專利名稱：靜止式無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種電力系統(tǒng)無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置，用于改善電力用戶的負(fù)荷功率因數(shù)，適合于容量在400KVA－2500KVA、電壓為380V、660V、1140V，頻率為50HZ、60HZ、400HZ的工礦企業(yè)、賓館飯店以及飛行器等耗電量大而功率因數(shù)低的電力用戶使用。
現(xiàn)在的無功功率自動(dòng)補(bǔ)償方法有兩類。第一種類型的無功功率自動(dòng)補(bǔ)償方法是基于積算儀表的測量原理，測量一段給定時(shí)間(例如10秒、20秒、1分鐘或3分鐘)內(nèi)的平均功率因數(shù)，從而決定下一個(gè)測量周期應(yīng)投入的補(bǔ)償電容。
但這類裝置的響應(yīng)速度不能滿足一些實(shí)際工作的需要，并且由于這類裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)電式接觸器，補(bǔ)償電容用接觸器投入，不可避免地會(huì)出現(xiàn)尖峰脈沖電流，尖峰脈沖電流幅度往往是電容額定電流峰值的若干倍，這種脈沖性質(zhì)的電流不僅對改善功率因數(shù)無所貢獻(xiàn)，而且還會(huì)導(dǎo)致電容器損耗增加，溫升增高，壽命降低。這類裝置整定的響應(yīng)速度越快，尖峰脈沖電流頻度越高，電容溫升越高。因此，除其他原因外，補(bǔ)償電容發(fā)熱是制約這類裝置響應(yīng)速度的重要因素。例如，國家定型的BJ(F)－3Z自動(dòng)控制靜電電容補(bǔ)償裝置最快的響應(yīng)速度是10秒，陜西省渭南電子儀器研究所的COSφ－4型自動(dòng)功率因數(shù)補(bǔ)償器最小一級電容的響應(yīng)速度最快為3秒，即便如此，該裝置對感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)過程吸收最大無功功率的最初一、兩秒是無能為力的。天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所研制的PGJ－10型自動(dòng)功率因數(shù)調(diào)節(jié)器，為了保持較高的響應(yīng)速度又要避免補(bǔ)償電容過熱，設(shè)置了備份電容器，備份電容與在線電容交替使用，但由于PGJ－10型裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍然是接觸器，所以其響應(yīng)速度不會(huì)超過接觸器允許的每小時(shí)數(shù)百次，即響應(yīng)速度不會(huì)小于數(shù)秒。這類裝置的另一個(gè)缺點(diǎn)也是由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)電式接觸器，從而電容投入不可避免地對電網(wǎng)產(chǎn)生尖峰脈沖電流，使電網(wǎng)波形惡化。
第二類型的無功功率自動(dòng)補(bǔ)償方法是把測得的三相電壓和三相電流的采樣值輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算出一個(gè)測量周期內(nèi)的平均無功功率，據(jù)此決定下一個(gè)測量周期應(yīng)投入的補(bǔ)償電容量。這種裝置的缺點(diǎn)是裝置復(fù)雜、成本高，響應(yīng)速度也只能達(dá)到40毫秒左右。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種響應(yīng)速度快、檢測方法簡單，補(bǔ)償電容投入切出無尖峰脈沖，并采用半導(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)作為投切補(bǔ)償電容執(zhí)行機(jī)構(gòu)的無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思想是(1)直接檢測感性負(fù)荷無功電流峰值。感性負(fù)荷電流可以看成是一個(gè)與相應(yīng)電壓同相位的有功電流分量和一個(gè)比相應(yīng)電壓滯后90°的無功電流分量之和。從時(shí)間座標(biāo)上看，當(dāng)相應(yīng)的電壓即時(shí)值為零時(shí)，有功電流分量即時(shí)值亦為零，而無功電流即時(shí)值恰逢峰值，就是說相應(yīng)電壓過零時(shí)刻所檢測到的感性負(fù)荷電流即時(shí)值恰好是其無功電流分量的峰值。
(2)被檢測到的某相無功電流峰值被用作投入補(bǔ)償電容的依據(jù)。由于預(yù)先適當(dāng)?shù)臉?biāo)定，投入的補(bǔ)償電容提供的補(bǔ)償電流的峰值恰好等于被檢測到的該相負(fù)荷無功電流峰值，即負(fù)荷得到了完全的補(bǔ)償。
(3)保證補(bǔ)償電容投入切出沒有尖峰脈沖電流的兩個(gè)措施一是補(bǔ)償電容預(yù)先偏置在電網(wǎng)電壓的正峰值或負(fù)峰值上；二是無觸點(diǎn)開關(guān)在電網(wǎng)電壓正峰值觸發(fā)導(dǎo)通(如果補(bǔ)償電容是正峰值予偏置)，或者無觸點(diǎn)開關(guān)在電網(wǎng)電壓負(fù)峰值觸發(fā)導(dǎo)通(如果補(bǔ)償電容是負(fù)峰值予偏置的)。保證無觸點(diǎn)開關(guān)是零電壓零電流啟通或關(guān)斷，這樣補(bǔ)償電容中就不會(huì)有尖峰脈沖電流出現(xiàn)。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方案是該裝置由計(jì)量單元、繼電控制單元、吸收電路、補(bǔ)償電容三相電流顯示、固定補(bǔ)償電容單元、觸發(fā)脈沖放大電路、時(shí)鐘信號發(fā)生器、模數(shù)轉(zhuǎn)換和鎖存單元、開關(guān)電容器組、系統(tǒng)啟停聯(lián)鎖電路和Y－△轉(zhuǎn)換電路組成的。首先分別測量被補(bǔ)償變壓器次級或被補(bǔ)償供電母線的三個(gè)線電流，并將測得電流轉(zhuǎn)變成正比的三個(gè)電壓值，經(jīng)放大后通過多路開關(guān)送進(jìn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成三組K位二進(jìn)制數(shù)碼，再輸入無功電流鎖存器，取各相電壓過零時(shí)刻鎖存的各相電流即時(shí)值作為各相使能信號，分別選擇觸發(fā)各相補(bǔ)償電容的K個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)，向變壓器三相次級分別投入補(bǔ)償電容，補(bǔ)償電容按K級二進(jìn)權(quán)設(shè)置，最小電容C0提供的無功電流相應(yīng)于鎖存二進(jìn)制數(shù)碼的單位值1。利用時(shí)鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生十二個(gè)依次間隔十二分之一周期的方波信號，方波脈沖前沿分別相應(yīng)于某個(gè)相電壓或某個(gè)線電壓的過零時(shí)刻，用對應(yīng)相時(shí)鐘方波的上升沿或下降沿更新無功電流鎖存器的內(nèi)容，補(bǔ)償電容予先偏置在對應(yīng)相電壓的正峰值(或負(fù)峰值)，用正峰值(或負(fù)峰值)時(shí)刻對應(yīng)的時(shí)鐘方波的上升沿觸發(fā)該相補(bǔ)償電容的無觸點(diǎn)開關(guān)，保證半導(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)在零電壓和零電流條件下啟通或關(guān)斷。


如下圖1靜止式無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置的原理方框圖。
圖2A開關(guān)電容接線方式1。
圖2B開關(guān)電容接線方式2。
圖3A半導(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)方案1。
圖3B半導(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)方案2。
圖4開關(guān)電容選擇觸發(fā)一個(gè)周期的波形圖。
圖5時(shí)鐘信號波形。
圖6A靜止式無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置Y0接線不對稱補(bǔ)償時(shí)序邏輯。
