CN2836306Y - 无功功率跟踪补偿器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电力工程领域，涉及一种无功功率跟踪补偿器。它由电压互感器、电流互感器、采样电路、单片机和补偿电容器组组成，电压互感器、电流互感器接采样电路输入端，采样电路的输出信号送入单片机电路，单片机电路的输出控制补偿电容器组的投切，特点是补偿电容器组为8路，电容值按8位数2进制排列，各路补偿电容器的投切由接在单片机电路输出口的过零触发电路、双向可控硅控制。具有投切时无浪涌产生、投切精度高、适合功率变化较大的环境中使用的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于电力工程领域，涉及一种无功功率跟踪补偿器。
技术背景
在电力系统里，许多用电设备是电感型的，自然功率因数过低。在相同的供电网络中，如果功率因数低，就会占用较多的供电、配电设备的容量，使电能不能充分有效的利用。为了祢补这类问题，工程上常采用投切并联电容器组的方法进行补偿无功功率，提高功率因数。目前比较常用的一种补偿器，使用的是10进制循环延时投切方式，有8路或10路，每组电容器的容量都较大，且所有的电容器容量都相等。这种循环延时投切主要是给电容器放电的时间，因为电容器从切断到再投入时，电容器的残留电压要小于50V，否则电容器过电流，造成不良后果。由于是循环投切加之路数有限，就是采用不同容量的电容器组，也无法组合到最佳状态。由于都用相等容量的电容器进行投切，这就造成了投切剃度较大，不适合功率变化较大的环境使用，而且投切精度不高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种投切精度高、适合功率变化较大的环境使用的无功功率跟踪补偿器。
本实用新型所提供的无功功率跟踪补偿器采用下述技术方案：这种无功功率跟踪补偿器，由电压互感器、电流互感器、采样电路、单片机和补偿电容器组组成，电压互感器、电流互感器接采样电路输入端，采样电路的输出信号送入单片机电路，单片机电路的输出控制补偿电容器组的投切，其特征在于所述的补偿电容器组为8路，各路补偿电容器的电容值按8位数2进制排列，各路补偿电容器与可控硅控制电路的输出相接，可控硅控制电路由接在单片机电路输出口的过零触发电路和与其相接的双向可控硅构成。
本实用新型提供的无功功率跟踪补偿器的工作原理如下：由采样电路从电压互感器与电流互感器上实时采集、对电网电压和电流信号整形，送入单片机电路，经单片机电路对送来的电压及电流信号进行检测并计算出其功率因数，并据此向过零触发电路输出信号，过零触发电路触发双向可控硅，从而控制补偿电容器组的投切，使功率因数控制在1-0.99之间。
本实用新型提供的无功功率跟踪补偿器采用了单片机技术，对电网电压、电流信号进行实时跟踪，根据单片机检测的实时电压、电流信号值控制补偿电容器组的投切，控制可靠。同时，补偿电容器组为8路，各路补偿电容器的电容值按8位数2进制排列，可以有255种投切方式，电容器组可以实现线性投切，精度高、适合功率变化较大的环境中使用。同时，各路补偿电容器与一接在单片机电路输出口的过零触发电路、双向可控硅相接。补偿电容器组的投切是在零点完成的，在投切时无浪涌产生，所以不需要用延时电路，虽然全部投完需要255次，由于没有延时，所以这样的过程也只需几秒钟的时间，投切的速度快。
附图说明
图1、本实用新型提供的无功功率跟踪补偿器原理方框图；
图2、本实用新型提供的无功功率跟踪补偿器实施例一的电路原理图；
图3、图2所示采样电路输入至单片机的波形图；
图4、本实用新型提供的无功功率跟踪补偿器的程序框图。
具体实施方式
