CN2052977U

CN2052977U - 微电脑控制功率因数补偿仪

Info

Publication number: CN2052977U
Application number: CN 89205330
Authority: CN
Inventors: 符联昌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-08-24
Filing date: 1989-08-24
Publication date: 1990-02-14

Abstract

一种与电力电容器等配套的微电脑控制功率因数自动补偿仪，其关键是内部增设了单片微电脑。是一种智能化仪器，是根据电力线路中功率因数的实际数值自动循环投入与切除补偿电容，使功率因数自动稳定在0.95以上。本机外壳上同时设有功率因数及电容器投运状态显示装置，可直接显示功率因数的数值和电容器的即时投运状况。本机还设有过电压保护电路，在电网电压超过额定值时，可自动切断整机电源，以保证本机和电力电容器的安全。

Description

本实用新型涉及与电力电容器等配套构成功率因数自动补偿的成套装置，特别是一种具有微电脑、可以根据电力线路功率因数的实际数值，能自动调节电容器投入量的功率因数补偿仪。

目前，一般在工矿企业的电力线路中，通常是通过定时检查，人为调整电容器的数量来提高功率因数的。过去在电力线路中，也曾使用过功率因数补偿仪器，但均不能实现自动控制，并且对电容器的投入量只是进行简单的增加或减少，因此很容易将电容器击穿，需经常更换电容器，在实际使用中存在许多不便之处。

本实用新型的任务是提供一种能实现自动控制，工作稳定可靠，维护方便的功率因数补偿仪，补偿电容器的投入与切断采用循环方式，使电容器循环工作，不仅克服了现有技术存在的缺点，而且还具有功率因数、电容器投运状态的显示功能。同时还设有过压保护电路，在电网电压超过额定值时，可自动切除补偿仪的电源，保证补偿仪和电力电容器安全。

本实用新型是以下方式完成的：首先从电力线路中取出电压和电流信号送入cosφ检测电路，根据电网线路中电压和电流的相位差，输出0±80mv电压信号。该信号一路送至cosφ显示表作显示，另一路经电阻分压后分别送入正相放大器及反相放大器以提高信号强度保证下一级电路的可靠工作。两个放大器的输出电压信号分别经电压比较器与设定电压比较，比较后的信号通过光电耦合器输入给微电脑处理，微电脑的处理结果再由推动放大电路传递给推动控制电路，控制向电力线路中投入或减去电容。本装置的关键在于其信号处理系统是一个可根据输入信号变化自动实现跟踪输出的装置，它分为输入接口，单片微电脑及输出接口三部分，输入接口由正、反向运算放大器，正、反向电压比较器、正、反光电耦合器及反向电压放大器组成，单片微电脑是一个存有软包的10位循环可逆计数器，输出接口由十路推动电压放大器及十路输出状态显示器组成，电源系统中还设有一个过电压保护电路。

下面结合附图及实施例对本实用新型进一步详述

图1为微电脑控制功率因数补偿仪电原理框图；

图2为微电脑控制功率因数补偿仪结构及元器件分布示意图；

图3为微电脑控制功率因数补偿仪电原理图。

参照图1，电源电压信号（V）及电流信号（I）经cosφ检测电路（1）后一路输入给cosφ指示器（2），另一路输入正向运放器（3）及反向运放器（3′），放大后的信号分别输入正向比较器（4）及反向比较器（4′），由电压设定电路（5）设定电压与输入信号分别进行比较，信号的比较结果经反向放大器（7）后直接输入微电脑（8），正向比较器（4）及反向比较器（4′）分别通过正向光电耦合器（6）及反向光电耦合器（6′）与反向放大器（7）偶合。微电脑（8）的处理结果经推动电路（9）通过继电器（10）向外输出，继电器（10）的工作状态由投运状态显示器（11）进行显示。整个仪器的电源由稳压电路（12）提供，之间设有过压保护电路（13）。

参照图2，面板（14）固定在框架（15）正面，面板（14）上设有cosφ显示表（16）、灵敏度调节按钮（17），投运状态显示灯管（18）及“投运”按钮（19）和“切除”按钮（20）。微电脑（8）及组成各电路的电子元器件通过线路板（21）、（21′）固定在框架（15）的内部。

结合图3，对各电路的结构及工作过程分别叙述如下：

一、cosφ检测电路

cosφ检测电路是一个电压与电流的相位比较器。从电力线路中取B、C两相电压经R101降压后送至由D101－D104、W101组成的桥式整流电路中的一个桥臂上。从电力线路中取出A相电流经电流互感器B₁送至桥式整流电路中的另一桥臂上。因B与C和A与C之间的电压相位差均为120°，如果线路中A相电流相位等于A相电压相位，故与上述相同。这时cosφ等于1。因BC和AC间的相位差相同均为120°，流过负载cosφ指示仪表中的电压和电流经桥式整流后的两个直流电流方向相反，幅度相等。所以负载cosφ指示表中的电流为零。

