CN201336223Y - 带谐波保护的智能电容器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带谐波保护的智能电容器，它包括单片机，运算放大器、开关控制电路，开关、电容器以及AD转换器；所述单片机依次与开关控制电路，开关以及电容器连接，所述开关控制电路包括第六三极管、两个过零光耦，第七三极管、继电器、电容、磁保持继电器、两个晶闸管；所述开关电路包括一个电压输入和一个电压输出，并分别引出两端与所述单片机连接；基极与单片机连接的第六三极管导通后，与第六三极管集电极连接的两个并联的过零光耦导通，在电压输出过零时，两个并联的晶闸管导通；第七三极管的基极与单片机连接，集电极与继电器以及电容连接后串联磁保持继电器。该智能电容器通过能保证电路的工作可靠，保护晶闸管不受损坏。

Description

带谐波保护的智能电容器

技术领域

本实用新型公开了一种电容器，特别是一种能进行谐波采样、计算，并控制输出的带谐波保护的智能电容器。

背景技术

传统的自动无功补偿装置由智能无功控制器、熔丝、复合开关(或接触器)、热继电器、指示灯、低压电力电容器多种分散器件组装而成。传统测控技术电气参数测量精度低，采样周期长。绝大部分控制器无谐波检测功能，保护功能不全，上下位机、同位机通讯能力不强。投切开关采用接触器投切电容时易产生高倍涌流与过电压，造成电气元件损坏；补偿速度慢，不可频繁投切，功耗、噪音大。现有复合开关“过零投切”技术指标不到位，可控硅保护功能不全，故障率高。现有产品不具有谐波保护功能，自诊断保护功能。而依靠空气开关、熔断器、热继电器等电气元件实现保护功能，保护配合差，保护可靠性低。而分立器件组装的成套补偿装置体积大，接线多，功耗大，安装耗时费力，维护不方便。单台装置柜体容量小，成本高，不利于扩容改造。

实用新型内容

发明目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种带谐波保护的智能电容器。

技术方案：本实用新型公开了一种带谐波保护的智能电容器，它包括单片机，运算放大器、开关控制电路，开关、电容器以及AD转换器；所述运算放大器一端连接零线电流互感器另一端与单片机的ADC接口连接；所述单片机的UART接口与RS232接口连接；所述单片机的I/O接口和SPI接口分别与所述AD转换器连接，AD转换器还与电压互感器、电流互感器连接；所述单片机依次与开关控制电路，开关以及电容器连接，所述开关控制电路包括第六三极管、两个过零光耦，第七三极管、继电器、电容、磁保持继电器、两个晶闸管；所述开关电路包括一个电压输入和一个电压输出，并分别引出两端与所述单片机连接；基极与单片机连接的第六三极管导通后，与第六三极管集电极连接的两个并联的过零光耦导通，在电压输出过零时，两个并联的晶闸管导通；第七三极管的基极与单片机连接，集电极与继电器以及电容连接后串联磁保持继电器。

本实用新型中，优选地，三相电路中各相的电压互感器、电流互感器分别通过三个AD转换器与单片机连接。

本实用新型中，优选地，所述AD转换器为型号为MCP3909的AD转换器。

有益效果：本实用新型所述的带谐波保护的智能电容器中的开关控制电路，通过低耐压的光电耦合器串联，在高电压的环境下使用，为保证电路的的工作可靠对串联电路采用了电阻分压的静态均压保护和阻容串联的动态保护，保护晶闸管导通和关闭时引起的电压浪涌不受损坏。本电路的通过单片机控制过零光耦触发晶闸管道统和关闭，在晶闸管导通的状态下通过控制继电器吸合和分离，使得电容充电或放电产生磁保持继电器新驱动需要的正负脉冲，控制磁保持继电器闭合或断开。通过晶闸管和磁保持继电器的配合使用，控制无功电容的投入和切除。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明。

图1为本实用新型电气连接图。

图2为本实用新型中开关电路的电路原理图。

具体实施方式

如1图所示，本实用新型公开了一种低压智能电容器，它包括单片机1，运算放大器2、开关控制电路3，开关4、电容器5以及AD转换器6；所述运算放大器2一端连接零线电流互感器另一端与单片机1的ADC接口连接；所述单片机1的UART接口与一RS232接口7连接；所述单片机1的I/O接口和SPI接口分别与所述AD转换器6连接，AD转换器6还与电压互感器、电流互感器连接；所述单片机1依次与开关控制电路3，开关4以及电容器5连接。三相电路中各相的电压互感器、电流互感器分别通过三个AD转换器与单片机1连接。所述AD转换器6为型号为MCP3909的AD转换器。单片机1还设有ICD2接口8。本实用新型中，A相电压互感器和A相电流互感器与AD转换器连接。B相电压互感器和B相电流互感器与AD转换器连接。C相电压互感器和C相电流互感器与AD转换器连接。三个AD转换器分别与单片机连接。本实用新型中谐波输入开关部分。单片机1的串行外设接口SPI与AD转换器连接，I/O接口与AD转换器连接进行增益控制。

