CN113098024A - 电容器系统，操作系统的方法及功率因数校正电路 - Google Patents

电容器系统，操作系统的方法及功率因数校正电路 Download PDF

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Abstract

本申请提供了电容器系统、操作系统的方法及功率因数校正电路。所述方法及系统包括识别在功率因数校正电路中的异常情况，所述功率因数校正电路包括输入、总线及功率因数校正分支。所述输入配置为耦接至三相电源并且从三相电源接收输入三相电力，所述总线具有多条总线线路，每条总线线路配置为耦接所述输入并且承载输入三相电力的一相，所述功率因数校正分支包括接触器，所述接触器配置为选择性地将包含在功率因数校正分支中的电容器组耦接到总线。响应于识别异常情况，接触器被控制为将电容器组从总线解耦，并且在激活复位按钮之后，将接触器重新耦接至电容器组以重新操作功率因数校正分支来对输入三相电力提供功率因数校正。

Description

电容器系统，操作系统的方法及功率因数校正电路
相关申请的交叉引用
本申请要求根据2020年1月8日提交的美国临时专利申请62/958,324以及2020年8月7日提交的美国临时专利申请16/988,014的优先权权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
实施例通常涉及三相功率因数校正(PFC)电路。
背景技术
功率因数为实功率与耦接到电力系统的电负载所汲取的视在功率之间的比率，功率因数可以用作电力系统的效率的度量。例如，在理想系统中，功率因数接近于一。为了改善系统效率，功率因数校正(PFC)系统可用于电力系统中以使系统的功率因数提高到更接近于一。
三相电力系统通常包括功率因数校正设备，所述设备配置为对接收到的三相输入电力进行功率因数校正，以减少无功功率需求及相关的损耗。这种功率因数校正设备通常包括通过控制器结合电容器组所操作的开关电路来提供功率因数校正。
发明内容
多个方面及实施例指向一种包括一壳体的电容器系统，所述壳体包括：至少一电容器，配置为耦接到至少一总线线路；至少一传感器，配置为测量所述至少一电容器的至少一电参数；以及一监控装置，配置为监控所述至少一电参数，基于所述至少一电参数来识别所述至少一电容器的一个或多个情况，并且响应于识别所述一个或多个情况来操作一接触器以使所述至少一电容器从所述至少一总线线路解耦。
根据一个实施例，所述至少一传感器包括耦接到所述至少一电容器的一电压传感器，并且所述至少一电参数包括在所述至少一电容器上的一电压。在一些实施例中，所述一个或多个情况包括所述电压超过一预定值。在另外的实施例中，所述一个或多个情况包括在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电压超过一预定值。
根据另一实施例，所述至少一传感器包括一电流传感器，所述电流传感器耦接到所述至少一电容器并且配置为测量提供给所述至少一电容器的电流。在一些实施例中，所述一个或多个情况包括电流超过一预定值。在另外的实施例中，所述一个或多个情况包括在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流超过一预定值。在其他实施例中，所述一个或多个情况包括在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流小于一第二预定值。
根据一个实施例，在操作所述接触器以使所述至少一电容器从所述至少一总线线路解耦时，所述监测装置还配置为响应于识别所述一个或多个情况，通过一有线或无线连接中的一个或多个将一信号传输到一控制器，以操作所述接触器使所述系统从所述至少一条总线解耦。
根据另一实施例，所述系统还包括一跳闸指示器，所述跳闸指示器包括一复位按钮，所述复位按钮配置为被激活以将至少一电容器重新耦接到所述至少一总线线路，用以使所述监控装置继续监控所述一个或多个情况，并且所述监控装置还配置为响应于识别所述一个或多个情况来发送一信号到所述跳闸指示器。
根据一个实施例，所述至少一传感器包括一电压传感器及一电流传感器，所述电压传感器耦接到所述至少一电容器并且配置为测量在所述至少一电容器上的一电压；以及所述电流传感器耦接到所述至少一电容器并且配置为测量提供给所述至少一电容器的电流；所述至少一电参数包括所述电压及所述电流；所述一个或多个情况包括一过电压、一过电流及一欠电流。所述监控装置还配置为：检测在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电压超过所述预定值，并且识别所述过电压；检测在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流超过一第二预定值，并且识别所述过电流；以及检测在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流小于一第三预定值，并且识别所述欠电流。
多个方面及实施例指向一种操作一电容器系统的方法，所述电容器系统包括一壳体，所述壳体包括至少一电容器、至少一传感器及一监控装置。所述方法包括：将所述至少一电容器耦接到至少一总线线路；将所述至少一电容器耦接到至少一传感器；以所述至少一传感器来测量所述至少一电容器的至少一电参数；以所述监控装置来监控所述至少一电参数；基于所述至少一电参数来识别所述至少一电容器的一个或多个情况；以及响应于识别所述一个或多个情况来操作一接触器以使所述至少一电容器从所述至少一总线线路解耦。
