CN215498286U - 智能集成式电容补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电容技术领域，提出了智能集成式电容补偿装置，包括供电电压监控单元，供电电压监控单元包括电压采样电路和电流采样电路，电压采样电路的输入端连接电网的输出端，电压采样电路的输出端连接控制单元，所述电流采样电路的输入端连接电网的输出端，所述电流采样电路的输出端连接所述控制单元。通过上述技术方案，实现了电网的电压和电流实时采样，控制单元通过对供电电压和供电电流的采样，计算其有效值，以此来判断系统供电是否正常。可以通过外接显示器，可以将供电电压的实施有效值显示出来，直观的展示给工作人员，当电网电源出现问题时，及时切断供电单元的输入并对电网进行故障排查，避免造成不必要的损失。
Description
技术领域
本实用新型涉及电容补偿技术领域，具体的，涉及智能集成式电容补偿装置。
背景技术
在低压配电系统中，由于配电变压器、低压用电设备等无功负荷的大量存在，电网中产生了大量无功功率，严重影响了电网电压质量，使无功补偿技术在电网改造中的应用越来越广泛。
无功补偿装置都是从电网取电，整流稳压成补偿装置所需的直流电压，因此当电网出现过流过压问题时，会对补偿装置造成严重损坏。但是目前的无功补偿装置对电网的监控仍不到位，无法为补偿装置提供可靠的电压维持其运行。
实用新型内容
本实用新型提出智能集成式电容补偿装置，通过对电网的电流电压进行采样监控，解决了因电网过压过流而造成整个补偿装置运行受损的问题。
本实用新型的技术方案如下：
智能集成式电容补偿装置，包括供电单元、控制单元、过零检测单元、补偿电容和投切开关，所述过零检测单元和所述投切开关均连接所述控制单元，所述投切开关还连接所述补偿电容，进一步，还包括供电电压监控单元，所述供电电压监控单元包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路的输入端连接电网的输出端，所述电压采样电路的输出端连接所述控制单元，所述电流采样电路的输入端连接电网的输出端，所述电流采样电路的输出端连接所述控制单元。
进一步，所述电压采样电路包括电压互感器T1和运放U1，所述电压互感器T1的输入端通过电阻R1连接电网，所述电压互感器T1的第一输出端连接所述运放U1的反相输入端，所述电压互感器T1的第二输出端接地，所述电压互感器T1的第一输出端还通过二极管D1 接地，所述二极管D1的导通方向由电压互感器T1指向地，所述运放U1的同相输入端接地，所述运放U1的输出端连接所述控制单元，所述运放U1的输出端还通过电阻R4连接所述运放U1的反相输入端，所述电阻R4上并联有电容C2。
进一步，所述电流采样电路包括电流互感器L1、二极管D7、D4和取样电阻R7，所述电流互感器L1的输入端连接电网，所述电流互感器L1的第一输出端连接二极管D7的阳极，所述二极管D7的阴极连接所述取样电阻R7的第一端，所述取样电阻R7的第二端接地，所述取样电阻R7上并联有电容C4，所述二极管D4的阴极连接所述电流互感器L1的第一输出端，所述二极管D4的阳极接地，所述二极管D7的阴极连接所述控制单元。
进一步，所述过零检测单元包括差分输入电路、施密特触发电路和信号转换电路，所述差分输入电路的输入端连接电网，所述差分输入电路的输出端连接所述施密特触发电路的输入端，所述施密特触发电路的输出端连接所述信号转换电路的输入端，所述信号转换电路的输出端连接所述控制单元。
进一步，所述差分输入电路包括电阻R9、电阻R8、比较器U1和二极管D2，所述电阻R9和电阻R8依次串联在交流电源之间，所述电阻R8的第一端与所述电阻R9连接，所述比较器U1的同相输入端连接所述电阻R8的第一端，所述比较器U1的反相输入端连接所述电阻R8的第二端，所述比较器U1的输出端连接二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极作为所述差分输入电路的输出端。
进一步，所述施密特触发电路包括施密特触发器U2、电容C3和电阻R6，所述施密特触发器U2的输入端连接所述二极管D2的阴极，所述施密特触发器U2的输出端连接所述电阻R6的第一端，所述施密特触发器U2的输出端还通过电容C3接地，所述电阻R6的第二端作为所述施密特触发电路的输出端。
进一步，所述信号转换电路包括三极管Q2和电阻R2，所述三极管Q2的基极连接所述电阻R6的第二端，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极通过电阻R2连接3.3V电压源，所述三极管Q2的集电极还作为所述过零检测单元的输出端连接所述控制单元。
本实用新型的工作原理及有益效果为：
通过供电电压监控单元实现了电网的电压和电流实时采样，控制单元通过对供电电压和供电电流的采样，计算其有效值，以此来判断系统供电是否正常。可以通过外接显示器，可以将供电电压的实施有效值显示出来，直观的展示给工作人员，当电网电源出现问题时，及时切断供电单元的输入并对电网进行故障排查，避免造成不必要的损失。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为本实用新型电压采样电路的电路图；
