專利名稱：民用建筑無功功率自動補償箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型的涉及供電或配電的電路裝置，特別是一種民用建筑無功功率自動補償箱。
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，家用電器快速進入千家萬戶，民用電量大幅度增加，據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計，95年城鎮(zhèn)居民用電已占城市用電總量的15％以上。另一方面，絕大部分民用電器為感性負荷，功率因數(shù)普遍低于0.75，不僅占用了非常緊張的供電設(shè)備容量，而且造成大量電能與電壓損失，導(dǎo)致供電電壓偏低，影響正常供電。因此對民用建筑供電系統(tǒng)進行無功功率補償已是勢在必行。
現(xiàn)有技術(shù)中用于民用建筑的無功功率補償裝置無一例外地使用并聯(lián)電容器，絕大多數(shù)無功功率補償裝置根據(jù)供電線路功率因數(shù)選擇電容器的投入或切離電網(wǎng)，它們存在以下三方面的問題1.民用電負荷小而分散，啟動和停止頻繁。因此，反應(yīng)在線路上的供電功率隨時間和季節(jié)變化極大，其高峰和低谷時的用電電流可相差數(shù)十倍到數(shù)百倍。同時，功率因數(shù)亦波動劇烈，如設(shè)線路電流為I，電壓為V，功率因數(shù)角為，有功功率為P，無功功率為Q，則P＝V·I·COSΦQ＝V·I·SINΦ無功功率補償?shù)哪康脑谟诘窒鸔，當角一定時，Q與線路電流I成正比。因此，如以COSΦ作為補償電容器的控制投切變量，勢必造成用電低谷時的過補償和用電高峰時的欠補償。在某些情況下，甚至會導(dǎo)致控制機構(gòu)震蕩，頻繁投切電容器，影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行。
中國專利CN89208932.6提出直接檢測感性負荷的無功電流每個周波的峰值，CN90225832.x利用無功電能表測量線路總無功量，但存在線路復(fù)雜，成本太高，只可用于100KVA以上的工業(yè)對象或高低壓變配電所。
2.工業(yè)補償用并聯(lián)電容器體積較大，單臺容量大，用于民用建筑補償勢必造成電容器投切步距大。由于民用建筑配電系統(tǒng)的短路容量小，大容量電容器投切瞬間的涌流對電網(wǎng)造成嚴重沖擊，使空氣開關(guān)跳閘或保險絲熔斷，影響正常用電。
3.由于補償用電容器對過電壓、過短路比較敏感，故障機率大，當損耗增大，發(fā)熱嚴重時，可能引起爆炸。因此，工業(yè)用無功功率補償裝置均派有專人值守監(jiān)護，而民用無功功率補償裝置必須無人值守系統(tǒng)，故對電容器的自動保護尤為重要?，F(xiàn)有產(chǎn)品只對電壓、電流等使用條件的保護，而未考慮電容器在長期使用后，損耗增加，在正常使用條件下仍可能發(fā)熱爆炸，留下極大的安全隱患。
本實用新型的目的在于針對民用負荷變化劇烈，用電高峰和低谷相差懸殊的特點，以線路電流I與SINΦ的乘積為控制變量，亦即是以線路的無功功率為控制變量。提供一種采用控制機構(gòu)直接測量線路電流I和SINΦ，并通過乘法器進行乘法運算，將乘積作為電容器投切的依據(jù)，能明顯提高補償?shù)臏蚀_度，能克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，具有很好的實用性和安全性的，能取得良好的應(yīng)用效果的民用建筑無功功率自動補償箱。