圖6B靜止式無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置△接線對稱補(bǔ)償時(shí)序邏輯。
圖7A測量三個(gè)線電流的測量單元。
圖7B測量一個(gè)線電流的測量單元。
圖8模數(shù)轉(zhuǎn)換框圖。
圖9A測量三個(gè)線電流的無功電流檢測鎖存單元的框圖。
圖9B測量一個(gè)線電流的無功電流檢測鎖存單元的框圖。
圖10選擇觸發(fā)電路框圖。
圖11時(shí)鐘信號發(fā)生器框圖。
圖12電壓測壓單元框圖。
圖13系統(tǒng)啟停聯(lián)鎖電路框圖。
圖14靜止式無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置電路原理圖(由A11、A12、A13、A14、A21、A22、A23、A24、A31、A32、A33、A34共十二張小圖按三行四排列組合成一張完整電路圖)。
圖15、Y－△轉(zhuǎn)換裝置電路原理圖。
(由B11、B12、B21、B22共四張小圖按兩行兩列排列組合而成)。
結(jié)合圖1說明本實(shí)用新型的系統(tǒng)方框圖方框7是開關(guān)補(bǔ)償電容器組，補(bǔ)償電容器通過半導(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)接到待補(bǔ)償?shù)碾娏ψ儔浩鞔渭壺?fù)荷側(cè)，開關(guān)電容器組有若干級，每一級開關(guān)電容接線方式有兩種，如圖2(A、B)所示，最小一級的一相電容值記為C0，比C0大一級的電容值計(jì)為C1，依次是C2、C3......而且各級每相電容值有如下關(guān)系C0＝C1／2、C2＝C3／2，……這樣用K級開關(guān)可以得到2的K次方種不同數(shù)值的電容組合0，C0，2C0，4C0，8C0，…2K－1·C0，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換電阻梯級電路的特殊設(shè)置，系統(tǒng)的分辨能力即需要投入的電容值和實(shí)際投入的電容值之間的差距不大于C0／2，圖3(A、B)為半導(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)，它可以是兩只同容量晶閘管反并聯(lián)也可以是一只晶閘管和一只同容量的二極管反并聯(lián)。
方框2是電流測量單元，分別測量三個(gè)線電流，輸出電壓與被檢測電流成正比，該單元的三個(gè)輸出電壓(相應(yīng)于三個(gè)線電流)通過多路開關(guān)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(方框9)，如果負(fù)荷性質(zhì)是三相對稱的，本實(shí)用新型的方框2可以簡化，只測量一個(gè)線電流，該被測電流轉(zhuǎn)換成正比的輸出電壓并送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，圖7(A、B)分別為測量三個(gè)線電流和一個(gè)線電流測量單元結(jié)構(gòu)圖。
方框9是模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，它把方框2輸出信號在整定的范圍內(nèi)變成正比的二進(jìn)制數(shù)碼。方框9輸出二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)K要與系統(tǒng)開關(guān)電容的級數(shù)吻合。
圖1中的方框10是無功電流檢測鎖存單元由系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖使能信號保證鎖存的是無功電流值(二進(jìn)制數(shù)碼)，圖9A是不對稱負(fù)荷情況下無功電流檢測鎖存單元的結(jié)構(gòu)圖。圖9B是對稱負(fù)荷情況下無功電流檢測鎖存單元的結(jié)構(gòu)圖。如果負(fù)荷性質(zhì)是對稱的，無論補(bǔ)償電容是Y0或△接法，都不需要進(jìn)行Y－△轉(zhuǎn)換(見圖9B)，圖9B中用到一個(gè)鎖存緩沖是選觸時(shí)序邏輯的需要。如果負(fù)荷性質(zhì)是不對稱的且補(bǔ)償電容是Y0接法(見圖2A)，也不需要進(jìn)行Y－△轉(zhuǎn)換，在這種情況下圖9A中的Y－△轉(zhuǎn)換方框可省去，圖9A中的三個(gè)并列的鎖存器分別鎖存相應(yīng)的三個(gè)線電流的無功電流峰值(二進(jìn)制數(shù)碼)。只有當(dāng)負(fù)荷性質(zhì)是不對稱且補(bǔ)償電容是△接法(見圖2B)，才需要進(jìn)行Y－△轉(zhuǎn)換，送到方框11的選觸信號是方框10的Y－△轉(zhuǎn)換方框輸出的三組K位二進(jìn)制數(shù)碼。
方框11是開關(guān)電容器組7的半導(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)的選擇觸發(fā)單元。方框11用方框10鎖存的實(shí)際無功電流值作使能信號觸發(fā)相應(yīng)電容支路的無觸點(diǎn)開關(guān)，提供恰好是負(fù)荷需要補(bǔ)償?shù)臒o功電流值。無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)脈沖寬度是電源半個(gè)周波長，脈沖前沿時(shí)刻由相應(yīng)的時(shí)鐘脈沖決定。半導(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)是由兩只同容量晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成，或者由一只晶閘管和一只同容量的二極管構(gòu)成，如圖3A和圖3B所示。
圖3A中晶閘管SA和圖3B中晶閘管SA作用相同，由無觸點(diǎn)開關(guān)選擇觸發(fā)邏輯控制。圖3A中晶閘管SK的作用和圖3B中的二極管DK的作用相同，為補(bǔ)償電容提供偏置。當(dāng)無觸點(diǎn)開關(guān)為圖3A的形式時(shí)，補(bǔ)償系統(tǒng)初合閘之后，晶閘管SK的觸發(fā)信號在相應(yīng)電壓過零時(shí)發(fā)出，觸發(fā)信號一旦發(fā)出即維持幅度不變，晶閘管SK實(shí)際上就相當(dāng)于二極管了。半導(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)一端接電源V1(t)正極，另一端經(jīng)補(bǔ)償電容接電源負(fù)極(見圖10)開關(guān)電容器組均予先偏置在相應(yīng)電壓的正峰值(或負(fù)峰值)，如果是正峰值偏置，則用正峰值時(shí)刻對應(yīng)的時(shí)鐘方波的上升沿觸發(fā)該相補(bǔ)償電容的無觸點(diǎn)開關(guān)；如果是負(fù)峰值偏置，則用負(fù)峰值時(shí)刻對應(yīng)的時(shí)鐘方波的上升沿觸發(fā)該相補(bǔ)償電容的無觸點(diǎn)開關(guān)，保證半導(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)在零電壓和零電流條件下啟通或關(guān)斷。
方框3是時(shí)鐘信號發(fā)生器單元，它產(chǎn)生十二個(gè)依次間隔十二分之一周期的方波信號，方波脈沖前沿分別相應(yīng)于三個(gè)相電壓和三個(gè)線電壓的過零時(shí)刻。
方框4是電壓測量單元，其作用是檢測供電電壓波動(dòng)從而對模數(shù)轉(zhuǎn)換單元9門坎值作相應(yīng)的修正。
方框12是系統(tǒng)啟停聯(lián)鎖單元，在該補(bǔ)償系統(tǒng)合閘時(shí)，該電路提供延時(shí)封鎖信號零初始化各個(gè)寄存器同時(shí)封鎖觸發(fā)電路脈沖，一旦開關(guān)電容偏置完成，系統(tǒng)即進(jìn)入補(bǔ)償工作狀態(tài)。按按鈕“停止”時(shí)，開關(guān)電容器組各相被選觸的電容在電流自然過零后自動(dòng)退出運(yùn)行，而后開關(guān)電容器組進(jìn)線自動(dòng)開關(guān)把開關(guān)電容器組從電源脫開。本補(bǔ)償系統(tǒng)開關(guān)電容器組進(jìn)線自動(dòng)開關(guān)既不接通電流，也不切斷電流，只起隔離作用。
方框8是固定電容單元，固定電容用來補(bǔ)償谷值負(fù)荷的無功電流，采用了固定電容后，可以使系統(tǒng)滿補(bǔ)償時(shí)最大即時(shí)相對誤差減小，如果負(fù)荷的時(shí)間曲線上谷值負(fù)荷無功電流很小，這一單元可以不設(shè)置。
