專利名稱：無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器，應(yīng)用于無功補(bǔ)償裝置的自動(dòng)控制上。
自從八十年代初期，我國大力推廣電容器無功補(bǔ)償裝置以來，為我國的節(jié)能事業(yè)發(fā)揮了巨大作用，但是，裝有無功補(bǔ)償裝置的配電網(wǎng)中配電設(shè)備短路、過載、爆炸、著火等事故率較高，電容器損壞較多，雖然各生產(chǎn)廠家及科研部門做了大量的研究和改進(jìn)，也取得了一些明顯效果，但也只能將電容器的年損壞率控制在25％左右，配電設(shè)備的事故仍難予控制。從八七年到九○年，本人亦作了大量研究，結(jié)合電工理論和無線電理論分析認(rèn)為，以上是由輕負(fù)荷投切振蕩、等補(bǔ)償或過補(bǔ)償造成的。因?yàn)槲覈鵁o功補(bǔ)償裝置的無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器均采用閉環(huán)自動(dòng)控制，如附圖2所示，電容器組C1、C2、C3的電容補(bǔ)償電流不經(jīng)電流互感器T1直接經(jīng)斷路器Q1、Q2、Q3送至感性負(fù)載M1、M2、M3，由電源G1流經(jīng)T1的無功電流是M1、M2、M3感性吸收無功電流與C1、C2、C3電容補(bǔ)償無功電流的差，其與電壓的乘積是感性吸收無功功率與電容補(bǔ)償無功功率的差，或稱感性負(fù)荷與電容補(bǔ)償量的無功功率差，以下簡(jiǎn)稱無功功率差。當(dāng)配電網(wǎng)中無功功率差為正數(shù)，且大于某一定值時(shí)，無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器A1發(fā)出電容器投入指令，接觸器K1將C1投入，如果C1投入后，仍大于某一定值，接觸器K2再將C2投入，再大再投，直至無功功率差小于某一定值。當(dāng)無功功率差為負(fù)數(shù)，其絕對(duì)值大于某一定值的二倍時(shí)，將C1切除，C1切除后，其絕對(duì)值仍大于某一定值的二倍，再將C2切除，再大再切，直至其絕對(duì)值不再大于某一定值的二倍。當(dāng)無功功率差為正數(shù)(欠補(bǔ)償)且小于某一定值，或等于0(等補(bǔ)償)，或?yàn)樨?fù)數(shù)(過補(bǔ)償)其絕對(duì)值小于某一定值的二倍時(shí)，電容器組不投也不切，無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器A1處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)無功功率差為正數(shù)(欠補(bǔ)償)且略大于某一定值，單組電容器組補(bǔ)償量又略大于某定值的二倍時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電容器組投后即切，切后又投，再投再切，再切再投，發(fā)生輕負(fù)荷投切振蕩，直至無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器停止工作，不再投切。
綜上所述，無功功率差是一個(gè)二元方程函數(shù)，不能反映感性負(fù)荷的實(shí)際情況，現(xiàn)有無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器無法實(shí)現(xiàn)按感性負(fù)荷的實(shí)際需求合理調(diào)配電容補(bǔ)償量，易產(chǎn)生輕負(fù)荷投切振蕩、等補(bǔ)償和過補(bǔ)償現(xiàn)象。輕負(fù)荷投切會(huì)使電容器組投切振蕩，在電容器組上產(chǎn)生沖擊過電流和疊加過電壓，嚴(yán)重危害電容器組的安全；等補(bǔ)償是指經(jīng)電容器補(bǔ)償后的配電網(wǎng)中無功功率差等于0，亦即電容補(bǔ)償量與感性負(fù)荷相等，由電工理論和無線電理論得知，當(dāng)發(fā)生等補(bǔ)償諧振時(shí)，若諧振槽路電阻等于0，并聯(lián)諧振過電流倍數(shù)或串聯(lián)諧振過電壓倍數(shù)即為無限大。