本實用新型涉及電力電路領(lǐng)域，更具體地說設計一種智能電容補償裝置。

背景技術(shù)：

電學領(lǐng)域中功率因數(shù)這個參數(shù)用于衡量一個電氣系統(tǒng)效率的高低，功率因數(shù)低證明系統(tǒng)中用于建立電場和磁場的能量高，即系統(tǒng)中的無功功率高。

電網(wǎng)系統(tǒng)中電動機和變壓器等常規(guī)配備的裝置屬于感性負載，因此電網(wǎng)系統(tǒng)在運行過程中需要向這些感性負載提供無功功率。

本領(lǐng)域中補償電網(wǎng)系統(tǒng)無功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)的技術(shù)手段，從原理上來說主要是并聯(lián)電容器，而實際操作中就是利用無功功率控制器控制電容補償裝置的投切數(shù)量，實現(xiàn)無功功率的補償操作。但是現(xiàn)有的電容補償裝置的投切過程只依靠機械部件進行操作，因此現(xiàn)有的電容補償裝置及其外圍組件所形成的補償系統(tǒng)中存在接線復雜，占用空間大等缺點，同時更為嚴重的是電容補償裝置在投切過程中容易出現(xiàn)涌流和電弧現(xiàn)象，對裝置帶來較大的損害，裝置容易失效，降低裝置的使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本實用新型要解決的技術(shù)問題是：

本實用新型解決其技術(shù)問題的解決方案是：

一種智能電容補償裝置，包括：

智能測控單元：用于檢測電網(wǎng)系統(tǒng)的電參數(shù)，計算電網(wǎng)系統(tǒng)功率因數(shù)的；

電容投切開關(guān)：用于執(zhí)行補償電容的投切操作；

控制器以及補償電容；

所述智能測控單元與控制器通信連接，所述控制器輸出端與電容投切開關(guān)相連，所述智能測控單元、電容投切開關(guān)以及補償電容安裝固定在絕緣箱內(nèi)，所述電容投切開關(guān)包括檢測電路以及用于控制補償電容投切的磁保持繼電器，所述檢測電路串接在火線及零線之間，所述檢測電路包括電壓互感器、電流互感器以及防沖擊電容，所述電壓互感器輸入端、電流互感器輸入端以及防沖擊電容相互串聯(lián)，所述電壓互感器的輸出端以及電流互感器的輸出端分別與控制器輸入端相連，所述磁保持繼電器輸入端與控制器輸出端相連。

作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述智能測控單元包括采集芯片，所述采集芯片型號是CS5460A。

作為上述技術(shù)方案的進一步改進，還包括有保護單元，所述保護單元包括溫度檢測模塊以及斷相檢測模塊，所述溫度檢測模塊輸出端與控制器輸入端相連，斷相檢測模塊與磁保持繼電器輸入端相連。

作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述溫度檢測模塊包括型號為STLM75溫度傳感器。

作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述斷相檢測模塊包括單相電源取樣電路、基準電源、比較電路、放電電路以及觸發(fā)電路，所述單相電源取樣電路輸入端與單相電源接口相連，所述單相電源取樣電路輸出端與比較電路的輸入端相連，所述信號輸入接口與基準電源輸入端相連，所述基準電源的輸出端分別與單相電源取樣電路以及比較電路相連，所述比較電路的輸出端分別與觸發(fā)電路的輸入端以及放電電路的輸入端相連，所述電容投切開關(guān)分別與放電電路以及觸發(fā)電路相連。

本實用新型的有益效果是：本實用新型通過智能測控單元對電網(wǎng)系統(tǒng)的電參數(shù)進行采集并計算功率因數(shù)，根據(jù)功率因數(shù)的實際值通過電容投切開關(guān)實現(xiàn)補償電容過零投切，杜絕傳統(tǒng)補償裝置在投切過程中出現(xiàn)的涌流拉弧現(xiàn)象，提高本裝置使用壽命，另外本實用新型集成度高，便于接線安裝，同時將智能測控單元、電容投切開關(guān)以及補償電容都安裝在一個絕緣箱內(nèi)，減少占有空間。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單說明。顯然，所描述的附圖只是本實用新型的一部分實施例，而不是全部實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他設計方案和附圖。