根据一个实施例，所述方法还包括将所述至少一传感器耦接到所述至少一电容器；测量所述至少一电参数包括测量所述至少一电容器上的一电压；确定在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电压超过一预定值；以及识别所述一个或多个情况包括识别一过电压。
根据另一实施例，所述方法还包括：将所述至少一传感器耦接到所述至少一电容器；测量所述至少一电参数包括测量提供给所述至少一电容器的一电流；确定在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流超过一预定值；以及识别所述一个或多个情况包括识别一过电流。
根据一个实施例，所述方法进一步包括将至少一传感器耦接到所述至少一电容；测量所述至少一电参数包括测量提供给所述至少一电容器的一电流；确定在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流小于一预定值；以及识别所述一个或多个情况包括识别一欠电流。
根据另一实施例，操作所述接触器以将所述至少一个电容器从所述至少一条总线解耦还包括：响应于识别所述一个或多个情况，通过一有线或无线连接的一个或多个将一信号传输至一控制器，并且响应接收所述信号以所述控制器来操作所述接触器断开。
根据一个实施例，所述方法还包括：响应于识别所述一个或多个情况，发送一信号到包含在所述电容器系统中的一跳闸指示器，所述跳闸指示器包括一复位按钮；响应于接收所述信号，激活所述跳闸指示器；以及响应于所述复位按钮被激活，将所述电容器系统重新耦接到所述至少一总线线路，并且继续监控一个或多个情况。
多个方面及实施例指向一种功率因数校正(PFC)电路，所述的功率因数校正电路包括：一控制器；一输入，配置为耦接到一三相电源并且从所述三相电源接收输入三相电力；至少一总线线路，配置为承载所述输入三相电力；一功率因数校正分支，包括一接触器及一电容器系统，所述接触器耦接到所述控制器并且配置为选择性地将所述电容器系统耦接到所述至少一总线线路，并且所述电容器系统包括一壳体。所述壳体包括：至少一电容器，配置为耦接到至少一总线线路；至少一传感器，配置为测量所述至少一电容器的至少一电参数；以及一监控装置，配置为监控所述至少一电参数，基于所述至少一电参数来识别所述至少一电容器的一个或多个情况，并且响应于识别所述一个或多个情况来操作一接触器以使所述至少一电容器从所述至少一总线线路解耦。
根据一个实施例，所述PFC电路还包括跳闸指示器，所述跳闸指示器包括一复位按钮，所述复位按钮配置为被激活以将至少一电容器重新耦接到所述至少一总线线路并且继续监控所述一个或多个情况，以及所述监控装置还配置为响应于识别所述一个或多个情况来发送一信号到所述跳闸指示器。
根据另一实施例，所述至少一传感器包括一电压传感器及一电流传感器，所述电压传感器耦接到所述至少一电容器并且配置为测量所述至少一电容器上的一电压；以及所述电流传感器耦接到所述至少一电容器并且配置为测量提供给所述至少一电容器的电流；所述至少一参数包括所述电压及所述电流；所述一个或多个情况包括一过电压、一过电流及一欠电流；以及所述监控装置还配置为：检测在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电压超过所述预定值，并且识别所述过电压；检测在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流超过一第二预定值，并且识别所述过电流；以及检测在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流小于一第三预定值，并且识别所述欠电流。
附图说明
下面参照附图讨论至少一个实施例的各个方面，这些附图并非旨在按比例绘制。包括附图以提供对各个方面及实施例的说明与进一步的理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，但是不旨在作为对任何特定实施例的限制的定义。附图以及说明书的其余部分，用于解释所描述的及要求保护的方面及实施例的原理与操作。在附图中，在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的部件通过相似的数字表示。为了清楚起见，并非每个部件都可以在每个图中标记。在附图中：
图1是根据本文描述的方面与实施例包括电力系统、接触器、控制器的智能电容器系统的框图；
图2是根据本文描述的方面与实施例包括电容器系统的PFC电路的示意图；
图3是与总线耦接的PFC分支的示意图。
图4是说明根据本文描述的方面与实施例监控功率因数校正的操作的流程图；
图5是说明根据本文描述的方面与实施例的监控功率因数校正的操作的流程图；
图6A是根据本文描述的方面与实施例的箱型电容器的图示；
图6B是根据本文所述的方面与实施例的移除盖子且暴露端子的箱型电容器的视图；以及
图6C是根据本文描述的方面与实施例的移除附加面板的箱型电容器的视图。
具体实施方式