當(dāng)然電阻不會(huì)等于0，但一般都極小，過電流倍數(shù)或過電壓倍數(shù)都相當(dāng)大，這種過電流和過電壓破壞力很強(qiáng)，不僅嚴(yán)重毀壞電容器組，同時(shí)可波及配電網(wǎng)中其它電氣設(shè)備；380V的低壓配電網(wǎng)中，有時(shí)甚至?xí)⑾嚅g空氣距離100mm的鋁排母線擊穿，電容器和配電設(shè)備爆炸著火；過補(bǔ)償是指無功功率差為負(fù)數(shù)，即配電網(wǎng)中，電容補(bǔ)償量超過了感性負(fù)荷，由電工理論得知，電容器具有提高電網(wǎng)電壓的效能，有時(shí)會(huì)使配電網(wǎng)電壓超過額定工作電壓，根據(jù)歐姆定律可知又可使負(fù)載電流增加，這種過電壓和過電流同樣對(duì)配電設(shè)備、電容器組和負(fù)載造成危害。八八至八九年間，本市有幾套投運(yùn)不久的無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置，電容器組大部分損壞，并進(jìn)而造成大量配電設(shè)備爆炸著火事故，有一例，從控制電容器組的接觸器上口開始發(fā)生飛弧短路，沿引線到主變低壓出線套管和低壓鋁排母線全線擊穿放電短路，相間空氣距離100mm的380V的低壓鋁排母線都被燒化。因此，降低無功補(bǔ)償裝置事故率成為急待解決的課題。為解決這一技術(shù)難題，本人在八九年設(shè)計(jì)一種包括工頻過電壓過電流速斷、諧振過電壓過電流速斷和瞬間過電壓甩減在內(nèi)的組合保護(hù)，經(jīng)與現(xiàn)有無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器配合使用，事故率有所減少，但還不夠理想，同時(shí)，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，成本亦較高。
本實(shí)用新型的目的，就是為了克服現(xiàn)有無功補(bǔ)償自動(dòng)控制技術(shù)的不足，提供一種能以避免因輕負(fù)荷投切振蕩、等補(bǔ)償、過補(bǔ)償導(dǎo)致電容器組和用電設(shè)備損壞的無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器。
本實(shí)用新型是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，如附

圖1虛線表示的方框圖所示，它由信號(hào)處理電路1、控制放大電路2、執(zhí)行電路3、電源電路4組成。其特征是控制放大電路中由電平指示器N201構(gòu)成的指令輸出電路和由光電耦合運(yùn)算放大器N211、N221、N231各自構(gòu)成的指令放大電路組成。
由于本實(shí)用新型將感性負(fù)荷分成若干級(jí)等差定值，電容器單組容量按第一級(jí)定值的百分之七十至八十配置。當(dāng)感性負(fù)荷達(dá)到或超過第一級(jí)定值時(shí)，它將投入第一組電容器組，當(dāng)感性負(fù)荷達(dá)到或超過第二級(jí)定值時(shí)，再投入第二組電容器組，依次類推，直至將所有電容器組全部投入；當(dāng)感性負(fù)荷低于第一級(jí)定值時(shí)，它將切除第一組電容器組，當(dāng)感性負(fù)荷低于第二級(jí)定值時(shí)，再切除第二組電容器組，與上相同，直至將所有電容器組全部切除。綜上所述，不論感性負(fù)荷達(dá)到或超過第一級(jí)定值，還是達(dá)到或超過最高級(jí)定值，電容器組的電容補(bǔ)償量也只能到感性負(fù)荷的百分之七十至八十，使配電網(wǎng)中感性負(fù)荷始終保持大于電容補(bǔ)償量，配電網(wǎng)始終保持在欠補(bǔ)償狀態(tài)。所以具有能按實(shí)際感性負(fù)荷合理配置電容補(bǔ)償量，能避免因輕負(fù)荷投切振蕩、等補(bǔ)償、過補(bǔ)償導(dǎo)致電容器和用電設(shè)備損壞等事故的發(fā)生，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
本說明書附圖1，是用虛線表示的電路結(jié)構(gòu)方框圖和電路原理圖結(jié)合一起的附圖，其中虛線表示的方框1、2、3、4分別表示本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)處理電路、控制放大電路、執(zhí)行電路、電源電路。