下面结合附图说明本实用新型的实施。图1所示为无功功率跟踪补偿器原理方框图。从图1可知本实用新型所提供的无功功率跟踪补偿器由电压互感器、电流互感器、采样电路、单片机和补偿电容器组组成，电压互感器、电流互感器接采样电路输入端，采样电路的输出信号送入单片机电路，单片机电路的输出通过接在单片机电路输出口的过零触发电路触发双向可控硅控制补偿电容器组的投切。图2所示为本实用新型提供的无功功率跟踪补偿器实施例一的电路原理图。图4为本实用新型提供的无功功率跟踪补偿器的程序图。它是一种用于单相电路的无功功率跟踪补偿器。从图2可知：单片机电路采用单片机U1；采样电路由采样电阻、整形电路、或非门、与非门组成，采样电阻包括接在电压互感器PT输出上的可变电阻R1A、接在电流互感器CT输出上的可变电阻R1B，整形电路为由运算放大器U2A、接在其正、反相输入间方向相反的两个稳压二极管D1、D3、电容C1构成的电压整形电路和由运算放大器U2B、接在其正、反相输入间方向相反的两个稳压二极管D2、D4、电容C2构成的电流整形电路，运算放大器U2A、U2B的输出进入或非门U3A两输入端，或非门U3A的输出接单片机U1的P3口中的P3.0位；同时，运算放大器U2A、U2B的输出分别接与非门U4B、U4A的一个输入端、与非门U4B、U4A的公共输入端接计数脉冲产生电路的输出，所述计数脉冲产生电路由分频电路U5B、U5A组成，分频电路U5B的输入接单片机U1的地址有效输出信号ALE，与非门U4A、U4B的输出分别接单片机U1的定时计数器输入口T0、T1。接在单片机电路输出口的过零触发电路采用过零触发同步脉冲集成电路UQ1-UQ8，与其相接的双向可控硅为双向可控硅BCR1-BCR8，它们的控制极分别接过零触发同步脉冲集成电路UQ1-UQ8的输出脚4，过零触发同步脉冲集成电路UQ1-UQ8的输入端2分别与单片机U1的可编程输出口的八位P0.0-P0.7相接；补偿电容CQ1-CQ8的一端分别接双向可控硅BCR1-BCR8的输出，补偿电容CQ1-CQ8的另一端接在电网母线上。
其工作原理如下所述：由采样电阻R1A从电压互感器PT上取得电压信号，由采样电阻R1B从电流互感器CT上取得电流信号分别送入由运算放大器U2A及接在其正、反相输入间方向相反的两个稳压二极管D1、D3、电容C1构成的电压整形电路和由运算放大器U2B、接在其正、反相输入间方向相反的两个稳压二极管D2、D4、电容C2构成的电流整形电路，整形为方波信号，经或非门U3A后送入单片机做为半波周期T\2的控制信号，由与非门U4A、U4B得到电流信号和电压信号同时为负的正极性脉冲，反相后作为时间t的门控脉冲的输入端，计数脉冲是由单片机的地址有效输出信号ALE经分频电路U5B、U5A四分频后获得。
图2中单片机U1的P3.0位用来检测电压信号和电流信号的上升沿，从图3可知：无论是电压信号超前还是电流信号超前，它们的上升沿总是和单片机U1的P3.0位的脉冲下降沿是对齐的，在单片机U1的P3.0位的脉冲下降沿T0、T1同时开始计数，延时10ms同时停止计数，设T0计数器为X，T1计数器为Y，设Φ为功率因数角，按下式可算出功率因数角：
Φ＝|X-Y|÷26
式中常数26是这样得来的：因为工频为50周，半周的时间为10ms，计数脉冲由单片机的地址有效输出信号ALE经分频电路U5B、U5A四分频后获得，地址有效输出信号ALE＝1/6×晶振，用12M晶振，计脉冲的频率为460.8K，所以10ms可产生4608个脉冲，半周的角度正好是180度，我们可算出每度需要多少个脉冲，按下式计算：
4608÷180≈26
再查余弦表，就可得到功率因数了。当单片机检测到功率因数小于0.99，在程序的控制下对P0口的寄存器加1运行，输出控制信号，控制与其各位P0.0-P0.7相接的过零触发同步脉冲集成电路UQ1-UQ8向与其相接的双向可控硅BCR1-BCR8输出控制信号，从而实现补偿电容器的投切，直到功率因数等于1-0.99为止。若单片机检测到功率因数大于1，这时就对P0口的寄存器减1运行，直到功率因数小于1为止。由于电容器组的投切是在零点完成的，在投切时无浪涌产生，不需要用延时电路，虽然全部投完需要255次，由于没有延时，所以这样的过程也只需几秒钟的时间。本电路的补偿精度的高低主要决定P0口的最低位。如图：
