CN217215977U - 智能无功补偿电容器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能无功补偿电容器，属于补偿电容器技术领域，解决了电容器投切过程，继电器工作可靠性问题，其技术方案要点是包括相电源、电容器组，电容器组通过继电器模块连接在相电源上用于补偿相电源，电容器组受控于继电器模块进行投切运行，所述继电器模块上设置有电流检测电路，所述电流检测电路包括电流互感器和信号处理电路，所述电流互感器检测继电器模块上的电流信号并输出给信号处理电路，信号处理电路连接单片机控制器用于反馈电流信号，通过对继电器模块工作情况的监测，有效延长了电容器和投切开关本身的使用寿命。

Description

智能无功补偿电容器

技术领域

本实用新型涉及补偿电容器领域，特别地，涉及一种智能无功补偿电容器。

背景技术

目前，申请号201720473271.8，公开了一个方案，低压无功补偿智能电容器，包括电源单元、信号采集单元、信号预处理单元、主控单元、复合开关驱动电路、按键单元、显示单元、通信电路、功率因数测量电路、反馈电路和复合开关电路，电源单元给整个电容器供电，信号采集单元连接信号预处理单元。采用复合开关电路控制电容器的接入和移除，存在如上述方案中提及的好处。

但是，上述方案成本较高，且复合开关电路中的可控硅过流及过压能力差、容易毁坏，为了克服上述方案中的问题，也有采用继电器开关进行投切控制，但是我们发现在环境温度以及动作次数和工作时间的影响下，随着继电器动作次数的增加，继电器的动作时间会逐渐的增长，但这种变化是比较缓慢的。这种累积的动作延迟不断积累后容易发生动作错误。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题，提供一种智能无功补偿电容器，具有成本低，涌流小，寿命长，智能控制的优势。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种智能无功补偿电容器，包括相电源、电容器组，电容器组通过继电器模块连接在相电源上用于补偿相电源，电容器组受控于继电器模块进行投切运行，所述继电器模块上设置有电流检测电路，所述电流检测电路包括电流互感器和信号处理电路，所述电流互感器检测继电器模块上的电流信号并输出给信号处理电路，信号处理电路连接单片机控制器用于反馈电流信号，单片机控制器还连接继电器驱动电路用于控制继电器模块的投切，所述信号处理电路包括偏置电压生成模块和信号叠加模块，所述偏置电压生成模块用于提供偏置电压信号给信号叠加模块，信号叠加模块采集电流互感器的信号以及偏置电压信号进行叠加处理并输出给单片机控制器。

优选的，所述电流互感器的输出端通过电容C1接地，电流互感器的输出端通过采样电阻R6接地，以及通过电阻R7连接到信号叠加模块。

优选的，所述偏置电压生成模块包括电阻R1、电阻R2、运算放大器A1，电压源Vcc通过电阻R1和电阻R2串联后接地，电阻R1和电阻R2的连接点连接到运算放大器A1的同相输入端，运算放大器A1的反相输入端连接运算放大器A1的输出端。

优选的，所述信号叠加模块包括电阻R3、运算放大器A2、电阻R4和电阻R5，运算放大器A1的输出端通过电阻R3连接运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A2的反相输入端通过电阻R4接地以及通过电阻R5连接运算放大器A2的输出端，运算放大器A2的输出端用于输出叠加处理后的信号。

优选的，所述继电器模块上还连接有电压探测模块，所述电压探测模块包括电阻R11、电阻R12、电阻R13、光电耦合器U1和光电耦合器U2；

继电器模块的开关触点一端连接电阻R11，电阻R11的另一端连接光电耦合器U1的阳极和光电耦合器U2的阴极，

继电器模块的开关触点另一端连接电阻R12，电阻R12的另一端连接光电耦合器U1的阴极和光电耦合器U2的阳极；

光电耦合器U1的发射极和光电耦合器U2的发射极共同接地，光电耦合器U1的集电极和光电耦合器U2的集电极共同连接电阻R13的一端作为输出信号给单片机控制器，电阻R13的另一端连接电压源Vcc。

优选的，所述偏置电压生成模块输出的偏置电压信号为2.5V电压值。

优选的，所述继电器采用磁保持继电器。

相比于背景技术，本实用新型技术效果主要体现在以下方面：

1、采用电流互感器来采集电流信号，使得继电器模块工作情况能够被实时监测，同时利用信号处理电路来使得监测信号更加可靠准确，为了提高信号传输的稳定性和可靠性，利用采样电阻R6，并且通过电容C1进行滤波处理，同时产生2.5V的偏置信号，使得信号能够被叠加2.5，为信号处理留有2.5倍的裕量，满足实际可靠性的需求；