应当理解，本文讨论的方法与系统的实施例在应用中不限于在以下描述中阐述或在附图中说明的构造细节及部件的布置。所述方法及系统能够在其他实施例中实施并且能够以各种方式实践或执行。本文提供的特定实施方式的示例仅出于说明性目的，并不旨在进行限制。特别地，结合任何一个或多个示例所讨论的动作、部件、元件及特征不旨在被排除在任何其他示例中的类似角色之外。同样地，本文所使用的措词及术语是出于描述的目的，并且不应被视为限制。对本文中以单数形式提及的系统与方法的示例、实施例、部件、元件或动作的任何引用也可以涵盖包括多个的实施例，并且对本文中的任何实施例、部件、元件或动作的复数形式的任何引用也可以涵盖包含单数的实施例。单数或复数形式的引用无意于限制当前揭露的系统或方法、它们的部件、动作或元件。本文中“包括”，“包含”，“具有”，“包含”，“涉及”及其变体的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及其他项目。对“或”的引用可以解释为包括性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个、一个以上以及所有所描述的术语中的任何一个。另外，在本文档中的术语使用与通过引用并入本文的文档不一致的情况下，所并入的特征中的术语用法是对本文档的术语的补充。对于无法调和的差异，以本文档中的术语“用法”为准。
如上所述，三相电力系统的功率因数校正电路通常包括通过控制器结合电容器组所操作的开关电路，以向接收的输入三相电力提供功率因数校正。但是，功率因数校正电路与电容器组接收到的异常电压及/或电流情况可能会对电容器组中的电容器产生负面影响。例如，异常状态如过电压或过电流情状的会缩短电容器组中电容器的寿命。另外，导致的电容器组中电容器的电容损失会引起欠电流情况，这会降低系统效率及/或影响相应负载的运行。
本文描述的方面及实施例有关于一种智能电容器系统，所述智能电容器系统能够检测系统中电容器的异常电压及/或电流情况，并且因此操作接触器以防止电力流向所述电容器。响应于检测异常情况通过防止电力从所述接触器流向所述电容器，可以保持所述电容器的寿命并且可以维持所述系统的效率。
图1中示出了这种智能电容器系统110在连接的组件的配置中的示例。此配置包括一电力系统120、至少一接触器106及一控制器109。所述电力系统120配置为连接到所述接触器106，所述接触器106配置为耦接到所述智能电容器系统110。所述控制器109可以连接到所述接触器106及/或所述智能电容器系统110。当使用时，所述电力系统120可以将能量存储在所述电容器系统210的一个或多个内部电容器中。所述智能电容器110监控所述一个或多个内部电容器的多个参数，并且并响应于某些情况而直接操作或指示所述控制器109来操作所述接触器106以将所述智能电容器110从所述电力系统120解耦。
本文描述的电容器系统可用于PFC电路中。例如，图2是根据本文描述的实施例的PFC电路100的示意图。所述PFC电路100包括一输入101、一输入电源线102、一总线104、一输入断路器105、一控制器209(例如，类似于图1中的所述控制器109)、一输入中性线(N)、一输入接地线(PE)及至少一PFC分支107，每个PFC分支107包括一断路器103、一分支接触器206(例如，类似于图1中的所述接触器106)、一电感器组108及一智能电容器系统210(例如，类似于图1中的所述智能电容器系统110)。如图1所示，所述PFC电路100包括三个PFC分支107；然而，在其他实施例中，所述PFC电路100包括多于或少于三个PFC分支107。所述输入线102包括三个输入相线(L1、L2、L3)。每个PFC分支107配置为耦接到所述总线104。
所述PFC电路103的所述输入101配置为经由输入电源线102耦接到一三相电源，并且从所述三相电源接收输入三相电力。每条输入电源线102配置为承载所述输入三相电力中的一相。所述PFC电路103的所述输入断路器105配置为通过所述输入101选择地将每条输入电源线102耦接到所述总线104的一相应总线线路(BL1、BL2、BL3)。
所述PFC分支电路断路器103配置为耦接到所述总线104的每条总线线路(BL1、BL2、BL3)及所述分支接触器206。每个分支接触器206配置为通过所述电感器组108中的一相应电感器选择性地将所述总线104的每条总线(BL1、BL2、BL3)耦接所述电容器系统210。如图1所示，每个PFC分支107包括一分支接触器206；然而，在其他实施例中，每个PFC分支107可以包括一个以上的分支接触器206。所述控制器209耦接到所述电容器系统210及每个PFC分支107的分支接触器206。在一些实施例中，所述电容器系统210与所述控制器209通信以指示所述电容器系统210的异常电压及/或电流情况。
类似以上描述的，所述PFC电路100通过所述控制器209所操作以向所述输入线102接收的所述输入三相电力提供功率因数校正。通过将期望的PFC分支107选择性地耦接到所述总线104，所述控制器209可以操作所述PFC电路100以向所述接收的输入三相电力提供期望的功率因数校正。
每个PFC分支107的所述电容器系统210配置为监控所述电容器系统210上的电压及/或提供给所述电容器系统210的电流，并且因此检测异常电压及/或电流情况。响应于在所述电容器系统210处检测一异常电压及/或电流情况，所述电容器系统可以生成这样指示的一个信号。
根据一个实施例，所述电容器系统210将指示所述异常电压及/或电流情况的信号提供给所述控制器209。响应于从所述电容器系统210接收指示一异常电压及/或电流情况的一个信号，所述控制器209操作所述PFC分支107的一分支接触器206，在所述分支接触器206中所述异常状况被检测到开启，使得所述PFC分支107(及对应的电容器系统210)从所述总线104解耦。在另一个实施例中，所述电容器系统210可以直接操作一相应的分支接触器206开启，从而将所述电容器系统210从所述总线104解耦。