如果电流中的相位滞后于电压中的相位，这时BC与AC之间的相位就不相等了。AB之间的相位差小于BC间的相位差。由于向量关系，流入负载cosφ指示表中的电压直流分量大于电流的直流分量，故产生一个正电压输出。反之若电流中的相位超前于电压中的相位就有一个负输出电压。当cosφ由1－±0.5之间变化时，输出电压由0－±80mv之间变化。

图中W101、W102为平衡调整电阻。R102、R103为分压电阻。D105、D106、D107、D108均为稳压管在电路中起稳压限幅作用。C101为高频滤波电容器，用以滤除高频分量。C102为低频滤波电容，用来滤除电网中50Hz的交流成份，使之输出一个平滑的直流信号。

二、电压放大电路

从cosφ检测电路中取出的直流信号，由于只有数十毫伏，如直接送至电压比较电路，因电压幅度低，工作不太可靠，故设置一个电压放大电路。

电压放大电路由集成电路LM324和一部分外围电路组成运算放大器，放大倍率可为100倍。

图中R201、R202、R203组成分压隔离电路，以减轻对前级电路的负载。D203、D204为放大器的输入限幅保护。使输入电压的幅度限幅在0.7伏以下。电阻R205、R208、W203组成负反馈电路，调节W203使本级放大率达到100倍。运算放大器输出的电压为0－8V经电阻R211限流后送入下一级电路。因为在cosφ超前时输出的是负电压信号，为了得到一个正的放大后的电压信号，故本电路中设置了一个反向输入运算放大器（原理和结构同上）。

三、电压比较器

电压比较器是将前级放大器送来的电压信号与设定的电压信号作比较，输出一个开关信号。一是配合灵敏度的设定，二是和单片机的输入端相配合，变成二进制的开关信号，也就是接口电路。

电压比较器由集成电路组成，共有两个，一个是作超前电压比较，另一个作滞后时的电压比较。其原理相同。

图中由R212、W205、R213组成分压电路。W205为可调电位器，调整W205可得到设定的电压，作为本仪器cosφ灵敏度调节。灵敏度调节按钮（17）装在仪器面板（14）上。

前级运放电路中放大后的电压信号经R211电阻限流送至电压比较器的同相输入端。电路中的D206为负向电压箝位二极管，用以保护集成电路LM339。若输入端的电压高于设定电压时，在比较器的输出端就输输出一个高电位“1”，若低于设定电压时就输出一个低电位“0”。

四、光电隔离耦合电路

因在微机电路中强电和弱电部分要加以隔离，否则不能正常工作。故增设了光电隔离耦合电路。它是由集成电路ISD74R214、R215、R216、R217组成两路光电耦合器。图中R214、R215为限流电阻，R216、R217为负载电阻。

五、反向放大器

经光电耦合器输出的电压信号加以反向放大再送入微机的输入控制端，以保证可靠工作。反向电压放大器由集成电路74LS04中的二个反向电压放大器组成。

六、单片电脑电路

单片电脑电路是由一块超大规模集成电路8748H组成的一个8位微机。它内部设有1K的只读存贮器EPROM。软体程序就直接写在里面组成一个10位循环可逆计数器。它根据输入控制口信号，定期的作加、减或保持计数。

下面具体说明它的工作状况：

单片电脑有两个输入控制端“T₀”和“T₁”。当“T₀”为“1”，“T₁”为“0”时说明电力线路中电流滞后并低于设定的要求，这时单片电脑作加“1”动作计数，同时向电力线路加投一组电容，并每隔20秒检测一次，如20秒后检测输入口还是“T₀”为“1”，“T₁”为“0”，则再进行“1”动作计数。以后每20秒测一次，如出现“T₀”和“T₁”均为“0”时，这时计数器就保持这一状态，说明线路中的cosφ已达到设定的要求了。

如果“T₀”为“0”，“T₁”为“1”说明电力线路中电流相位超前，这时计数器每20秒作一次减“1”动作计数。就这样单片电脑每隔20秒检测线路中的cosφ，经分析后作一次加“1”或减“1”动作计数，同时向电力线路投入或切除一组电容，直至达到设定的cosφ值至2，使电力线路中能经常保持理想的cosφ。

由于单片电脑具有上述计数功能，因此电容的投入切除的形式是循环式的，这样就大大改善了电容器的工作状态。

图中6M为晶体和C202、C204组成6MHz的振荡器供单片电脑的时钟脉冲用。C203、C201为滤波电容器。

七、推动放大电路

推动放大电路是由集成电路74LS04组成十路反向电压放大器，用来提高推动能力。去推动下一级的开关输出电路。

八、输出电路

输出电路共十路，每路由一只晶体三级管BG₁－BG₁₀和一只继电器J₁－J₁₀组成开关电路，继电器J₁－J₁₀均采用小型封闭式继电器型号是4088。D301－D310为续流二极管用来吸收继电器所产生的反感电势。保护开关晶体管。R301－R310为限流电阻。

