專利名稱：無功功率動態(tài)自動補(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功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制器，具體地說，是針對無 功功率大小不斷變化，變化速度很快的領(lǐng)域所采用的動態(tài)自動補(bǔ)償控制器。
背景技術(shù)：
任何輸配電設(shè)備和用電裝置都不可能是純阻性負(fù)載，因此它們必然要占用 一定的無功功率。由于電網(wǎng)負(fù)載絕大多數(shù)呈感性，因而采用并聯(lián)電容器組，通 過對并聯(lián)電容器組的投切控制來進(jìn)行無功補(bǔ)償是一種簡單易于實(shí)施的措施并 已得到廣泛應(yīng)用。
隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以單片機(jī)為核心控制的，能夠根據(jù)負(fù)載的變化自 動做出投切動作，通過接觸器投入或者切除電容器組，使所補(bǔ)償電網(wǎng)功率因數(shù) 保持在一個(gè)較高水平的無功功率自動補(bǔ)償控制器。
然而，在類似于軋鋼等無功功率動態(tài)變化的工業(yè)場所，由于無功功率的大 小不但隨時(shí)間在不斷變化，而且變化的速度很快，傳統(tǒng)的無功功率自動補(bǔ)償控 制器由于響應(yīng)時(shí)間慢，就顯得無能為力。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，提供一種無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制 器，能適用于無功功率的大小不但隨時(shí)間在不斷變化，而且變化的速度很快的 場合。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下-
一種無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制器，包括電流互感器；輸出三抽頭式的 電源變壓器；信號檢測電路，分別與所述電流互感器、電源變壓器相連；功率 因數(shù)檢測電路，分別與所述電流互感器、電源變壓器相連；單片機(jī)，分別接收 來自信號檢測電路和功率因數(shù)檢測電路的數(shù)據(jù);鍵盤電路，與所述單片機(jī)相連; 顯示電路，與所述單片機(jī)采用串行傳送方式相連；以及輸出電路，接收來自單
片機(jī)的控制信號。
采用上述新型無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制器，通過采用高速單片機(jī)進(jìn)行數(shù) 據(jù)處理，能夠?qū)ψ兓芸斓呢?fù)載無功功率做出快速響應(yīng)，并通過新型輸出電路 輸出直流電平控制電容動作，具有響應(yīng)時(shí)間快，電路簡單、成本低廉、使用方 便、多功能綜合控制的特點(diǎn)，并且時(shí)間響應(yīng)范圍寬，可涵蓋負(fù)載無功變化較慢 的無功補(bǔ)償使用場所。
所述功率因數(shù)檢測電路接收來自電源變壓器的第一相和第二相信號以及
來自電流互感器的第三相信號。上述采用自動鑒相技術(shù)，對12種任意三相平 衡接線(兩相電壓取樣， 一相電流取樣)的方式都能作出自動判斷，方便了本 無功補(bǔ)償器的安裝使用。
單片機(jī)具有一復(fù)位端，該復(fù)位端接有復(fù)位按鍵，同時(shí)通過上拉電阻連接單 片機(jī)的工作電源。當(dāng)單片機(jī)上電時(shí)，電源電壓上升過程中會產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信 號，輸入到單片機(jī)復(fù)位端，使單片機(jī)復(fù)位；當(dāng)需要人工復(fù)位時(shí)，按下復(fù)位按 鈕，向復(fù)位端輸入一電平脈沖，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)人工復(fù)位。
所述電源變壓器輸出中的一路分別連接所述信號檢測電路和功率因數(shù)檢 測電路。
所述電源變壓器輸出中的另 一路連接所述輸出電路。 所述鍵盤電路中設(shè)有按鍵，該按鍵通過電阻分壓后連接單片機(jī)。 所述單片機(jī)輸出的控制信號經(jīng)過光耦連接三極管，向輸出電路送出+12V
