；所述的逻辑电路内的f端输出交流电负半周对电解电容器Cb充电控制的同步脉冲方波，由h端输入所述的光电隔离驱动电路，经 所述的光电隔离驱动电路放大后，由g端输出，驱动自关断器件BG3对电解电容器Cb的充电进行控制；所述的同步检测与功率因数控制电路内的o端输出交流电负半周对电解电容器Cb放电控制的同步脉冲方波，由u端输入所述的驱动电路，经所述的驱动电路放大后，由m端输出，驱动自关断器件BG4对电解电容器Cb的放电进行控制。 

在上述方案中，所述的同步检测与功率因数控制电路内的电流互感器DL一端和变压器BY的初级线圈的一端接公共端N(GND)，另一端连接至控制电路H的s端，控制电路H内的s端与变压器BY的初级线圈的另一端相接后，再连接至开关K的y端。所述同步检测与功率因数控制电路内的控制电路H将s端检测到的交流电压波形与电流互感器DL经控制电路H的q端检测到的电流波形的相位进行比较得出功率因数值后，依据功率因数值的高低，以交流电压波形0点和π点为起点，在0-π/2和π-3π/2区间内，由控制电路H的n端输出一定宽度的脉冲方波；控制电路H对s端检测的交流电正负半周期电压波形进行分离处理后，将交流电正半周的电压波形以方波形式由p端输出，将交流电负半周的电压波形以方波形式由o端输出。 

在上述方案中，所述的直流电源内的变压器BY一端连接至公共端N(GND)，另一端连接至开关K的y端。交流电经直流电源内的变压器BY变压后，分两路交流电压输出，一路经整流稳压电路E1向所述的同步检测与功率因数控制电路、所述的逻辑电路、所述的驱动电路供电；另一路经整流稳压电路E2向所述的光电隔离驱动电路和所述的放电继电器J供电。 

工作原理 

使用时将装置输入端B和公共端N接入市电交流电，交流电由B端经互感器DL和公共端N向负载供电；需要对用电负载进行功率因数补偿时，将开关K的y端接通，交流电经电容器C1、电感L和电容器C2组成的滤波电路滤波后，为变换电路供电。交流电电压经变压器BY变压后，输出两路低压交流电，一路经整流稳压电路E1整流稳压后，向同步检测与功率因数控制电路、逻辑电路和驱动电路供电；另一路经整流稳压E2整流稳压后，向光电隔离驱动电路和放电继电器J供电。放电继电器J通电后，将继电器常触点J1和J2断开。同步检测与功率因数控制电路中的控制电路H将s端检测到的负载电压波形与电流互感器DL经控制电路H的q端检测到的负载电流波形进行比较后，得出功率因数值，由n端输出一定宽度的脉冲方波，脉冲宽度随功率因数大小变化。当负载功率因数值低于 装置的预先设定值时，控制电路H的n端发出的脉冲方波通过驱动电路与逻辑电路的与门电路M1和M2的b端和c端，经与门电路M1和M2与运算后，驱动自关断器件BG2在交流电正半周对电解电容器Ca经二极管D1的充电进行控制，光电隔离驱动电路驱动自关断器件BG3对负半周电解电容器Cb经二极管D4的充电进行控制；同时同步检测与功率因数控制电路的控制电路H的p端发出与交流电正半周同步的方波，经光电隔离驱动电路的j端控制BG2导通，当交流电电压低于电解电容器Ca的电压时，将电解电容器Ca存储的电荷经二极管D4释放回交流电源；同步检测与功率因数控制电路的控制电路H的o端发出与交流电正半周同步的方波，经驱动电路的u端控制BG4导通，当交流电电压低于电解电容器Cb的电压时，将电解电容器Cb存储的电荷经二极管D3释放回交流电源。 

当负载功率因数值达0.97-0.99时，同步检测与功率因数控制电路的控制电路H的n端发出的充电脉冲为零，n端脉冲的宽窄调节自关断器件BG2和BG3控制电解电容器Ca和Cb充电电压的高低，进而达到负载功率因数自动补偿的目的。为防止电解电容器Ca和Cb存储的的电荷产生的电压与市电电压叠加超过自关断器件BG1、BG2、BG3、BG4和二极管D1、D2、D3、D4的耐压值，在装置不需要工作时，将开关K断开，放电继电器J的常触点J1和J2接通，电解电容器Ca存储的电荷经电阻Ra、常触点J1和二极管D2释放掉，电解电容器Cb存储的电荷经电阻Rb、常触点J1和二极管D3释放掉。 