方框1是另一電流測量單元，測量結(jié)果與相應(yīng)電壓信號一起送到計(jì)量單元5。
方框5是計(jì)量單元，該單元用非積算儀表顯示被補(bǔ)償系統(tǒng)的三個(gè)線電壓，三個(gè)線電流，電力變壓器向負(fù)荷看的即時(shí)功率因數(shù)；該單元還用積算儀表計(jì)量被補(bǔ)償系統(tǒng)的有功電度和無功電度，有功電度和無功電度日報(bào)表是進(jìn)一步整定本補(bǔ)償系統(tǒng)指標(biāo)的最可靠依據(jù)。
方框6是補(bǔ)償電容三相電流顯示單元。
本實(shí)用新型的特征是(1)具有無功電流峰值檢測、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及鎖存單元，該單元由三只特殊變比(變比范圍10001～100001按補(bǔ)償系統(tǒng)容量選擇)的電流互感器LA3、LB3和LC3分別測量被補(bǔ)償變壓器負(fù)荷側(cè)A、B和C三相負(fù)荷總電流，LA3、LB3和LC3次級繞組分別跨接電阻Rsa，Rsb和Rsc把測得的電流信號轉(zhuǎn)變成同頻率正比例的電壓信號，這三個(gè)電壓信號分別經(jīng)聯(lián)鎖繼電器ZJ1三個(gè)觸點(diǎn)(17－18、57－58、67－68)接到增益可調(diào)的運(yùn)算放大器AMPa、AMPb和AMPc的倒相輸入端，運(yùn)算放大器的輸出分別經(jīng)過多路開關(guān)MPX的三個(gè)通道接到比較器CPi(i＝1、2，……2k－1)的非倒相輸入端，CPi(i＝1、2，……2k－1)的倒相輸入端分別接到電阻Ri(i＝0、1、2，……2k－1)組成的門坎梯級電路，比較器CPi(i＝1、2，……2k－1)輸出邏輯信號送到K位二進(jìn)優(yōu)先編碼器K－1個(gè)高位輸入端，K位二進(jìn)優(yōu)先編碼器可以用2k－3片三位優(yōu)先編碼器MC14532串級和(K－1)個(gè)或門OR1、OR2……ORk－1組成。上述每個(gè)或門應(yīng)有K－2個(gè)輸入端，K位二進(jìn)優(yōu)先編碼器的K個(gè)輸出作為無功電流峰值鎖存器LQa、LQb、LQc的并行數(shù)據(jù)輸入，上述三個(gè)鎖存器的輸出(共3K個(gè))進(jìn)入Y－△轉(zhuǎn)換單元。R2k－1的一端接到，C17和RTH、C17另一端接地，RTH另一端接到電位器PTH，PTH滑觸端與另一固定點(diǎn)相連接到二極管D1～D6組成的三相全波整流電路的輸出端，整流電路輸入是TB1～TB3的次級繞組ab7－ab′7、bc7－bc′7和ca7－ca′7的電壓，從而對模數(shù)轉(zhuǎn)換的門坎值作相應(yīng)的修正。
如果補(bǔ)償電容是△接線方式但補(bǔ)償行為是不對稱方式的話，Y－△轉(zhuǎn)換單元的三個(gè)鎖存器LQab、LQbc和LQca(每鎖存器有K個(gè)輸出)的輸出依次分別用作AB、BC和CA相每相K路補(bǔ)償電容無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路的使能信號，即LQab、LQbc和LQca的輸出依次分別為ND1，ND2……NDK，NDk＋1……ND2k，ND2k＋1……ND3k的一個(gè)輸入；如果補(bǔ)償電容是Y0接線方式但補(bǔ)償行為是不對稱方式的話，補(bǔ)償系統(tǒng)中不需要Y－△轉(zhuǎn)換單元，此時(shí)LQa、LQb和LQc的數(shù)據(jù)輸出直接用作A、B和C三相每相K路補(bǔ)償電容無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路的使能信號，即LQa、LQb和LQc的輸出依次分別為ND1，ND2……NDk，NDk＋1……ND2k，ND2k＋1……ND3k的一個(gè)輸入；如果補(bǔ)償方式是對稱的，無論補(bǔ)償電容是△還是Y0接線方式，補(bǔ)償系統(tǒng)均不需要Y－△轉(zhuǎn)換單元和多路開關(guān)，此時(shí)特殊變比互感器只用一個(gè)，例如只用LA3，LB3和LC3可省略，鎖存器LQc省略，LQb的Di(i＝0、1……k－1)輸入依次分別接在LQa的Qi(i＝0，1，……k－1)輸出上，此時(shí)LQa的數(shù)據(jù)輸出直接用作A相(或AB相)K路補(bǔ)償電容無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路的使能信號，即LQa的輸出依次分別為ND1、ND2……NDk的一個(gè)輸入，而LQb的數(shù)據(jù)輸出同時(shí)用作B相(或BC相)和C相(或CA相)每相K路補(bǔ)償電容無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路的使能信號，即LQb的輸出依次接到NDk＋1、NDk＋2……ND2k的一個(gè)輸入，LQb的輸出還依次接到ND2k＋1、ND2k＋2……ND3k的一個(gè)輸入。
(2)開關(guān)電容器組是三相K級，即每相開關(guān)電容有K路，K路電容值關(guān)系按二進(jìn)權(quán)設(shè)置，即C0，2C0，4C0，……2k－1C0，最小電容C0接入電網(wǎng)能提供的無功電流的峰值等于作無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路使能信號的鎖存器輸出碼是單位值1相應(yīng)的電流值；每路有一個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)控制該路補(bǔ)償電容，由無觸點(diǎn)開關(guān)使能信號決定該路補(bǔ)償電容是否投入補(bǔ)償作用；每路補(bǔ)償電容自進(jìn)線自動(dòng)開關(guān)10C的該相主觸點(diǎn)負(fù)荷側(cè)接到該相電源上；每路補(bǔ)償電容由三部分串聯(lián)而成(1)快速熔斷器RDi；(2)無觸點(diǎn)開關(guān)Di－Si，其中Di是功率二極管其電流額定值與所控制的補(bǔ)償電容電流有效值匹配；Si是與Di同電流容量的晶閘管，Di和Si反并聯(lián)(Di也可以是晶閘管)；(3)補(bǔ)償電容Ci和并聯(lián)的放電電阻Ri，下標(biāo)i＝a0，a1……ak－1，b0，b1……bk－1，c0，c1……ck－1。
(3)具有時(shí)鐘信號發(fā)生器，由三只變壓器TB1～TB3次級繞組出線端信號

分別經(jīng)濾波電容C11～C16分別依次進(jìn)入CPa、CPb、CPc和CPab、CPbc和CPca六個(gè)方波發(fā)生器產(chǎn)生六個(gè)方波脈沖依次為－a、－b、－c、－ab、－bc和－ca作為補(bǔ)償系統(tǒng)控制的六個(gè)時(shí)鐘脈沖；該六個(gè)時(shí)鐘脈沖經(jīng)六個(gè)倒相器派生出另外六個(gè)倒相的時(shí)鐘脈沖依次為a、b、c、ab、bc和ca，時(shí)鐘脈沖的上升沿和下降沿對應(yīng)于電網(wǎng)相應(yīng)電壓(相電壓或線電壓)的過零時(shí)刻，時(shí)鐘脈沖信號對－ab和－ca、－bc和－ab、－ca和－bc分別用來控制多路開關(guān)MPX的三個(gè)通道的通斷；時(shí)鐘脈沖信號對－ab和a、－bc和b、－ca和c分別用來控制鎖存器LQa、LQb和LQc；時(shí)鐘脈沖信號對－ab和a，－bc和b，－ca和c還用來控制聯(lián)鎖D觸發(fā)器INTa、INTb和INTc；如果補(bǔ)償電容是△接線的，那末時(shí)鐘脈沖信號c、a和b用來控制無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)信號前沿控制或非門NOR5、NOR7和NOR9；如果補(bǔ)償電容是Y0接線的，那末時(shí)鐘脈沖信號是bc、ca和ab用來控制無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)信號前沿控制或非門NOR5、NOR7和NOR9。