图3为本实用新型电流采样电路的电路图；
图4为本实用新型过零检测单元的电路图；
图中：1、差分输入电路，2、施密特触发电路，3、信号转换电路。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提出了智能集成式电容补偿装置，
本实施例中，包括供电单元、控制单元、过零检测单元、补偿电容和投切开关，所述过零检测单元和所述投切开关均连接所述控制单元，所述投切开关还连接所述补偿电容，还包括供电电压监控单元，所述供电电压监控单元包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路的输入端连接电网的输出端，所述电压采样电路的输出端连接所述控制单元，所述电流采样电路的输入端连接电网的输出端，所述电流采样电路的输出端连接所述控制单元。
本实施例中，供电单元通过将电网的三相交流电整流成3.3V、5V和12V的直流稳压电源，为整个电容补偿装置供电。由此，电网的稳定对于整个电容补偿装置的稳定有很大的影响。通过供电电压监控单元实现了电网的电压和电流实时采样，控制单元通过对供电电压和供电电流的采样，计算其有效值，以此来判断系统供电是否正常。可以通过外接显示器，可以将供电电压的实施有效值显示出来，直观的展示给工作人员，当电网电源出现问题时，及时切断供电单元的输入并对电网进行故障排查，避免造成不必要的损失。
进一步，如图2所示，
所述电压采样电路包括电压互感器T1和运放U1，所述电压互感器T1的输入端通过电阻R1连接电网，所述电压互感器T1的第一输出端连接所述运放U1的反相输入端，所述电压互感器T1的第二输出端接地，所述电压互感器T1的第一输出端还通过二极管D1接地，所述二极管D1的导通方向由电压互感器T1指向地，所述运放U1的同相输入端接地，所述运放U1的输出端连接所述控制单元，所述运放U1的输出端还通过电阻R4连接所述运放U1 的反相输入端，所述电阻R4上并联有电容C2。
在本实施例中，电压互感器的作用是将380V的线电压调理成控制芯片IO口能够容纳的电压，一般控制单元中控制器的IO口输入电压范围为0～3.3V，负电压输入会造成IO口损坏，并且对于供电电压的采样目的是计算电压的有效值，根据其有效值来判断系统电压是否正常，因此对一个周期电压进行半波采样。当电压互感器T1的二次侧电流为正向时，即经二极管 D1正端进入，二极管对运放U1造成短路，最终输入到控制单元的电压为0V；当电压互感器T1的二次侧电流为反向时，该电流不经过二极管D1，通过运放U1输入到控制单元正向电压。
进一步，如图3所示，
所述电流采样电路包括电流互感器L1、二极管D7、D4和取样电阻R7，所述电流互感器L1的输入端连接电网，所述电流互感器L1的第一输出端连接二极管D7的阳极，所述二极管D7的阴极连接所述取样电阻R7的第一端，所述取样电阻R7的第二端接地，所述取样电阻R7上并联有电容C4，所述二极管D4的阴极连接所述电流互感器L1的第一输出端，所述二极管D4的阳极接地，所述二极管D7的阴极连接所述控制单元。
电流采样电路设计沿用了电压采样电路的思路，利用二极管D7和D4单向导通性，保证在一个电流周期内只采样正半周电流波形，当电流互感器L1输出电流为正向电流时，二极管 D7导通，然后通过取样电阻R7将电流信号转换成对应0～3.3V范围内的电压信号，输入给控制单元完成电流采样；当电流互感器L1输出电流为反向电流时，二极管D4导通，没有电流流经取样电阻R7，控制单元无输入。
实施例2
如图4所示，基于与上述实施例1相同的构思，
过零检测单元包括差分输入电路、施密特触发电路和信号转换电路，所述差分输入电路的输入端连接电网，所述差分输入电路的输出端连接所述施密特触发电路的输入端，所述施密特触发电路的输出端连接所述信号转换电路的输入端，所述信号转换电路的输出端连接所述控制单元。
本实施例通过三级构造的电路形成了过零检测单元的结构，将交流电的正弦信号调制为精准的方波信号，采用边沿跳变检测方法，通过正负边沿跳变实现过零检测。
进一步，所述差分输入电路包括电阻R9、电阻R8、比较器U1和二极管D2，所述电阻R9和电阻R8依次串联在交流电源之间，所述电阻R8的第一端与所述电阻R9连接，所述比较器U1的同相输入端连接所述电阻R8的第一端，所述比较器U1的反相输入端连接所述电阻R8的第二端，所述比较器U1的输出端连接二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极作为所述差分输入电路的输出端。
比较器U1的型号为具有OC门输出的低功耗双通道电压比较器LM393DT，选择该器件的主要原因是其差动输入电压范围宽，与电源电压同范围。通电后，比较器U1对交流电压进行比较，在交流电正半周即同相输入端电压大于反相输入端电压的阶段，比较器U1输出+5V的高电平；在交流电负半周即同相输入端电压低于反相输入端电压的阶段，比较器U1输出-5V的低电平。
进一步，所述施密特触发电路包括施密特触发器U2、电容C3和电阻R6，所述施密特触发器U2的输入端连接所述二极管D2的阴极，所述施密特触发器U2的输出端连接所述电阻R6的第一端，所述施密特触发器U2的输出端还通过电容C3接地，所述电阻R6的第二端作为所述施密特触发电路的输出端。
