CN117154750A - 大容量电力电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大容量电力电容器，无功功率补偿电容器可以根据负载需求动态地连接和断开各个电容器。无功功率补偿电容器的原理：无功功率补偿电容器采用(EPCOS)单相电容和电解电容器作为补偿器，用于调整系统中的功率因数。使用MOS3083光耦合器进行控制，用于实现电容器的连接和断开；预充电块采用串联二极管1N5407和220欧姆100W电阻的形式，用于实现电容器的稳定充电过程。控制器根据负载无功功率的测量和电网电压的分析，通过精确的控制和稳定的运行，实现了高效的无功功率补偿。本发明的无功功率补偿电容器可以实现精确的控制和稳定的运行，提高了能量利用率，减少了电能损耗，有效地进行无功功率补偿。
Description
技术领域
本发明涉及一种大容量电力电容器。
背景技术
电力系统是指由发电厂、变电站、输电线路、配电电网和终端用户组成的一个系统，用于将电能从发电厂输送到用户。它是一个复杂的电网，涉及到电力的生成、传输、分配和使用。
在电力系统中，无功功率是一种不能做功的功率，在配电网中存在一定的损耗和能量浪费。传统的无功补偿方法主要是通过电容器组来实现，将电容器连接到电网中，通过调节电容器的容量来实现无功功率的补偿和调节。然而，传统的电容器组容量较小，当电容器时的瞬态过程中元件过载，这导致电容器和开关元件的电池可靠性下降；无法满足大容量的无功功率补偿需求，进而增加了电能的损耗，降低了电力系统的稳定性，因此我们对此做出改进，提出一种大容量电力电容器。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种大容量电力电容器，包括电极和控制模块，所述电极与电介质连接，所述电极延伸到电容器外壳外部，并与引线相连，所述引线与电容器外壳的连接：所述控制模块设置有电路芯片和电路板，所述电路板上设置有温度传感器，所述电路板通过半控晶闸管开关连接到预充电单元，所述预充电单元将ST电容器充电至电源电压的幅值，电路电压经过最大值，预充电单元的电压幅值与相同容量的辅助电容器连接到外部电路，所述半控晶闸管开关断开和换向电容器的连接的瞬时电压，所述电路板上电路连接有无功功率补偿器。
作为本发明优选的技术方案，通过半控晶闸管开关连接到电网，形成瞬态过程模块，瞬态过程模块包含一个电容器C；通过半控晶闸管开关和预充电单元连接到电网，并连接到瞬态电容单元的电容器；第一开关和第二开关的信号生成由控制电路执行。
作为本发明优选的技术方案，所述瞬态过程模块还包括瞬态电容单元，所述瞬态电容单元通过CT电容器连接到电网，所述CT电容器同时关断，主电容器打开；C为电容接入时电压u(t)和电流i(t)形成瞬态变化过程；TM-630/6变压器的参数：e(t)-振幅为320V、频率为50Hz的正弦EMF，R＝2，5mΩ，L＝40μH；电网负载电阻Zh＝(串联的1Ohm+5mH)；补偿电容器的容量C1＝C2＝..＝Cп＝CT＝600μF；直到时间t＝0的时刻，电容器C1对应于10kVA的补偿器的容量；在时间t＝0时，初始电压为零的电容器C2被连接。
作为本发明优选的技术方案，所述电极与引线通过焊接进行连接，所述引线经过电容器外壳的孔洞，通过压接或焊接固定在电容器外壳上。
作为本发明优选的技术方案，所述电极包括阳极端和阴极端，所述阳极端和阴极端分别与引线相连接，所述电极材料采用铜箔材质。
作为本发明优选的技术方案，所述无功功率补偿器采用5颗单相电容(C1..C5)，每颗单相电容电压为230V，容量为10kVA；两个并联的330μF x400V电解电容器用作ST电容器；按键S1..S5由晶闸管40TPS08制成，使用MOS3083光耦合器进行控制，按键ST使用二极管桥。
作为本发明优选的技术方案，所述二极管桥由KBPC5010W和IGBT类型IRG4PSH71U制成，并由具有光学去耦型FOD3120的驱动器控制，电压控制和控制信号的形成由单芯片微控制器ATMEL ATmega48PA-PU执行，时钟频率为20MHz。