通过响应于一检测到的异常电压及/或电流情况，将所述电容器系统210从所述总线104解耦(并且防止电力流向所述电容器系统210/从所述电容器系统210流动)，可以保持所述电容器系统210中的电容器的寿命，并且可以维持所述PFC电路100的效率。
图3是根据本文描述的方面的PFC分支107其中一个的电容器系统210的一个实施例的示意图。如图2所示，所述电容器系统210包括控制电源线231，233及一壳体210。在所述壳体210内，所述电容器系统210包括一跳闸指示器212(例如，一视觉或听觉警报)、一监控装置214、一继电器217、包括多个电容器251、252、253的一电容器组218、一温度传感器220、一电池222及一传感器封装件216。在一个实施例中，所述电容器组218的所述电容器以三角形配置定向；然而，在其他实施例中，电容器可以被不同地配置。
所述电池222耦接到所述监控装置214，并且配置为向所述监控装置214供电。
所述控制电源线231，233配置为向所述监控装置214提供电力。在所述电容器251，252，253中的一个或多个从一供电线断开的状况下，由所述控制电源线231，233提供的电力可以使所述监控装置214保持供电并且运行以执行一个或多个操作，包括指示灯闪烁、与外部连接的装置进行通信、记录数据以及保持或更改所述继电器217的状态。
如图3所示，所述传感器封装件216包括三个电压传感器(显示为实心黑点)及三个电流互感器(显示为椭圆形)。传感器封装件216中的每个传感器都耦接到所述监控装置214。一对传感器(一电流传感器及一电压传感器)耦接到所述电容器组218中的三个电容器251、252、253的每一个。所述第一电容器251的一端子是耦接到所述第三电容器253的一端子共享的一个节点，所述节点耦接到一第一对传感器(一电压传感器及一电流传感器)。所述第一电容器251的另一端子耦接至所述第二电容器252的一端子共享的一个节点，所述节点耦接至一第二对传感器(一电压传感器及一电流传感器)。所述第二电容器252的另一端子耦接至所述第三电容器253的另一端子共享的一个节点，所述节点耦接至一第三对传感器(一电压传感器及一电流传感器)。
可以考虑传感器的其他配置。在一个示例中，所述壳体210仅包括耦接至所述电容器组218的多个电流传感器。在另一个示例中，所述壳体210仅包括耦接至所述电容器组的多个电压传感器。
如图3所示，所述电容器251、252、253为三角形配置。然而，在其他实施例中，所述电容器251、252、253可以被不同地配置。例如，在一个实施例中，所述电容器251、252、253配置为一星形配置，使得每个电容器的一端子耦接到一中心节点。一些示例仅包括多个电流传感器。其他示例仅包括多个电压传感器。
如图3所示，所述电压传感器耦接到每个电容器251、252、253，并且配置为监控每个电容器251、252、253上的电压。所述电流传感器耦接到每个电容器251、252、253，并且配置为监控提供给每个电容器251、252、253的电流。在至少一个实施例中，响应于在所述电容器251、252、253检测一异常电压(例如，一过电压或一欠电压)及/或电流情况(例如，一过电流或一欠电流)，所述监控装置214将一信号发送到指示这样的所述控制器209。在一个实施例中，所述监控装置214与所述控制器209无线通信。在另一实施例中，所述监控装置214经由有线连接(例如，一串行通信总线，未示出)与所述控制器209通信。
根据一个实施例，所述监控装置214在感测所述电容器251、252、253中的一个或多个上的一个电压超过一阈值水平时识别一异常状况(即，一过电压情况)。在另一实施例中，所述监控装置214在感测往所述电容器251、252、253中的一个或多个的电流超过一阈值水平时识别一异常状况(即，过电流情况)。在另一实施例中，所述监控装置214在感测往所述电容器251、252、253的一个或多个的电流低于一阈值水平时识别异常情况(即，欠电流情况)。根据一个实施例，响应于识别一异常状况，所述监控装置214将识别出这样的一信号发送到位于所述壳体210外部的所述控制器209，并且所述控制器209操作也位于所述监控装置214的所述壳体202外部的所述分支接触器206，以将对应的PFC分支107与所述总线104解耦。在另一个实施例中，响应于识别所述异常状况，所述监控装置214直接通过一有线或无线连接的其中一种来操作所述分支接触器206，从而打开所述分支接触器206。
在至少一个实施例中，所述控制器209配置为经由一条或多条所述信号线226来控制所述分支接触器(接触器)206。所述分支接触器206包括一电感器，所述电感器配置为产生能够操作在所述接触器206内一个或多个接触开关的一磁场。例如，当一电压通过一条或多条信号线226被施加到所述分支接触器206的所述电感器的一端子时，通过操作所述分支接触器206内的一个或多个接触器的所述电感器来产生一磁场以从一状态改变到另一状态(例如，从打开到闭合，或从闭合到打开)，从而将所述PFC分支107从所述总线104解耦。
另外，所述控制器209通过一条或多条信号线224可以耦接到所述壳体210内的任何一个或多个部件。例如，在一个实施例中，所述控制器209通过一个或多个所述信号线224耦接到所述监控装置214，并且配置为经由所述信号线224与所述监控装置214通信(双向及/或单向)。在一个实施例中，所述信号线224提供一有线连接(例如，一串行通信总线)。替代地或附加地，所述信号线可以是一无线连接(例如，一特定的射频，Wi-Fi或蓝牙)。
