CN205335853U - 一种变压器组合调压的无功补偿装置 - Google Patents

一种变压器组合调压的无功补偿装置 Download PDF

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涂金龙
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Abstract

一种变压器组合调压的无功补偿装置,包括:多抽头变压器[1]、降压单元[2]、调压单元[3]、双绕组变压器[4]、第1检测单元[5]、第2检测单元[6]、第3检测单元[7]、开关单元[8]、智能单元[9]、电容投切单元[10]、电容单元[11];智能单元[9]中包括微控制器电路、信号调理电路及双向晶闸管的驱动电路。第1检测单元[5]包括非线性组件[21]、补偿元件[22]、电压采样元件[23]、信号处理单元[24]。由智能单元根据负载的感性无功分量的大小,确定需要补偿的无功分量大小,并自动计算出所需的电容容量以及加在电容器上的电压,通过使用2只变压器组合调压,并与电容单元相结合,进而对负载进行快速的无功补偿。

Description

一种变压器组合调压的无功补偿装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种电容式无功补偿装置,特别是一种变压器组合调压的无功补偿装置,属于电气技术领域。
背景技术
[0002]无功功率大多是用来产生用电设备所需要的磁场的,特别是电动机、变压器等电感性设备。无功功率虽然不消耗电能的,但它要在电路中产生无功电流,无功电流同样会增加电气线路和变压设备的负担,降低电气线路和变压设备的利用率,增加电气线路的发热量。但是,如果没有它,用电设备(特别是电动机、变压器等电感性设备)又不能正常工作。通常是用电容器产生与电感电流方向相反的电流来抵消电感电流。这样,既不影响电动机、变压器等电感性设备产生磁场,又能消除或减少线路上的电感电流。只要在线路上接入的电容数量与负载的电感分量相匹配,产生的电容电流就能非常有效地消除或减少线路上的电感电流,也就是消除或减少负载向电网吸取的无功功率,从而减少电气线路和变压设备的负担,提高电气线路和变压设备的利用率,降低电气线路的发热量。
[0003]很多电气设备的无功功率比较大,需要对它进行无功补偿,补偿后能提高系统的功率因数,改善用电质量。但是,对无功补偿的补偿原则是既不能少补,也不能补偿过量。
[0004]目前的无功补偿装置,有电力电子式的,也有电容补偿的,高频电力电子式的无功补偿装置结构复杂,可靠性较低,并且容量不能做得很大。用电容器组进行补偿的,因电力电容器通常是做成固定值的,用投切装置接入电容器,通常是用机械触点或机械触点加无触点的,响应速度较慢,对某些无功变化较快的无功补偿效果不够理想。
[0005]晶闸管在高电压大电流的应用中具有优势,然而,它承受过电压、过电流的能力很差,并且晶闸管的热容量很小,一旦发生过电流时,温度急剧上升,可能将PN结烧坏,造成元件内部短路或开路。晶闸管属于半控型器件,其门极信号能控制元件的导通,但不能控制其关断,虽然GTO的门极信号既能控制器件的导通,又能控制其关断,但其控制电路复杂,同样会降低系统的可靠性。对于普通的晶闸管,一经触发导通后,必须等到流过晶闸管的电流过零时自然关断,因此,为了有效地控制晶闸管,就必须精准地测量流过晶闸管的电流。只有对通过变压器相关绕组的电流进行非线性取样,既提高瞬时小电流信号时的分辨率,又保证大电流信号时取样元件上的电压降较低,才能保证在宽广的电流范围内系统具备优良的性能。然而,目前对电流取样的元件基本都是分流电阻、电流互感器或霍尔元件,大多是对电流进行线性取样,在小信号时分辨率低,难以满足一些特殊应用的需要。
发明内容