作为本发明优选的技术方案，还包括控制器，所述控制器通过负载无功功率的测量和电网电压的分析生成关键控制信号，所述控制器通过监控电网电压，在电压最大值的转变，并发出打开ST键的命令，监测电容C1和ST上电压均衡的时刻，产生开启S1键和关闭ST键的信号。
作为本发明优选的技术方案，所述预充电单元采用串联二极管1N5407和220欧姆100W电阻，开关次数为每秒两次，由ST电容充电的时间常数控制。
通过采用上述技术方案，通过控制器根据负载无功功率的测量和电网电压的分析生成关键控制信号。当需要连接某个电容器到电网时，控制器会监测电网电压的最大值变化，并发出打开ST键的命令。ST键打开后，电容器C1开始充电，并通过预充电块实现稳定的充电过程。当电容器C1和ST上的电压平衡时，控制器产生开启S1键和关闭ST键的信号，将电容器C1连接到电网。通过控制器的精确控制，无功功率补偿电容器可以根据负载需求动态地连接和断开各个电容器。无功功率补偿电容器的原理：无功功率补偿电容器采用(EPCOS)单相电容和电解电容器作为补偿器，用于调整系统中的功率因数。使用MOS3083光耦合器进行控制，用于实现电容器的连接和断开。
通过按键ST采用二极管桥KBPC5010W和IGBT类型IRG4PSH71U制成，并由具有光学去耦型FOD3120的驱动器控制，用于控制电容器的充电和放电。预充电块采用串联二极管1N5407和220欧姆100W电阻的形式，用于实现电容器的稳定充电过程。控制器根据负载无功功率的测量和电网电压的分析，通过精确的控制和稳定的运行，实现了高效的无功功率补偿。本发明的无功功率补偿电容器可以实现精确的控制和稳定的运行，提高了能量利用率，减少了电能损耗，有效地进行无功功率补偿。
附图说明
图1为本发明补偿器电路图；
图2为本发明电压u(t)和电流i(t)的曲线图；
图3为本发明电压u(t)和电流i(t)瞬态电流分量图；
图4为本发明无功功率补偿器的框图；
图5为本发明电极和电介质和引线结构图；
图6为本发明控制模块结构图；
图7为本发明立体结构图；
图8为本发明电极局部结构图；
图9为本发明瞬态过程模块逻辑框图。
具体实施方式
本发明的大容量电力电容器的实施例如图1-9所示：包括电极1和控制模块2，电极1与电介质3连接，电极1延伸到电容器外壳4外部，并与引线5相连，引线5与电容器外壳4的连接：控制模块2设置有电路芯片21和电路板22，电路板22上设置有温度传感器23，电路板22通过半控晶闸管开关6连接到预充电单元7，预充电单元7将ST电容器充电至电源电压的幅值，电路电压经过最大值，预充电单元7的电压幅值与相同容量的辅助电容器连接到外部电路，半控晶闸管开关6断开和换向电容器的连接的瞬时电压，电路板22上电路连接有无功功率补偿器24。通过半控晶闸管开关6连接到电网，形成瞬态过程模块，瞬态过程模块包含一个电容器C；通过半控晶闸管开关6和预充电单元7连接到电网，并连接到瞬态电容单元的电容器；第一开关和第二开关的信号生成由控制电路执行。
瞬态过程模块还包括瞬态电容单元，瞬态电容单元通过CT电容器连接到电网，CT电容器同时关断，主电容器打开；C为电容接入时电压u(t)和电流i(t)形成瞬态变化过程；TM-630/6变压器的参数：e(t)-振幅为320V、频率为50Hz的正弦EMF，R＝2，5mΩ，L＝40μH；电网负载电阻Zh＝(串联的1Ohm+5mH)；补偿电容器的容量C1＝C2＝..＝Cп＝CT＝600μF；直到时间t＝0的时刻，电容器C1对应于10kVA的补偿器的容量；在时间t＝0时，初始电压为零的电容器C2被连接。
电极1与引线5通过焊接进行连接，引线5经过电容器外壳4的孔洞8，通过压接或焊接固定在电容器外壳4上。电极1包括阳极端和阴极端，阳极端和阴极端分别与引线5相连接，电极1材料采用铜箔材质。
无功功率补偿器24采用5颗单相电容(C1..C5)，每颗单相电容电压为230V，容量为10kVA；两个并联的330μF x 400V电解电容器用作ST电容器；按键S1..S5由晶闸管40TPS08制成，使用MOS3083光耦合器进行控制，按键ST使用二极管桥。二极管桥由KBPC5010W和IGBT类型IRG4PSH71U制成，并由具有光学去耦型FOD3120的驱动器控制，电压控制和控制信号的形成由单芯片微控制器ATMEL ATmega48PA-PU执行，时钟频率为20MHz。