在从所述监控装置214接收到指示一异常情况的信号时，所述控制器209操作所述PFC分支107的所述分支接触器206开启，在所述分支接触器206内所述异常状况的被检测到，使得所述PFC分支107(以及所述电容器组中的相应的电容器)从所述总线104解耦。如上所述，这种过电压、过电流或欠电流情况会缩短所述电容器251、252、253的寿命，并且降低所述外壳210中的所述电容器系统210的效率。因此，通过使所述电容器251、252、253从所述总线104解耦响应于一检测到的异常电压及/或电流情况，可以保持所述电容器251、252、253的寿命。当结合到包括图1所示的所述PFC电路100的一PFC电路时，这种解耦维持所述PFC电路的效率。
附加实施例包括所述监控装置214，响应于识别一异常状况，所述监控装置214直接经由一信号线控制来控制所述分支接触器206而无需首先与所述控制器209通信。例如，在一些实施例中，所述监控装置214配置为直接经由所述继电器217通过闭合所述继电器217来控制所述分支接触器206，使得将一电压施加到所述分支接触器206的电感器上以产生一磁场，所述磁场操作所述分支接触器206内的一个或多个接触开关以将所述PFC分支107从所述总线104解耦。
根据一个实施例，所述监控装置214还配置为监控所述壳体210的环境温度。所述温度传感器220耦接至所述监控装置214，并且配置为测量所述壳体210内的一温度。所述监控装置214配置为基于所述监控的温度来识别一异常情况。在一些实施例中，所述温度传感器220在所述壳体210内，如图2所示。在其他实施例中，所述监测的温度在所述壳体210(未示出)的外部。根据某些实施例，所述控制器209或所述监控装置214配置为从所述温度传感器220获得一温度值，将所述温度值与一预定阈值进行比较，并且确定一异常情况。在一个示例中，响应于所述温度传感器220测量的一数值超过所述预定阈值，所述分支接触器206被控制为将所述PFC分支107从所述总线104解耦。所述跳闸指示器212配置为响应于所述监控装置214及/或所述控制器209检测一异常状况并且将所述电容器组218从所述总线104解耦而激活。在另一实施例中，所述跳闸指示器212包括一复位按钮，一旦用户激活所述复位按钮，就使所述监控装置214将所述电容器组218重新耦接到所述总线104，并且继续监控异常状况。
如上所述，包括所述壳体210的所述电容器系统210用于一三相电力系统中。然而，在其他实施例中，所述壳体210用于少于三相的系统中或用于不同类型的系统中。
根据一些实施例，所述控制器209配置为监控与控制所述PFC电路100中的每个PFC分支107的操作。使用存储在相关联的存储器中的数据，所述控制器209可操作为执行一个或多个指令，所述指令可能操纵一个或多个开关的导通状态。在一些示例中，所述控制器209包括一个或多个处理器或其他类型的控制器。所述控制器209可以在一处理器上执行本文中讨论的功能的一部分，并且使用经调整以执行特定操作的一专用集成电路(ASIC)来执行另一部分。根据本文描述的方面及实施例的示例可以使用硬件及软件的许多特定组合来执行本文描述的操作，并且不限于硬件及软件部件的任何特定组合。
图4是示出监控一个或多个电容器的方法300的流程图。所述方法300包括动作302、304、308、310与314，以及情况306与312。根据某些实施例，所述方法300的整体或其动作或情况的任何子集通过一处理器或一控制器来执行，包括例如所述控制器209。根据另外的实施例，所述方法300的整体或其动作或情况的任何子集通过所述监控装置214来执行。其他实施例包括通过所述控制器209与所述监控装置214的组合所实现的所述方法300。
所述方法300从动作302开始，所述动作302操作一PFC电路，例如所述PFC电路100，以向所述PFC电路的一输入所接收的输入三相电力提供功率因数校正。例如，在一个实施例中，所述控制器209操作图1所示的所述PFC电路100的所述三个PFC分支107，以向所述PFC电路100所接收的输入三相电力提供功率因数校正。
在动作304中，当所述PFC电路100正在向所述输入101所接收的输入三相电力提供功率因数校正时，所述电容器组218中的一个或多个电容器251、252、253上的电压及/或提供给所述电容器的电流是被监控的。在一个示例中，所述监控装置214监控所述电压及/或电流。在另一个示例中，所述监控装置214从所述传感器封装件216接收数据，并且将所述数据提供给所述控制器209用以监控所述电压及/或电流。
在一个实施例中，所述控制器209及/或所述监控装置214在情况306中基于在动作304中获得的监控的电流及/或电压的一个或多个数值来确定是否发生了一个或多个异常情况。在一个实施例中，响应于识别到所述监控的电压大于一电压阈值，在情况306将一异常过电压情况识别为存在。在另一个实施例中，响应于所述监控的电流大于一电流阈值，在情况306将一异常过电流情况识别为存在。在另一个实施例中，响应于识别出所述监控的电流小于一电流阈值，在情况306将一异常欠电流情况识别为存在。如果未识别出一异常状况，则所述电容器系统210保持耦接到所述总线104，并且所述控制器209及/或所述监控装置214继续监控异常状况。响应于在情况306确定一异常状况(即，在情况306中为“是”)，所述方法300进行到动作308。