利用本发明电解电容器功率因数自动补偿电路作为一个单元，可进行多单元组合，组合成多相交流电电解电容器功率因数自动补偿电路，对多相交流电进行功率因数补偿控制。 

本发明有益效果在于，由于采用电解电容器对交流电负载进行功率因数自动补偿，缩小了补偿装置的体积，拓宽了电解电容器的应用领域；四只自关断器件分两组采用共阴极连接，简化了所需要的直流工作电压的数量；设置的放电继电器J在电路不工作时自动释放电解电容器的电荷，降低了损耗，满足了用电设备的现场功率因数自动补偿的要求，降低了补偿装置的成本。 

附图说明

图1是用本发明制作的电解电容器功率因数自动补偿装置的原理图 

图中标号： 

1.同步检测与功率因数控制电路 

2.滤波电路 

3.变换电路 

4.直流电源 

5.逻辑电路 

6.驱动电路 

7.光电隔离驱动电路 

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明做进一步详细说明。 

本发明是一种电解电容器功率因数自动补偿电路，图1是利用本发明电路实施的一种电解电容器功率因数自动补偿装置的原理图。该电路由同步检测与功率因数控制电路1、滤波电路2、变换电路3、直流电源4、逻辑电路5、驱动电路6、光电隔离驱动电路7和输入端B、输出端A、开关K、公共端N(GND)和放电继电器J构成。所述的同步检测与功率因数控制电路1由电流互感器DL和控制电路H构成；所述的滤波电路2由电感L与两只滤波电容器C1和C2构成；所述的变换电路3由四只分别在各自的阴极和阳极反向并联连接有二极管D1、D2、D3、D4的自关断器件BG1、BG2、BG3和BG4、两只电解电容器Ca和Cb、两只放电电阻R1和R2与放电继电器J的两个常接触点J1和J2构成；所述的直流电源4由变压器BY、整流稳压电路E1与整流稳压电路E2构成；所述的逻辑电路5由两个二输入端与门电路M1和M2构成；所述的驱动电路6由两个放大电路构成；所述的光电隔离驱动电路7由两个发光二极管和两个光电接收管构成。 

使用时将装置的输入端B和公共端N(GND)接入50H/220V交流电，将负载接至A端和公共端。当需要对负载进行功率因数补偿时，将开关K接到y端，交流电源开始向补偿装置供电。交流电经直流电源内的变压器BY变压后，分两路交流电压输出，一路经整流稳压电路E1向同步检测与功率因数控制电路1、逻辑电路5和驱动电路6供电；另一路经整流稳压电路E2向光电隔离驱动电路7和放电继电器J供电，放电继电器J通电后吸合，将继电器J的两个常触点J1和J2断开。电流互感器DL将检测到负载的电流波形经同步检测与功率因数控制电路1内的控制电路H内的q端输入，与控制电路H内的s端检测到的电压波形经控制电路H进行相位比较得出功率因数值，由控制电路H内的充电控制端n端输出；由同步检测与功率因数控制电路1根据功率因数高低自动控制脉冲方波的宽度，以交流电压波形0点和π点为起点，在0-π/2和π-3π/2区间内，通过与门电路M1和M2的输入端b和c，经逻辑电路5逻辑运算后，驱动自关断器件BG2和BG3分别对电解电容器 Ca和Cb的充电进行控制；同步检测与功率因数控制电路1的控制电路H对s端检测到的交流电正负半周电压波形进行分离处理后，将交流电正半周的电压波形以方波形式由p端输出，将交流电负半周的电压波形以方波形式由o端输出。逻辑电路5的e端发出交流电电压正半周期对电解电容器Ca充电控制同步脉冲方波，由t端输入驱动电路6，经驱动电路6放大后，由x端输出，驱动自关断器件BG2导通，对电解电容器Ca经二极管D1的充电进行控制；同步检测与功率因数控制电路1内的控制电路H的p端输出交流电正半周对电解电容器Ca放电控制同步脉冲方波，由v端输入光电隔离驱动电路7，经光电隔离驱动电路7放大后，由w端输出，驱动自关断器件BG1对电解电容器Ca经二极管D2的放电进行控制；逻辑电路5内的f端输出交流电电压负半周对电解电容器Cb充电控制的同步脉冲方波，由h端输入光电隔离驱动电路7，经所述的光电隔离驱动电路7放大后，由g端输出，驱动自关断器件BG3对电解电容器Cb经D4的充电进行控制；同步检测与功率因数控制电路1内的控制电路H的o端输出交流电负半周对电解电容器Cb放电控制的同步脉冲方波，由u端输入驱动电路6，经驱动电路6放大后，由m端输出，驱动自关断器件BG4对电解电容器Cb经D3的放电进行控制。 