(4)具有系統(tǒng)啟停聯(lián)鎖，它由較高電壓正電源(例如＋12V，＋15V等)通過系統(tǒng)繼電控制串聯(lián)觸頭組C10(的輔助常開觸頭，ZJ常開觸頭和JA2的常閉觸頭)接到二極管D11的陰極與電阻R100的公共端；二極管DI1的陽極與R100的公共端接到倒相器INV1的輸入端，同時(shí)接到由電容C100、C101和電阻R100組成并聯(lián)電路的一端，并聯(lián)電路另一端接地；INV1輸出接到倒相器INV2的輸入端；INV2輸出端接到K位優(yōu)先編碼器的聯(lián)鎖輸入端使補(bǔ)償作用投入前優(yōu)先編碼器K位輸出線均處于高阻狀態(tài)；INV1的輸出端還通過電阻Rft1和電容Cft1組成的并聯(lián)防干擾電路接到聯(lián)鎖D觸發(fā)器INTa，INTb和INTc的D輸入端；采用聯(lián)鎖D觸發(fā)器INTa、INTb和INTc后，補(bǔ)償系統(tǒng)啟動(dòng)不會(huì)在無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)脈沖寬度當(dāng)中發(fā)生，否則尖峰脈沖電流將損壞無觸點(diǎn)開關(guān)本身；聯(lián)鎖D觸發(fā)器的R和S端都接地，時(shí)鐘觸發(fā)端分別由或非門NOR4、NOR6和NOR8觸發(fā)；聯(lián)鎖D觸發(fā)器INTa、INTb和INTc的Q輸出端分別接到或非門NOR5、NOR7和NOR9的一個(gè)輸入端作為觸發(fā)脈沖禁止信號；NOR5、NOR7和NOR9的輸出分別接到各相無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路的一個(gè)輸入端控制觸發(fā)脈沖前沿和寬度；INV2的輸出還通過電阻RI200接到PNP型三極管GI的基極。GI的發(fā)射極接較高電壓正電源(例如＋12V、＋15V等)，其集電極通過電阻RI201接負(fù)電源(例如－12V、－15V等)；GI集電極還通過電阻RI202接到結(jié)型場效應(yīng)管JI的控制集，JI的源極接到由二極管DI2和電阻RI203串聯(lián)的偏置電路，DI2的陽極接地，RI203另一端接負(fù)電源，DI2和RI203公共端為JI源極提供－0.7V的偏置，JI的漏極接到比較器CPi(i＝1，2…2k－1)的非倒相輸入端保證系統(tǒng)啟動(dòng)前K位優(yōu)先編碼器只有零輸入。這樣，系統(tǒng)啟動(dòng)聯(lián)鎖電路就完成了。
本實(shí)用新型還具有以下特征具有補(bǔ)償電容的Y－△轉(zhuǎn)換單元(1)由三個(gè)無功電流鎖存器LQa、LQb和LQc的輸出Qk－1，Qk－2，…Q2，Q1和Q0依次分別接到電平降低轉(zhuǎn)換電路BF1，BF2……BFk，BFk＋1，…BF2k，BF2k＋1……BF3k的輸入端把鎖存器電平降低到可擦除編程只讀存貯器EP允許的電平；
(2)LQa、LQb和LQc的時(shí)鐘端又依次接到電平降低轉(zhuǎn)換電路BFka、BFkb和BFkc的輸入端；(3)BF1～BFk、BFk＋1～BF2k、BF2k＋1～BF3k的輸出依次接到三狀態(tài)門電路TS1～TS3k的輸入端，TS3k＋1～TS6k的輸入端依次分別接到TS1～TS3k的輸入端，TS6k＋1～TS9k的輸入端依次分別接到TS1～TS3k的輸入端。其目的是構(gòu)成三種不同的地址碼序列對EP尋址；BFka、BFkb和BFkc的輸出端分別接到下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)ALPHA、BETA和GAMMA的A輸入端，使ALPHA或BETA或GAMMA在相應(yīng)的無功電流峰值鎖存器更新鎖存值后發(fā)出定時(shí)脈沖對EP發(fā)生尋址行為；ALPHA、BETA和GAMMA的電源是較低電壓正電源與EP電源電壓相同，一般是＋15V。上述三個(gè)單穩(wěn)態(tài)的輸出分別接到三輸入與非門NDT1的三個(gè)輸入端；NDT1的輸出接到NDT2的輸入；ALPHA的輸出還與TS1～TS3k的3k個(gè)控制極相聯(lián)，BETA的輸出還與TS6k＋1～TS9k的3k個(gè)控制極相聯(lián)，GAMMA的輸出還與TS3k＋1～TS6k的3k個(gè)控制極相聯(lián)；(4)有一個(gè)可擦除編程只讀存貯器EP，EP有3k條地址線，也就是有23k個(gè)存貯單元，地址線編號自高位到低位依次計(jì)作A3k、A3k－1…A2k＋1、A2k……A3k＋1、Ak、Ak－1……A2和A1，每存貯單元存貯長度為Kbit，3k條地址線與三狀態(tài)門電路輸出這樣聯(lián)結(jié)(A)在ALPHA定時(shí)脈沖長度中TS1～TSk有效，地址線A3k、A3k－1……A2k＋1依次通過TS1～TSk與LQa的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2……Q1和Q0相聯(lián)；地址線A2k，A2k－1……Ak＋1依次通過TSk＋1～TS2k與LQb的k個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，……Q1和Q0相聯(lián)；地址線Ak，Ak－1……A1依次通過TS2k＋1～TS3k與LQc的k個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，……Q1和Q0相聯(lián)；
(B)在BETA定時(shí)脈沖長度TS6k＋1～TS9k有效，地址線A3k，A3k－1……A2k＋1依次通過TS7k＋1～TS8k與LQb的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，……Q1和Q0相聯(lián)；地址線A2k，A2k－1，……Ak＋1依次通過TS8k＋1～TS9k與LQc的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，……Q1和Q0相聯(lián)；地址線Ak，Ak－1…A1依次通過TS6k＋1～TS7k與LQa的K個(gè)輸出自高位向低Qk－1，Qk－2……Q1和Q0相聯(lián)；(C)在GAMMA定時(shí)脈沖長度中TS3k＋1～TS6k有效，地址線A3k，A3k－1……A2k＋1依次通過TS3k＋1～TS6k與LQc的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，Q1和Q0相聯(lián)；地址線A3k，A3k－1……A2k＋1依次通過TS3k＋1～TS4k與LQa的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，…Q1和Q0相聯(lián)；地址線Ak，Ak－1……A1依次通過TS4k＋1～TS5k與LQb的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，……Q1和Q0相聯(lián)。EP的選片使能控制端CE和輸出使能控制端OE都接在NDT2的輸出，保證尋址行為發(fā)生時(shí)EP輸出內(nèi)存數(shù)據(jù)；EP的寫入控制PGM接正電源禁止寫片誤操作破壞EP的內(nèi)存；EP的輸出Qk－1，Qk－2，……Q1和Q0依次分別接到電平升高轉(zhuǎn)換電路LP1的K個(gè)輸入端使LP1的相應(yīng)K個(gè)輸出電平升高到LQab、LQbc和LQca及其后觸發(fā)電路規(guī)定電平，LP1的K個(gè)輸出依次分別接到鎖存器LQab、LQbc和LQca的K個(gè)并行輸入端Dk－1、Dk－2……D1和D0以便把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)分別鎖存到LQab、LQbc和LQca。
(5)與非門NDT2的輸出還接到下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)DETA的B輸入端；(6)DETA的輸出同時(shí)接到三個(gè)雙輸入或門ORTab、ORTbc和ORTca的一個(gè)輸入。ORTab、ORTbc和ORTca的另一個(gè)輸入依次分別接ALPHA、BETA和GAMMA的輸出。ORTab、ORTbc和ORTca的輸出依次分別接到電平升高轉(zhuǎn)換電路LP2的輸入，LP2相應(yīng)的三個(gè)輸出依次分別接到鎖存器LQab、LQbc和LQca的時(shí)鐘控制端，DETA定時(shí)脈沖長度為ALPHA定時(shí)脈沖長度的一半(ALPHA、BETA和GAMMA的定時(shí)脈沖長度相同)保證尋址讀出的數(shù)據(jù)在EP選片和輸出使能控制有效時(shí)區(qū)中被鎖存；(7)LQab、LQbc和LQca各別K個(gè)輸出分別是AB相、BC相和CA相各別K路補(bǔ)償電容無觸點(diǎn)開關(guān)的選擇觸發(fā)使能輸入。