[0006]本发明的目的在于提出一种变压器组合调压的无功补偿装置,使用2只变压器组合调压,并与电容单元相结合,通过无触点切换多抽头变压器的抽头及投切不同容量的电容器,可以做到对无功功率的快速补偿。
[0007]本发明是这样实现的:一种变压器组合调压的无功补偿装置,其特征在于,包括:多抽头变压器[I]、降压单元[2]、调压单元[3]、双绕组变压器[4]、第I检测单元[5]、第2检测单元[6]、第3检测单元[7]、开关单元[8]、智能单元[9]、电容投切单元[10]、电容单元
[11];
[0008]多抽头变压器[I]与开关单元[8]构成电气连接,与降压单元[2]构成电磁耦合;
[0009]第I检测单元[5]与双绕组变压器[4]、开关单元[8]、智能单元[9]构成电气连接;
[0010]调压单元[3]与双绕组变压器[4]构成电磁耦合,与降压单元[2]、第2检测单元
[6]构成电气连接;
[0011]电容投切单元[10]与第2检测单元[6]、电容单元[11]构成电气连接;
[0012]智能单元[9]与第I检测单元[5]、第2检测单元[6]、第3检测单元[7]、开关单元[8]构成电气连接;
[0013]第3检测单元[7]与智能单元[9]及电源输入、电源输出构成电气连接。
[0014] 所述的多抽头变压器Tl的次级绕组W6(即降压单元[2])与双绕组变压器T2的次级绕组(即调压单元[3])串联连接,与第2检测单元[6](即CY2)构成电气连接;
[0015]多抽头变压器Tl的次级绕组W6的同名端与初级绕组Wl的同名端相连接,绕组W6串联接入电源后的输出电压低于电源输入电压Ui,在此种连接方式下,绕组W6即为降压单元
[2]。
[0016]所述的开关单元[8]由多只双向晶闸管SI〜S8及快速熔断器Fl〜F8构成,每只双向晶闸管串联I只快速熔断器;
[0017] 双向晶闸管51、52、57、58的第一阳极连接在一起,与第1检测单元0¥1[5]及变压器T2的初级绕组构成电气连接;双向晶闸管S1、S2、S7、S8的第二阳极分别经快速熔断器Fl、F2、F7、F8连接至多抽头变压器Tl的Wl绕组两端及W5绕组两端;
[0018] 双向晶闸管S3、S4、S5、S6的第一阳极连接在一起,与第I检测单元CY1[5]及变压器T2的初级绕组构成电气连接;双向晶闸管S3、S4、S5、S6的第二阳极分别经快速熔断器F3、F4、F5、F6连接至多抽头变压器Tl的4个中间抽头;
[0019]双向晶闸管SI〜S8的控制极与智能单元ZN1[9]构成电气连接,SI〜S8的触发信号受智能单元ZNl [9]控制。
[0020]所述的电容投切单元[10]含有多只双向晶闸管S9〜S12及快速熔断器F9〜F12,各双向晶闸管的第一阳极连接在一起,与第2检测单元[6]构成电气连接;每一双向晶闸管的第二阳极各串联I只快速熔断器,然后分别与电容单元[11]中不同容量的电容器相连接;
[0021]双向晶闸管S9〜S12的控制极与智能单元ZNl [9]构成电气连接,S9〜S12的触发信号受智能单元ZN1[9]控制。
[0022]所述的电容单元[11]含有多组电容器,分别与电容投切单元[10]的相应双向晶闸管支路的快速熔断器相连接;每一双向晶闸管支路对应连接I组电容器,各组电容器的容量按二进制的规律配置。
[0023]所述的智能单元[9]中包括微控制器电路、信号调理电路及双向晶闸管SI〜S12的驱动电路。
[0024]所述的第I检测单元[5]包括非线性组件[21]、补偿元件[22]、电压采样元件[23]、信号处理单元[24];
[0025]信号处理单元[24]与非线性组件[21]、补偿元件[22]、电压采样元件[23]、智能单元[9]构成电气连接;
[0026]非线性组件[21]与补偿元件[22]并联连接,并与信号处理单元[24]构成电气连接,为信号处理单元[24]提供双绕组变压器T2的输入电流零点检测信号;
[0027]电压采样元件[23]与信号处理单元[24]构成电气连接,为信号处理单元[24]提供双绕组变压器T2的输入电压大小及零点检测信号。