该装置由同步检测与功率因数控制电路1根据负载功率因数大小自动控制两只电解电容器的充放电电压，自动调节交流电负载的补偿电流大小，达到了自动补偿交流电负载功率因数的目的。 

利用本发明制成的功率因数补偿装置，由于采用电解电容器对交流电负载进行功率因数自动补偿，缩小了补偿装置的体积，拓宽了电解电容器的应用领域；自关断器件BG1和BG3、BG2和BG4分别采用共阴极连接，简化了所需要的直流工作电压的数量；设置的放电继电器J在电路不工作时自动释放存储在电解电容器内的电荷，降低了损耗，满足了现场功率因数补偿的要求，降低了补偿装置的成本。 

Claims (5)

1.一种电解电容器功率因数自动补偿电路，其特征在于该电路由输入端B、输出端A、公共端N(GND)、开关K、同步检测与功率因数控制电路(1)、滤波电路(2)、变换电路(3)、直流电源(4)、逻辑电路(5)、驱动电路(6)、光电隔离驱动电路(7)和放电继电器J组成。

2.根据权利要求1所述的电解电容器功率因数自动补偿电路，其特征在于所述的变换电路(3)由四只分别在各自的阴极和阳极反向并联接有二极管D1、D2、D3、D4的自关断器件BG1、BG2、BG3和BG4、两只电解电容器Ca和Cb、两只放电电阻R1和R2与放电继电器J的两个常接触点J1和J2构成。

3.根据权利要求1和2所述的电解电容器功率因数自动补偿电路，其特征在于所述的变换电路(3)由两个支路组成，在一个支路中，自关断器件BG1的阳极连接至二极管D1的阴极和电解电容器Ca的阳极，电解电容器Ca的阴极连接至二极管D2的阴极和自关断器件BG2的阳极，自关断器件BG1的阴极与二极管的D1阳极连接至电源的一端，自关断器件BG2的阴极与二极管D2的阳极连接至电源的另一端构成回路；在另一个支路中，自关断器件BG3的阳极连接至二极管D3的阴极和电解电容器Cb的阴极，电解电容器Cb的阳极和二极管D4的阴极连接至自关断器件BG4的阳极，自关断器件BG3的阴极和二极管的D3阳极连接至电源的一端，自关断器件BG4的阴极和二极管D4的阳极连接至电源的另一端构成回路。

4.根据权利要求1所述的电解电容器功率因数自动补偿电路，其特征在于所述的逻辑电路(5)中的与门电路M1的输出端e连接至所述的驱动电路(6)的t端；与门电路M2的输出端f连接至所述的光电隔离驱动电路(7)的h端；与门电路M1的b端与与门电路M2的c端相接后，连接至所述的同步检测与功率因数控制电路(1)内的控制电路H内的充电控制端n；在交流电正负半周期内，以0点和π点为起点，在0-π/2和π-3π/2时间内，由所述的同步检测与功率因数控制电路(1)内的控制电路H的n端根据功率因数高低自动控制脉冲方波的宽度；与门电路M1的a端连接至所述的同步检测与功率因数控制电路(1)内的控制电路H的p端和所述的光电隔离驱动电路(7)内的v端；与门电路M2的d端连接至所述的同步检测与功率因数控制电路(1)内的控制电路H的o端和所述的驱动电路(6)内的u端；与门电路M1将a端和b端输入的方波经与运算后，由e端输出，用于交流电正半周电解电容器Ca充电控制的脉冲，与门电路M2将c端和d端输入的方波经与运算后，由f端输出，用于交流电负半周电解电容器Cb充电控制的脉冲。

5.根据权利要求1、2、3和4所述的电解电容器功率因数自动补偿电路，其特征在于将电路作为一个单元，可进行多单元组合，组成多相交流电电解电容器功率因数自动补偿电路。

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