CN219592124U - 一种静态安全补偿模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无功补偿技术领域，提出了一种静态安全补偿模块，包括主控单元和过零检测电路和驱动电路，过零检测电路和驱动电路均与主控单元连接，过零检测电路包括电阻R1、电容C1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、光耦U6和电阻R5，电阻R1的第一端连接电网，电阻R1的第二端连接三极管Q1的基极，电阻R1的第二端通过电容C1连接光耦U6的第一输入端，光耦U6的第二输入端连接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极接地，光耦U6的第一输出端通过电阻R5连接5V电源，光耦U6的第一输出端连接主控单元，光耦U6的第二输出端接地。通过上述技术方案，解决了现有技术中过零检测电路的结构复杂、稳定性差的问题。

Description

一种静态安全补偿模块

技术领域

本实用新型涉及无功补偿技术领域，具体的，涉及一种静态安全补偿模块。

背景技术

随着新用电技术的开发，静态无功补偿进入人类视野，它一方面可保障供电系统和用户用电过程的安全，另一方面具有经济性，能够有效地降低资源浪费。静态无功补偿装置是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，电容器投切时，过零投切可以消除合闸涌流，且不会出现分合闸过电压，这将大大提升电力电容器运行的稳定性，因此，过零检测在静态无功补偿装置中起着非常重要的作用，传统的过零检测电路的结构复杂、稳定性差，导致电容器在投切的过程中不可靠。

实用新型内容

本实用新型提出一种静态安全补偿模块，解决了现有技术中过零检测电路的结构复杂、稳定性差的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种静态安全补偿模块，包括电容器，其特征在于，还包括主控单元和过零检测电路和驱动电路，所述过零检测电路和所述驱动电路均与所述主控单元连接，所述过零检测电路包括电阻R1、电容C1、电阻R2、电阻R3、稳压管D1、电容C2、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2、光耦U6、电阻R5、电阻R6、电阻R7、非门U1和非门U2，

所述电阻R1的第一端连接电网，所述电阻R1的第二端依次通过所述电阻R2和所述电阻R3连接所述三极管Q1的基极，所述电阻R1的第二端通过所述电容C1连接所述电阻R4的第一端，所述电阻R4的第二端连接所述光耦U6的第一输入端，所述光耦U6的第二输入端连接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的发射极连接所述三极管Q2基极，所述三极管Q2的集电极连接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q2的发射极接地，所述稳压管D1的阴极连接所述电阻R4的第一端，所述稳压管D1的阳极接地，所述电容C2并联在所述稳压管D1两端，

所述光耦U6的第一输出端通过所述电阻R5连接5V电源，所述光耦U6的第一输出端通过所述电阻R6连接所述非门U1的输入端，所述光耦U6的第二输出端接地，所述非门U1的输出端连接所述非门U2的输入端，所述非门U2的输出端连接所述主控单元，所述非门U1的输入端通过所述电阻R7连接所述非门U2的输出端。

进一步，本实用新型中所述驱动电路包括非门U3、电阻R9、电阻R8、三极管Q3、电阻R10、电阻R11、三极管Q4、三极管Q5、电容C4、变压器T1、二极管D3、电阻R12和晶闸管V1，所述非门U3的输入端连接所述主控单元，所述非门U3的输出端通过所述电阻R9接地，所述非门U3的输出端通过所述电阻R8连接所述三极管Q3的基极，所述三极管Q3的集电极通过所述电阻R10连接9V电源，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极通过所述电阻R11连接所述三极管Q4的基极，所述三极管Q4的基极连接所述三极管Q5的基极，所述三极管Q4的集电极连接9V电源，所述三极管Q4的发射极连接所述三极管Q5的集电极，所述电容C4的第一端连接所述三极管Q4的发射极，所述电容C4的第二端连接所述变压器T1的第一输入端，所述变压器T1的第二输入端连接所述三极管Q5的发射极，所述变压器T1的第一输出端连接所述二极管D3的阳极，所述二极管D3的阴极通过所述电阻R12连接所述晶闸管V1的控制极，所述晶闸管V1的阳极连接电网，所述晶闸管V1的阴极接地，所述变压器T1的第二输出端接地。

