CN105680456A - 一种电容过零投切模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容过零投切模块，包括两个可控硅、第一继电器、电容、电容预充电电路、过零点检测电路和可控硅驱动电路，所述第一继电器和所述电容器预充电电路并联连接，所述两个可控硅反向并联连接之后，再与所述第一继电器和所述电容预充电电路并联，形成并联支路，所述并联支路的第一连接点与火线相连，所述并联支路的第二连接点通过电容与零线相连。所述过零点检测电路形成一系列过零点脉冲，所述可控硅驱动电路输出可控硅门极驱动脉冲，使可控硅导通。本发明可以精确控制电容投切的时间点,避免浪涌电流的产生,保证整个装置的安全运行,延长了电容器的使用寿命。

Description

一种电容过零投切模块
技术领域
本发明涉及一种用于三相功率优化装置中的电容过零投切模块。
背景技术
在我国的城乡配电网中，主要采用三相四线制的配电方式。由于用户侧存在着大量的单相有功负荷和无功负荷，而且用电不具有同时性，因此，一方面使线路中的无功电流增大，导致无功损耗增大；另一方面使三相配电变压器处于不对称的运行状态，产生大量的负序电流和零序电流，这些负序电流和零序电流会严重污染电网，大大增加电网的功率损耗，增大变压器的损耗，降低变压器的出力，给配电网的安全运行带来威胁。
三相功率优化装置能提高功率因数，减少线路损耗，达到节约能耗的目的。然而现有三相功率优化装置的电容投切大都采用交流接触器控制电容器的投切,在交流接触器的上侧装有熔断器和隔离开关，分别用做短路保护和隔离电源。
采用交流接触器投切，会在线路中产生大的浪涌电流，影响电容器的使用寿命，甚至使电容器发生爆炸。这种补偿装置谐波污染大，维护成本高，不适于频繁操作。
本发明针对上述三相功率优化装置的电容投切模块所存在的不足之处进行改进，设计一种新型的电容过零投切模块，该模块可以精确控制电容投切的时间点，避免浪涌电流的产生，保证整个装置的安全运行，延长了电容器的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为三相功率优化装置提供一种新型的电容过零投切模块，该模块可以精确控制电容投切的时间点,避免浪涌电流的产生，保证整个装置的安全运行，延长了电容器的使用寿命。
本发明具体通过如下技术手段实现其目的：一种电容过零投切模块，包括两个可控硅、第一继电器、电容、电容预充电电路、过零点检测电路和可控硅驱动电路，所述第一继电器和所述电容器预充电电路并联连接，所述两个可控硅反向并联连接之后，再与所述第一继电器和所述电容预充电电路并联，形成并联支路，所述并联支路的第一连接点与火线相连，所述并联支路的第二连接点通过电容与零线相连。
所述电容预充电电路由第二继电器和电阻串联组成，用于在电容投入之前，对其进行预充电，保证电容在电位差的过零点投入，投入过程无冲击电流产生。
所述过零点检测电路可以精确检测交流电的零电位时刻，并形成一系列交流电过零点脉冲，保证可控硅在零电位时刻投入和切除，可有效降低浪涌冲击能量对可控硅的损害。
所述可控硅驱动电路对零点脉冲进行移相、隔离、功率放大等处理后，在电源电压与电容电压相当的瞬间，输出可控硅门极驱动脉冲，使可控硅导通。
所述第一继电器和第二继电器为磁保持继电器。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：本发明可以精确控制电容投切的时间点,避免浪涌电流的产生,保证整个装置的安全运行,延长了电容器的使用寿命。
本发明采用的磁保持继电器具有体积小，适合PCB安装；功耗低，负载能力强；安全可靠，使用寿命长等特点，可以降低电容投切时的能量损耗，保证整个装置的使用寿命。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的电容过零投切模块的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的电容过零投切模块由两个可控硅S1、S2，磁保持继电器K1，电容C1，电容预充电电路30，过零点检测电路10和可控硅驱动电路20组成。所述电容预充电电路30由磁保持继电器K2和电阻R1串联组成。可控硅S1、S2反向并联连接，再与磁保持继电器K1和电容预充电电路30并联，连接点1与火线相连，连接点2通过电容C1与零线相连。所述过零点检测电路的输入端IN1与火线连接，输入端IN2与零线连接，输出端OUT1与所述可控硅驱动电路的输入端IN3连接，所述可控硅驱动电路的输出端OUT3与所述可控硅S1、S2的门极G1和G2连接。
本实施例的工作原理如下：过零点检测电路10检测交流电压的过零点电位，形成一系列的过零点脉冲，并输出给可控硅驱动电路20。电容投入信号到来后，磁保持继电器K2闭合，交流电通过电阻R1对电容C1进行预充电，当C1两端的电压接近交流电压正半周的峰值时，断开磁保持继电器K2，结束电容C1的预充电。可控硅驱动电路20对过零点脉冲进行移相、隔离、功率放大等处理之后，在电源电压与电容C1电压相当的瞬间，输出可控硅门极G1的驱动脉冲，可控硅S1导通，电路由可控硅S1单独作用，此时电容C1投入电路。然后，可控硅驱动电路20输出电压过零点脉冲，驱动可控硅门极G1、G2，在交流电的正半周，可控硅S1导通，在交流电的负半周，可控硅S2导通，可控硅导通不产生冲击电流，但两端有约1V的管压降。磁保持继电器K1延时几个交流电周期，保证电路稳定后闭合。在可控硅S1、S2导通的同时，磁保持继电器K1闭合，此时可控硅S1、S2相当于短路状态，两端无压降，电容C1继续保持投入。可控硅驱动电路20再延时几个周期，待磁保持继电器K1稳定闭合后，停止输出过零点触发脉冲，可控硅S1、S2关断，磁保持继电器K1单独运行，不产生开关功耗，电容C1的投入过程完成。
电容切除信号到来后，在交流电压的过零点，可控硅驱动电路20输出门极G1、G2的触发脉冲，在交流电的正半周，可控硅S1导通，在交流电的负半周，可控硅S2导通。可控硅S1、S2导通的同时磁保持继电器K1保持闭合，可控硅S1、S2相当于短路状态，两端无压降，电容C1继续保持投入状态，磁保持继电器K1延时几个交流电周期，待电路稳定后断开，此时，电路由可控硅S1、S2单独作用，两端有约1V管压降，电容C1继续保持投入状态。可控硅驱动电路20再延时几个交流周期，保证磁保持继电器K1稳定断开后，停止输出过零点触发脉冲，可控硅S1、S2过零点关断，且不产生冲击电流，电容C1的切除过程完成。
本发明公开的电容过零点投切模块，在电容投入之前对其进行预充电，将电容两端的电压值充至交流电压的峰值附近之后，退出预充电支路30，然后通过过零点检测电路10和可控硅驱动电路20精确控制可控硅与继电器动作的时间，保证电容在投入和切除的过程中不产生冲击电流，保证了电容的运行安全性和使用寿命。
本发明采用的磁保持继电器具有体积小，适合PCB安装；功耗低，负载能力强；安全可靠，使用寿命长等特点，可以降低电容投切过程的能量损耗，保证整个装置的使用寿命。