直流電平控制信號。這種輸出方式改變了傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償器通過控制電磁繼電 器輸出、外接交流接觸器進(jìn)行投切的方式，可以克服原有方式投切時(shí)涌流大、 電壓沖擊大、反電動勢高、壽命短等缺點(diǎn)，具有響應(yīng)時(shí)間快，滿足快速動態(tài)補(bǔ) 償要求的特點(diǎn)。
所述顯示電路設(shè)有四個(gè)數(shù)碼管，分別為一個(gè)代碼顯示數(shù)碼管和三個(gè)數(shù)據(jù)顯 示數(shù)碼管。由于顯示方式采用菜單式，簡潔直觀，可顯示功率因數(shù)和無功電 流。對電網(wǎng)的過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、過電壓、欠電壓、欠電流情況，都能自動顯 示并做出相應(yīng)的處理。


圖1是本實(shí)用新型的無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制器的結(jié)構(gòu)框圖2是本實(shí)用新型的補(bǔ)償控制器基本電路圖3是本實(shí)用新型的補(bǔ)償控制器的顯示電路的電路圖4是本實(shí)用新型的補(bǔ)償控制器的輸出電路的電路圖。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)圖1至圖4，給出本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述， 使能更好地理解本實(shí)用新型的功能、特點(diǎn)。
圖1是本實(shí)用新型的無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制器的結(jié)構(gòu)框圖。如圖所 示，本實(shí)用新型的無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制器，包括電源變壓器、電流互感 器、信號檢測電路、功率因數(shù)檢測電路、鍵盤電路、單片機(jī)、顯示電路和輸出 電路。信號檢測電路分別與所述電流互感器、電源變壓器相連。功率因數(shù)檢測 電路分別與所述電流互感器、電源變壓器相連。單片機(jī)型號為PIC16F74，分 別接收來自信號檢測電路和功率因數(shù)檢測電路的數(shù)據(jù)。單片機(jī)該單片機(jī)在保證 其工作穩(wěn)定性的同時(shí)，單步處理時(shí)間要求不大于lus，通過單片機(jī)內(nèi)部程序 處理對外部負(fù)載變化響應(yīng)的時(shí)間小于40ms，以適用于類似于軋鋼等無功功率 動態(tài)變化的工業(yè)場所，并用戶可以通過按鍵設(shè)置響應(yīng)時(shí)間最長可達(dá)到10s，以 涵蓋負(fù)載無功變化較慢的無功補(bǔ)償使用場所。鍵盤電路與所述單片機(jī)相連。顯 示電路與所述單片機(jī)采用串行傳送方式相連。輸出電路接收來自單片機(jī)的控制 信號。
下面根據(jù)圖2和圖3，分別詳細(xì)說明各組成部分的電路。參見圖2，電源 變壓器T1為輸出三抽頭式，電壓信號經(jīng)過變壓器后分為三路， 一路經(jīng)過整流 橋Dll、電容C20、 C21和集成穩(wěn)壓器J6的處理后并通過J6的61腳提供+5V 工作電源； 一路經(jīng)過整流橋D12、電容C22、 C23電路變化后連接輸出電路端 口V，提供輸出電源+ 12V;另一路經(jīng)過電路變化后分別提供電壓幅值信號和 相位信號。
電流互感器T2取樣該相的電流的幅值信號和相位信號，分別送信號檢測 電路和功率因數(shù)檢測電路處理。
信號檢測電路結(jié)構(gòu)參見圖2，電源變壓器輸出的一組信號經(jīng)過二極管D14、 D15、 D13,電阻R19、 R20，電容C3、 C2、 C4、 C24、 C25，從端口KK6輸 入集成運(yùn)算發(fā)大器U3完成整流、濾波、放大后通過變阻器Wl與電阻R3送