圖1是本實用新型電容補償裝置整體原理框圖；

圖2是本實用新型檢測電路的原理圖；

圖3是本實用新型絕緣箱外觀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型斷相檢測模塊的電路原理框圖；

圖5是本實用新型斷相檢測模塊的電路圖；

圖6是本實用新型補償電容投入波形圖；

圖7是本實用新型補償電容切除波形圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合實施例和附圖對本實用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果進行清楚、完整地描述，以充分地理解本實用新型的目的、特征和效果。顯然，所描述的實施例只是本實用新型的一部分實施例，而不是全部實施例，基于本實用新型的實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬于本實用新型保護的范圍。另外，文中所提到的所有聯(lián)接/連接關(guān)系，并非單指構(gòu)件直接相接，而是指可根據(jù)具體實施情況，通過添加或減少聯(lián)接輔件，來組成更優(yōu)的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。本發(fā)明創(chuàng)造中的各個技術(shù)特征，在不互相矛盾沖突的前提下可以交互組合。

參照圖1，針對現(xiàn)有電容補償裝置過于機械化，而導致補償電容在投切過程中出現(xiàn)涌流或者電弧現(xiàn)象的技術(shù)問題，本實用新型提供一種智能電容補償裝置。

本實用新型一種智能電容補償裝置，包括智能測控單元、電容投切開關(guān)、控制器以及補償電容，所述智能測控單元主要用于采集電網(wǎng)系統(tǒng)的電參數(shù)并由此計算該電網(wǎng)系統(tǒng)運行時的功率因數(shù)，所述電容投切開關(guān)用于檢測電網(wǎng)系統(tǒng)輸入電壓電流過零點信號以及實現(xiàn)補償電容的投切操作。本發(fā)明創(chuàng)造主要是根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)的功率因數(shù)智能控制電網(wǎng)系統(tǒng)中補償電容的投切數(shù)量，當智能測控單元檢測到電網(wǎng)系統(tǒng)功率因數(shù)過低時，投入補償電容，因此即使電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生波動，本發(fā)明創(chuàng)造也能根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)當前的運行情況作出調(diào)整；再者本發(fā)明創(chuàng)造中所述電容投切開關(guān)能夠檢測到電網(wǎng)系統(tǒng)輸入電壓電流的過零信號，可以使到補償電容在電壓電流的過零信號進行投切操作，避免像傳統(tǒng)的電容補償裝置一樣出現(xiàn)電弧和涌流現(xiàn)象，提高裝置的使用壽命。

參照圖3，本發(fā)明創(chuàng)造中所述智能測控單元與控制器通信連接，所述控制器輸出端與電容投切開關(guān)相連，所述智能測控單元、電容投切開關(guān)以及補償電容安裝固定在一個絕緣箱1內(nèi)，改變了傳統(tǒng)電容補償裝置的分離式的結(jié)構(gòu)，便于安裝維護，所述絕緣箱1頂部設置有多個散熱孔2，有利于補償電容的散熱，提高補償電容的使用壽命，絕緣箱1頂部同時設置有空氣斷路器3，當發(fā)生事故時可迅速切除本裝置與電網(wǎng)系統(tǒng)的連接，以防裝置損壞。

參照圖2，具體地，本發(fā)明創(chuàng)造中所述電容投切開關(guān)包括檢測電路以及實現(xiàn)補償電容投切操作的磁保持繼電器，所述檢測電路包括電壓互感器PT、電流互感器CT以及防沖擊電容C，所述電壓互感器PT輸入端、電流互感器CT輸入端以及防沖擊電容C相互串聯(lián)，所述電壓互感器PT的輸出端以及電流互感器CT的輸出端分別與控制器輸入端相連，所述磁保持繼電器輸入端與控制器輸出端相連，當然這里說的相連不是指直接的相連，而是可以通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、降壓限流電路等組合電路與控制器間接相連。所述電壓互感器PT和電流互感器CT分別用于檢測電網(wǎng)系統(tǒng)輸入的電壓電流值，當電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓輸入現(xiàn)象時，所述防沖擊電容C能夠起到保護作用，這是利用了電容器本身兩端電壓不能突變的性質(zhì)；所述磁保持繼電器與一般繼電器工作原理一致，但是磁保持繼電器在其開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時需要在輸入端加入一定寬度的脈沖電信號，而且磁保持繼電器載流能力比一般繼電器強，體積又較小，節(jié)省占用空間。

