CN103050982A - 适用于30Kvar三相共补无功补偿的智能控制投切装置 - Google Patents

Abstract

适用于30Kvar三相共补无功补偿设备的智能控制投切装置，包括晶闸管及继电器电路、单片机控制模块、电源电路、开关电源、485通信模块、反相电路、光耦触发电路及运行/故障检测电路，开关电源直流输出正极通过导线分别与电源电路中的稳压芯片输入端及继电器驱动电路三极管的发射极连接，开关电源直流输出的数字地与稳压芯片的共地端及电容一端相连。电源电路中的稳压芯片输出端分别与单片机的电压输入端，光耦触发电路电阻一端，485通信模块中主芯片的电压输入端，运行/故障检测电路电阻一端，反相电路三极管的发射极，晶闸管及继电器电路中三极管的发射极连接；单片机的控制口分别与晶闸管及继电器电路电阻一端，反相电路电阻一端，运行/故障检测电路电阻一端及485通信模块主芯片连接。

Description

适用于30Kvar三相共补无功补偿的智能控制投切装置

（一）技术领域

本发明涉及一种智能控制投切电力电容器的装置，主要应用于30Kvar三相共补型动态无功补偿设备。

（二）背景技术

电网中无功负荷的大量存在，导致无功损耗巨大。为了提高电能的利用效率，无功补偿就显得尤为重要。由于电网中感性负荷居多，因此，需要容性无功来补偿其损耗。而补偿电容器作为其中一个重要环节，其接入电网过程的好坏直接影响到电容器和开关器件的安全和稳定，因此，必须提供一个良好的投切环境。传统的投切方式主要有：（1）普通接触器投切电容器。导通时功耗小、可靠，但响应速度较慢，不能保证它在过零时进行投切。合闸瞬间电网电压一般不为零，这样会产生比较大的电流冲击，不仅对电网造成巨大的干扰，而且严重影响电容器的寿命。（2）晶闸管投切电容器。响应速度比较快，可使用单片机对大功率晶闸管进行控制。当单片机检测到外部电网电压过零时，控制晶闸管进行投切，解决了使用普通接触器出现涌流的问题。但它存在的主要缺点是，在晶闸管长时间导通的情况下，发热量较大，严重影响了它的使用寿命。

（三）发明内容

为克服传统投切方式存在浪涌电流大、对电网冲击强、触点易损坏等缺点，本发明专利提出一种智能控制投切电力电容器的装置，该装置具有涌流小、对电网冲击小、动态响应快的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

适用于30Kvar三相共补无功补偿设备的智能控制投切装置，包括晶闸管及继电器电路、单片机控制模块、电源电路、开关电源、485通信模块、反相电路、光耦触发电路及运行/故障检测电路，其特征在于：开关电源直流输出正极通过导线分别与电源电路中的稳压芯片输入端及继电器驱动电路三极管的发射极连接，开关电源直流输出的数字地与稳压芯片的共地端及电容一端相连；电源电路中的稳压芯片输出端分别与单片机的电压输入端，光耦触发电路电阻一端，485通信模块中主芯片的电压输入端，运行/故障检测电路电阻一端，反相电路三极管的发射极，晶闸管及继电器电路中三极管的发射极连接；单片机的控制口分别与晶闸管及继电器电路电阻一端，反相电路电阻一端，运行/故障检测电路电阻一端及485通信模块主芯片连接；反相电路中三极管的集电极与继电器驱动电路的电阻一端连接，继电器驱动电路通过三极管的集电极与晶闸管及继电器电路中继电器的两个控制角相连；晶闸管及继电器电路中晶闸管的一端与电网相连，另一端经过线圈与外部电容器相连。

进一步，所述的光耦触发电路包括光耦，光耦的阳极分别电阻一端相连，光耦的阴极与一条投切信号线相连；电阻另一端与另一条投切信号线相连，两条投切信号线由外部控制器接入。光耦的集电极与电阻一端及单片机控制口相连，光耦的发射极接地。

所述的电源电路包括稳压芯片，稳压芯片的输入端与开关电源直流输出正极，电容正极相连，电容负极与开关电源直流输出负极相连；稳压芯片的输出端与电容正极相连，电容负极及稳压芯片另一端与开关电源直流输出负极相连。

所述的反相电路中三极管的基极与电阻另一端相连，三极管的集电极与继电器驱动电路的电阻一端相连。

所述的晶闸管及继电器电路包括晶闸管，晶闸管的控制极与过零检测芯片的基极相连。过零检测芯片的阳极与电阻一端相连，电阻另一端与三极管集电极相连，三极管基极与电阻一端相连；过零检测芯片的主终端分别与功率电阻相连功率电阻另一端与继电器端子相连，并在继电器两端并联一个RC电路。继电器的两个控制端与继电器驱动电路中PNP三极管的集电极相连。

