本發(fā)明涉及電學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低壓電容器新型投切開關(guān)。

背景技術(shù)：

近年來隨著電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，感性負(fù)載和非線性負(fù)載的大量增加，電網(wǎng)中的無功功率大量增加，由于無功功率在電網(wǎng)中傳輸會造成網(wǎng)絡(luò)損耗以及受電端電壓下降，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。因此，在電網(wǎng)中裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置已成為滿足電網(wǎng)無功需求的必要手段。在終端用戶中，使用低壓電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償是最常用的辦法。目前國內(nèi)無功補(bǔ)償電容器裝置所使用的投切開關(guān)的性能對比如下：

(1)接觸器。采用接觸器作為投切開關(guān)，接入電容的瞬間產(chǎn)生很大的涌流，造成接觸器的觸頭處產(chǎn)生火花，容易燒毀觸頭，而在分?jǐn)嚯娙輹r可投切開關(guān)之后，能粘住觸頭，造成觸頭拉不開。

(2)晶閘管開關(guān)：繼傳統(tǒng)機(jī)械觸點(diǎn)出現(xiàn)無觸點(diǎn)的電子開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)過零觸發(fā)，具有導(dǎo)通無涌流，切斷無過電壓的特點(diǎn)，但開關(guān)電路運(yùn)行時有較大的導(dǎo)通壓降，帶來電能損耗和發(fā)熱問題。

(3)復(fù)合開關(guān)：由雙向晶閘管與接觸器并聯(lián)構(gòu)成，具有過零觸發(fā)、動作時間短、限制電容器合閘涌流、觸點(diǎn)無燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn)。但耐電壓、電流沖擊性較差，容易損壞，安全穩(wěn)定性較弱，機(jī)械觸點(diǎn)存在燒壞可能性，正常運(yùn)行時接觸器開關(guān)始終接通，線圈一直通電，增加了電能損耗。

(4)選相開關(guān)：雖避免了復(fù)合開關(guān)的可控硅組件容易出現(xiàn)的故障，但單觸點(diǎn)磁保持結(jié)構(gòu)，仍有產(chǎn)生電弧預(yù)燃和重燃的可能性。

從投切開關(guān)的性能對比可知，目前普遍選用的電容器投切開關(guān)在運(yùn)行中仍存在的缺陷，需要在提高開關(guān)的可靠性和安全性方面進(jìn)行改進(jìn)。投切開關(guān)是電容器的關(guān)鍵部件，因此，研發(fā)新型投切開關(guān)能實(shí)現(xiàn)過零無觸點(diǎn)投切，達(dá)到精確補(bǔ)償，節(jié)能降耗的目的，符合國家節(jié)能政策要求，具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

現(xiàn)有技術(shù)方案

根據(jù)晶閘管投切電容器(tsc)技術(shù)的自動補(bǔ)償原理，tsc的電路原理如圖4所示，選取投入電容器時刻總的原則是投入電容時刻(晶閘管導(dǎo)通時刻)必須是電網(wǎng)電壓us與電容器當(dāng)前端電壓uc相等的時刻。因?yàn)楦鶕?jù)電容器的特性，若投入電容器時刻的電源電壓與電容器當(dāng)前端電壓不等，電容器電壓突變，會產(chǎn)生很大的合閘涌流，可能會損壞晶閘管或給電網(wǎng)帶來高頻沖擊。而在tsc切除電容器時，由于切除過程中開關(guān)觸點(diǎn)會產(chǎn)生電弧重燃現(xiàn)象，導(dǎo)致電容器過電壓，但在電流過零時刻切除電容器，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)接點(diǎn)無電弧分?jǐn)?。因此晶閘管控制的電容器一定是在電流過零的情況下切除。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種低壓電容器新型投切開關(guān)。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：

本發(fā)明由電流互感器、電壓互感器、濾波電路、電流采樣電路、電壓采樣電路、數(shù)字信號處理器、控制器、過零檢測與觸發(fā)電路、磁保持繼電器驅(qū)動電路、投切開關(guān)、三相補(bǔ)償電容、分相補(bǔ)償電容組成，所述電流互感器和所述電壓互感器的輸出端分別依次通過所述濾波電路、所述電流采樣電路、所述電壓采樣電路、所述控制器、所述過零檢測與觸發(fā)電路和所述磁保持繼電器驅(qū)動電路與一組連接三相補(bǔ)償電容的投切開關(guān)連接，另一組投切開關(guān)連接在分相補(bǔ)償電容上，且設(shè)置有輸出指示燈。

進(jìn)一步，所述投切開關(guān)由雙向晶閘管、磁保持繼電器和rc阻容吸收電路組成。

進(jìn)一步，所述磁保持繼電器的驅(qū)動電路由四個電阻、四個三極管、兩個繼電器線圈和兩個二極管組成，兩個電阻、兩個三極管、一個二極管和一個繼電器線圈組成合閘驅(qū)動電路，另外兩個電阻、兩個三極管、一個二極管和一個繼電器線圈組成分閘驅(qū)動電路。