由于前级差分输入电路在比较器U1失调电压阶段即同相输入端和反相输入端电压近似相等时，输出不稳定。施密特触发电路是为了解决此问题而设置的，能对输出电压进行诊断，根据其内部参考电压维持相应的输出，能够较好地提高信号的抗干扰输出特性。选用型号为 SN74LVC5G14DCK的单通道反极性施密特触发器U2作为电路的抗干扰器件，其反转电压在电源电压为+5V时分别为大于2.7V的逻辑高电平和低于1.7V的逻辑低电平，能够较好地解决输出异常下的信号波动问题。
进一步，所述信号转换电路包括三极管Q2和电阻R2，所述三极管Q2的基极连接所述电阻R6的第二端，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极通过电阻R2连接3.3V电压源，所述三极管Q2的集电极还作为所述过零检测单元的输出端连接所述控制单元。
信号转换电路是为了匹配后级单片机芯片工作电压所设置。共射极接法的三极管Q2放大电路，此结构下的三极管具有较大的电流放大增益，适合需要电压匹配且具有一定驱动能力的输出电路。由于前级采用的施密特触发器U2是反极性输出器件，本级也相应地设计为反极性输出，因此采用NPN型大电流输出的三极管Q2，三极管Q2构建共射极反极性输出，集电极的电源选择单片机的工作电压，确保进入控制单元的过零信号与交流信号同相，与单片机电压同规格。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.智能集成式电容补偿装置，包括供电单元、控制单元、过零检测单元、补偿电容和投切开关，所述过零检测单元和所述投切开关均连接所述控制单元，所述投切开关还连接所述补偿电容，其特征在于，还包括供电电压监控单元，所述供电电压监控单元包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路的输入端连接电网的输出端，所述电压采样电路的输出端连接所述控制单元，所述电流采样电路的输入端连接电网的输出端，所述电流采样电路的输出端连接所述控制单元。
2.根据权利要求1所述的智能集成式电容补偿装置，其特征在于，所述电压采样电路包括电压互感器T1和运放U1，所述电压互感器T1的输入端通过电阻R1连接电网，所述电压互感器T1的第一输出端连接所述运放U1的反相输入端，所述电压互感器T1的第二输出端接地，所述电压互感器T1的第一输出端还通过二极管D1接地，所述二极管D1的导通方向由电压互感器T1指向地，所述运放U1的同相输入端接地，所述运放U1的输出端连接所述控制单元，所述运放U1的输出端还通过电阻R4连接所述运放U1的反相输入端，所述电阻R4上并联有电容C2。
3.根据权利要求1所述的智能集成式电容补偿装置，其特征在于，所述电流采样电路包括电流互感器L1、二极管D7、D4和取样电阻R7，所述电流互感器L1的输入端连接电网，所述电流互感器L1的第一输出端连接二极管D7的阳极，所述二极管D7的阴极连接所述取样电阻R7的第一端，所述取样电阻R7的第二端接地，所述取样电阻R7上并联有电容C4，所述二极管D4的阴极连接所述电流互感器L1的第一输出端，所述二极管D4的阳极接地，所述二极管D7的阴极连接所述控制单元。
4.根据权利要求1所述的智能集成式电容补偿装置，其特征在于，所述过零检测单元包括差分输入电路、施密特触发电路和信号转换电路，所述差分输入电路的输入端连接电网，所述差分输入电路的输出端连接所述施密特触发电路的输入端，所述施密特触发电路的输出端连接所述信号转换电路的输入端，所述信号转换电路的输出端连接所述控制单元。
5.根据权利要求4所述的智能集成式电容补偿装置，其特征在于，所述差分输入电路包括电阻R9、电阻R8、比较器U1和二极管D2，所述电阻R9和电阻R8依次串联在交流电源之间，所述电阻R8的第一端与所述电阻R9连接，所述比较器U1的同相输入端连接所述电阻R8的第一端，所述比较器U1的反相输入端连接所述电阻R8的第二端，所述比较器U1的输出端连接二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极作为所述差分输入电路的输出端。
6.根据权利要求5所述的智能集成式电容补偿装置，其特征在于，所述施密特触发电路包括施密特触发器U2、电容C3和电阻R6，所述施密特触发器U2的输入端连接所述二极管D2的阴极，所述施密特触发器U2的输出端连接所述电阻R6的第一端，所述施密特触发器U2的输出端还通过电容C3接地，所述电阻R6的第二端作为所述施密特触发电路的输出端。
7.根据权利要求4所述的智能集成式电容补偿装置，其特征在于，所述信号转换电路包括三极管Q2和电阻R2，所述三极管Q2的基极连接所述电阻R6的第二端，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极通过电阻R2连接3.3V电压源，所述三极管Q2的集电极还作为所述过零检测单元的输出端连接所述控制单元。
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