九、输出状态显示电路

输出状态显示电路由LED₁－LED₁₀十只发光二极管和R311－R320十只电阻组成。它装在仪器面板（14）上成为投运状态显示灯管（18），进行输出状态显示。电阻和发光二极管串联后并接在继电器吸合线圈的二端。当该线路吸合线圈得电后，发光二极管同时发光，串联的电阻是发光二极管的限流电阻。

十、过电压保护器

由集成电路LM339，晶体管BG0和继电器分压电阻组成。LM339作电压比较。由＋12V电源和R219、R220组成分压后送至比较器的正向输入端，作为基准电压。由＋15V电源，电阻R323、W306、R324组成分压后送至比较器反向输入端，和正向输的电压作比较。正常情况下，反向端电位低于正向端电位故输高电位。经限流电阻R322送至开关管的基级使开关管导通。继电器J_O吸合，J_C触点接合，使电流变压器B₂初级回路导通，仪器正常工作。

当电源电压高于440V时，＋15V端的电压也同时上升。电压比较器反向输入端的电位也随着上升。当达到正向端电位时，比较器输出低电位，使开关管BG₀截止，J₀关闭，切断了电源而使仪器得到保护。调整W306使关闭点在输入440V±5V上。

平键开关AN₂用以人为切断电源，它通过面板（14）上的“切除”按钮（20）控制。

十一、电源电路

本仪器电源部分用一只电源变压器B₂有三个次级线组。30V中心抽头的绕组和D312－D315四只二极管组成＋15V的全波整流电路，分别经7812、7912两个集成稳压电稳压后输出＋12V和－12两路电压。

8V的绕组经D316－D319 4只二极管组成桥式整流、滤波、并经7805集成稳压器稳压后输出＋5V电压供单片电脑的电源。

12V绕组经二极管D320－D323 4只二极管组成桥式整流并经滤波后输出＋12V直流电源供输继电器电路的供电。

电源部分的C301－C307均为滤波电容器，用以滤除整流后的交流成份，而输出平滑的直流电流。

电源变压器B₂的初级线圈图前置有投运开关电路，由平键开关AN₁及电容JC₀组成，平键开关AN₁通过面板（14）上的“投运”按钮（19）控制。

十二、cosφ显示

cosφ显示是用的一只中心刻度为零的直流毫安表。它接在cosφ检测电路中作为cosφ电路的检测负载，又作为cosφ显示表（16）。它装在仪器面板（14）上。

本仪器采用了两块线路板（21）、（21′），电源电路、检测电路、输出电路装在一块线路板（21）上。该线路板（21）固定在框架（15）下方，另一块线路板（21′）装有电压放大、光电耦合、单片机等电路，并用一个24脚的插脚与前一线路板（21）立式连接。

该仪器面板（14）可用2mm金属板制成，固定在框架上的壳体也可用金属板制成。

本实用新型使用微电脑实现了自动控制，工作稳定可靠。由于补偿电容器的投入与切除采用了循环方式，使电容器循环工作，改善了电容器的工作状态。各种显示功能使仪器的工作状态清楚明了，另外仪器还设有过电压保护电路，在电网电压超过额定值时，可自动切断电源，保证补偿仪和电力电容器的安全。通过面板上设有的“投运”按钮及“切除”按钮，可方便地控制本仪器的工作状态，故操作十分简便。其线路结构紧凑，工作稳定可靠，维护也很方便。

Claims

1、一种由信号检测系统、信号处理系统、电源系统、外壳体及显示表头组成的微电脑控制功率因数补偿仪，其特征是所说的信号处理系统是一个可根据输入信号变化自动实现跟踪输出的装置，它分为输入接口，单片微电脑及输出接口三部分，输入接口由正、反向运算放大器，正、反向电压比较器、正、反向光电耦合器及反向电压放大器组成，单片微电脑是一个存有软包的10位循环可逆计数器，输出接口由十路推动电压放大器及十路输出状态显示器组成，电源系统中还设有一个过电压保护电路。

2、按权利要求1所述的微电脑控制功率因数补偿仪，其特征是所说的正、反向电压比较器中设有一只可调电位器，它与壳体面板上的调整旋钮相连接，所说的电源系统电路中设有二只常断开关，它们分别与壳体面板上的两只按键相连通。

3、按权利要求1或2所述的微电脑控制功率因数补偿仪，其特征是所说的十路状态显示器是由十只装在壳体面板上的发光二极管与十只电阻分别串联后再分别与十只继电器吸合线圈并联构成。