在动作308中，响应于所述控制器209及/或所述监控装置214识别所述异常情况，指示包含具有所述异常状况的电容器的PFC分支的相应分支接触器断开，从而使所述电容器系统210从所述总线104解耦。响应于一检测的异常电压及/或电流情况，通过将所述电容器系统210与所述总线104解耦(并且防止电力流向所述电容器系统210/从所述电容器系统210流动)，可以保持所述电容器系统210中的多个电容器的寿命并且维持所述PFC电路100的效率。
根据某些实施例，当异常情况被识别出时并且包括所述电容器组218的所述电容器系统210从所述总线104解耦时，则在动作310中激活所述跳闸指示器212。在一个实施例中，所述监控装置214或所述控制器209激活所述跳闸指示器212(例如，一视觉或听觉指示器)以向用户提供由所述识别的异常状况指示的一故障的指示。
根据另外的实施例，在情况312，当所述异常状况被识别出时并且所述电容器系统210从所述总线104a解耦时，监控复位开关/按钮，以确定所述复位开关/按钮是否已经被用户激活。如果未激活所述复位开关/按钮，则在所述电容器系统210与所述电容器组218保持从所述总线104解耦的同时，进一步监控所述复位开关/按钮的激活。在激活所述复位开关或按钮时，所述方法300继续进行在动作314，其中在动作308中打开的分支接触器被关闭，从而将经历所述异常情况的所述PFC分支重新耦接到所述总线104。
在某些实施例中，所述控制器209及/或所述监控装置214配置为控制所述PFC电路100中的不同PFC分支的分支接触器。作为示例，如图2所示，所述三个PFC分支107的其中一个包括所述监控装置214，所述监控装置214检测其各自的PFC分支中的一异常情况，并且控制所述三个PFC分支中的一个或多个其他PFC分支的分支接触器从所述总线104解耦。另外的实施例包括一个PFC 107中的所述监控装置214，控制PFC电路中的一个或多个分支接触器以重新耦接至所述总线104。所述监控装置214可以直接控制一个或多个分支接触器，或者指示所述控制器209去执行解耦或重新耦接。
图5是示出监控一个或多个电容器的方法400的流程图。所述方法400包括动作402、404、406、408、410及414，以及情况416、418、420、422、424、426及412。根据某些实施例，所述方法400的整体动作或其情况的任何子集通过一处理器或一控制器来执行，包括例如所述控制器209。根据另外的实施例，所述方法400的整体或动作或情况的任何子集通过所述电容器系统210或所述监控装置214来执行。所述方法400的示例包括控制所述壳体210及/或所述分支接触器206内的一个或多个部件。所述方法400的其他示例包括控制所述PFC电路100的一个或多个部件。为了简洁起见，描述所述方法400，其中其主要不同于上面关于方法300所讨论的。根据某些实施例，所述方法400的整体或其动作或情况的任何子集通过所述控制器209及/或所述监控装置214来实现。
如图5所示，所述方法400监控动作404中的电容器电压及动作406中的电容器电流。根据其他实施例，所述方法400可以仅包括动作404与406的其中一个(以及它们对应的情况416与416，或424与426)。在每个情况416、420、424中，将一测量值与一预定阈值进行比较。例如，在情况416，一个或多个电压传感器确定一电容器组内一电容器上的电压。如果所述电压超过一预定阈值(即，一过电压)，则所述方法400进行到一附加情况418。响应于在足够长的时间及/或足够数量的取样内，情况416、420与424中的任何一个被满足，则分别在情况418、420与424一异常情况被识别出。
在示例中，包括所述控制器209及/或所述监控装置214的一控制器确定在情况416所述电容器组218中的其中一个所述电容器251、252、253上的一电压值大于一预定电压值。然而，响应于在一个取样内情况416被满足，例如，在情况418未指示一过电压情况，并且在动作416中将继续监控电容器电压，直到在预定数量的取样内情况418被满足，例如五个取样。在另一示例中，在情况418处，当在至少一预定时间内电压大于一电压的阈值时，所述方法400仅进行到动作408。
在另一示例中，在情况420，所述控制器209及/或所述监控装置214确定提供给所述电容器组218中的其中一个所述电容器251,252,253的一电流值大于一预定电流值。然而，例如，响应于在只有一个取样内情况420被满足，则在情况422未指示一过电流情况，并且在动作420中将继续监控电容器电流，直到在一预定数量的取样内，例如，五个，情况422被满足。在另一示例中，在情况422，当在一至少预定时间内电流大于电流的阈值时，所述方法400仅进行到动作408。
在另一示例中，在情况424，所述控制器209及/或所述监控装置214确定提供给所述电容器组218中的其中一个所述电容器251、252、253的电流值小于一预定电流值。然而，例如，响应于在仅一个取样内情况424被满足，则在情况426未指示一欠电流情况，并且在动作406中将继续监控电容器电流，直到在一预定数量的取样内，例如，五个，情况424被满足。在另一示例中，在情况426，当在至少一预定时间内电流小于电流的阈值时，所述方法400仅进行到动作408。根据另外的实施例，情况416、420及424中的一个或多个确定一附加情况，在所述附加情况中监控值与相应阈值之间的绝对值必须达到或超过最小值。在这样的实施例中，后续情况418、422及426可以具有与上述情况不同的数值。在示例中，情况416确定监控的电容器电压不仅大于一预定阈值，而且大于所述预定阈值一电压的最小绝对值。这样的示例通过平衡了监控值需要多长时间满足416、420与424情况以及具有一名义值的一差值有多大可以容忍之间的权衡取舍来提供附加选项以将所述方法400调整为一特定应用程序。根据一些实施例，在所述情况416、420与424中的具有名义值的较大差值在所述情况418、422、426中需要较短的时间或取样数量。