本實用新型的上述目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，即一種民用建筑無功功率自動補償箱，包括箱體和補償電容，其特征是1.包括一個無功功率檢測電路，它包括電壓信號移相電路和乘法器電路，經(jīng)傳感器檢測的電壓信號經(jīng)90°移相后與電流信號相乘而獲得無功功率信號，該信號輸入兩預(yù)設(shè)有無功功率上限值和下限值的比較器電路，由其分別輸出投切和切除信號；2.包括一個過電壓與欠電壓保護電路，經(jīng)傳感器檢測的電壓信號經(jīng)峰值檢波和濾波后輸入兩預(yù)設(shè)有電壓上限值和下限值的比較器，由其輸出過電壓信號或欠電壓信號；3.包括一個電容器保護機構(gòu)，由電容器損耗檢測電路、電容器內(nèi)部元件過熱保護電路及電容器擊穿短路保護三部分組成，其中電容器損耗檢測電路中的電流互感器檢測電容器因損耗產(chǎn)生的電流差值信號，經(jīng)有源檢波器檢波放大，將信號送入預(yù)設(shè)有允許電流差值上限和下限的比較器，由其輸出保護信號，電容器內(nèi)部元件過熱保護電路由與每個補償電容器串聯(lián)的熱保護開關(guān)構(gòu)成；4.包括一個控制邏輯電路，由通用可編程邏輯陣列集成電路構(gòu)成，由其對輸入的投切、切除、過電壓、欠電壓、保護信號進行分步投入、分步切除功能，并向投切執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號；5.包括一個投切執(zhí)行機構(gòu)，由驅(qū)動電路驅(qū)動可控硅或接觸器構(gòu)成；6.補償電容器為全干式集成自愈電容器，其內(nèi)部具有6或9只電容器元件，分2或3組，容量呈等差分布，采用三相三角形接法，通過執(zhí)行機構(gòu)和自動空氣斷路器接三相四線電網(wǎng)，實現(xiàn)4-8步投切。
本實用新型的上述結(jié)構(gòu)可以通過附圖給出的一個非限定性的實施例進一步說明。
本實用新型有如下附圖附

圖1為本實用新型的電路原理圖；附圖2為本實用新型的實施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
參見附圖圖中的民用建筑無功功率自動補償箱，1.包括一個無功功率檢測電路，它包括電壓信號移相電路和乘法器電路，由兩個運算放大器U1-1、U1-2(LM339)、電阻R1～R6、電容C1，C2組成，經(jīng)傳感器檢測的電壓信號經(jīng)R6、C3組成的阻容移相電路90°移相后，對電流信號進行PWM調(diào)制，經(jīng)放大后，與電流信號相乘而獲得無功功率信號，該信號輸入兩預(yù)設(shè)有無功功率上限值和下限值的比較器電路，由其分別輸出投切和切除信號；2.包括一個過電壓與欠電壓保護電路，經(jīng)傳感器檢測的電壓信號經(jīng)峰值檢波和濾波后輸入兩預(yù)設(shè)有電壓上限值和下限值的比較器U1-3、U2-1(LM324)，由其輸出過電壓信號或欠電壓信號；3.包括一個電容器保護機構(gòu)，由電容器損耗檢測電路、電容器內(nèi)部元件過熱保護電路及電容器擊穿短路保護三部分組成，其中電容器損耗檢測電路中的電流互感器LB檢測電容器因損耗產(chǎn)生的電流差值信號，經(jīng)U2-4、R27、R26、R28、C6、D3組成有源檢波器檢波放大，將信號送入預(yù)設(shè)有允許電流差值上限和下限的比較器U1-4，由其輸出保護信號，電容器內(nèi)部元件過熱保護電路由與每個補償電容器串聯(lián)的熱保護開關(guān)Rt1-Rt7構(gòu)成，當電容器發(fā)熱超過熱保護開關(guān)設(shè)定值時，開關(guān)斷開，撤除補償電容器的電源，電容器擊穿短路保護采用自動空氣斷路器K；4.包括一個控制邏輯電路，由通用可編程邏輯陣列集成電路16V8構(gòu)成，由其對輸入的投切、切除、過電壓、欠電壓、保護信號進行分步投入、分步切除功能，并由其18、19腳向投切執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，同時電路采用延時交換技術(shù)，其時鐘脈沖為1、60Hz和50Hz，前者由NE555集成電路產(chǎn)生，后者由線路電壓產(chǎn)生，用于實現(xiàn)電容器的放電延時，另外，當投入的補償電容器在不同容量組之間切換時，避免投切涌流的產(chǎn)生；5.包括一個投切執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動電路由三極管T1、T2驅(qū)動可控硅或接觸器構(gòu)成，對于大容量的補償電容器，由T1、T2驅(qū)動中間繼電器G1、G2，再推動交流接觸器G2、G3投入或切除補償電容器C；6.補償電容器C為全干式集成自愈電容器，其內(nèi)部具有6或9只電容器元件，分2或3組，容量呈等差分布，例如一組3只，另一組6只，均采用三相三角形接法，其容量為3KVar和6KVar，通過交流接觸器G3、G4和自動空氣斷路器K接三相四線電網(wǎng)，實現(xiàn)4-8步投切。