本說明書附圖2，是無功補(bǔ)償裝置與現(xiàn)有無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器的實(shí)用電路連接圖，圖中，G1表示電源；T1表示電流互感器；A1表示現(xiàn)有無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器；Q1、Q2、Q3表示斷路器；M1、M2、M3表示感性負(fù)載；K1、K2、K3表示接觸器；C1、C2、C3表示電容器組。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型予以進(jìn)一步說明本說明書附圖1是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，其中，控制放大電路2由電平指示器N201構(gòu)成的指令輸出電路和由光電耦合運(yùn)算放大器N211、N221、N231各自構(gòu)成的指令放大電路組成。N201構(gòu)成的指令輸出電路，其電路連接為N201的模擬輸入端4接入信號(hào)處理電路中電位器RP101滑動(dòng)接點(diǎn)，N201的電源端3接入整流電源U401的正電源端+V2，級(jí)連端6與接地端13短接后接地，輸出端8、9、10分別接入電阻器R211、R221、R231的一端，R211、R221、R231的另一端分別接入光電耦合器BO211、BO221、BO231的負(fù)極輸入端，BO211、BO221、BO231的正極輸入端分別接入U(xiǎn)401的+V2；由N211、N221、N231各自組成的指令放大電路所用元件及連接都相同，由N211組成的指令放大電路為基本指令放大單元電路，其電路連接為N211的高通輸入端1接入電位器RP211的滑動(dòng)接點(diǎn)，其低通端2與接地端3短接后經(jīng)電位器RP212接地，其輸出端4接負(fù)載電阻R213的一端，其電源端5接限流電阻R212的一端，RP211的一端接入BO211發(fā)射極，其另一端接地，R212、R213的另一端和BO211的集電極共接入U(xiǎn)401的+V2；其它指令放大電路與之相同，不再重述。由N211、N221、N231、組成的指令放大電路，分別是第一路、第二路、第三路指令放大電路，可依據(jù)自動(dòng)補(bǔ)償控制器的等差定值級(jí)數(shù)設(shè)置指令放大電路路數(shù)，至少一路，多于三路時(shí)，同理疊加即可。
信號(hào)處理電路1由信號(hào)采樣、無功功率表機(jī)芯B101、運(yùn)算放大器N101、直流電壓表PV101組成。其電路連接為B101的電流輸入端4、6、5、7分別接二次線A411、A412、C411、C412，其電壓輸入端1、2、3分別接二次線A630、B630、C630。N101的正負(fù)極輸入端15和14分別接入B101的正負(fù)極輸出端M+和M-，其正電源端12，接入U(xiǎn)401正電源端+V1，同時(shí)與地之間接入濾波電容器C101，其負(fù)電源端9，接入U(xiǎn)401的負(fù)電源端-V1，同時(shí)與地之間接入濾波電容器C102，其接地端10直接接地，其增益選擇引腳3、6、7短接，其輸出端11和接地端10并聯(lián)PV101(刻度按無功功率相應(yīng)位置標(biāo)注)電壓表和由電阻器R101、電位器RP101串聯(lián)組成信號(hào)分壓器。
執(zhí)行電路3由斜坡信號(hào)運(yùn)算放大器N311、N321、N331各自構(gòu)成的執(zhí)行電路組成，這些執(zhí)行電路所用元器件及連接都相同，由N311組成的執(zhí)行電路為基本執(zhí)行單元電路，其電路連接為N311的高通端1與電解電容器C311正極連接后接入控制放大電路中的RP212的滑動(dòng)接點(diǎn)，其低通端2與接地端3短接后接地，其輸出端4接入濾波電容器C312的負(fù)極、出口繼電器K311線圈一端、消感二極管V311的正極和發(fā)光二極管H311負(fù)極，其電源端5接入限流電阻器R311的一端，C311的負(fù)極接地，C312的正極、K311線圈另一端、V311的負(fù)極和發(fā)光二極管H311正極和R311的另一端共接入U(xiǎn)401的+V2。K311的常開接點(diǎn)，串接入電容器組投切接觸器線圈回路。其它兩個(gè)執(zhí)行電路因與之相同，不再重述。由N311、N321、N331組成的執(zhí)行電路，分別是第一路第二路第三路執(zhí)行電路，當(dāng)控制放大電路中指令放大電路擴(kuò)充到三路以上時(shí)，該執(zhí)行電路也隨之?dāng)U充，與指令放大電路路數(shù)對(duì)等，排列次序相同。