控制器通过负载无功功率的测量和电网电压的分析生成关键控制信号，控制器通过监控电网电压，在电压最大值的转变，并发出打开ST键的命令，监测电容C1和ST上电压均衡的时刻，产生开启S1键和关闭ST键的信号。预充电单元7采用串联二极管1N5407和220欧姆100W电阻，开关次数为每秒两次，由ST电容充电的时间常数控制。
电容器内部的电介质3起到存储电能的作用。常见的电介质3材料有陶瓷、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺。不同的电介质3具有不同的特性和性能，可以根据具体应用需求选择适合的电介质3材料。电容器的电极1是导电材料制成的，电极1材料采用铜箔。电容器通常由两个电极1组成，一个是阳极(正极)，另一个是阴极(负极)。电极1与电介质3之间形成电场，从而存储电能。电容器的引线5用于将电容器连接到电路中。引线5通常由导电材料制成。电容器外壳4通常由绝缘材料制成，用于保护内部结构和电介质3。电容器外壳4可以具有不同的形状和尺寸，以适应不同的安装和使用需求，电容器的内部结构是由电介质3、电极1、引线5和电容器外壳4组成的，通过这些部分的相互配合和组合，实现存储和释放电能的功能。具体的内部结构设计可以根据电容器的类型和应用需求进行调整和优化。
电容器的结构中，电介质3、电极1、引线5和电容器外壳4之间存在以下连接关系：电介质3与电极1的连接：电介质3通常以片状或薄膜状的形式存在，与电极1完全贴合。通常，在电介质3表面涂覆导电层或金属箔作为电极1，以确保电极1与电介质3之间的良好接触。电介质3和电极1之间的连接通常通过涂覆或粘合方式实现。电极1与引线5的连接：电容器的电极1通过引线5与外部电路连接。电极1通常延伸到电容器外壳4外部，并与引线5相连。引线5可以通过焊接、螺纹或压接方式与电极1连接，确保电容器与电路的连接可靠。引线5与电容器外壳4的连接：引线5通过电容器外壳4穿出，并与电容器外壳4相连。连接方式通常是引线5经过电容器外壳4的孔洞8，然后进行焊接、压接或紧固方式固定在电容器外壳4上。这样可以确保引线5与电容器外壳4之间的良好电气和机械连接。
无功功率补偿电容器包括(EPCOS)单相电容(C1..C5)，每颗标称电压为230V，容量为10kVA。此外，还包括两个并联的330μF x 400V电解电容器用作ST电容器。按键S1..S5由晶闸管40TPS08制成，使用MOS3083光耦合器进行控制。按键ST使用二极管桥KBPC5010W和IGBT类IRG4PSH71U制成，并由具有光学去耦型FOD3120的驱动器控制。电压控制和控制信号的形成由单芯片微控制器ATMEL ATmega48PA-PU执行，时钟频率为20MHz。实际实现中的预充电块采用串联二极管1N5407和220欧姆100W电阻的形式。同时，通过软件限制开关次数为每秒两次，以克服ST电容充电的时间常数引起的问题。如果需要提高速度，则增加预充电单元7的功率。控制器根据负载无功功率的测量和电网电压的分析生成关键控制信号。例如，如果需要使用S1键将电容器C1连接到电网，控制器会监测电网电压的最大值变化，并发出打开ST键的命令。然后，当监测到电容C1和ST上的电压平衡时，产生开启S1键和关闭ST键的信号。这样就完成了将电容器C1连接到电网的过程。
本发明的工作原理：无功功率补偿电容器的工作过程：控制器根据负载无功功率的测量和电网电压的分析生成关键控制信号。当需要连接某个电容器到电网时，比如C1，控制器会监测电网电压的最大值变化，并发出打开ST键的命令。ST键打开后，电容器C1开始充电，并通过预充电块实现稳定的充电过程。当电容器C1和ST上的电压平衡时，控制器产生开启S1键和关闭ST键的信号，将电容器C1连接到电网。通过控制器的精确控制，无功功率补偿电容器可以根据负载需求动态地连接和断开各个电容器。无功功率补偿电容器的原理：无功功率补偿电容器采用(EPCOS)单相电容和电解电容器作为补偿器，用于调整系统中的功率因数。按键S1..S5由晶闸管40TPS08制成，使用MOS3083光耦合器进行控制，用于实现电容器的连接和断开。