[0028]所述的第I检测单元[5]中的非线性组件[21]包括电阻R21、R22及NPN型功率三极管V21、V22;
[0029]三极管V21的基极经电阻R21与三极管V21的集电极及三极管V22的发射极相连接;三极管V22的基极经电阻R22与三极管V22的集电极及三极管V21的发射极相连接;作为补偿元件[22]的电阻R23与非线性组件[21]并联连接,并与信号处理单元[24]构成电气连接。
[0030]工作原理是:智能单元[9]通过检测负载的感性无功分量,计算需要补偿的无功分量,由于电容器的无功容量与电容器电压的平方成正比:
[0031] Q = 2JifCU2
[0032]式中Q是电容器的无功功率,f是电源的频率,C是电容器的容量,U是电容器的工作电压。
[0033]因此可根据负载的感性无功分量的大小,由智能单元确定需要补偿的无功分量大小,并自动计算出所需的电容容量以及加在电容器上的电压,对负载进行多级的、快速的无功补偿。
[0034]本发明的优点及效果是能够对负载进行快速的无功补偿,并且结构简单,寿命长,成本较低。
附图说明
[0035]图1是本发明的原理方框图。
[0036I图2是本发明实施例的原理示意图。
[0037]图3是本发明第I检测单元的原理方框图。
[0038]图4是本发明实施例的第I检测单元的原理示意图。
具体实施方式
[0039 ]下面结合附图详细说明本发明的实施例。
[0040]请参看图1,一种变压器组合调压的无功补偿装置,包括:多抽头变压器[I]、降压单元[2]、调压单元[3]、双绕组变压器[4]、第I检测单元[5]、第2检测单元[6]、第3检测单元
[7]、开关单元[8]、智能单元[9]、电容投切单元[10]、电容单元[11];多抽头变压器[I]与开关单元[8]构成电气连接,与降压单元[2]构成电磁耦合;第I检测单元[5]与双绕组变压器
[4]、开关单元[8]、智能单元[9]构成电气连接;调压单元[3]与双绕组变压器[4]构成电磁耦合,与降压单元[2]、第2检测单元[6]构成电气连接;电容投切单元[10]与第2检测单元
[6]、电容单元[11]构成电气连接;智能单元[9]与第I检测单元[5]、第2检测单元[6]、第3检测单元[7]、开关单元[8]构成电气连接;第3检测单元[7]与智能单元[9]及电源输入、电源输出构成电气连接。
[0041]请进一步参看图2,多抽头变压器Tl的次级绕组W6(即降压单元[2])与双绕组变压器T2的次级绕组(即调压单元[3])串联连接,与第2检测单元[6](即CY2)构成电气连接;多抽头变压器Tl的次级绕组W6的同名端与初级绕组Wl的同名端相连接,绕组W6串联接入电源后的输出电压低于电源输入电压Ui,在此种连接方式下,绕组W6即为降压单元[2]。
[0042]开关单元[8]由多只双向晶闸管SI〜S8及快速熔断器Fl〜F8构成,每只双向晶闸管串联I只快速熔断器;双向晶闸管S1、S2、S7、S8的第一阳极连接在一起,与第I检测单元CYl [5]及变压器T2的初级绕组构成电气连接;双向晶闸管S1、S2、S7、S8的第二阳极分别经快速熔断器Fl、F2、F7、F8连接至多抽头变压器Tl的Wl绕组两端及W5绕组两端;双向晶闸管S3、S4、S5、S6的第一阳极连接在一起,与第I检测单元CY1[5]及变压器T2的初级绕组构成电气连接;双向晶闸管S3、S4、S5、S6的第二阳极分别经快速熔断器F3、F4、F5、F6连接至多抽头变压器Tl的4个中间抽头;双向晶闸管SI〜S8的控制极与智能单元ZNl [9]构成电气连接,SI〜S8的触发信号受智能单元ZNl [ 9 ]控制。
[0043]电容投切单元[10]含有多只双向晶闸管S9〜S12及快速熔断器F9〜F12,各双向晶闸管的第一阳极连接在一起,与第2检测单元[6 ]构成电气连接;每一双向晶闸管的第二阳极各串联I只快速熔断器,然后分别与电容单元[11]中不同容量的电容器相连接;双向晶闸管S9〜S12的控制极与智能单元ZNl [9]构成电气连接,S9〜S12的触发信号受智能单元ZNl
