一種無功電流檢測電路的制作方法
【專利摘要】一種無功電流檢測電路用于三相交流電路的無功電流測量，它包括控制光耦導(dǎo)通與截止的開關(guān)電路和無功電流形成電路；所述的開關(guān)電路以線電壓UBC為輸入信號來控制光耦的光敏三極管導(dǎo)通、截止，在光敏三極管的導(dǎo)通時(shí)有線電流信號通過，所通過的電流信號為所測量的無功電流信號；其特點(diǎn)是，1、由于采用了光耦器件使線電壓UBC的電壓信號與線電流信號IA之間無電接觸，避免了兩者之間的相互干擾，減小無功電流的測量誤差；2、電路結(jié)構(gòu)簡單，容易調(diào)試，生產(chǎn)成本低；3，由于電路結(jié)構(gòu)簡單，在無功電流的形成過程中無積累誤差，無功電流的測量精度較高。
【專利說明】-種無功電流檢測電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無功電流檢測電路，用于對三相交流電路的無功電流進(jìn)行測量。

【背景技術(shù)】
[0002] 三相交流電路中的線電流如線電流IA中包含有功電流和無功電流，有功電流有電 阻性負(fù)載形成，無功電流一般由感性負(fù)載形成；有功電流的數(shù)學(xué)表達(dá)式為I ACos Φ，無功電 流的數(shù)學(xué)表達(dá)式為IASincK 式中的Φ為線電流IA與有功電流之間的相位差；無功電流的存在不僅影響發(fā)電廠的 出率還增加電路線路的線損，因此需要進(jìn)行無功電流補(bǔ)償（也稱無功功率補(bǔ)償）以減少電 能的損耗；無功功率的補(bǔ)償方法通常有兩種，一種方法是檢測出三相交流電路的功率因數(shù) cos Φ或線電流與對應(yīng)的有功電流之間的相位差Φ,根據(jù)功率因數(shù)cos Φ或相位差Φ向三 相交流電路中自動投切容性負(fù)載電力電容器，以使功率因數(shù)COSCt接近于1或相位差Φ接 近于〇;根據(jù)功率因數(shù)coset或相位差Φ的大小投切電力電容器存在缺陷是當(dāng)三相交流電 路中的電流較小時(shí)，容易出現(xiàn)過補(bǔ)償即單個電力電容器的電流大于感性電流，這時(shí)會出現(xiàn) 反復(fù)投、切電力電容器的現(xiàn)象，影響電力電容器的使用壽命。另一種方法是根據(jù)相位差Φ 和線電流計(jì)算出無功電流，根據(jù)無功電流的大小來投、切電力電容器，這樣可避免反復(fù)投、 切電力電容器的現(xiàn)象出現(xiàn)；但根據(jù)這種方法設(shè)計(jì)的無功電流檢測電路的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同 時(shí)積累誤差較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種無功電流檢測電路，該電路結(jié)構(gòu)簡單并且能 準(zhǔn)確地測量出三相交流電路中的無功電流。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種無功電流檢測電路包括控制光耦導(dǎo)通與截止的開關(guān)電 路和無功電流形成電路； 所述的開關(guān)電路包括光耦LED1-LED4的發(fā)光二極管，光耦LED1、LED2的發(fā)光二極管串 聯(lián)連接，光耦LED3、LED4的發(fā)光二極管串聯(lián)連接，光耦LED1的發(fā)光二極管陰極和光耦LED3 的發(fā)光二極管陽極接三相交流電路的C相，光耦LED2的發(fā)光二極管陽極和光耦LED4的發(fā) 光二極管陰極通過電阻R1接三相交流電路的B相； 所述的無功電流形成電路包括光耦LED1-LED4的光敏三極管，光耦LED1的光敏三極管 集電極和光耦LED2的光敏三極管發(fā)射極與電流變換器B2的次級線圈一端連接，光耦LED3 的光敏三極管集電極和光耦LED4的光敏三極管發(fā)射極與與電流變換器B2的次級線圈另一 端連接，光耦LED1的光敏三極管發(fā)射極和光耦LED2的光敏三極管集電極、光耦LED3的光 敏三極管發(fā)射極和光耦LED4的光敏三極管集電極接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接電 流變換器B2的次級線圈的中心抽頭；電流變換器B2的初級線圈接受三相交流電路的A線 電流信號I A，電阻R3的一端依次通過電阻R4、電容C1接地，電阻R4與電容C1的連接點(diǎn)為 無功電流信號輸出端。