进一步，本实用新型中还包括电流检测电路和无线通信单元，所述主控单元借助所述无线通信单元与监控终端通讯连接，所述电流检测电路包括电流互感器T2、电阻R18、电阻R13、电阻R14、运放U5、电阻R15和电阻R16，所述电流互感器T2输入端连接所述电容器，所述电流互感器T2第一输出端连接所述电阻R18的第一端，所述电流互感器T2的第二输出端接地，所述电流互感器T2第一输出端通过所述电阻R13连接所述电阻R14的第一端，所述电阻R14的第二端连接所述运放U5的同相输入端，所述运放U5的反相输入端通过所述电阻R15接地，所述运放U5的输出端通过所述电阻R16连接所述运放U5的同相输入端，所述运放U5的输出端连接所述主控单元。

进一步，本实用新型中所述电流检测电路还包括电阻R17、电阻R19、运放U4、电阻R20和稳压管D4，所述电阻R17的第一端连接所述运放U17的输出端，所述电阻R17的第二端连接所述运放U4的同相输入端，所述电阻R19的第一端连接所述运放U4的同相输入端，所述电阻R19的第二端连接3V电源，所述运放U4的输出端连接所述运放U4的反相输入端，所述运放U4的输出端连接所述电阻R20的第一端，所述电阻R20的第二端连接所述主控单元，所述稳压管D4的阴极连接所述电阻R20的第二端，所述稳压管D4的阳极接地。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型中，过零检测电路用于检测电网电压的过零点，并将过零点信号送至主控单元，主控单元收到过零点信号时，向驱动电路输出控制指令，使电容器投入电网，从而进行无功补偿。

具体的，过零检测电路的工作原理为：电阻R1的第一端连接电网电压，电阻R1和电容C1构成了阻容降压电路，将高压交流电变为低压交流电，稳压管D1将电压稳定在5V，为光耦U6供电，同时电网电压经电阻R2和电阻R3分压后加至三极管Q1的基极，电阻R2和电阻R3串联可以起到限流的作用，同时可有效防止电网中浪涌电压和浪涌电流引起光耦U6的误动作，当电网电压为负半周时，三极管Q1和三极管Q2截止，光耦U6截止，这时，光耦U6的第一输出端为高电平。当电网电压由负半周变为正半周时，三极管Q1的基极为高电平，三极管Q1和三极管Q2导通，因此光耦U6导通，此时，光耦U6的第一输出端的电平由高电平变为低电平，当电网电压由正半周变为负半周时，光耦U6的第一输出端再次输出高电平信号，在电网电压变化的过程中，光耦U6输出方波脉冲信号，在对电网电压过零检测的过程中，电路会受到不确定因素的影响，导致光耦U6输出方波脉冲信号的波形不规则，这样容易引起主控单元的误操作，因此，本实用新型在光耦U6和主控单元之间加入波形整形电路，波形整形电路由电阻R6、电阻R7、非门U1和非门U2构成，最后将整形后的方波脉冲信号送至主控单元，方波脉冲信号由高到低的跳变时刻即为电网电压的过零点。光耦U6起到了信号隔离的作用，防止信号相互干扰。