所述的继电器驱动电路中包括2个PNP三极管、4个NPN及8个电阻，PNP三极管的集电极与开关电源直流输出正极相连，PNP三极管的基极与电阻的一段相连，电阻另一端与NPN的集电极相连，NPN三极管的发射极与开关电源直流输出负极相连，NPN三极管的基极与电阻一端相连。

所述的运行/故障检测电路中的发光二极管的正极与电阻一端相连，另一端与单片机控制口相连。

所述的485通信电路包括主芯片，主芯片的串口通信端口分别与单片机的通信端相连，主芯片的电源端与电容一端及电源电路输出端相连，电容另一端与开关电源直流输出负极相连。主芯片的A、B输出脚并联一个电阻后与外部通信口相连。

本发明的优点是：涌流小、对电网冲击小、动态响应快。

（四）附图说明

图1是本发明的复合开关结构图

图2是本发明的晶闸管及继电器电路

图3是本发明的继电器驱动电路

图4是本发明的485通信，反相，运行/故障指示及电源电路

（五）具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1、图2、图3、图4，一种适用于30Kvar三相共补无功补偿设备的智能控制投切装置，包括晶闸管及继电器电路（包括继电器驱动电路）、单片机控制模块、电源电路、开关电源、485通信模块、反相电路、光耦触发电路及运行/故障检测电路。开关电源直流输出+15V电压通过导线分别与电源电路中的稳压芯片U6输入端Vin及继电器驱动电路三极管T5，T6的发射极连接，开关电源直流输出的数字地与稳压芯片U6的GND端，电容C9的负极，电容C3的一端相连。电源电路中的稳压芯片U6输出端Vout分别与单片机的电压输入端VSS，光耦触发电路电阻R16一端，485通信模块中主芯片U4的电压输入端VCC，运行/故障检测电路电阻R19一端，反相电路三极管Q3的发射极，晶闸管及继电器电路中三极管Q1的发射极连接。单片机的控制口P10、P11、P12、P02分别与晶闸管及继电器电路电阻R1一端，反相电路电阻R18一端，运行/故障检测电路电阻R19一端连接。单片机的RXD、TXD分别与U4的RXD、TXD相连。单片机的P16口与U4的RE、DE相连。反相电路中三极管Q3的集电极与继电器驱动电路的电阻R6一端连接，继电器驱动电路通过三极管T5、T6的集电极与晶闸管及继电器电路中继电器U2的两个控制角相连。晶闸管及继电器电路中晶闸管Q2的一端与电网相连，另一端经过线圈与外部电容器相连。光耦触发电路包括光耦U5，U5的端口1分别电阻R13一端相连，U5的端口2与一条投切信号线相连。电阻R13另一端与另一条投切信号线相连，两条投切信号线由外部控制器接入。U5的端口4与电阻R16一端及单片机控制口相连P14，U5的端口3接地。电源电路包括稳压芯片U6，稳压芯片的输入端Vin与开关电源直流输出正极+15，电容C9正极,电容C3相连，电容C9负极与开关电源直流输出数字地相连。稳压芯片的输出端Vout与电容C14正极相连，电容C14负极及稳压芯片GND端与开关电源直流输出数字地相连。反相电路中三极管Q3的基极与电阻18另一端相连，三极管Q3的集电极与继电器驱动电路的电阻R6一端相连。晶闸管及继电器电路包括晶闸管Q2，晶闸管Q2的控制极与过零检测芯片U1的端口5相连。U1的端口1与电阻R2一端相连，电阻R2另一端与三极管Q1集电极相连，三极管Q1基极与电阻R1一端相连。过零检测芯片U1的端口4、6分别与功率电阻R3、R4相连。功率电阻R3与继电器端子1相连，功率电阻R4与继电器端子2相连.并在继电器两端并联一个RC电路，RC电路由功率电阻R5、电容C1组成。继电器的两个控制端4、5与继电器驱动电路中PNP三极管T5、T6的集电极相连。继电器驱动电路中包括2个PNP三极管（T5、T6）、4个NPN（T1、T2、T3、T4）及8个电阻（R6、R7、R8、R9、R10、R11、R13、R14），PNP三极管T5、T6的集电极与开关电源直流输出正极+15相连，PNP三极管T5、T6的基极与电阻R13、R14的一段相连，电阻R13另一端与T1的集电极相连，电阻R14另一端与T4的集电极相连，T1的基极与电阻R6的一端相连，T1的发射极与数字地相连。T2的基极与电阻R10的一端相连，R10的另一端与电阻R11一端相连，T2的集电极与T5的集电极相连，T2的发射极接地。T3的基极与电阻R7的一端相连，T3的集电极与T6的集电极相连，T3的发射极与T4的发射极相连。 运行/故障检测电路中的发光二极管D2的正极与电阻R19一端相连，D2的负极与单片机控制口相连P02。485通信电路包括主芯片U4，U4的VCC端与电容C2一端及电源电路输出端Vout相连，电容C2另一端与开关电源直流输出数字地相连。U4的A、B端并联一个电阻R15后与外部通信口相连。