[0005] 本無功電流檢測電路的特點(diǎn)是，通過線電壓UB。的電壓信號來控制光耦LED1和光 耦LED2以及光耦LED3和光耦LED4的導(dǎo)通與截止，在光耦特定的導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)采集線電流I A 信號，從而得到導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)的線電流IA信號的平均值即無功電流信號；其有益效果是，1、由 于采用了光耦器件使線電壓U B。的電壓信號與線電流信號IA之間無電接觸，避免了兩者之 間的相互干擾，減小無功電流的測量誤差；2、電路結(jié)構(gòu)簡單，容易調(diào)試，生產(chǎn)成本低；3,由 于電路結(jié)構(gòu)簡單，在無功電流的形成過程中無積累誤差，無功電流的測量精度較高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例的電路原理圖。
[0007] 圖2為說明本發(fā)明測量原理的波形圖。
[0008] 圖2中的標(biāo)志分別表示：1_電壓信號UB。的波形，2-光耦LED1、LED2的光敏三極 管導(dǎo)通、截止?fàn)顟B(tài)的波形，3-光耦LED3、LED4的光敏三極管導(dǎo)通、截止?fàn)顟B(tài)的波形，4-線電 流信號I A為純電阻性負(fù)載時(shí)其電流信號Ua的波形，5-線電流信號IA為電感性負(fù)載電時(shí)其 電流信號Ua的波形，6-無功電流信號的波形。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 現(xiàn)對照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0010] 一種無功電流檢測電路包括控制光耦導(dǎo)通、截止的開關(guān)電路，在光耦導(dǎo)通區(qū)間對 線電流信號I A進(jìn)行采集的無功電流形成電路。
[0011] 所述的開關(guān)電路以線電壓UB。為輸入信號來控制光耦的光敏三極管導(dǎo)通、截止，它 包括光耦LED1-LED4的發(fā)光二極管，光耦LED1、LED2的發(fā)光二極管串聯(lián)連接，光耦LED3、 LED4的發(fā)光二極管串聯(lián)連接，光耦LED1的發(fā)光二極管陰極和光耦LED3的發(fā)光二極管陽極 接三相交流電路的C相，光耦LED2的發(fā)光二極管陽極和光耦LED4的發(fā)光二極管陰極通過 電阻R1接三相交流電路的B相；電阻R1用來限制通過發(fā)光二極管的電流。
[0012] 所述的無功電流形成電路包括光耦LED1-LED4的光敏三極管，光耦LED1的光敏三 極管集電極和光耦LED2的光敏三極管發(fā)射極與電流變換器B2的次級線圈一端連接，光耦 LED3的光敏三極管集電極和光耦LED4的光敏三極管發(fā)射極與與電流變換器B2的次級線圈 另一端連接，光耦LED1的光敏三極管發(fā)射極和光耦LED2的光敏三極管集電極、光耦LED3 的光敏三極管發(fā)射極和光稱LED4的光敏三極管集電極接電阻R3的一端，電阻R3的另一端 接電流變換器B2的次級線圈的中心抽頭；電流變換器B2的初級線圈接受三相交流電路的 A線電流信號IA，電阻R3的一端依次通過電阻R4、電容C1接地，電阻R4與電容C1的連接 點(diǎn)為無功電流信號輸出端。電阻R4與電容C1用來對無功電流信號進(jìn)行濾波，濾除無功電 流信號中交流分量。
[0013] 所述的電流變換器B2的鐵芯為E型硅鋼片，其中間鐵芯的截面積為100平方毫 米，初級線圈的匝數(shù)為10匝，次級線圈的上、下邊匝數(shù)各為100匝，次級單邊輸出的電流信 號Ua為0-6V與線電流信號I A無相位差。電阻R3的阻值為1K歐姆，電阻R4的阻值為10K 歐姆，電容C1為兩個100-330微法電解電容的負(fù)極連接串聯(lián)形成；所述的光耦LED1-LED4 的型號為TLP521。