相比传统的过零检测电路而言，本实用新型中的电路结构简单、可靠、抗干扰性强，可以迅速有效的检测到交流电的过零点。

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为本实用新型中过零检测电路的电路图；

图2为本实用新型中驱动电路的电路图；

图3为本实用新型中电流检测电路的电路图。

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，本实施例提出了一种静态安全补偿模块，包括电容器，还包括主控单元和过零检测电路和驱动电路，过零检测电路和驱动电路均与主控单元连接，过零检测电路包括电阻R1、电容C1、电阻R2、电阻R3、稳压管D1、电容C2、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2、光耦U6、电阻R5、电阻R6、电阻R7、非门U1和非门U2，电阻R1的第一端连接电网，电阻R1的第二端依次通过电阻R2和电阻R3连接三极管Q1的基极，电阻R1的第二端通过电容C1连接电阻R4的第一端，电阻R4的第二端连接光耦U6的第一输入端，光耦U6的第二输入端连接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极连接三极管Q2基极，三极管Q2的集电极连接三极管Q1的集电极，三极管Q2的发射极接地，稳压管D1的阴极连接电阻R4的第一端，稳压管D1的阳极接地，电容C2并联在稳压管D1两端，光耦U6的第一输出端通过电阻R5连接5V电源，光耦U6的第一输出端通过电阻R6连接非门U1的输入端，光耦U6的第二输出端接地，非门U1的输出端连接非门U2的输入端，非门U2的输出端连接主控单元，非门U1的输入端通过电阻R7连接非门U2的输出端。

在电力系统中，根据电网的电压和电流得出无功功率和功率因数，从而判断电网是否需要进行无功补偿，若需要进行无功补偿，过零检测电路用于检测电网电压的过零点，并将过零点信号送至主控单元，主控单元收到过零点信号时，向驱动电路输出控制指令，使电容器投入电网，从而进行无功补偿。

具体的，过零检测电路的工作原理为：电阻R1的第一端连接电网电压，电阻R1和电容C1构成了阻容降压电路，将高压交流电变为低压交流电，稳压管D1将电压稳定在5V，电容C2起到滤波的作用，将交流电变为直流电信号为光耦U6供电，同时电网电压经电阻R2和电阻R3分压后加至三极管Q1的基极，多个电阻串联可以起到限流的作用，同时可有效防止电网中浪涌电压和浪涌电流引起光耦U6的误动作，当电网电压为负半周时，三极管Q1和三极管Q2截止，光耦U6截止，这时，光耦U6的第一输出端为高电平。当电网电压由负半周变为正半周时，三极管Q1的基极为高电平，三极管Q1和三极管Q2导通，因此光耦U6导通，此时，光耦U6的第一输出端的电平由高电平变为低电平，当电网电压由正半周变为负半周时，光耦U6的第一输出端再次输出高电平信号，在电网电压变化的过程中，光耦U6输出方波脉冲信号，在对电网电压过零检测的过程中，电路会受到不确定因素的影响，导致光耦U6输出方波脉冲信号的波形不规则，这样容易引起主控单元的误操作，因此，本实施例在光耦U6和主控单元之间加入波形整形电路，波形整形电路由电阻R6、电阻R7、非门U1和非门U2构成，最后将整形后的方波脉冲信号送至主控单元，方波脉冲信号由高到低的跳变时刻即为电网电压的过零点。其中，电容C3起到滤波作用，用于滤除方波脉冲信号中的高频杂波。光耦U6起到了信号隔离的作用，防止信号相互干扰。

相比传统的过零检测电路而言，本实施例中的电路结构简单、可靠、抗干扰性强，可以迅速有效的检测到交流电的过零点。

如图2所示，本实施例中还包括驱动电路，驱动电路包括非门U3、电阻R9、电阻R8、三极管Q3、电阻R10、电阻R11、三极管Q4、三极管Q5、电容C4、变压器T1、二极管D3、电阻R12和晶闸管V1，非门U3的输入端连接主控单元，非门U3的输出端通过电阻R9接地，非门U3的输出端通过电阻R8连接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极通过电阻R10连接9V电源，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极通过电阻R11连接三极管Q4的基极，三极管Q4的基极连接三极管Q5的基极，三极管Q4的集电极连接9V电源，三极管Q4的发射极连接三极管Q5的集电极，电容C4的第一端连接三极管Q4的发射极，电容C4的第二端连接变压器T1的第一输入端，变压器T1的第二输入端连接三极管Q5的发射极，变压器T1的第一输出端连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极通过电阻R12连接晶闸管V1的控制极，晶闸管V1的阳极连接电网，晶闸管V1的阴极接地，变压器T1的第二输出端接地。