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
图中D0为最低位。设：D0＝1Kvar，按8位数2进制排列，D1＝2Kvar、D2＝4Kvar、D3＝8Kvar、D4＝16Kvar、D5＝32Kvar、D6＝64Kvar、D7＝128Kvar，最高位是128Kvar，这时电路的补偿精度为1Kvar。如果D0＝0.5Kvar，D7＝64Kvar，那么补偿精度为0.5Kavr。该实施例中还设置了一个显示电路，用于实时显示所检测的功率因数，LCD显示器U6接在单片机U1的P2口。该实施例中单片机U1采用AT89C52，稳压二极管D1-D4采用5V稳压二极管，运算放大器U2A、U2B采用LM393，或非门U3A采用74ALS02，与非门U4A、U4B采用74ALS00，分频电路U5B、U5 A采用74ALS74，过零触发同步脉冲集成电路UQ1-UQ8采用MOC3041，双向可控硅BCR1-BCR8采用KS型，LCD显示器U6采用LCM2004。
本实用新型所提供的无功功率跟踪补偿器，可用于单相电路，也可用于三相电路的补偿。用于三相电路时，各相的无功功率跟踪补偿器电路相同，均可采用图2所示的电路。
Claims (3)
1、一种无功功率跟踪补偿器，由电压互感器、电流互感器、采样电路、单片机和补偿电容器组组成，电压互感器、电流互感器接采样电路输入端，采样电路的输出信号送入单片机电路，单片机电路的输出控制补偿电容器组的投切，其特征在于所述的补偿电容器组为8路，各路补偿电容器的电容值按8位数2进制排列，各路补偿电容器与可控硅控制电路的输出相接，可控硅控制电路由接在单片机电路输出口的过零触发电路和与其相接的双向可控硅构成。
2、根据权利要求1所述的无功功率跟踪补偿器，其特征在于所述的单片机电路为单片机(U1)；所述的采样电路由采样电阻、整形电路、或非门、与非门组成，采样电阻包括接在电压互感器输出上的可变电阻(R1A)与接在电流互感器输出上的可变电阻(R1B)，整形电路为由运算放大器(U2A)、接在其正、反相输入间方向相反的两个稳压二极管(D1、D3)、电容(C1)构成的电压整形电路和由运算放大器(U2B)、接在其正、反相输入间方向相反的两个稳压二极管(D2、D4)、电容(C2)构成的电流整形电路，运算放大器(U2A、U2B)的输出接或非门(U3A)两输入端，或非门(U3A)的输出接单片机(U1)P3口的P3.0位；同时，运算放大器(U2A、U2B)的输出分别接与非门(U4B、U4A)的一个输入端、与非门(U4B、U4A)的公共输入端接计数脉冲产生电路的输出，所述计数脉冲产生电路由分频电路(U5B、U5A)组成，分频电路(U5B)的输入端接单片机(U1)的地址有效输出信号ALE，与非门(U4A、U4B)的输出分别接单片机(U1)的定时计数器输入口(T0、T1)。
3、根据权利要求1或2所述的无功功率跟踪补偿器，其特征在于所述的接在单片机电路输出口的过零触发电路为过零触发同步脉冲集成电路(UQ1-UQ8)，与其相接的双向可控硅为双向可控硅(BCR1-BCR8)，它们的控制极分别接过零触发同步脉冲集成电路(UQ1-UQ8)的输出脚4，过零触发同步脉冲集成电路(UQ1-UQ8)的输入端2分别与单片机(U1)的可编程输出口的八位(P0.0-P0.7)相接；补偿电容(CQ1-CQ8)的一端分别接双向可控硅(BCR1-BCR8)的输出，补偿电容(CQ1-CQ8)的另一端接在电网母线上。
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| CN102890173A (zh) * | 2012-08-30 | 2013-01-23 | 漳州科能电器有限公司 | 一种改善无功误差的无功功率计量方法及装置 |
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