[0014] 現(xiàn)結(jié)合圖2說明本發(fā)明的測量原理，線電壓UBC的電壓信號Ub。的波形1為正半周 時(shí)，光耦LED1、LED2的光敏三極管處于導(dǎo)通，光耦LED3、LED4的光敏三極管處于截止，其導(dǎo) 通、截止?fàn)顟B(tài)如波形2所示；電壓信號Ub。的波形1為負(fù)半周時(shí)，光耦LED3、LED4的光敏三 極管處于導(dǎo)通，光耦LED、LED2的光敏三極管處于截止；光耦導(dǎo)通、截止?fàn)顟B(tài)如波形3所示， 波形2、3中的陰影部分為光耦的導(dǎo)通區(qū)間。
[0015] 根據(jù)三相交流電路的特性可知當(dāng)A線電流為純電阻性電流時(shí)，其相位超前線電壓 UBC90度，線電流信號IA的電流信號Ua波形如波形4所示；在光耦的導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，有電流信 號Ua通過在電阻R3上形成平均值Up，如波形2、3中陰影部分所示。當(dāng)線電流中有感性電 流分量時(shí)其相位與純電阻性線電流之間有一相位差Φ ;波形5所示為當(dāng)線電流有電感性電 流分量時(shí)的電流信號Ua波形；在光耦的導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，對應(yīng)于波形5的電流信號在電阻R3上 形成的波形如波形6所示； 電流信號Ua的表達(dá)式為：υ&=υ" (Sin ω t - Φ ) ; (1) 式1中υ"為電流信號Ua的最大值，Φ為線電流中有感性電流分量時(shí)其相位與純電阻 性線電流之間的相位差，ω為交流電路的角頻率； 對光耦的導(dǎo)通區(qū)間（見時(shí)間軸上的η /2至3 π /2段)的電流信號Ua進(jìn)行濾波處理可得 到其平均值，濾波處理相當(dāng)于計(jì)算波形6中陰影的正面積與負(fù)面積之差；平均Up可用下式 表不： Up= (2/ji )υ3ΙΙ18?ηΦ ；(2) 式2中π為光耦的導(dǎo)通區(qū)的弧度值； 由于電流信號Ua與線電流成正比關(guān)系，所以從式2可看出平均值Up即為無功電流信 號，它按正弦函數(shù)關(guān)系隨相位差Φ而變化。當(dāng)平均值Up的數(shù)值為正時(shí)表示無功電流為感 性，當(dāng)平均值Up的數(shù)值為負(fù)時(shí)表示無功電流為容性。
【權(quán)利要求】
1. 一種無功電流檢測電路包括控制光耦導(dǎo)通與截止的開關(guān)電路和無功電流形成電 路； 所述的開關(guān)電路包括光耦LED1-LED4的發(fā)光二極管，光耦LED1、LED2的發(fā)光二極管串 聯(lián)連接，光耦LED3、LED4的發(fā)光二極管串聯(lián)連接，光耦LED1的發(fā)光二極管陰極和光耦LED3 的發(fā)光二極管陽極接三相交流電路的C相，光耦LED2的發(fā)光二極管陽極和光耦LED4的發(fā) 光二極管陰極通過電阻R1接三相交流電路的B相； 所述的無功電流形成電路包括光耦LED1-LED4的光敏三極管，光耦LED1的光敏三極管 集電極和光耦LED2的光敏三極管發(fā)射極與電流變換器B2的次級線圈一端連接，光耦LED3 的光敏三極管集電極和光耦LED4的光敏三極管發(fā)射極與與電流變換器B2的次級線圈另一 端連接，光耦LED1的光敏三極管發(fā)射極和光耦LED2的光敏三極管集電極、光耦LED3的光 敏三極管發(fā)射極和光耦LED4的光敏三極管集電極接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接電 流變換器B2的次級線圈的中心抽頭；電流變換器B2的初級線圈接受三相交流電路的A線 電流信號I A，電阻R3的一端依次通過電阻R4、電容C1接地，電阻R4與電容C1的連接點(diǎn)為 無功電流信號輸出端；所述的光耦LED1-LED4的型號為TLP521。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功電流檢測電路，其特征是，所述的電流變換器B2的鐵芯 為E型硅鋼片，其中間鐵芯的截面積為100平方毫米，初級線圈的匝數(shù)為10匝，次級線圈的 上、下邊匝數(shù)各為100匝。
【文檔編號】G01R19/06GK104122433SQ201410411152
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】高玉琴 申請人:高玉琴