图6A，6B与6C显示智能电容器系统610的一个实施例(例如，类似于所述智能电容器系统210)。所述电容器系统610是箱型电容器。但是，其他实施例包括其他类型的电容器，包括但不限于罐式电容器。所述电容器系统610包括一盖子，所述盖子包括一第一面板621、一第二面板622、一第三面板623、一第四面板624与一第五面板625，每个面板可以是可移除的，用以更好存取内部部件。如图6B所示，所述第五面板625包括一索环608，所述索环608允许一条或多条电力电缆穿过。
所述电容器系统610中还包括一第一端子601、一第二端子602及一第三端子603，每个端子与区域606相邻。类似于所述PFC电路100，所述端子601、602、603的每个配置为一PFC电路(未显示)的一部分，并且连接到三个电源线其中一条(例如，类似于所述总线104，输入电源线102或某些其他电源线)，每条电源线均配置为连接到单独的PFC分支(例如，类似于所述PFC分支107)。所述电容器系统610的内部部件中的一个或多个可以位于区域606内。在示例中，所述区域606包括与端子601、602、603相邻且连接到端子601、602、603的一监控装置(例如，类似于所述监控装置214)。例如，所述监控装置可以包括多个电流传感器及/或电压传感器，设置为监控多个端子用于如本文所述的一个或多个情况。根据某些实施例，监控装置作为独立单元从外部连接到所述电容器系统610的多个内部电容器。
所述电容器系统110、210、610的实施例包括范围从2.5KVAR到100KVAR的无功功率额定值，范围从240V到830V的额定电压以及包括50Hz与60Hz的网络频率。可以预期的是，监控装置可以被结合到任何数量，尺寸与类型的电容器中，包括其任何明显的变型。
如上所述，提供了一种功率因数校正电路，所述电路能够检测三相系统中的异常电压及/或电流状况，并且因此，操作接触器以防止电力流向功率因数校正电路的电容器组中的电容器。通过防止电力从接触器流向电容器响应于检测异常状况，可以保持电容器组中电容器的寿命，并且可以维持系统的效率。
因此，已经描述至少一个实施例的多个方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变，修改与改进。这样的改变，修改与改进旨在成为本揭露的一部分，并且旨在落入本文所述的方面与实施例的精神及范围内。因此，前面的描述与附图仅作为示例。

Claims (20)

1.一种电容器系统，其特征在于，所述电容器系统包括:
一壳体，包括：
至少一电容器，配置为耦接到至少一总线线路；
至少一传感器，配置为测量所述至少一电容器的至少一电参数；以及
一监控装置，配置为监控所述至少一电参数，基于所述至少一电参数来识别所述至少一电容器的一个或多个情况，并且响应于识别所述一个或多个情况来操作一接触器以使所述至少一电容器从所述至少一总线线路解耦。
2.如权利要求1所述的电容器系统，其特征在于：所述至少一传感器包括耦接到所述至少一电容器的一电压传感器，并且所述至少一电参数包括在所述至少一电容器上的一电压。
3.如权利要求2所述的电容器系统，其特征在于：所述一个或多个情况包括在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电压超过一预定值。
4.如权利要求1所述的电容器系统，其特征在于：所述至少一传感器包括一电流传感器，所述电流传感器耦接到所述至少一电容器并且配置为测量提供给所述至少一电容器的电流。
5.如权利要求4所述的电容器系统，其特征在于：所述一个或多个情况包括在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流超过一预定值。
6.如权利要求5所述的电容器系统，其特征在于：所述一个或多个情况包括在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流小于一第二预定值。
7.如权利要求1所述的电容器系统，其特征在于：在操作所述接触器以使所述至少一电容器从所述至少一总线线路解耦时，所述监控装置还配置为直接操作所述接触器开启。
8.如权利要求1所述的电容器系统，其特征在于：在操作所述接触器以使所述至少一电容器从所述至少一总线线路解耦时，所述监控装置还配置为向一控制器发送一信号，所述控制器配置为响应于接收所述信号来操作所述接触器开启。
9.如权利要求1所述的电容器系统，其特征在于：还包括：
一跳闸指示器，包括一复位按钮，所述复位按钮配置为被激活以将至少一电容器重新耦接到所述至少一总线线路，用以使所述监控装置继续监控所述一个或多个情况，
其中所述监控装置还配置为响应于识别所述一个或多个情况来发送一信号到所述跳闸指示器。
10.如权利要求1所述的电容器系统，其特征在于：所述至少一传感器包括一电压传感器及一电流传感器，所述电压传感器耦接到所述至少一电容器并且配置为测量在所述至少一电容器上的一电压；以及所述电流传感器耦接到所述至少一电容器并且配置为测量提供给所述至少一电容器的电流；
所述至少一电参数包括所述电压及所述电流；
所述一个或多个情况包括一过电压、一过电流及一欠电流；以及
所述监控装置还配置为：
检测在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电压超过所述预定值，并且识别所述过电压；