本實用新型由于所述結(jié)構(gòu)而具有以下顯著的優(yōu)點1.以線路電流和SINΦ的乘積為控制補償電容器投切的依據(jù)，明顯提高了補償準確度，非常適合民用建筑這類負荷變化大、功率因數(shù)波動劇烈的對象；2.具有過電壓、過電流和溫升過高等多種自動保護功能，由于設(shè)計了電容器早期故障檢測功能，防止了電容器長期運行后損耗增大而產(chǎn)生的燃燒爆炸事故，保證產(chǎn)品的安全性；3.采用延時交換技術(shù)，減少了投切步距，提高了補償精度，減少了對電網(wǎng)的瞬間沖擊；4.電路結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，成本低廉。
本實用新型的用于民用建筑無功功率自動補償具有很好的實用性和安全性。
權(quán)利要求1.一種民用建筑無功功率自動補償箱，包括箱體和補償電容，其特征是(1).包括一個無功功率檢測電路，它包括電壓信號移相電路和乘法器電路，經(jīng)傳感器檢測的電壓信號經(jīng)90°移相后與電流信號相乘而獲得無功功率信號，該信號輸入兩預(yù)設(shè)有無功功率上限值和下限值的比較器電路，由其分別輸出投切和切除信號；(2).包括一個過電壓與欠電壓保護電路，經(jīng)傳感器檢測的電壓信號經(jīng)峰值檢波和濾波后輸入兩預(yù)設(shè)有電壓上限值和下限值的比較器，由其輸出過電壓信號或欠電壓信號；(3).包括一個電容器保護電路，由電容器損耗檢測電路、電容器內(nèi)部元件過熱保護電路及電容器擊穿短路保護三部分組成，其中電容器損耗檢測電路中的電流互感器檢測電容器因損耗產(chǎn)生的電流差值信號，經(jīng)有源檢波器檢波放大，將信號送入預(yù)設(shè)有允許電流差值上限和下限的比較器，由其輸出保護信號，電容器內(nèi)部元件過熱保護電路由與每個補償電容器串聯(lián)的熱保護開關(guān)構(gòu)成；(4).包括一個控制邏輯電路，由通用可編程邏輯陣列集成電路構(gòu)成，由其對輸入的投切、切除、過電壓、欠電壓、保護信號進行分步投入、分步切除功能，并向投切執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號；(5).包括一個投切執(zhí)行機構(gòu)，由驅(qū)動電路驅(qū)動可控硅或接觸器構(gòu)成；(6).補償電容器為全干式集成電容器，其內(nèi)部具有6或9只電容器元件，分2或3組，容量呈等差分布，采用三相三角形接法，通過執(zhí)行機構(gòu)和自動空氣斷路器接三相四線電網(wǎng)，實現(xiàn)4-8步投切。
專利摘要一種民用建筑無功功率自動補償箱,其特征是:包括一個無功功率檢測電路,它包括電壓信號移相電路和乘法器電路;包括一個過電壓與欠電壓保護電路,包括一個電容器保護機構(gòu);由電容器損耗檢測電路、電容器內(nèi)部元件過熱保護電路及電容器擊穿短路保護三部分組成;包括一個控制邏輯電路,包括一個投切執(zhí)行機構(gòu);補償電容器為全干式集成自愈電容器。本實用新型以線路電流和SINΦ的乘積為控制補償電容器投切的依據(jù),明顯提高了補償準確度,非常適合民用建筑這類負荷變化大、功率因數(shù)波動劇烈的對象。
文檔編號H02H7/00GK2295288SQ97210028
公開日1998年10月21日 申請日期1997年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月28日
發(fā)明者袁從武 申請人:重慶亞能電器有限責任公司