[9]控制。
[0044]电容单元[11]含有多组电容器,分别与电容投切单元[10]的相应双向晶闸管支路的快速熔断器相连接;每一双向晶闸管支路对应连接I组电容器,各组电容器的容量按二进制的规律配置。
[0045]智能单元[9]中包括微控制器电路、信号调理电路及双向晶闸管SI〜S12的驱动电路。
[0046]请进一步参看图3,所述的第I检测单元[5]包括非线性组件[21]、补偿元件[22]、电压采样元件[23]、信号处理单元[24];信号处理单元[24]与非线性组件[21]、补偿元件
[22]、电压采样元件[23]、智能单元[9]构成电气连接;非线性组件[21]与补偿元件[22]并联连接,并与信号处理单元[24]构成电气连接,为信号处理单元[24]提供双绕组变压器T2的输入电流零点检测信号;电压采样元件[23]与信号处理单元[24]构成电气连接,为信号处理单元[24]提供双绕组变压器T2的输入电压大小及零点检测信号。
[0047] 请进一步参看图4,非线性组件[21]包括电阻R21、R22及NPN型功率三极管V21、V22;三极管V21的基极经电阻R21与三极管V21的集电极及三极管V22的发射极相连接;三极管V22的基极经电阻R22与三极管V22的集电极及三极管V21的发射极相连接;电阻R21及R22为小阻值电阻,因而NPN型功率三极管V21和V22工作在饱和区附近的放大区,这种连接方式既能提高瞬时小电流信号时的分辨率,又能有效降低交流电正负半波大电流信号在三极管V21和V22上的电压降,有效降低大电流时取样组件的功率损耗。
[0048]补偿元件[22]由线性电阻R23担任,与非线性组件[21]并联连接,用于补偿小电流信号时的线性度,并与信号处理单元[24]构成电气连接;
[0049]电压采样元件[23]由变压器T21担任,用于对双绕组变压器T2的输入电压进行隔离与采样,与信号处理单元[24]构成电气连接。
[0050]本装置的工作原理是:智能单元ZN1[9]通过第3检测单元CY3[7]检测负载Z的电压、电流的幅值及相位,计算感性无功分量和需要补偿的无功分量,确定需要补偿的无功分量大小,进而计算出所需补偿的电容容量以及加在电容器上的电压,然后给出控制信号:一方面控制双向晶闸管S9-S12中的I个或几个双向晶闸管导通,选择需要接入的电容器容量;另一方面控制双向晶闸管S1-S8中的2个双向晶闸管导通,选择接通多抽头变压器Tl相应的变压器抽头,将多抽头变压器初级部分绕组的电压加在双绕组变压器T2的输入端,多抽头变压器Tl及双绕组变压器T2的次级绕组串联在电源相线中,其中多抽头变压器Tl的次级绕组起降低输入电源电压的作用,双绕组变压器T2的次级绕组可正负调节电压,从而可调节输出到电容单元[11]上的电压。通过开关单元[8]对多抽头变压器Tl组合选择档位,使可调节的电压档位(或级)数达到15档;通过按二进制的规律配置的4组电容器的容量,电容容量变化可达16档(或级),因而总共可补偿的无功容量可达到15 X 16 = 240级。由于晶闸管的动作速度较快,因而本装置能够对负载进行多级的、快速的无功补偿。

Claims (7)