以下結(jié)合附圖14用實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述(設(shè)K＝4)本裝置是由計(jì)量單元、繼電控制單元、吸收電路單元、補(bǔ)償電容三相電容顯示單元、固定補(bǔ)償電容單元、觸發(fā)脈沖放大電路單元、時(shí)鐘信號發(fā)生器、無功電流峰值的模數(shù)轉(zhuǎn)換和鎖存單元、開關(guān)電容器組、系統(tǒng)的啟停聯(lián)鎖單元、Y－△轉(zhuǎn)換單元所組成。
計(jì)量單元由電流互感器LA1、LB1和LC1，有功電度表AP，無功電度表RP和功率因數(shù)表PF組成。
繼電控制單元(在圖1方框12中)，由進(jìn)線刀閘HD，自動(dòng)空氣斷路器10C，接觸器20C和30C，中間繼電器JA2，ZJ和ZJ1，時(shí)間繼電器1SJ～5SJ，信號燈XD1～XD5組成。
吸收電路(在圖1方框7中)，由電阻RP1～RP6，電容CPA、CPB和CPd，壓敏電阻Rm1、Rm2和Rm3組成。
補(bǔ)償電容三相電流顯示單元，由電流互感器LA2、LB2和LC2和三只電流表組成。
固定電容部分，由熔斷器RL4、RL5和RL6，固定電容Cab、Cbc和Cca，三只放電電阻并在固定電容上組成。
觸發(fā)脈沖放大電路單元(在圖1方框11中由發(fā)光二極管Lai、Lbi或Lci，光電隔離OPTi，功放管Gi和脈沖變壓器TTi組成，把從NDi來的脈沖信號功放并電隔離去觸發(fā)無觸點(diǎn)開關(guān)。
時(shí)鐘信號發(fā)生器，由三只變壓器TB1－3的初級，自裝置隔離刀閘次級經(jīng)熔斷器接到電網(wǎng)相線上。變壓器TB1－3初級接成Y0，每只變壓器有七個(gè)次級繞組。次級繞組出線端

電壓分別與電源相電壓A、B和C同相位。次級繞組出線端

電壓分別與電源線電壓AB、BC、CA同相位。信號

分別經(jīng)濾波電容C11～C16分別進(jìn)入CPa、CPb、CPc、CPab、CPbc和CPca六個(gè)方波發(fā)生器分別產(chǎn)生六個(gè)方波時(shí)鐘脈沖－a、－b、－c、－ab、－bc、－ca，時(shí)鐘脈沖的上升沿對電網(wǎng)相應(yīng)電壓(相電壓或線電壓)過零時(shí)刻。時(shí)鐘脈沖－a、－b、－c分別經(jīng)三個(gè)倒相器INVa、INVb和INVc派生出三個(gè)倒相的時(shí)鐘脈沖a、b和c；時(shí)鐘脈沖－ab、－bc和－ca也可分別經(jīng)三個(gè)倒相器派生出三個(gè)倒相時(shí)鐘脈沖ab、bc和ca。時(shí)鐘脈沖信號－ab、－ca；－bc、－ab；－ca、－bc用來控制多路開關(guān)MPX，時(shí)鐘脈沖信號－ab、a；－bc、b；－ca、c用來控制鎖存器LQa、LQb和LQc，時(shí)鐘脈沖信號－ab、a；－bc、b；－ca、a用來控制聯(lián)鎖觸發(fā)器INTa、INTb、INTc，如果補(bǔ)償電容是△接線的，那么時(shí)鐘脈沖信號c、a、b用來控制觸發(fā)脈沖前沿、控制或非門NOR5、NOR7和NOR9；如果補(bǔ)償電容是Y0接線的，那么時(shí)鐘脈沖信號bc、ca和ab用來控制無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)脈沖前沿、控制或非門NOR5、NOR7和NOR9。
無功電流峰值的模數(shù)轉(zhuǎn)換和鎖存電路由三只特殊變比(變比范圍10001～100001視實(shí)際電流大小而定)的電流互感器LA3、LB3和LB3分別測量三相負(fù)荷總電流。LA3、LB3和LC3次級分別跨接電阻RSa、RSb和RSc把測得電流信號轉(zhuǎn)變成正比例的電壓信號，分別經(jīng)過聯(lián)鎖繼電器ZJ1三個(gè)觸點(diǎn)(17－18、57－58和67－68)分別接到增益可調(diào)的運(yùn)算放大器AMPa、AMPb和AMPc的倒相輸入端。AMPa、AMPb和AMPc的輸出經(jīng)過多路開關(guān)MPX接到比較器CP1～CP15的非倒相輸入端，CP1～CP15倒相輸入端分別接到電阻R0～R15組成的門坎梯級電路。比較器輸出邏輯信號送進(jìn)三位優(yōu)先編碼器MC14532產(chǎn)生四位二進(jìn)制碼作為無功電流峰值鎖存器LQa、LQb和LQc的數(shù)據(jù)輸入。鎖存器輸入十二條數(shù)據(jù)線進(jìn)入Y－△轉(zhuǎn)換單元。如果補(bǔ)償電容是Y0接線或補(bǔ)償方式是對稱的，系統(tǒng)中Y－△轉(zhuǎn)換單元是不需要的，LQa、LQb和LQc數(shù)據(jù)輸出直接用作各相無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路的使能信號，LQa、LQb和LQc的輸出依次分別作ND1～ND12的一個(gè)輸入。其中R15一端接到C17和CTH，C17另一端接地，RTH的另一端經(jīng)電位器PTH接到由二極管D1～D6組成的三相全波整流電路的輸出端。整流電路輸入是TB1～TB3的次級繞組ab7－ab′7、bc7－bc′7和ca7－ca′7的電壓。
開關(guān)電容器組有四級，即每相開關(guān)電容有4條支路按二進(jìn)權(quán)設(shè)置，最小電容C0提供的補(bǔ)償電流峰值相應(yīng)于鎖存二進(jìn)制數(shù)碼的單位值1，每條支路自進(jìn)線自動(dòng)開關(guān)10C的主觸點(diǎn)次級接到電源上，每條支路分別由快速熔斷器RDa0～a3、RDb0～b3、RDc0～c3二極管與同電流容量的晶閘管(或兩只同容量晶閘管)反并聯(lián)的無觸點(diǎn)開關(guān)Da0－Sa0、Da1－Sa1、Da2－Sa2、Da3－Sa3、Db0－Sb0、Db1－Sb1、Db2－Sb2、Db3－Sb3、Dc0－Sc0、Dc1－Sc1、Dc2－Sc2、Dc3－Sc3與放電電阻Ra0～a3、Rb0～b3、Rc0～c3并聯(lián)的補(bǔ)償電容Ca0～a3、Cb0～b3、Cc0～c3組成。每相補(bǔ)償電容有4路，每一路有一個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)控制該路補(bǔ)償電容，由無觸點(diǎn)開關(guān)的使能信號決定該路補(bǔ)償電容是否投入補(bǔ)償作用。
系統(tǒng)的啟停聯(lián)鎖電路由＋12V電源通過系統(tǒng)繼電控制串聯(lián)觸點(diǎn)組(10C輔助常開觸點(diǎn)、ZJ常開觸點(diǎn)和JA2的常閉觸點(diǎn))接到二極管DI1的陰極與R100的公共端，二極管DI1的陽極與R100的公共端接到倒相器INV1的輸入端，同時(shí)接到由C100、C101和R100組成的并聯(lián)電路的一端，并聯(lián)電路另一端接地，INV1輸出端接到INV2的輸入端，倒相器INV2輸出端接到三位優(yōu)先編碼器的聯(lián)鎖端，使三位優(yōu)先編碼器輸出端處于高阻狀態(tài)。同時(shí)通過電阻Rft1和電容Cft1并聯(lián)的防干擾電路接到聯(lián)鎖觸發(fā)器INTa、INTb、INTc的D輸入端，保證系統(tǒng)啟動(dòng)不會(huì)在無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)脈沖寬度當(dāng)中發(fā)生，否則，尖峰脈沖電流將損壞無觸點(diǎn)開關(guān)本身。聯(lián)鎖觸發(fā)器的R、S端都接地，時(shí)鐘觸發(fā)端分別由或非門NOR4、NOR6、NOR8觸發(fā)，聯(lián)鎖觸發(fā)器INTa、INTb、INTc的Q輸出分別接到或非門NOR5、NOR7和NOR9的一個(gè)輸入端，其輸出分別接到三相無觸點(diǎn)觸發(fā)電路，INV2的輸出通過電阻RI200接到PNP型三極管GI的基極，GI的發(fā)射極接＋12V電源，集電極通過電阻RI201接電源－12V，同時(shí)通過電阻RI202接到結(jié)型場效應(yīng)管JI的控制極，JI的源極接到由二極管DI2和電阻RI203組成的偏置電路，JI的漏極接到比較器CP1～CP15的非倒相輸入端，保證系統(tǒng)啟動(dòng)前編碼器只有零輸出。