检测在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流超过一第二预定值，并且识别所述过电流；以及
检测在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流小于一第三预定值，并且识别所述欠电流。
11.一种操作一电容器系统的方法，所述电容器系统包括一壳体，所述壳体包括至少一电容器、至少一传感器及一监控装置，其特征在于，所述方法包括：
将所述至少一电容器耦接到至少一总线线路；
将所述至少一电容器耦接到至少一传感器；
以所述至少一传感器来测量所述至少一电容器的至少一电参数；
以所述监控装置来监控所述至少一电参数；
基于所述至少一电参数来识别所述至少一电容器的一个或多个情况；以及
响应于识别所述一个或多个情况来操作一接触器以使所述至少一电容器从所述至少一总线线路解耦。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：还包括：
将所述至少一传感器耦接到所述至少一电容器；
其中测量所述至少一电参数包括测量所述至少一电容器上的一电压；以及
确定在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电压超过一预定值；
其中识别所述一个或多个情况包括识别一过电压。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于：还包括：
将所述至少一传感器耦接到所述至少一电容器；
其中测量所述至少一电参数包括测量提供给所述至少一电容器的一电流；以及
确定在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流超过一预定值；
其中识别所述一个或多个情况包括识别一过电流。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于：还包括：
将至少一传感器耦接到所述至少一电容；
其中测量所述至少一电参数包括测量提供给所述至少一电容器的一电流；以及
确定在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流小于一预定值；
其中识别所述一个或多个情况包括识别一欠电流。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于：操作所述接触器以使所述至少一电容器从所述至少一总线线路解耦包括以所述监控装置直接操作所述接触器开启。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于：操作所述接触器以使所述至少一电容器从所述至少一总线线路解耦包括从所述监控装置发送一信号到一控制器，以及响应于接收所述信号以所述控制器来操作所述接触器开启。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于：还包括：
响应于识别所述一个或多个情况，发送一信号到包含在所述电容器系统中的一跳闸指示器，所述跳闸指示器包括一复位按钮；
响应于接收所述信号，激活所述跳闸指示器；以及
响应于所述复位按钮被激活，将所述电容器系统重新耦接到所述至少一总线线路，并且继续监控一个或多个情况。
18.一种功率因数校正(PFC)电路，其特征在于，所述的功率因数校正电路包括：
一控制器；
一输入，配置为耦接到一三相电源并且从所述三相电源接收输入三相电力；
至少一总线线路，配置为承载所述输入三相电力；
一功率因数校正分支，包括一接触器及一电容器系统，所述接触器耦接到所述控制器并且配置为选择性地将所述电容器系统耦接到所述至少一总线线路，并且所述电容器系统包括：
一壳体，包括：
至少一电容器，配置为耦接到至少一总线线路；
至少一传感器，配置为测量所述至少一电容器的至少一电参数；以及
一监控装置，配置为监控所述至少一电参数，基于所述至少一电参数来识别所述至少一电容器的一个或多个情况，并且响应于识别所述一个或多个情况来操作一接触器以使所述至少一电容器从所述至少一总线线路解耦。
19.如权利要求18所述的功率因数校正电路，其特征在于：还包括：
一跳闸指示器，包括一复位按钮，所述复位按钮配置为被激活以将至少一电容器重新耦接到所述至少一总线线路并且继续监控所述一个或多个情况，
其中所述监控装置还配置为响应于识别所述一个或多个情况来发送一信号到所述跳闸指示器。
20.如权利要求18所述的功率因数校正电路，其特征在于：所述至少一传感器包括一电压传感器及一电流传感器，所述电压传感器耦接到所述至少一电容器并且配置为测量所述至少一电容器上的一电压；以及所述电流传感器耦接到所述至少一电容器并且配置为测量提供给所述至少一电容器的电流；
所述至少一参数包括所述电压及所述电流；
所述一个或多个情况包括一过电压、一过电流及一欠电流；以及
所述监控装置还配置为：
检测在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电压超过所述预定值，并且识别所述过电压；
检测在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流超过一第二预定值，并且识别所述过电流；以及
检测在至少多个取样的其中一个及至少一段时间内所述电流小于一第三预定值，并且识别所述欠电流。
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