至單片機(jī)3腳，即可完成電壓信號幅值的采樣，并可通過調(diào)節(jié)電位器W1來改 變該輸入信號的大小，以利于調(diào)節(jié)校正點(diǎn)；電流互感器T2輸出的信號通過電 容C12，電阻R15、 R24、 R27、 R28、 RIO、 Rll、 R13、 R14、 R2、 R8,集成 運(yùn)算發(fā)大器U3完成整流、濾波、放大后通過電阻R4送至單片機(jī)2腳，即可 完成對電流信號幅值的采樣。其中的電阻R15通過端口KK7連接電阻R10。 通過單片機(jī)對信號檢測電路提供的數(shù)據(jù)的處理，可計(jì)算出電網(wǎng)的電壓值， 電流值，并可對過電壓、欠電壓、欠電流的情況作出相應(yīng)的處理并通過顯示電 路顯示。
功率因數(shù)檢測電路結(jié)構(gòu)參見圖2，電源變壓器Tl輸出的一組信號經(jīng)過電 阻R21， 二極管D7、 D8、 D9、 D10處理后送至集成運(yùn)算發(fā)大器U4的43腳， 并經(jīng)過運(yùn)算放大其處理后通過U4的41腳接上拉電阻Rl后送至單片機(jī)Ul的 40腳，完成功率因數(shù)的電壓相位采樣；電流互感器T2輸出的信號通過電容 C12， 二極管D9、 DIO，電阻R22、 R23的處理后送至集成運(yùn)算發(fā)大器U4的 45腳，并經(jīng)過運(yùn)算放大其處理后通過U4的47腳送至單片機(jī)U1的39腳，完 成功率因數(shù)的電流相位采樣。
通過單片機(jī)對功率因數(shù)檢測電路提供的數(shù)據(jù)的處理，可計(jì)算出電網(wǎng)的功率 因數(shù)值和無功電流值，并可對過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償?shù)那闆r作出響應(yīng)的處理并通過顯 示電路顯示。
鍵盤電路的結(jié)構(gòu)也參見圖2，三個(gè)按鍵Sl、 S2、 S3通過電阻R5、 R6、 R7分壓后連接單片機(jī)4腳，用戶可以同操作這些按鈕進(jìn)行人機(jī)對話。其中， 按鍵S1用于選擇操作項(xiàng)目，按鍵S2、 S3用于增加或者減小某操作項(xiàng)目數(shù)據(jù)。 按鍵S4接上拉電阻R9后接電阻R12，再接U1單片機(jī)l腳構(gòu)成復(fù)位電路，可 以支持單片機(jī)上電復(fù)位、看門狗(WDT)溢出復(fù)位、人工復(fù)位。
參見圖3，顯示電路，串行輸出數(shù)據(jù)信號通過單片機(jī)22腳接至移位寄存 器U5的51腳，然后通過移位寄存器U5的52腳接至后一位移位寄存器U6， 以此類推，接移位寄存器U7、 U8。串行輸出脈沖信號通過單片機(jī)21腳共接 至移位寄存器U5的53腳、移位寄存器U6的63腳、移位寄存器U7的73腳、 移位寄存器U8的83腳。移位寄存器U5、 U6、 U7、 U8分別與數(shù)碼管DS1 、 DS2、 DS3、 DS4的相應(yīng)管腿連接，并且數(shù)碼管DS1、 DS2、 DS3、 DS4的Y5 腳共接一起后接一上拉電阻R15作為數(shù)碼管工作電源，改變了傳統(tǒng)電路中每
個(gè)數(shù)碼管管腿皆需要接上拉電阻的做法，簡化了電路。當(dāng)有數(shù)據(jù)輸出顯示時(shí)，
單片機(jī)22腳通過所接電路完成串行數(shù)據(jù)信號的輸送、顯示，單片機(jī)21腳通過
所接電路完成串行脈沖信號的提供，共同完成顯示輸出。
圖4中的輸出電路具體結(jié)構(gòu)說明如下。單片機(jī)33腳、34腳、35腳、36 腳、37腳、38腳、15腳、16腳、17腳、18腳、23腳、24腳分別通過排電阻 J2，接指示燈LOl、 U)2、 L03、 U)4、 U)5、 L06、 U)7、 L08、 L09、 LIO、 Lll、 L12，然后光電耦合放大電路TT1-TT12。以光電耦合放大電路TT12為例，單 片機(jī)輸出腳24發(fā)出低電平時(shí)，+5V電源經(jīng)過電阻R16分壓與單片機(jī)腳24之 間存在電勢差，從而導(dǎo)通光耦N12并點(diǎn)亮指示燈L12 (表示投入該回路)，光 耦N12導(dǎo)通后其輸出信號經(jīng)過電阻R17、 R18、 R24、 R25、三極管Q12放大， 最后通過電阻R26輸出+ 12V電平，完成一次投入輸出；反之，當(dāng)單片機(jī)輸 出腳24發(fā)出高電平時(shí)，電阻R16與單片機(jī)腳24之間不存在電勢差，指示燈 L12熄滅(表示切除該回路)光耦N12不導(dǎo)通，其后的連接放大電路輸出OV 電平，完成一次切除輸出。