Y－△轉(zhuǎn)換電路當(dāng)補(bǔ)償電容是△接線而負(fù)荷不對稱時(shí)，三個(gè)無功電流鎖存器LQa、LQb和LQc的輸出Q3、Q2、Q1和Q0依次分別接到電平降低轉(zhuǎn)換電路BF1～BF4、BF6～BF9、BF11～BF14的輸入端，把鎖存電平降低到EP集成片允許的電平；LQa、LQb和LQc的時(shí)鐘端又依次接到電平降低轉(zhuǎn)換電路BF5、BF10、BF15的輸入端，把鎖存電平降低到EP集成片允許的電平；BF1～BF4、BF6～BF9、BF11～BF14輸出同時(shí)接到三狀態(tài)門電路TS1－TS36的輸入端，用來控制三種可能的地址碼序列；BF5、BF10、BF15的輸出分別接到下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)ALPHA、BETA、GAMMA的A輸入端，使ALPHA、BETA或GAMMA發(fā)出定時(shí)脈沖，對EP產(chǎn)生尋址行為；下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)的輸出端分別接到與非門NDT1的三個(gè)輸入端，NDT1的輸出接到三個(gè)輸入端接在一起作倒相器用的與非門NDT2的輸入；可擦除編程只讀存貯器EP(其存貯單元的數(shù)不小于212－4K個(gè)，每存貯器單元長度不小于4bit)，A12－A0分別接到三狀態(tài)門電路TS1－TS36的輸出，保證尋址行為發(fā)生時(shí)，EP輸出內(nèi)存信息，EP的寫片控制PGM接正電源禁止寫片行為破壞EP的內(nèi)存，EP的輸出Q3，Q2，Q1和Q0相聯(lián)依次分別接到電平升高轉(zhuǎn)換電路LP1的輸入端，使電平升高到LQab、LQbc和LQca及其后觸發(fā)電路規(guī)定電平；LP1的輸出端分別接鎖存器LQab、LQbc和LQca的Q3，Q2，Q1和Q0的輸入端，以便把轉(zhuǎn)換后的信息分別存入LQab、LQbc和LQca；與非門NDT2的輸出還接到下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)DETA的B輸入端；DETA的輸出同時(shí)接到雙輸入或門ORTab、ORTbc和ORTca的一個(gè)輸入端，ORTab、ORTbc和ORTca的輸出依次分別接到電平升高轉(zhuǎn)換電路LP2的輸入端，DETA定時(shí)約ALPHA的一半(ALPHA、BETA和GAMMA定時(shí)相同)保證尋址得出的數(shù)據(jù)信息在EP選片和輸出分別是AB相、BC相、CA相K路補(bǔ)償電容無觸點(diǎn)開關(guān)的使能選擇觸發(fā)輸入。但補(bǔ)償電容是Y0接線時(shí)，無須Y－△轉(zhuǎn)換單元，NOR5、NOR7、NOR9的時(shí)鐘脈沖均應(yīng)換成比原來遲后30°的時(shí)鐘脈沖；補(bǔ)償電容是△接線，但采用對稱補(bǔ)償工作方式，無須Y－△轉(zhuǎn)換，NOR(5、7、9)的時(shí)鐘脈沖不變。
以A相為例說明本實(shí)用新型裝置的工作原理電流互感器LA3檢測被補(bǔ)償變壓器B次級A相電流ia，電流互感器LA3次級兩端跨接一個(gè)四歐姆電阻Rsa，把測得電流轉(zhuǎn)變成正比例的電壓值。這個(gè)電壓值送到運(yùn)算放大器AMPa的異性極輸入端。運(yùn)算放大器AMPa的輸出通過多路開關(guān)MPX送進(jìn)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路由電阻梯級電路R0～R15十五個(gè)比較器CP1～CP15，兩片優(yōu)先譯碼器PE1和PE2及三個(gè)OR1～OR3或門組成。這樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路把被補(bǔ)償變壓器B次級A相電流信號轉(zhuǎn)變成四位數(shù)碼共十六種可能性自0000，0001，……1111，。數(shù)碼越大表示測得的A相電流越大。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出送到鎖存器LQa，鎖存器鎖存信號是系統(tǒng)的時(shí)鐘脈沖a，這個(gè)時(shí)刻是A相電壓由正變負(fù)的過零時(shí)刻，在這一時(shí)刻的A相電流信號(數(shù)碼)恰好是A相電流無功分量的峰值。這就是說，鎖存器鎖存的信息代表被補(bǔ)償變壓器此時(shí)刻負(fù)荷無功電流的大小。
本補(bǔ)償裝置把LQa鎖存信息作為選擇邏輯信號選擇投入適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電容值實(shí)現(xiàn)把負(fù)荷功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?的目的。從獲得鎖存信息到補(bǔ)償電容投入只經(jīng)歷幾個(gè)毫秒時(shí)間。本補(bǔ)償裝置每個(gè)周波對每相檢測一次，調(diào)整一次投入的補(bǔ)償電容數(shù)量，使補(bǔ)償電流快速跟隨負(fù)荷的無功電流變化。
本實(shí)用新型的自動(dòng)補(bǔ)償裝置與現(xiàn)有裝置比較有以下特點(diǎn)(1)補(bǔ)償響應(yīng)速度快，對50HZ電力系統(tǒng)是20毫秒，對60HZ電力系統(tǒng)是17毫秒，對400HZ電力系統(tǒng)是2.5毫秒，即響應(yīng)速度≤20毫秒；(2)補(bǔ)償裝置在符合使用條件的情況下，被補(bǔ)償系統(tǒng)的月平均功率因數(shù)可達(dá)0.99。
如果負(fù)荷是三相對稱感性負(fù)荷，其有功功率千瓦數(shù)不小于補(bǔ)償裝置總千乏數(shù)的10％，則補(bǔ)償后的及時(shí)功率因數(shù)可達(dá)0.95；如果負(fù)荷是三相對稱感性負(fù)荷，其有功功率千瓦數(shù)不小于補(bǔ)償裝置總千乏數(shù)的24％，則補(bǔ)償后的及時(shí)功率因數(shù)可達(dá)0.99；(3)三相獨(dú)立整定、補(bǔ)償、檢測，適用于星形對稱與不對稱、三角形對稱與不對稱四種接線方式；(4)可靠性強(qiáng)、無觸點(diǎn)、無噪聲，對電網(wǎng)無干擾；(5)調(diào)整簡單，只需整定四個(gè)電位器。如果是對稱補(bǔ)償方式，只需整定兩個(gè)電位器。
本實(shí)用新型可有以下四種系列產(chǎn)品1、三角形接線－－不對稱補(bǔ)償裝置適用于線電壓標(biāo)稱值為380V的三相不對稱工業(yè)性感性負(fù)荷。允許三相電流有效值相差［注］50％，每相功率因數(shù)相差［注］25％，補(bǔ)償電容為△接線方式。為滿足各相各別的補(bǔ)償要求，補(bǔ)償電容非對稱投切；2、三角性接法－－對稱補(bǔ)償裝置適用于線電壓標(biāo)稱值為380的三相對稱工業(yè)性感性負(fù)荷。允許三相電流有效值相差20％，各相功率因數(shù)相差10％。補(bǔ)償電容為△接線方式，對稱投切；3、星形接法－－不對稱補(bǔ)償裝置適用于線電壓標(biāo)稱值為660V和1140V三相不對稱工業(yè)性感性負(fù)荷。允許三相電流有效值相差50％，各相功率因數(shù)相差25％。補(bǔ)償電容為Y0接線方式。為滿足各相各別的補(bǔ)償要求，補(bǔ)償電容非對稱投切；4、星形接法－－對稱補(bǔ)償裝置適用于線電壓標(biāo)稱值為660V和1140V三相對稱工業(yè)性感性負(fù)荷。允許三相電流有效值相差20％，各相功率因數(shù)相差10％。補(bǔ)償電容為Y0接線方式，對稱投切。
［注一］三相電流有效值相差的定義
((IA、IB、IC)max－(IA、IB、IC)min)/((IA、IB、IC)min) ×100％其中(IA、IB、IC)max為各相電流有效值中最大者。
(IA、IB、IC)min為各相電流有效值中最小者。
［注二］三相功率因數(shù)相差的定義((cosφA·cosφB·cosφC)－(cosφA·cosφB·cosφC)min)/((cosφA·cosφB·cosφC)min) ×100％其中(cosφA·cosφB·cosφC)max為各相功率因數(shù)中最小者。
(cosφA·cosφB·cosφC)min為各相功率因數(shù)中最小者。