2、电压探测模块能够利用光电耦合器U1和U2来进一步提高电路信号反馈的可靠性，继电器两端电压高于168V时，光耦输出电压很低接近零，在电压过零时，光耦输出5V电压，从而利用单片机控制模块来采集信号上升沿时机，从而更加可靠的控制继电器驱动电路以及继电器的投切工作，相比于直接控制，则引入了对继电器自身工作电流电压的采集和反馈调节机制，能够提高工作可靠性和延长使用寿命。

附图说明

图1为实施例中电流检测电路原理图；

图2为实施例中电压探测模块电路图；

图3为实施例中单片机控制器的驱动方框示意图。

附图标记：1、相电源；2、电容器组；3、继电器模块；4、电流检测电路；41、电流互感器；42、信号处理电路；421、偏置电压生成模块；422、信号叠加模块；5、单片机控制器；6、电压探测模块。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步详述，以使本实用新型技术方案更易于理解和掌握。

对于附图1-3中关于电路、方框图、电子元器件等是本领域技术人员常用符合和命名方式，本领域技术人员能够理解其含义。

实施例：

一种智能无功补偿电容器，参考图2所示，包括相电源1、电容器组2，相电源1是指三相电源1，具体是三相电源1中的任意一相。电容器组2是用于补偿三相电源1的，投切过程采用继电器模块3控制。

电容器组2通过继电器模块3连接在相电源1上用于补偿相电源1，电容器组2受控于继电器模块3进行投切运行。继电器模块3具体的是指磁保持继电器。图2中示意了其线圈部分KA，另外与其配对的开关触点。根据图2可见，继电器驱动电路可以驱动磁保持继电器对线路进行开或关。通过图3可见，单片机控制模块连接继电器驱动电路从而能够进行驱动。在此需要说明的是，单片机控制模块是以单片机芯片为主的最小系统，对于单片机控制模块以及继电器驱动电路是现有电路结构，并未改进，因此不再赘述。

本方案的核心改进如下：

参考图1所示，继电器模块3上设置有电流检测电路4，电流检测电路4包括电流互感器41和信号处理电路42。电流互感器41直接采集继电器模块3上的工作电流，采用2000：1的电流互感器41，可以使得采集的信号进行调节便于处理，但是通过此电流互感器41输出的信号容易受到干扰，所以需要设计信号处理电路42。

电流互感器41检测继电器模块3上的电流信号并输出给信号处理电路42，信号处理电路42连接单片机控制器5用于反馈电流信号，单片机控制器5还连接继电器驱动电路用于控制继电器模块3的投切，信号处理电路42包括偏置电压生成模块421和信号叠加模块422，偏置电压生成模块421用于提供偏置电压信号给信号叠加模块422，信号叠加模块422采集电流互感器41的信号以及偏置电压信号进行叠加处理并输出给单片机控制器5。

电流互感器41的输出端通过电容C1接地，电流互感器41的输出端通过采样电阻R6接地，以及通过电阻R7连接到信号叠加模块422。通过电阻R6进行采样以及通过电容C1滤波，提高电流检测的稳定性。

进一步优化，偏置电压生成模块421包括电阻R1、电阻R2、运算放大器A1。电压源Vcc通过电阻R1和电阻R2串联后接地，电阻R1和电阻R2的连接点连接到运算放大器A1的同相输入端，运算放大器A1的反相输入端连接运算放大器A1的输出端。偏置电压生成模块421输出的偏置电压信号为2.5V电压值。由此电路可以产生2.5V的偏置电压，另外通过信号叠加模块422将2.5V电压进行叠加。

信号叠加模块422包括电阻R3、运算放大器A2、电阻R4和电阻R5，运算放大器A1的输出端通过电阻R3连接运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A2的反相输入端通过电阻R4接地以及通过电阻R5连接运算放大器A2的输出端，运算放大器A2的输出端用于输出叠加处理后的信号。