如图2所示，本实用新型公开了一种智能电容器控制装置，在单片机控制单元1和电容器5之间的开关投切控制电路3。所述电路和单片机MCU 1以及电容器5相连。单片机MCU 1包含SB1_1和SB1_0两个控制信号输出作为本电路的输入，一个电压线PA1输入，和一个PA1_OUT输出到电容器。一个控制信号SB1_1通过一个电阻R61与地相连，同时通过一个电阻R58与一个三极管N6基极相连，三极管N6的发射机连接到地，三极管N6的集电极与一个串联的可过零触发光耦U3，U1控制端相连，串联光耦U1的4脚和U3的6脚相连，串联光耦U1的6脚连接晶闸管Q1的门极，串联光耦U3的4脚串接电阻R17连接晶闸管Q3的门极，在串联光耦U1，U3的6脚和4脚之间分别加入一个分压电阻R7、R9以及一个串联的阻容电路R5、电容C1和C5、电阻R10组成一个静态均压和动态均压电路并联，PA1_OUT通过一个并联电阻R3和二极管D1连接到U1的6脚，PA1通过一个并联电阻R13和二极管D3连接到电阻R17的一端，R17的另一端连接到U3的4脚。为保护晶闸管Q1、Q3免受过压损坏，PA1和PA_OUT之间通过一个电阻R1串联电容C3相连接。一个控制信号SB1_0通过一个电阻R67与地相连，同时通过一个电阻R64与一个三极管N7基极相连，三极管N7的发射极连接到地，集电极连接到继电器J2控制线圈的一端2脚，J2控制线圈另一端5接电源+5V，在继电器J2的2脚接二极管D11阳极，二极管的阴极与继电器J2的5脚相连，继电器J2的常闭触点正向连接二极管D15到地，同时继电器J2的常闭节点还连接到磁保持继电器K1的信号负端1。12V正向串接一个二极管D13到继电器J2的常开触点。继电器J2的公共端3，4接到电解电容E5的正端，电容E5的负端接磁保持继电器K1的信号正端2.磁保持继电器的开关触点分别和PA1和PA1_OUT连接。

本实用新型开关电路：单片机通过控制SB1_1为高，三极管N6导通，过零光藕导通，在交流电PA1_PA1OUT电压过零时，晶闸管Q1，Q3导通，SB1_0为高电平，三极管N7导通，J2断开，12V对电容E5充电，磁保持继电器K1吸合。再将SB1_1置低，三极管N6关断，过零光藕不导通，在交流电PA1_PA1OUT电流过零时，晶闸管Q1，Q3关闭。完成开关的闭合，完成电容器投入。单片机通过控制SB1_1为高，三极管N6导通，过零光藕导通，在交流电PA1_PA1OUT电压过零时，晶闸管Q1，Q3导通，SB1_0为低电平，三极管N7截止，J2闭合，电容E5通过D15对地放电，磁保持继电器K1断开。再将SB1_1置低，三极管N6关断，过零光藕不导通，在交流电PA1_PA1OUT电流过零时，晶闸管Q1，Q2关闭，完成电容器的切除。

开关控制电路：投入控制过程：单片机通过控制控制信号SB1_1为高，三极管N6导通，过零光耦导通，在交流电PA1_PA1OUT电压过零时，晶闸管Q1，晶闸管Q3导通，SB1_0为高电平，三极管N7导通，继电器J2断开，12V对电容E5充电，磁保持继电器K1吸合。再将SB1_1置低，三极管N6关断，过零光藕不导通，在交流电PA1_PA1OUT电流过零时，晶闸管Q1，Q3关闭。

切除控制过程：单片机通过控制SB1_1为高，三极管N6导通，过零光耦导通，在交流电PA1_PA1OUT电压过零时，晶闸管Q1，Q2导通，SB1_0为低电平，三极管N7截止，继电器J2闭合，电容E5通过二极管D15对地放电，磁保持继电器K1断开。再将SB1_1置低，三极管N6关断，过零光藕不导通，在交流电PA1_PA1OUT电流过零时，晶闸管Q1，Q3关闭。

由于光藕合器电压较低，本电路采用两个光藕U1和U3串联使用，由于电子器件的离散性为保证开关Q1，Q3，K1在开通关断过程中，电压不全部作用在一个光藕U1或U3上，采用了动态均压和静态均压技术，使得瞬时和静态电压都不会超过单个器件的最大电压范围，致使电路烧毁。提高了开关的可靠性。

本实用新型具有谐波保护功能，外界有谐波干扰的情况下保证电容器能够安全工作如果电容器长时间工作在有谐波干扰的电网中，会严重影响电容寿命，甚至烧毁电容，智能电容器中的嵌入式程序经过高速高精度的采样计算，当谐波总畸变率超过5％就将电容器切出电网保护。