權(quán)利要求1.一種包括計(jì)量單元、繼電控制單元、吸收電路、補(bǔ)償電容三相電流顯示、固定補(bǔ)償電容單元、觸發(fā)脈沖放大電路的靜止式無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置，其特征在于(1)具有無功電流峰值的模數(shù)轉(zhuǎn)換和鎖存單元，該單元由三只特殊變比(變比范圍1000∶1～10000∶1按補(bǔ)償系統(tǒng)容量選擇)的電流互感器LA3、LB3和LC3分別測量被補(bǔ)償變壓器負(fù)荷側(cè)A，B和C三相負(fù)荷總電流，LA3、LB3和LC3次級繞組分別跨接電阻Rsa、Rsb和Rsc把測得的電流信號轉(zhuǎn)變成同頻率正比例的電壓信號，這三個(gè)電壓信號分別經(jīng)聯(lián)鎖繼電器ZJ1三個(gè)觸點(diǎn)(17-18，57-58，67-68)接到增益可調(diào)的運(yùn)算放大器AMPa、AMPb、AMPc的倒相輸入端，運(yùn)算放大器的輸出分別經(jīng)過多路開關(guān)MPX的三個(gè)通道接到比較器CPi(i=1，2，……2k-1)的非倒相輸入端，CPi(i=1，2，……2k-1)的倒相輸入端分別接到電阻Ri(i=0，1，2……2k-1)組成的門檻梯級電路，比較器CPi(i=1，2，……2k-1)輸出邏輯信號送到K位二進(jìn)優(yōu)先編碼器K-1個(gè)高位輸入端，K位二進(jìn)優(yōu)先編碼器可以用2k-3片三位優(yōu)先編碼器MC14532串級和(K-1)個(gè)或門OR1，OR2……ORk-1組成，上述每個(gè)或門應(yīng)有K-2個(gè)輸入端，K位二進(jìn)優(yōu)先編碼器的K個(gè)輸出作為無功電流峰值鎖存器LQa、LQb和LQc的并行數(shù)據(jù)輸入，上述三個(gè)鎖存器的輸出(共3K個(gè))進(jìn)入Y-△轉(zhuǎn)換單元；其R2K-1一端接到C17和RTH，C17另一端接地，RTH另一端接到電位器PTH，PTH滑觸端與另一固定點(diǎn)相連接到二極管D1～D6組成的三相全波整流電路的輸出端，整流電路輸入是TB1～TB3的次級繞組ab7-ab′7、bc7-bc′7和ca7-ca′7的電壓，從而對模數(shù)轉(zhuǎn)換的門坎值作相應(yīng)的修正；如果補(bǔ)償電容是△接線方式但補(bǔ)償行為是不對稱方式的話，Y-△轉(zhuǎn)換單元的三個(gè)鎖存器LQab、LQbc和LQca(每鎖存器有K個(gè)輸出)的輸出依次分別作AB、BC和CA相每相K路補(bǔ)償電容無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路的使能信號，即LQab、LQbc和LQca的輸出依次分別為ND1、ND2……NDk，NDk+1……ND2k，ND2l+1……ND3k的一個(gè)輸入；如果補(bǔ)償電容是Y0接線方式但補(bǔ)償行為是不對稱方式的話，補(bǔ)償系統(tǒng)中不需要Y-△轉(zhuǎn)換單元，此時(shí)LQa、LQb和LQc的數(shù)據(jù)輸出直接用作A、B和C三相每相K路補(bǔ)償電容無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路的使能信號，即LQa、LQb和LQc的輸出依次分別為ND1，ND2……NDk，NDk+1……ND2k，ND2k+1……ND3k的一個(gè)輸入；如果補(bǔ)償方式是對稱的，無論補(bǔ)償電容是△還是Y0接線方式，補(bǔ)償系統(tǒng)均不需要Y-△轉(zhuǎn)換單元和多路開關(guān)，此時(shí)特殊變比互感器只用一個(gè)，例如只用LA3，而LB3和LC3省略，鎖存器LQc省略，LQb的Di(i=0，1，……k-1)輸入依次分別接在LQa的Qi(i=0，1，……k-1)輸出上，此時(shí)LQa的數(shù)據(jù)輸出直接用作A相(或AB相)K路補(bǔ)償電容無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路的使能信號，即LQa的輸出依次分別為ND1，ND2……NDk的一個(gè)輸入，而LQb的數(shù)據(jù)輸出同時(shí)用作B相(或BC相)和C相(或CA相)每相K路補(bǔ)償電容無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路的使能信號，即LQb的輸出依次接到NDk+1，NDk+2……ND2k的一個(gè)輸入，LQb的輸出還依次接到ND2k+1，ND2k+2，……ND3k的一個(gè)輸入；(2)具有時(shí)鐘信號發(fā)生器，時(shí)鐘信號發(fā)生器由三只變壓器TS1～TS3次級繞組出線端信號
和
分別經(jīng)濾波電容C11～C16分別依次進(jìn)入CPa、CPb、CPc、CPab、CPbc和CPca六個(gè)方波發(fā)生器產(chǎn)生六個(gè)方波脈沖依次為-a、-b、-c、-ab、-bc和-ca作為補(bǔ)償系統(tǒng)控制的六個(gè)時(shí)鐘脈沖，該六個(gè)時(shí)鐘脈沖經(jīng)六個(gè)倒相器派生出另外六個(gè)倒相的時(shí)鐘脈沖依次為a、b、c、ab、bc和ca，時(shí)鐘脈沖的上升沿和下降沿對應(yīng)于電網(wǎng)相應(yīng)電壓(相電壓或線電壓)的過零時(shí)刻，時(shí)鐘脈沖信號對-ab和-ca，-bc和-ab，-ca和-bc分別用來控制多路開關(guān)MPX的三個(gè)通道的通斷，時(shí)鐘脈沖信號對-ab和a、-bc和b、-ca和c分別用來控制鎖存器LQa、LQb和LQc，時(shí)鐘脈沖信號對-ab和a，-bc和b，-ca和c還用來控制聯(lián)鎖D觸發(fā)器INTa，INTb，INTc；如果補(bǔ)償電容是△接線的，那么時(shí)鐘脈沖信號c、a和b用來控制無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)信號前沿、控制或非門NOR5、NOR7和NOR9；如果補(bǔ)償電容是Y0接線的，那么時(shí)鐘脈沖信號bc、ca、ab用來控制無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)信號前沿、控制或非門NOR5、NOR7和NOR9；(3)開關(guān)電容器組是三相K級，即每相開關(guān)電容有K路，K路電容值關(guān)系按二進(jìn)權(quán)設(shè)置，即C0，2C0，4C0，……2k-1C0，最小電容C0接入電網(wǎng)能提供的無功電流的峰值等于作無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路使能信號的鎖存器輸出碼是單位值1相應(yīng)的電流值，每路有一個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)控制該路補(bǔ)償電容，由無觸點(diǎn)開關(guān)使能信號決定該路補(bǔ)償電容是否投入補(bǔ)償作用；每路補(bǔ)償電容自進(jìn)線自動(dòng)開關(guān)10C的該相主觸點(diǎn)負(fù)荷側(cè)接到該相電源上；每路補(bǔ)償電容由三部分串聯(lián)而成(一)快速熔斷器RDi；(二)無觸點(diǎn)開關(guān)Di-Si，其中Di是功率二極管其電流額定值與所控制的補(bǔ)償電容電流有效值匹配；Si是與Di同電流容量的晶閘管，Di和Si反并聯(lián)(Di也可以是晶閘管)；(三)補(bǔ)償電容Ci和并聯(lián)的放電電阻Ri下標(biāo)i=a0，a1……ak-1，b0，b1……bk-1，c0，c1……ck-1；(4)具有系統(tǒng)啟停聯(lián)鎖，它由較高電壓正電源(例如，+12V、+15V等)通過系統(tǒng)繼電控制串聯(lián)觸頭組(10C的輔助常開觸頭，ZJ常開觸頭和JA2的常閉觸頭)接到二極管D11的陰極與電阻R100的公共端，二極管D11的陽極與R100的公共端接到倒相器INV1的輸入端，同時(shí)接到由電容C100，C101和電阻R100組成的并聯(lián)電路的一端，并聯(lián)電路另一端接地；INV1輸出端接到倒相器INV2的輸入端，INV2輸出端接到K位優(yōu)先編碼器的聯(lián)鎖輸入端使補(bǔ)償作用投入前優(yōu)先編碼器K位輸出線均處于高阻狀態(tài)；INV1的輸出端還通過電阻Rft1和電容Cft1組成的并聯(lián)防干擾電路接到聯(lián)鎖D觸發(fā)器INTa、INTb和INTc的D輸入端；采用聯(lián)鎖D觸發(fā)器INTa、INTb和INTc后，補(bǔ)償系統(tǒng)啟動(dòng)不會(huì)在無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)脈沖寬度當(dāng)中發(fā)生，否則尖峰脈沖電流將損壞無觸點(diǎn)開關(guān)本身；聯(lián)鎖D觸發(fā)器的R和S端都接地，時(shí)鐘觸發(fā)端分別由或非門NOR4、NOR6和NOR8觸發(fā)；聯(lián)鎖D觸發(fā)器INTa、INTb和INTc的Q輸出端接到或非門NOR5、NOR7和NOR9的一個(gè)輸入端作為觸發(fā)脈沖禁止信號，NOR5，NOR7和NOR9的輸出分別接到各相無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路的一個(gè)輸入端控制觸發(fā)脈沖前沿和寬度；INV2的輸出還通過電阻R1200接到PNP型三極管GI的基極；GI的發(fā)射極接較高電壓正電源(例如+12V、+15V等)，其集電極通過電阻R1201接負(fù)電源(例如-12V、-15V等)；GI集電極還通過電阻R1202接到結(jié)場效應(yīng)管JI的控制極，JI的源極接到由二極管DI2和電阻RI203串聯(lián)的偏置電路，DI2的陽極接地，RI203另一端接負(fù)電源，DI2和RI203公共端為JI源極提供-0.7V的偏置，JI的漏極接到比較器CPi(i=1，2，……2k-1)的非倒相輸入端保證系統(tǒng)啟動(dòng)前K位優(yōu)先編碼器只有零輸入，這樣系統(tǒng)啟動(dòng)聯(lián)鎖電路完成。