本实施例中，当电力系统不需要无功补偿时，主控单元输出高电平信号至非门U3的输入端，这时候三极管Q3基极为低电平，三极管Q3截止，三极管Q4导通，三极管Q5截止，电容C4存储电能，晶闸管V1不导通；当判断到电力系统需要进行投切电容器进行无功补偿时，主控单元识别电网中电压的过零点，根据过零点时刻发出控制指令，即主控单元输出低电平信号，三极管Q3的基极为高电平，三极管Q3导通，三极管Q4截止，三极管Q5导通，此时，电容C4开始放电，变压器T1的初级线圈产生电压，同时在变压器T1的次级线圈中产生感应电压，该电压信号经二极管D3和电阻R12后加至晶闸管V1的控制极，晶闸管V1导通，这时与晶闸管V1对应的电容器投切到电力系统中，实现无功补偿。

如图3所示，本实施例中还包括电流检测电路和无线通信单元，主控单元借助无线通信单元与监控终端通讯连接，电流检测电路包括电流互感器T2、电阻R18、电阻R13、电阻R14、运放U5、电阻R15和电阻R16，电流互感器T2输入端连接投切电容器，电流互感器T2第一输出端连接电阻R18的第一端，电流互感器T2的第二输出端接地，电流互感器T2第一输出端通过电阻R13连接电阻R14的第一端，电阻R14的第二端连接运放U5的同相输入端，运放U5的反相输入端通过电阻R15接地，运放U5的输出端通过电阻R16连接运放U5的同相输入端，运放U5的输出端连接主控单元。

在电力系统无功补偿的过程中，电容器频繁的投切过程中容易产生冲击涌流，长期的冲击将会影响电容器的稳定性，为此，本实施例中添加了电流检测电路，用于检测电容器在投切过程中的电流大小，将检测到的电流值送至主控单元，当该电流值超过设定值时，主控单元将通过无线通信单元发出报警信号，送至监控终端，方便相关工作人员采取相应的措施解决问题，以免对电力系统的正常运行造成影响。

具体的，电流检测电路的工作原理为：电流互感器T2用于检测投切电容时，在电容器上产生的电流大小，该电流值较大，电流互感器T2用于将该大电流变为小电流输出，然后经电阻R18后转为电压信号，电阻R13和电容C6构成低通滤波电路，用于滤除电压信号中的高频杂波，然后将滤波后的信号经运放U5放大后送至主控单元。

如图3所示，本实施例中电流检测电路还包括电阻R17、电阻R19、运放U4、电阻R20和稳压管D4，电阻R17的第一端连接运放U17的输出端，电阻R17的第二端连接运放U4的同相输入端，电阻R19的第一端连接运放U4的同相输入端，电阻R19的第二端连接3V电源，运放U4的输出端连接运放U4的反相输入端，运放U4的输出端连接电阻R20的第一端，电阻R20的第二端连接主控单元，稳压管D4的阴极连接电阻R20的第二端，稳压管D4的阳极接地。

本实施例中，如果在电容器投切时所产生的电流过大，最后运放U5输出的电压信号将会超过主控单元所能承受的最大电压值，电压过高时会对主控单元造成损坏，因此在运放U5和主控单元直接接入保护电路，将输入到主控单元的电压最大限制在3V，运放U4构成跟随器，起到了信号隔离的作用，防止信号相互干扰。

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 (4)

1.一种静态安全补偿模块，包括电容器，其特征在于，还包括主控单元和过零检测电路和驱动电路，所述过零检测电路和所述驱动电路均与所述主控单元连接，所述过零检测电路包括电阻R1、电容C1、电阻R2、电阻R3、稳压管D1、电容C2、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2、光耦U6、电阻R5、电阻R6、电阻R7、非门U1和非门U2，