Claims (5)

1.一种电容过零投切模块，其特征在于：包括两个可控硅、第一继电器、电容、电容预充电电路、过零点检测电路和可控硅驱动电路，所述第一继电器和所述电容器预充电电路并联连接，所述两个可控硅反向并联连接之后，再与所述第一继电器和所述电容预充电电路并联，形成并联支路，所述并联支路的第一连接点与火线相连，所述并联支路的第二连接点通过电容与零线相连，所述电容预充电电路由第二继电器和电阻串联组成，用于在电容器投入之前，对其进行预充电，保证电容器在电位差的过零点附近投入，所述过零点检测电路检测交流电的零电位时刻，并形成一系列交流电过零点脉冲，所述可控硅驱动电路对过零点脉冲进行移相、隔离、功率放大等处理后，在电源电压与电容电压相当的瞬间，输出可控硅门极驱动脉冲，使可控硅导通。
2.根据权利要求1所述的电容过零投切模块，其特征在于：可控硅导通一定的交流电周期后，第一继电器闭合。
3.根据权利要求2所述的电容过零投切模块，其特征在于：上述交流电周期为3个。
4.根据权利要求1所述的电容过零投切模块，其特征在于：所述第一继电器和第二继电器为磁保持继电器。
5.一种根据如权利要求1所述的电容过零投切模块的工作方法，其特征在于：过零点检测电路检测交流电压的过零点电位，形成一系列的过零点脉冲，并输出给可控硅驱动电路，电容投入信号到来后，第二继电器闭合，交流电通过电阻对电容进行预充电，当电容两端的电压接近交流电压正半周的峰值时，断开第二继电器，结束电容的预充电，在电源电压与电容C1电压相当的瞬间，可控硅驱动电路输出可控硅门极G1的驱动脉冲，可控硅S1导通，电路由可控硅S1单独作用，此时电容C1投入电路，可控硅驱动电路输出电压过零点脉冲，驱动可控硅门极G1、G2，在交流电的正半周，可控硅S1导通，在交流电的负半周，可控硅S2导通，可控硅导通不产生冲击电流，两端有约1V的管压降，第一继电器延时几个交流电周期，保证电路稳定后闭合，此时可控硅S1、S2相当于短路状态，两端无压降，电容继续保持投入，可控硅驱动电路再延时几个交流周期，待第一继电器稳定闭合后，停止输出过零点触发脉冲，可控硅S1、S2关断，第一继电器单独运行，不产生开关功耗，电容的投入过程完成；
电容切除信号到来后，在交流电压的过零点，可控硅驱动电路输出门极G1、G2的触发脉冲，在交流电的正半周，可控硅S1导通，在交流电的负半周，可控硅S2导通，可控硅S1、S2导通的同时第一继电器保持闭合，可控硅S1、S2相当于短路状态，两端无压降，电容继续保持投入，第一继电器延时几个交流电周期，待电路稳定后断开，此时，电路由可控硅S1、S2单独作用，两端有约1V管压降，电容继续保持投入状态，可控硅驱动电路再延时几个交流周期，保证第一继电器稳定断开后，停止输出过零点触发脉冲，可控硅S1、S2过零点关断，且不产生冲击电流，电容的切除过程完成。
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