本实用新型的低压智能电容器是应用于0.4KV电网的新型无功补偿设备。它由CPU测控单元，晶闸管复合开关，保护装置，两台(△型)或一台(Y型)低压自愈式电力电容器组成一个独立完整的智能补偿装置单元。本实用新型的低压智能电容器组成的低压无功补偿装置具有补偿方式灵活、补偿效果好，装置体积小，功耗低，价格廉，安装维护方便，使用寿命长，保护功能强，可靠性高等特点，满足用户对无功补偿要切实达到提高功率因数、改善电压质量、节能降损的实际需求。

单台智能电容器使用时具有以下功能：

A、自动采集电路的电压、电流、有功、无功参数，检测谐波。

B、根据采集参数进行无功补偿控制算法运算，决定单台智能电容器的两级、循环投切。

C、具有过压、欠压、短路、过流、过谐波、三相不平衡、过温保护与自诊断功能。

D、含通讯接口，可上传电容器运行工况参数与补偿电路参数。

本实用新型的电气性能指标如下：

额定电压：230V或400V，额定频率：50±2Hz。功率消耗：＜3VA。

主回路绝缘强度：试验电压2500V1min，无闪络、击穿。

保护电路连续性：所有接地的元件与接地螺钉间有可靠的电气连接。

安全防护：装置的壳体、可能带电的金属件及要求接地的电器元件的金属座与接地螺钉间有可靠的电气连接。防护等级：IP43。

采样、控制电路防护：装置内置采样控制的电流回路使用专用的接线端子，电路一端有可靠接地。

满足《DL/T842-2003低压并联电容器装置使用技术条件》要求。

本实用新型电源影响如下：

当电源电压波动在-20％~+10％范围以内时，各项性能不变。

当电源波形总畸变率≤5％，各项性能不变。

当频率在48.5HZ~51.5HZ范围内变化时，各项性能不变。

本智能电容器应用

(1)就地分散补偿应用

直接安装于负载控制柜内。一般负载容量100kw以下的常采用此补偿方式。常规配置比例为负载总功率25％～40％，选用一台或几台共补或分补相应容量的智能电容器模块。特点是就地补偿、接线简单，可靠性高，维护方便，投资少，节能降损效果显著。

(2)户外配电箱、配变的集中补偿应用

柱上挂于配电变压器旁。容量100KVA～315KVA的变压器常规配置比例为变压器容量的25％～35％，选用相应容量的智能电容器模块组合。特点是体积小，接线简单，可靠性高，维护方便，投资少，节能降损效果显著。

(3)箱式变集中补偿应用

安装在箱变低压室。根据美变或欧变的容量大小，箱变无功补偿容量一般为配变容量的25％～40％。选用若干台相应容量的共补或分补智能电容器模块组合。特点是节约空间，接线简单，可靠性高，维护方便，投资少，节能降损效果显著。

(4)低压成套柜集中补偿应用

根据要求的成套柜补偿容量，选用若干台容量相应的智能电容器模块联网组柜。特点是接线简单，维护方便，节约成本，单柜补偿容量大(可达800KVAR)。

本实用新型提供了一种带谐波保护的智能电容器的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims (3)

1、一种带谐波保护的智能电容器，它包括单片机(1)，运算放大器(2)、开关控制电路(3)，开关(4)、电容器(5)以及AD转换器(6)；所述运算放大器(2)一端连接零线电流互感器另一端与单片机(1)的ADC接口连接；所述单片机(1)的UART接口与一RS232接口(7)连接；所述单片机(1)的I/O接口和SPI接口分别与所述AD转换器(6)连接，AD转换器(6)还与电压互感器、电流互感器连接；所述单片机(1)依次与开关控制电路(3)，开关(4)以及电容器(5)连接，其特征在于，所述开关控制电路包括第六三极管(N6)、两个过零光耦(U1)、(U3)，第七三极管(N7)、继电器(J2)、电容(E5)、磁保持继电器(K1)、两个晶闸管(Q1)，(Q3)；所述开关电路包括一个电压输入和一个电压输出，并分别引出两端与所述单片机(1)连接；基极与单片机连接的第六三极管(N6)导通后，与第六三极管(N6)集电极连接的两个并联的过零光耦(U1)、(U3)导通，在电压输出过零时，两个并联的晶闸管(Q1)，(Q3)导通；第七三极管(N7)的基极与单片机(1)连接，集电极与继电器(J2)以及电容(E5)连接后串联磁保持继电器(K1)。

2、根据权利要求1所述的低压智能电容器，其特征在于，三相电路中各相的电压互感器、电流互感器分别通过三个AD转换器与单片机(1)连接。

3、根据权利要求1或2所述的低压智能电容器，其特征在于，所述AD转换器(6)为型号为MCP3909的AD转换器。

Images