1.一种变压器组合调压的无功补偿装置,其特征在于,包括:多抽头变压器[I ]、降压单元[2]、调压单元[3]、双绕组变压器[4]、第I检测单元[5]、第2检测单元[6]、第3检测单元[7]、开关单元[8]、智能单元[9]、电容投切单元[10]、电容单元[11]; 多抽头变压器[I]与开关单元[8]构成电气连接,与降压单元[2]构成电磁耦合; 第I检测单元[5]与双绕组变压器[4]、开关单元[8]、智能单元[9]构成电气连接; 调压单元[3]与双绕组变压器[4]构成电磁耦合,与降压单元[2]、第2检测单元[6]构成电气连接; 电容投切单元[10]与第2检测单元[6]、电容单元[11]构成电气连接; 智能单元[9]与第I检测单元[5]、第2检测单元[6]、第3检测单元[7]、开关单元[8]构成电气连接; 第3检测单元[7]与智能单元[9]及电源输入、电源输出构成电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种变压器组合调压的无功补偿装置,其特征在于,所述的多抽头变压器Tl的次级绕组W6与双绕组变压器T2的次级绕组串联连接,与第2检测单元[6]构成电气连接; 多抽头变压器Tl的次级绕组W6的同名端与初级绕组Wl的同名端相连接,绕组W6串联接入电源后的输出电压低于电源输入电压Ui,在此种连接方式下,绕组W6即为降压单元[2]。
3.根据权利要求1所述的一种变压器组合调压的无功补偿装置,其特征在于,所述的开关单元[8]由多只双向晶闸管SI〜S8及快速熔断器Fl〜F8构成,每只双向晶闸管串联I只快速熔断器; 双向晶闸管S1、S2、S7、S8的第一阳极连接在一起,与第I检测单元CYl [5]及变压器T2的初级绕组构成电气连接;双向晶闸管S1、S2、S7、S8的第二阳极分别经快速熔断器Fl、F2、F7、F8连接至多抽头变压器Tl的Wl绕组两端及W5绕组两端; 双向晶闸管S3、S4、S5、S6的第一阳极连接在一起,与第I检测单元CYl [ 5 ]及变压器T2的初级绕组构成电气连接;双向晶闸管S3、S4、S5、S6的第二阳极分别经快速熔断器F3、F4、F5、F6连接至多抽头变压器Tl的4个中间抽头; 双向晶闸管SI〜S8的控制极与智能单元ZN1[9]构成电气连接,SI〜S8的触发信号受智能单元ZNl [9]控制。
4.根据权利要求1所述的一种变压器组合调压的无功补偿装置,其特征在于,所述的电容投切单元[10]含有多只双向晶闸管S9〜S12及快速熔断器F9〜F12,各双向晶闸管的第一阳极连接在一起,与第2检测单元[6]构成电气连接;每一双向晶闸管的第二阳极各串联I只快速熔断器,然后分别与电容单元[11]中不同容量的电容器相连接; 双向晶闸管S9〜S12的控制极与智能单元ZNl [9]构成电气连接,S9〜S12的触发信号受智能单元ZNl [9]控制。
5.根据权利要求1所述的一种变压器组合调压的无功补偿装置,其特征在于,所述的电容单元[11]含有多组电容器,分别与电容投切单元[10]的相应双向晶闸管支路的快速熔断器相连接;每一双向晶闸管支路对应连接I组电容器,各组电容器的容量按二进制的规律配置。
6.根据权利要求1所述的一种变压器组合调压的无功补偿装置,其特征在于,所述的第I检测单元[5]包括非线性组件[21]、补偿元件[22]、电压采样元件[23]、信号处理单元 [24];信号处理单元[24]与非线性组件[21]、补偿元件[22]、电压采样元件[23]、智能单元[9]构成电气连接; 非线性组件[21]与补偿元件[22]并联连接,并与信号处理单元[24]构成电气连接,为信号处理单元[24]提供双绕组变压器T2的输入电流零点检测信号; 电压采样元件[23]与信号处理单元[24]构成电气连接,为信号处理单元[24]提供双绕组变压器T2的输入电压大小及零点检测信号。
7.根据权利要求1所述的一种变压器组合调压的无功补偿装置,其特征在于,所述的第I检测单元[5]中的非线性组件[21 ]包括电阻R21、R22及NPN型功率三极管V21、V22; 三极管V21的基极经电阻R21与三极管V21的集电极及三极管V22的发射极相连接;三极管V22的基极经电阻R22与三极管V22的集电极及三极管V21的发射极相连接;作为补偿元件[22]的电阻R23与非线性组件[21]并联连接,并与信号处理单元[24]构成电气连接。
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