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于具有補(bǔ)償電容的Y－△轉(zhuǎn)換單元(1)由三個(gè)無功電流鎖存器LQa、LQb和LQc的輸出Qk－1，Qk－2，Q1和Q0依次分別接到電平降低轉(zhuǎn)換電路BF1、BF2……BFk，BFk＋1，……BF2k，BF2k＋1……BF3k的輸入端把鎖存器電平降低到可擦除編程只讀存貯器EP允許的電平；(2)LQa、LQb和LQc的時(shí)鐘端又依次接到電平降低轉(zhuǎn)換電路BFka、BFkb和BFkc的輸入端；(3)BF1～BFk，BFk＋1～BF2k，BF2k＋1～BF3k的輸出依次接到三狀態(tài)門電路TS1～TS3k的輸入端，TS3k＋1～TS6k的輸入端依次分別接到TS1～TS3k的輸入端，TS6k＋1～TS9k的輸入端依次分別接到TS1～TS3k的輸入端，其目的是構(gòu)成三種不同的地址碼序列對EP尋址，BFka、BFkb和BFkc的輸出分別接到下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)ALPHA、BETA和GAMMA的A輸入端，使ALPHA或BETA或GAMMA在相應(yīng)的無功電流峰值鎖存器更新鎖存值后發(fā)出定時(shí)脈沖對EP發(fā)生尋址行為，ALPHA、BETA和GAMMA的電源是較低電壓正電源與EP電源電壓相同，一般是＋5V，上述三個(gè)單穩(wěn)的輸出分別接到三輸入與非門NDT1的三個(gè)輸入端，NDT1的輸出接到NDT2的輸入；ALPHA的輸出還與TS1～TS3k的3K個(gè)控制極相聯(lián)，BETA的輸出還與TS6k＋1～TS9k的3K個(gè)控制極相聯(lián)，GAMMA的輸出還與TS3k＋1～TS6k的3K個(gè)控制極相聯(lián)；(4)有一個(gè)可擦除編程只讀存貯器EP，EP有3K條地址線，也就是有23k個(gè)存貯單元，地址線編號自高位到低位依次計(jì)作A3k，A3k－1……A2k＋1，A2k……Ak＋1，Ak，Ak－1……A2和A1，每存貯單元存貯長度為Kbit，3K條地址線與三狀態(tài)門電路輸出這樣聯(lián)結(jié)(一)在ALPHA定時(shí)脈沖長度中TS1～TSk有效，地址線A3k，A3k－1……A2k＋1依次通過TS1～TSk與LQa的K個(gè)輸出自高位向地位Qk－1，Qk－2，……Q1和Q0相聯(lián)；地址線A2k，A2k－1……Ak＋1依次通過TSk＋1～TS2k與LQb的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，…Q1和Q0相聯(lián)；地址線Ak，Ak－1……A1依次通過TS2k＋1～TS3k與LQc的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，……Q1和Q0相聯(lián)；地址線Ak，Ak－1…A1依次通過TS2k＋1～TS3k與LQc的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，Q1和Q0相聯(lián)；(二)在BETA定時(shí)脈沖長度TS6k＋1～TS9k有效，地址線A3k，A3k－1……A2k＋1依次通過TS7k＋1～TS8k與LQb的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，Q1和Q0相聯(lián)；地址線A2k，A2k－1…Ak＋1依次通過TS8k＋1～TS9k與LQc的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，…Q1和Q0相聯(lián)；地址線Ak，Ak－1…A1依次通過TS6k＋1～TS7k與LQa的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，…Q1和Q0相聯(lián)；(三)在GAMMA定時(shí)脈沖長度中TS3k＋1～TS6k有效，地址線A3k，A3k－1……A2k＋1依次通過TS5k＋1～TS6k與LQc的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，……Q1和Q0相聯(lián)；地址線A2k，A2k－1……Ak＋1依次通過TS3k＋1～TS4k與LQa的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，…Q1和Q0相聯(lián)；地址線Ak，Ak－1……A1依次通過TS4k＋1～TS5k與LQb的K個(gè)輸出自高位向低位Qk－1，Qk－2，……Q1和Q0相聯(lián)；EP的選片使能控制端CE和輸出使能控制端OE都接在NDT2的輸出，保證尋址行為發(fā)生時(shí)EP輸出內(nèi)存數(shù)據(jù)；EP的寫入控制端PGM接正電源禁止寫片誤操作破壞EP的內(nèi)存；EP的輸出Qk－1，Qk－2，……Q1和Q0依次分別接到電平升高轉(zhuǎn)換電路LP1的K個(gè)輸入端使LP1的相應(yīng)K個(gè)輸出電平升高到LQab、LQbc和LQca及其后觸發(fā)電路規(guī)定電平，LP1的K個(gè)輸出依次分別接到鎖存器LQab、LQbc和LQca的K個(gè)并行輸入端Dk－1、Dk－2……D1和D0以便把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)分別鎖存到LQab、LQbc和LQca；(四)與非門NDT2的輸出還接到下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)DETA的B輸入端；(五)DETA的輸出同時(shí)接到三個(gè)雙輸入或門ORTab、ORTbc和ORTca的一個(gè)輸入，ORTab、ORTbc和ORTca另一個(gè)輸入依次分別接ALPHA、BETA和GAMMA的輸出，ORTab、ORTbc和ORTca的輸出依次分別接到電平升高轉(zhuǎn)換電路LP2的輸入，LP2相應(yīng)的三個(gè)輸出依次分別接到鎖存器LQab、LQbc和LQca的時(shí)鐘控制端，DETA定時(shí)脈沖長度為ALPHA定時(shí)脈沖長度的一半(ALPHA、BETA和GAMMA的定時(shí)脈沖長度相同)保證尋址讀出的數(shù)據(jù)在EP選片和輸出使能控制有效時(shí)區(qū)中被鎖存；(七)LQab、LQbc和LQca個(gè)別K個(gè)輸出分別是AB相、BC相和CA相個(gè)別K路補(bǔ)償電容無觸點(diǎn)開關(guān)的選擇觸發(fā)使能輸入。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種靜止式無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置，適合容量在400KVA～2500KVA，電壓為380V、660V、1140V，頻率為50Hz、60Hz、400Hz的工礦企業(yè)及飛行器等耗電量大而功率因素低的電力用戶使用。本裝置的特點(diǎn)是直接檢測感性負(fù)荷的無功電流峰值，每個(gè)周波對每相電流檢測和補(bǔ)償一次，使補(bǔ)償電流快速跟隨負(fù)荷的無功電流變化，響應(yīng)時(shí)間≤20毫秒；另外還采用了補(bǔ)償電容予偏置和控制無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)時(shí)間的辦法確保補(bǔ)償電容投入切出不出現(xiàn)尖峰脈沖電流。
文檔編號H02J3/18GK2061343SQ8920893
公開日1990年8月29日 申請日期1989年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月24日
發(fā)明者裴迪生 申請人:西安煤礦機(jī)械廠