進(jìn)一步，所述過零檢測與觸發(fā)電路由六個電阻、一個壓敏電阻、兩個光耦器、一個電容和一個雙向可控硅組成。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明是一種低壓電容器新型投切開關(guān)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明研究機(jī)械開關(guān)抖動的影響，解決由開關(guān)抖動引起的過壓、電弧等問題。在復(fù)合開關(guān)和選相開關(guān)的基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)和過零點(diǎn)投切技術(shù)，改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)，不存在可控硅損壞和單觸點(diǎn)磁保持燒壞現(xiàn)象，不會產(chǎn)生電弧預(yù)燃和重燃，故障率低，長期運(yùn)行成本低。新型投切開關(guān)可實(shí)現(xiàn)過零無觸點(diǎn)投切，投切過程無過電壓、無涌流產(chǎn)生、無電弧、快速補(bǔ)償?shù)裙δ?，能降低運(yùn)行成本，延長電容器使用壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電力電容器投切框圖；

圖2是本發(fā)明的磁保驅(qū)動持繼電器驅(qū)動電路圖；

圖3是本發(fā)明的過零檢測與觸發(fā)電路電路圖；

圖4是現(xiàn)有技術(shù)中tsc電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1所示：本發(fā)明由電流互感器、電壓互感器、濾波電路、電流采樣電路、電壓采樣電路、數(shù)字信號處理器、控制器、過零檢測與觸發(fā)電路、磁保持繼電器驅(qū)動電路、投切開關(guān)、三相補(bǔ)償電容、分相補(bǔ)償電容組成，所述電流互感器和所述電壓互感器的輸出端分別依次通過所述濾波電路、所述電流采樣電路、所述電壓采樣電路、所述控制器、所述過零檢測與觸發(fā)電路和所述磁保持繼電器驅(qū)動電路與一組連接三相補(bǔ)償電容的投切開關(guān)連接，另一組投切開關(guān)連接在分相補(bǔ)償電容上，且設(shè)置有輸出指示燈。所述投切開關(guān)由雙向晶閘管、磁保持繼電器和rc阻容吸收電路組成。投入時：由控制器發(fā)出指令，在檢測到雙向晶閘管兩端電壓為零的瞬間發(fā)出觸發(fā)脈沖，使雙向晶閘管導(dǎo)通，主控芯片監(jiān)控到開關(guān)導(dǎo)通后，發(fā)出閉合磁保持繼電器的指令，磁保持繼電器后，在檢測到雙向晶閘管電流過零時的瞬間發(fā)出觸發(fā)脈沖，再由控制器發(fā)出斷開可控硅的指令。切除時：由控制器發(fā)出指令，使雙向晶閘管導(dǎo)通，發(fā)出斷開磁保持繼電器的指令，再由控制器發(fā)出斷開可控硅的指令。開關(guān)在投、切瞬間雙向晶閘管導(dǎo)通工作，完成投切后轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行狀態(tài)時，開關(guān)由磁保持繼電器維持通斷狀態(tài)。這樣極大限制了投入過程中產(chǎn)生的涌流以及切除過程中產(chǎn)生的過電壓沖擊現(xiàn)象。

如圖2所示：所述磁保持繼電器的驅(qū)動電路由四個電阻、四個三極管、兩個繼電器線圈和兩個二極管組成，兩個電阻、兩個三極管、一個二極管和一個繼電器線圈組成合閘驅(qū)動電路，另外兩個電阻、兩個三極管、一個二極管和一個繼電器線圈組成分閘驅(qū)動電路。

投切開關(guān)正常運(yùn)行時，由磁保持繼電器維持開關(guān)的通斷狀態(tài)。磁保持繼電器是一種運(yùn)行無功耗的新型繼電器，其內(nèi)部裝有線圈和永久磁鋼，觸點(diǎn)的狀態(tài)切換通過控制器發(fā)出一定量的正負(fù)脈沖電信號控制。觸點(diǎn)狀態(tài)切換完成后，線圈無需繼續(xù)通電，由永久磁鋼的磁力維持繼電器的狀態(tài)。選用hfe9磁保持繼電器，雙線圈且驅(qū)動電壓為12v。合(分)閘過程：控制器(單片機(jī))輸出高電平，q1、q2(q3、q4)飽和導(dǎo)通，12v電壓加在合(分)閘線圈上，持續(xù)時間大于50毫秒后，控制器輸出低電平，磁保持繼電器處于閉合(斷開)狀態(tài)，完成合(分)閘過程。圖中，續(xù)流二管d1、d2，用以保護(hù)q2、q4不被過電壓擊穿。

如圖3所示：所述過零檢測與觸發(fā)電路由六個電阻、一個壓敏電阻、兩個光耦器、一個電容和一個雙向可控硅組成。

投切開關(guān)在接通和斷開的瞬間，雙向晶閘管先觸發(fā)導(dǎo)通，如果電網(wǎng)電壓和電容器電壓的差值較大，電容器電壓突變，會產(chǎn)生很大的合閘涌流。這一沖擊很可能損壞晶閘管或給電網(wǎng)帶來高頻沖擊，為了防止這種現(xiàn)象，必須在雙向晶閘管兩端電壓為零時進(jìn)行投切，因此，要求選擇具有過零觸發(fā)能力的芯片驅(qū)動雙向晶閘管。驅(qū)動芯片采用moc3083，它內(nèi)置過零檢測電路的新型光電耦合器件，具有直流低電壓、小電流控制交流高電壓、大電流的特點(diǎn)。當(dāng)檢測到電網(wǎng)電壓和電容器存儲的電壓相等時，moc3083會發(fā)出觸發(fā)脈沖給晶閘管。圖中，壓敏電阻rv1能承受較大沖擊能量，可抑制電路中出現(xiàn)的異常過電壓；r6c1阻容吸收電路，能防止過電壓對電路的沖擊。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。