所述电阻R1的第一端连接电网，所述电阻R1的第二端依次通过所述电阻R2和所述电阻R3连接所述三极管Q1的基极，所述电阻R1的第二端通过所述电容C1连接所述电阻R4的第一端，所述电阻R4的第二端连接所述光耦U6的第一输入端，所述光耦U6的第二输入端连接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的发射极连接所述三极管Q2基极，所述三极管Q2的集电极连接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q2的发射极接地，所述稳压管D1的阴极连接所述电阻R4的第一端，所述稳压管D1的阳极接地，所述电容C2并联在所述稳压管D1两端，

所述光耦U6的第一输出端通过所述电阻R5连接5V电源，所述光耦U6的第一输出端通过所述电阻R6连接所述非门U1的输入端，所述光耦U6的第二输出端接地，所述非门U1的输出端连接所述非门U2的输入端，所述非门U2的输出端连接所述主控单元，所述非门U1的输入端通过所述电阻R7连接所述非门U2的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种静态安全补偿模块，其特征在于，所述驱动电路包括非门U3、电阻R9、电阻R8、三极管Q3、电阻R10、电阻R11、三极管Q4、三极管Q5、电容C4、变压器T1、二极管D3、电阻R12和晶闸管V1，所述非门U3的输入端连接所述主控单元，所述非门U3的输出端通过所述电阻R9接地，所述非门U3的输出端通过所述电阻R8连接所述三极管Q3的基极，所述三极管Q3的集电极通过所述电阻R10连接9V电源，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极通过所述电阻R11连接所述三极管Q4的基极，所述三极管Q4的基极连接所述三极管Q5的基极，所述三极管Q4的集电极连接9V电源，所述三极管Q4的发射极连接所述三极管Q5的集电极，所述电容C4的第一端连接所述三极管Q4的发射极，所述电容C4的第二端连接所述变压器T1的第一输入端，所述变压器T1的第二输入端连接所述三极管Q5的发射极，所述变压器T1的第一输出端连接所述二极管D3的阳极，所述二极管D3的阴极通过所述电阻R12连接所述晶闸管V1的控制极，所述晶闸管V1的阳极连接电网，所述晶闸管V1的阴极接地，所述变压器T1的第二输出端接地。

3.根据权利要求1所述的一种静态安全补偿模块，其特征在于，还包括电流检测电路和无线通信单元，所述主控单元借助所述无线通信单元与监控终端通讯连接，所述电流检测电路包括电流互感器T2、电阻R18、电阻R13、电阻R14、运放U5、电阻R15和电阻R16，所述电流互感器T2输入端连接所述电容器，所述电流互感器T2第一输出端连接所述电阻R18的第一端，所述电流互感器T2的第二输出端接地，所述电流互感器T2第一输出端通过所述电阻R13连接所述电阻R14的第一端，所述电阻R14的第二端连接所述运放U5的同相输入端，所述运放U5的反相输入端通过所述电阻R15接地，所述运放U5的输出端通过所述电阻R16连接所述运放U5的同相输入端，所述运放U5的输出端连接所述主控单元。

4.根据权利要求3所述的一种静态安全补偿模块，其特征在于，所述电流检测电路还包括电阻R17、电阻R19、运放U4、电阻R20和稳压管D4，所述电阻R17的第一端连接所述运放U17的输出端，所述电阻R17的第二端连接所述运放U4的同相输入端，所述电阻R19的第一端连接所述运放U4的同相输入端，所述电阻R19的第二端连接3V电源，所述运放U4的输出端连接所述运放U4的反相输入端，所述运放U4的输出端连接所述电阻R20的第一端，所述电阻R20的第二端连接所述主控单元，所述稳压管D4的阴极连接所述电阻R20的第二端，所述稳压管D4的阳极接地。