本裝置通過檢測電路的作用可實現(xiàn)補償電容過零投切功能，以避免出現(xiàn)電弧或涌流現(xiàn)象。參照圖6圖7，具體地在進行補償電容投入操作時，電壓互感器PT檢測電網(wǎng)輸入電壓的瞬時值，在輸入電壓瞬時值最高點處向磁保持繼電器輸入端加入第一脈沖電信號，使到磁保持繼電器輸出端在輸入電壓過零點閉合，完成補償電容投入操作，避免出現(xiàn)涌流現(xiàn)象；在進行補償電容切除操作時電流互感器CT檢測電網(wǎng)輸入電流的瞬時值，再輸入電流瞬時值最高點處向磁保持繼電器輸入端加入第二脈沖電信號，使到磁保持繼電器輸出端在輸入電流過零點斷開，完成補償電容切除操作，避免出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象。所述第一脈沖電信號與第二脈沖電信號幅值相同，極性相反，至于具體哪個信號是正，哪個信號是負，取決與外圍的電路結(jié)構(gòu)，所述第一脈沖電信號與第二脈沖電信的脈沖寬度大于輸入電壓和輸入電流的1/4周期。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述智能測控單元包括采集芯片，所述采集芯片型號是CS5460A。具體地所述型號為CS5460A的采集芯片主要用于采集電網(wǎng)系統(tǒng)的電參數(shù)，主要包括電網(wǎng)系統(tǒng)各相輸入的電壓電流有效值，所述采集芯片兼有測量以及計算功能，其內(nèi)部配置有模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及運算器，因此本發(fā)明創(chuàng)造中所述智能測控單元無需使用控制器等智能芯片，有效降低成本，同時簡化設計。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，本發(fā)明創(chuàng)造配置有故障保護機制，本裝置包括有保護單元，所述保護單元包括溫度檢測模塊以及斷相檢測模塊，所述溫度檢測模塊輸出端與控制器輸入端相連，所述斷相檢測模塊與磁保持繼電器輸入端相連；所述溫度檢測模塊用于采集以投入的補償電容當前溫度，當補償電容溫度過高時，控制器控制磁保持繼電器切除該補償電容，防止補償電容因溫度過高而發(fā)生爆炸現(xiàn)象；所述斷相檢測模塊用于檢測電網(wǎng)系統(tǒng)是否出現(xiàn)斷電缺相情況，當電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)斷電缺相情況，直接控制磁保持繼電器切除所有補償繼電器，現(xiàn)有的電容補償裝置缺少缺相檢測功能，導致其應用的電網(wǎng)系統(tǒng)中即使出現(xiàn)缺相情況也會繼續(xù)進行補償電容的投切，導致電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)不可預測的波動，對電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各個用電設備帶來各種不可估計的后果。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述溫度檢測模塊包括型號為STLM75溫度傳感器，所述溫度傳感器能夠直接將溫度信號以數(shù)字信號的形式輸出到控制器輸入端，便于控制器處理，所述溫度傳感器與控制器之間通過I2C（集成電路總線）連接，減少溫度傳感器與控制器的接線數(shù)目，同時該型號的溫度傳感器檢測分辨率高，檢測范圍廣。

參照圖4，進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述斷相檢測模塊包括單相電源取樣電路、基準電源、比較電路、放電電路以及觸發(fā)電路，所述單相電源取樣電路輸入端與單相電源接口相連，所述單相電源取樣電路輸出端與比較電路的輸入端相連，所述信號輸入接口與基準電源輸入端相連，所述基準電源的輸出端分別與單相電源取樣電路以及比較電路相連，所述比較電路的輸出端分別與觸發(fā)電路的輸入端以及放電電路的輸入端相連，所述電容投切開關(guān)分別與放電電路以及觸發(fā)電路相連。其中所述信號輸入接口包括有火線零線以及供電端，所述供電端電壓通過基準電源轉(zhuǎn)換為適合為電路各模塊供電的電壓。具體工作原理如下：單相電源取樣電路用于對單相電源的電參數(shù)取樣，作為判斷單相電源是否出現(xiàn)故障的依據(jù)，之后將取樣得到的電參數(shù)輸入到比較電路，與預設的參數(shù)進行比較，根據(jù)得出的結(jié)果，能夠在單相電源發(fā)生故障時及時控制觸發(fā)電路和放電電路的工作，并切斷電容投切電路的連接，本實用新型所述的斷相檢測模塊結(jié)構(gòu)簡單，無需使用數(shù)字控制芯片，成本低，易于推廣實現(xiàn)。