電源電路4，采用現(xiàn)有技術(shù)，由輸入電路、整流電路和輸出電路組成。U401的交流電源輸入端L和N外接交流電源，其正電源+V1、負(fù)電源-V1、接地端GND組成對(duì)稱直流電源，經(jīng)a,b連線和地線分別接入信號(hào)處理電路1中N101的正電源端12、負(fù)電源端9、接地端10,U401的+V2接入放大控制電路2和執(zhí)行電路3中各運(yùn)算放大器。
以下結(jié)合附圖1描述工作原理及元件的選擇由取樣電流互感器引入的電流和由三相配電母線引入的電壓所代表的配電網(wǎng)感性負(fù)荷信號(hào)，經(jīng)二次線A411、A412、C411、C412、A630、B630、C630分別輸入無功功率表機(jī)芯B101的信號(hào)輸入端4、6、5、7、1、2、3，感性負(fù)荷信號(hào)，經(jīng)B101變換成模擬感性負(fù)荷的直流電壓信號(hào)，由B101的正負(fù)極輸出端M+和M-輸出，再分別輸入運(yùn)算放大器N101的正負(fù)極輸入端15和14，經(jīng)N101運(yùn)算放大后由其輸出端11和接地端10輸出。一路輸入電壓表PV101對(duì)感性負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)視，另一路輸入由電阻器R101、電位器RP101組成的信號(hào)分壓器，其獲得的感性負(fù)荷信號(hào)，送至控制放大電路中電平指示器N201的模擬輸入端4和接地端13之間。經(jīng)N201處理后，將感性負(fù)荷信號(hào)分成3級(jí)(可分成10級(jí)，經(jīng)擴(kuò)展也可分成20級(jí))可調(diào)模擬電平輸出。當(dāng)感性負(fù)荷信號(hào)達(dá)到N201第一級(jí)輸出模擬電平的輸入定值時(shí)，第一級(jí)輸出模擬電平由N201的輸出端8輸出，其輸出端8與接地端13導(dǎo)通，經(jīng)電阻器R211使光電耦合器BO211的光電發(fā)射管通電發(fā)光，其光電接收管因受光照集電極與發(fā)射極間導(dǎo)通，與之串聯(lián)的電位器RP211通電。RP211的滑動(dòng)接點(diǎn)電位升高送至指令放大器N211的高通端1,N211因獲高通信號(hào)其輸出端4與接地端3導(dǎo)通，并使與之串連的電位器RP212通電，RP212的滑動(dòng)接點(diǎn)，將其分壓信號(hào)送至第一路執(zhí)行電路中的電容器C311的正極和運(yùn)算放大器N311的高通端1。開始對(duì)電容器C311充電，隨著充電時(shí)間的延長，N311的高通端1電位逐漸升高，延長一段時(shí)間，升至高通輸入門限時(shí)，其輸出端4與接地端3導(dǎo)通，出口繼電器K311啟動(dòng)，發(fā)光二極管H311發(fā)光。K311的常開接點(diǎn)閉合電容器組的投切接觸器線圈電路，使電容器組投入運(yùn)行，H311發(fā)出第一組電容器組投運(yùn)指示；當(dāng)模擬信號(hào)低于第一級(jí)模擬電平值時(shí)，輸出端8與接地端13截止，BO211的光電發(fā)射管斷電熄滅，其光電接收管集電極與發(fā)射極間截止，使與之串聯(lián)的電位器RP211斷電，RP211的滑動(dòng)接點(diǎn)電位接近于0,N211高通端1失壓，其輸出端4與接地端3截止，與之串連的RP212斷電，RP212的滑動(dòng)接點(diǎn)失壓，C311對(duì)RP212和N311放電，經(jīng)短時(shí)放電，N311的高通端1電位降至高通輸入門限以下時(shí)，其輸出端4與接地端3截止，出口繼電器K311釋放，發(fā)光二極管H311熄滅，K311的常開接點(diǎn)斷開電容器組的接觸器線圈電路，使電容器組退出運(yùn)行。當(dāng)感性負(fù)荷信號(hào)達(dá)到N201第二級(jí)輸出模擬電平的輸入定值時(shí)，第二級(jí)輸出模擬電平由N201的輸出端9輸出，其輸出端9與接地端13導(dǎo)通；當(dāng)感性負(fù)荷信號(hào)達(dá)到N201第三級(jí)輸出模擬電平的輸入定值時(shí)，第三級(jí)輸出模擬電平由N201的輸出端10輸出，其輸出端10與接地端13導(dǎo)通。除第二級(jí)輸出模擬電平由N201的9輸出、第三級(jí)輸出模擬電平由N201的10輸出(分10級(jí)輸出時(shí)，第四至十級(jí)輸出模擬電平分別由輸出端11、12、14、15、16、1、2輸出)外，各路指令放大電路和執(zhí)行電路的工作原理均相同，不再重述。