由此可见，最后信号处理后的信号输入给单片机控制模块的AD接口，即信号采样接口，这样一来，使得采样接口数据处理中有2.5倍的裕量。

接着，参考图2所示，继电器模块3上还连接有电压探测模块6，电压探测模块6包括电阻R11、电阻R12、电阻R13、光电耦合器U1和光电耦合器U2。

继电器模块3的开关触点一端连接电阻R11，电阻R11的另一端连接光电耦合器U1的阳极和光电耦合器U2的阴极，继电器模块3的开关触点另一端连接电阻R12，电阻R12的另一端连接光电耦合器U1的阴极和光电耦合器U2的阳极。

光电耦合器U1的发射极和光电耦合器U2的发射极共同接地，光电耦合器U1的集电极和光电耦合器U2的集电极共同连接电阻R13的一端作为输出信号给单片机控制器5，电阻R13的另一端连接电压源Vcc。

两只线性光耦NEC250l反并联后串联两只120k/2W的电阻R11和R12后并联在继电器两端。从而能够为电压过零点时刻提供上升沿信号，可以有效反馈继电器工作情况。继电器两端电压高于168V时，光耦输出电压很低接近零，在电压过零时，光耦输出5V电压，从而利用单片机控制模块来采集信号上升沿时机，从而更加可靠的控制继电器驱动电路以及继电器的投切工作，相比于直接控制，则引入了对继电器自身工作电流电压的采集和反馈调节机制，能够提高工作可靠性和延长使用寿命。

当然，以上只是本实用新型的典型实例，除此之外，本实用新型还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种智能无功补偿电容器，包括相电源(1)、电容器组(2)，电容器组(2)通过继电器模块(3)连接在相电源(1)上用于补偿相电源(1)，电容器组(2)受控于继电器模块(3)进行投切运行，其特征是：所述继电器模块(3)上设置有电流检测电路(4)，所述电流检测电路(4)包括电流互感器(41)和信号处理电路(42)，所述电流互感器(41)检测继电器模块(3)上的电流信号并输出给信号处理电路(42)，信号处理电路(42)连接单片机控制器(5)用于反馈电流信号，单片机控制器(5)还连接继电器驱动电路用于控制继电器模块(3)的投切，所述信号处理电路(42)包括偏置电压生成模块(421)和信号叠加模块(422)，所述偏置电压生成模块(421)用于提供偏置电压信号给信号叠加模块(422)，信号叠加模块(422)采集电流互感器(41)的信号以及偏置电压信号进行叠加处理并输出给单片机控制器(5)。

2.根据权利要求1所述的智能无功补偿电容器，其特征是：所述电流互感器(41)的输出端通过电容C1接地，电流互感器(41)的输出端通过采样电阻R6接地，以及通过电阻R7连接到信号叠加模块(422)。

3.根据权利要求2所述的智能无功补偿电容器，其特征是：所述偏置电压生成模块(421)包括电阻R1、电阻R2、运算放大器A1，电压源Vcc通过电阻R1和电阻R2串联后接地，电阻R1和电阻R2的连接点连接到运算放大器A1的同相输入端，运算放大器A1的反相输入端连接运算放大器A1的输出端。

4.根据权利要求3所述的智能无功补偿电容器，其特征是：所述信号叠加模块(422)包括电阻R3、运算放大器A2、电阻R4和电阻R5，运算放大器A1的输出端通过电阻R3连接运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A2的反相输入端通过电阻R4接地以及通过电阻R5连接运算放大器A2的输出端，运算放大器A2的输出端用于输出叠加处理后的信号。

5.根据权利要求1所述的智能无功补偿电容器，其特征是：所述继电器模块(3)上还连接有电压探测模块(6)，所述电压探测模块(6)包括电阻R11、电阻R12、电阻R13、光电耦合器U1和光电耦合器U2；

继电器模块(3)的开关触点一端连接电阻R11，电阻R11的另一端连接光电耦合器U1的阳极和光电耦合器U2的阴极，

继电器模块(3)的开关触点另一端连接电阻R12，电阻R12的另一端连接光电耦合器U1的阴极和光电耦合器U2的阳极；

光电耦合器U1的发射极和光电耦合器U2的发射极共同接地，光电耦合器U1的集电极和光电耦合器U2的集电极共同连接电阻R13的一端作为输出信号给单片机控制器(5)，电阻R13的另一端连接电压源Vcc。

6.根据权利要求1所述的智能无功补偿电容器，其特征是：所述偏置电压生成模块(421)输出的偏置电压信号为2.5V电压值。

7.根据权利要求1所述的智能无功补偿电容器，其特征是：所述继电器采用磁保持继电器。

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