工作过程如下：闭合过程：外部控制器发出投电容器命令，光耦U5导通，并给单片机（STC89C52）P14一个低电平，单片机接到命令后，通过引脚P12给Q1基极一个低电平，使Q1导通，从而使U1导通，然后U1给双向可控硅Q2控制一个触发电流，使Q2导通，延时100ms后,单片机通过P10（高电平）、P11（低电平）给反相电路一个控制信号，通过反相电路后，将反相电路中P10（out）（低电平）/ P11（out）（高电平）信号传给继电器驱动电路，使继电器驱动电路中的T1、T3、T5导通，T2、T4、T6不导通，使继电器端口4电压为+15V,端口5电压为0，从而使继电器U2闭合，延时150ms，然后通过改变P12引脚电压，使双向可控硅Q2断开，最后继电器U2处于一直闭合状态，LED灯D2亮；关断过程：

外部控制器发出切电容器命令，光耦U5不导通，并给单片机（STC89C52）P14一个高电平，单片机接到命令后，通过引脚P12给Q1基极一个低电平，使Q1导通，从而使U1导通，然后U1给双向可控硅Q2控制一个触发电流，使Q2导通，延时100ms后, 单片机通过给反相电路一个相反的控制信号（P10（低电平）、P11（高电平）），通过反相电路后，将反相电路中P10（out）（高电平）/ P11（out）（低电平）信号传给继电器驱动电路，使继电器驱动电路中的T1、T3、T5不导通，T2、T4、T6导通，使继电器端口4电压为0V,端口5电压为+15V，从而使继电器U2断开，延时150ms，然后通过改变P12引脚电压，使双向可控硅Q2断开， LED灯D2灭；

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举,本发明的保护的范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式,本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (8)

1.适用于30Kvar三相共补无功补偿设备的智能控制投切装置，包括晶闸管及继电器电路、单片机控制模块、电源电路、开关电源、485通信模块、反相电路、光耦触发电路及运行/故障检测电路，其特征在于：开关电源直流输出正极通过导线分别与电源电路中的稳压芯片输入端及继电器驱动电路三极管的发射极连接，开关电源直流输出的数字地与稳压芯片的共地端及电容一端相连；电源电路中的稳压芯片输出端分别与单片机的电压输入端，光耦触发电路电阻一端，485通信模块中主芯片的电压输入端，运行/故障检测电路电阻一端，反相电路三极管的发射极，晶闸管及继电器电路中三极管的发射极连接；单片机的控制口分别与晶闸管及继电器电路电阻一端，反相电路电阻一端，运行/故障检测电路电阻一端及485通信模块主芯片连接；反相电路中三极管的集电极与继电器驱动电路的电阻一端连接，继电器驱动电路通过三极管的集电极与晶闸管及继电器电路中继电器的两个控制角相连；晶闸管及继电器电路中晶闸管的一端与电网相连，另一端经过线圈与外部电容器相连。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：光耦触发电路包括光耦，光耦的阳极分别电阻一端相连，光耦的阴极与一条投切信号线相连；电阻另一端与另一条投切信号线相连，两条投切信号线由外部控制器接入；光耦的集电极与电阻一端及单片机控制口相连，光耦的发射极接地。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：电源电路包括稳压芯片，稳压芯片的输入端与开关电源直流输出正极，电容正极相连，电容负极与开关电源直流输出负极相连；稳压芯片的输出端与电容正极相连，电容负极及稳压芯片另一端与开关电源直流输出负极相连。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：反相电路中三极管的基极与电阻另一端相连，三极管的集电极与继电器驱动电路的电阻一端相连。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：晶闸管及继电器电路包括晶闸管，晶闸管的控制极与过零检测芯片的基极相连；过零检测芯片的阳极与电阻一端相连，电阻另一端与三极管集电极相连，三极管基极与电阻一端相连。过零检测芯片的主终端分别与功率电阻相连；功率电阻另一端与继电器端子相连，并在继电器两端并联一个RC电路；继电器的两个控制端与继电器驱动电路中PNP三极管的集电极相连。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：继电器驱动电路中包括2个PNP三极管、4个NPN及8个电阻，PNP三极管的集电极与开关电源直流输出正极相连，PNP三极管的基极与电阻的一段相连，电阻另一端与NPN的集电极相连，NPN三极管的发射极与开关电源直流输出负极相连，NPN三极管的基极与电阻一端相连。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：运行/故障检测电路中的发光二极管的正极与电阻一端相连，另一端与单片机控制口相连。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：，485通信电路包括主芯片，主芯片的串口通信端口分别与单片机的通信端相连，主芯片的电源端与电容一端及电源电路输出端相连，电容另一端与开关电源直流输出负极相连；主芯片的A、B输出脚并联一个电阻后与外部通信口相连。

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