參照圖5，具體地所述的單相電源取樣電路包括整流橋U1以及第一光耦器B1，所述整流橋U1輸入端與單相電源接口相連，所述整流橋U1輸出端并聯(lián)有電解電容C3以及第一穩(wěn)壓管ZD1，所述整流橋U1輸出端與第一光耦器B1的輸入端相連，所述第一光耦器B1的輸出端與比較電路輸入端相連。所述整流橋U1用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，電解電容C3起到濾波作用，而第一穩(wěn)壓管ZD1則能夠起到電壓的嵌位作用，當輸入電壓過高時，第一穩(wěn)壓管ZD1反向擊穿，將兩端電位限定在一個固定值，防止后續(xù)電路損壞，所述第一光耦器B1主要起到隔離和采樣作用，由于第一光耦器B1輸入端兩端電壓過高，不適合后續(xù)電路的處理，因此所述單相電源取樣電路利用第一光耦器B1對輸入的電信號進行隔離并轉(zhuǎn)換，便于后續(xù)電路處理。

進一步，所述基準電源包括三端穩(wěn)壓器U2，所述三端穩(wěn)壓器U2輸入端與接地端、輸出端與接地端之間分別并接有電容，所述三端穩(wěn)壓器U2輸入端與信號輸入接口相連，所述三段穩(wěn)壓器輸出端分別與單相電源取樣電路和比較電路相連。本發(fā)明創(chuàng)造中所述三端穩(wěn)壓器U2型號為78L05，所述三端穩(wěn)壓器U2能夠?qū)⑤斎攵穗妷恨D(zhuǎn)換為另一個穩(wěn)定的電壓值并輸出，三端穩(wěn)壓器U2輸入端與接地端之間、輸出端與接地端之間分別并接有第一電容C1以及第二電容C2，目的在于將輸入端和輸出端的高頻電信號濾掉。

進一步，所述比較電路包括比較器集成芯片U3和NPN型三極管Q1，所述比較器集成芯片U3內(nèi)部集成有第一比較器和第二比較器，所述第一比較器的輸出端與第二比較器的輸出端分別連接到第一二極管D1以及第二二極管D2的負極，所述第一二極管D1和第二二極管D2的正極相連并通過第二穩(wěn)壓管ZD2與三極管Q1的基極相連，所述三極管Q1的集電極與觸發(fā)電路的輸入端相連，所述第二比較器的輸出端還與發(fā)電電路的輸入端相連。所述比較電路是斷相檢測模塊中最為關(guān)鍵的部分，主要起到判斷以及控制的作用，比較電路以單相電源取樣電路輸入的電信號為依據(jù)，與預設的參數(shù)進行比較，得出的結(jié)果用于控制放電電路以及觸發(fā)電路的工作，并且根據(jù)比較的結(jié)構(gòu)控制電容投切電路的連接與否。

進一步，所述比較電路還包括有第一發(fā)光二極管LED1和第二發(fā)光二極管LED2，所述第一發(fā)光二極管LED1的負極與第一比較器的輸出端相連，所述第二發(fā)光二極管LED2的負極與三極管Q1的集電極相連。本發(fā)明創(chuàng)造斷相檢測模塊還配置有對外的提示功能，利用所述第一發(fā)光二極管LED1和第二發(fā)光二極管LED2實現(xiàn)提示功能，在單相電源正常和故障的情況下，可相應點亮不同的發(fā)光二極管以表征單相電源是否正常。

進一步，所述比較器集成芯片U3的型號是LM393。所述型號的比較器集成芯片U3內(nèi)部集成有兩個比較器，集成度高，有效簡化電路結(jié)構(gòu)。

進一步，所述放電電路包括多個第二光耦器B2，所述觸發(fā)電路包括多個第三光耦器B3，所述第二比較器的輸出端與放電電路第二光耦器B2的輸入端相連，所述三極管Q1的集電極與觸發(fā)電路第三光耦器B3輸入端相連，所述第二光耦器B2以及第三光耦器B3同樣起到隔離作用。

以上對本實用新型的較佳實施方式進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實用新型精神的前提下還可作出種種的等同變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。