前面提供了對較佳實(shí)施例的描述，以使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員可使用或 利用本實(shí)用新型。對該較佳實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型 原理的基礎(chǔ)上，可以作出各種修改或者變換。即凡是依據(jù)本實(shí)用新型申請的權(quán) 利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本實(shí)用新型專利 的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制器，其特征在于，包括電流互感器；輸出三抽頭式的電源變壓器；信號檢測電路，分別與所述電流互感器、電源變壓器相連；功率因數(shù)檢測電路，分別與所述電流互感器、電源變壓器相連；單片機(jī)，分別接收來自信號檢測電路和功率因數(shù)檢測電路的數(shù)據(jù)；鍵盤電路，與所述單片機(jī)相連；顯示電路，與所述單片機(jī)采用串行傳送方式相連；以及輸出電路，接收來自單片機(jī)的控制信號。
2、 如權(quán)利要求l所述的無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制器，其特征在于，所 述功率因數(shù)檢測電路接收來自電源變壓器的第一相和第二相信號以及來自電 流互感器的第三相信號。
3、 如權(quán)利要求2所述的無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制器，其特征在于，單 片機(jī)具有一復(fù)位端，該復(fù)位端接有復(fù)位按鍵，同時(shí)通過上拉電阻連接單片機(jī)的 工作電源。
4、 如權(quán)利要求3所述的無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制器，其特征在于，所述電源變壓器輸出中的一路分別連接所述信號檢測電路和功率因數(shù)檢測電路。
5、 如權(quán)利要求4所述的無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制器，其特征在于，所述電源變壓器輸出中的另 一路連接所述輸出電路。
6、 如權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制 器，其特征在于，所述鍵盤電路中設(shè)有按鍵，該按鍵通過電阻分壓后連接單片 機(jī)。
7、 如權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制 器，其特征在于，所述單片機(jī)輸出的控制信號經(jīng)過光耦連接三極管，向輸出電 路送出+12V直流電平控制信號。
8、 如權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制 器，其特征在于，所述顯示電路設(shè)有四個(gè)數(shù)碼管，分別為一個(gè)代碼顯示數(shù)碼管 和三個(gè)數(shù)據(jù)顯示數(shù)碼管。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無功功率動態(tài)自動補(bǔ)償控制器，包括電流互感器；輸出三抽頭式的電源變壓器；信號檢測電路，分別與所述電流互感器、電源變壓器相連；功率因數(shù)檢測電路，分別與所述電流互感器、電源變壓器相連；單片機(jī)，分別接收來自信號檢測電路和功率因數(shù)檢測電路的數(shù)據(jù)；鍵盤電路，與所述單片機(jī)相連；顯示電路，與所述單片機(jī)采用串行傳送方式相連；以及輸出電路，接收來自單片機(jī)的控制信號。通過采用高速單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)ψ兓芸斓呢?fù)載無功功率做出快速響應(yīng)，并通過新型輸出電路輸出直流電平控制電容動作，具有響應(yīng)時(shí)間快，電路簡單、成本低廉、使用方便、多功能綜合控制的特點(diǎn)，并且時(shí)間響應(yīng)范圍寬。
文檔編號H02J3/18GK201000584SQ200620047518
公開日2008年1月2日 申請日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者干華雷, 黃萬隆 申請人:德力西集團(tuán)儀器儀表有限公司