按键ST采用二极管桥KBPC5010W和IGBT类型IRG4PSH71U制成，并由具有光学去耦型FOD3120的驱动器控制，用于控制电容器的充电和放电。电压控制和控制信号的形成由单芯片微控制器ATMEL ATmega48PA-PU执行，时钟频率为20MHz，用于监测负载无功功率和电网电压，并生成关键控制信号。预充电块采用串联二极管1N5407和220欧姆100W电阻的形式，用于实现电容器的稳定充电过程。控制器根据负载无功功率的测量和电网电压的分析，通过精确的控制和稳定的运行，实现了高效的无功功率补偿。通过以上的工作过程和原理，本发明的无功功率补偿电容器可以实现精确的控制和稳定的运行，提高了能量利用率，减少了电能损耗，有效地进行无功功率补偿。
以上实施例，只是本发明优选地具体实施例的一种大容量电力电容器，本领域技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种大容量电力电容器，包括电极和控制模块，其特征在于：所述电极与电介质连接，所述电极延伸到电容器外壳外部，并与引线相连，所述引线与电容器外壳的连接：所述控制模块设置有电路芯片和电路板，所述电路板上设置有温度传感器，所述电路板通过半控晶闸管开关连接到预充电单元，所述预充电单元将ST电容器充电至电源电压的幅值，电路电压经过最大值，预充电单元的电压幅值与相同容量的辅助电容器连接到外部电路，所述半控晶闸管开关断开和换向电容器的连接的瞬时电压，所述电路板上电路连接有无功功率补偿器。
2.根据权利要求1所述的大容量电力电容器，其特征在于：通过半控晶闸管开关连接到电网，形成瞬态过程模块，瞬态过程模块包含一个电容器C；通过半控晶闸管开关和预充电单元连接到电网，并连接到瞬态电容单元的电容器；第一开关和第二开关的信号生成由控制电路执行。
3.根据权利要求2所述的大容量电力电容器，其特征在于：所述瞬态过程模块还包括瞬态电容单元，所述瞬态电容单元通过CT电容器连接到电网，所述CT电容器同时关断，主电容器打开；C为电容接入时电压u(t)和电流i(t)形成瞬态变化过程；TM-630/6变压器的参数：e(t)-振幅为320V、频率为50Hz的正弦EMF，R＝2，5mΩ，L＝40μH；电网负载电阻Zh＝(串联的1Ohm+5mH)；补偿电容器的容量C1＝C2＝..＝Cп＝CT＝600μF；直到时间t＝0的时刻，电容器C1对应于10kVA的补偿器的容量；在时间t＝0时，初始电压为零的电容器C2被连接。
4.根据权利要求1所述的大容量电力电容器，其特征在于：所述电极与引线通过焊接进行连接，所述引线经过电容器外壳的孔洞，通过压接或焊接固定在电容器外壳上。
5.根据权利要求1所述的大容量电力电容器，其特征在于：所述电极包括阳极端和阴极端，所述阳极端和阴极端分别与引线相连接，所述电极材料采用铜箔材质。
6.根据权利要求1所述的大容量电力电容器，其特征在于：所述无功功率补偿器采用5颗单相电容(C1..C5)，每颗单相电容电压为230V，容量为10kVA；两个并联的330μF x 400V电解电容器用作ST电容器；按键S1..S5由晶闸管40TPS08制成，使用MOS3083光耦合器进行控制，按键ST使用二极管桥。
7.根据权利要求6所述的大容量电力电容器，其特征在于：所述二极管桥由KBPC5010W和IGBT类型IRG4PSH71U制成，并由具有光学去耦型FOD3120的驱动器控制，电压控制和控制信号的形成由单芯片微控制器ATMEL ATmega48PA-PU执行，时钟频率为20MHz。
8.根据权利要求6所述的大容量电力电容器，其特征在于：还包括控制器，所述控制器通过负载无功功率的测量和电网电压的分析生成关键控制信号，所述控制器通过监控电网电压，在电压最大值的转变，并发出打开ST键的命令，监测电容C1和ST上电压均衡的时刻，产生开启S1键和关闭ST键的信号。
9.根据权利要求1所述的大容量电力电容器，其特征在于：所述预充电单元采用串联二极管1N5407和220欧姆100W电阻，开关次数为每秒两次，由ST电容充电的时间常数控制。
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