本實(shí)用新型所用元器件的選擇如下無功功率表機(jī)芯B101可選用各類型的無功功率表機(jī)芯，也可選用無功功率表變換器；電壓表PV101選用5-10V直流電壓表；電阻器R101、R211、R212、R213、R221、R222、R223、R231、R232、R233、R311、R321、R331、選用680-100K碳膜電阻；電位器RP101、RP211、RP212、RP221、RP222、RP231、RP252可選用10K-100K直滑式或旋轉(zhuǎn)式電位器；電容器C101、C102選用一般介質(zhì)電容器；電容器C311、C312、C321、C322、C331、C332可選用50uF-2000uF電解電容器；運(yùn)算放大器N101選用INA102或AD522型集成電路塊；運(yùn)算放大器N211、N221、N231、N311、N321、N331選用TWH8751等型集成電路塊；電平指示器N201選用TL490C等型集成電路塊；光電耦合器BO211、BO221、BO231選用MCT-2型集成電路塊；繼電器K311、K321、K331、可選用小型靈敏繼電器；二極管V311、V321、V331、可選用普通二極管；指示器H311、H321、H331可選用紅色發(fā)光二極管；整流電源U4011可根據(jù)控制路數(shù)的多少經(jīng)計(jì)算后確定定做整流穩(wěn)壓電源。
本實(shí)施例具有成本低、結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型技術(shù)方案中其控制放大電路和執(zhí)行電路亦可采用混合式、晶體管式，電腦式等。
權(quán)利要求1．無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器，它由信號(hào)處理電路(1)、控制放大電路(2)、執(zhí)行電路(3)、電源電路(4)組成，其特征是控制放大電路中由電平指示器N201構(gòu)成的指令輸出電路和由光電耦合運(yùn)算放大器N211、N221、N231各自構(gòu)成的指令放大電路組成。
2．如權(quán)利要求1所述的無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器，其特征是控制放大電路中，由電平指示器N201構(gòu)成的指令輸出電路，其電路連接為N201的模擬輸入端4接入信號(hào)處理電路中電位器RP101滑動(dòng)接點(diǎn)，N201的電源端3接入整流電源U401的正電源端+V2，級(jí)連端6與接地端13短接后接地，輸出端8、9、10分別接入電阻器R211、R221、R231的一端，R211、R221、R231的另一端分別接入光電耦合器BO211、BO221、BO231的負(fù)極輸入端，BO211、BO221、BO231的正板輸入端分別接入U(xiǎn)401的+V2；由光電耦合運(yùn)算放大器N211、N221、N231各自構(gòu)成的指令放大電路所用元器件及連接都相同，由N211組成的指令放大電路為基本指令放大單元電路，其電路連接為N211的高通輸入端1接入電位器RP211的滑動(dòng)接點(diǎn)，其低通端2與接地端3短接后經(jīng)電位器RP212接地，其輸出端4接負(fù)載電阻R213的一端，其電源端5接限流電阻R212的一端，RP211的一端接入BO211發(fā)射板，其另一端接地，R212、R213的另一端和BO211的集電極共接入U(xiǎn)401的+V2。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器。它由信號(hào)處理電路1、控制放大電路2、執(zhí)行電路3、電源電路4組成。其特征是:控制放大電路由電平指示器N201構(gòu)成的指令輸出電路和由光電耦合運(yùn)算放大器N211、N221、N231各自構(gòu)成的指令放大電路組成。本實(shí)用新型能按感性負(fù)荷合理調(diào)配電容補(bǔ)償量,能避免因輕負(fù)荷投切振蕩、等補(bǔ)償、過補(bǔ)償導(dǎo)致電容器和用電設(shè)備損壞等事故的發(fā)生,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J3/18GK2311880SQ9724474
公開日1999年3月24日 申請(qǐng)日期1997年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月5日
發(fā)明者王圣典 申請(qǐng)人:王圣典