CN87214453U - 无功功率补偿自动控制仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种用于交流供电系统中的无功功率补偿自动控制仪器。仪器采用了新颖的检测电路，能快速地反映线路无功量的变化，既能反应无功量变化的方向，又能反应其变化的量值。当线路电流为非正弦时，仪器能准确地检测出无功量变化的程度；当线路电流不同或其波形有任何畸变时仪器始终具有较高的灵敏度同时也具有较高的可靠性。仪器的检测电路在不经调正的情况下即能可靠的工作。

Description

本实用新型是一种用于交流供电系统中的无功功率补偿自动控制仪器。为了提高交流供电系统的功率因数，节约电能，需要检测线路无功量的变化自动地投切电容器进行补偿。目前普遍使用的无功功率补偿自动控制仪器，其检测回路使用公知的相敏检测电路检测无功功率的变化，线路的电流信号靠一个串联在电流互感器二次侧的取样电阻取出后藕合到一个相敏放大晶体管的基极进行相敏放大。这样的检测电路由于取样电阻上提供的信号幅值不能很大，经藕合与放大后造成了较大的失真。另外电路的信号输出回路牵涉到两个电容器缓慢地放电，其输出信号反映了一段时间功率因数的平均值，使检测信号对无功量变化反应的时间有一段延迟，反应速度慢。仪器只能检测无功量变化的方向，而不能定量地检测无功量变化的大小。当线路电流不同时，检测电路的灵敏度有较大的差异；当线路电流为非正弦时，检测后输出的信号误差较大。在其根据检测的信号控制投切电容器时，造成所谓的投切振荡现象。其它高精度的检测电路由于线路复杂，对使用的环境要求苛刻使其普遍应用受到了限制。

实用新型的目的是克服公知装置的缺点，获得一种新式的无功功率补偿自动控制仪器，由于仪器采用了新颖的检测电路，使其能快速地反应线路无功量的变化，既能反应无功量变化的方向，又能反应其变化的量值。当线路电流为非正弦时，仪器能准确地检测出无功量变化的程度；当线路电流不同或其波形有任何畸变时，仪器始终具有较高的灵敏度同时也具有较高的可靠性。仪器的检测电路在不经调整的情况下即能可靠地工作。用仪器检测后发出的控制信号控制投切电容器或其它补偿设备时可消除投切振荡现象。

现参照图1、图2，对本实用新型加以详细阐述。在图2中，其检测电路是由两个基极相连接的电流取样晶体管将与线路电流成比例的电流半波由两个晶体管开关控制，分别向两个相同容量的电容器充电，两个电容器上充电电压的差值作为无功量检测信号。两个基极相连接的电流取样晶体管的基极电流的流向总是从一个管子的基极流出，再流到另一个管子的基极，两者中的任一个可以是单只晶体管，也可以是多级复合管。两个晶体管开关（图2中的T₅、T₆）的状态始终相反，一个导通，另一个就截止，且其状态总是在线路电压为正的和负的最大值时刻发生转换。两个相同容量的电容器，总是在其充电电流半波结束后检测两者电压的差值，同时或之后，在进行下次充电之前将所贮存的电荷泄放掉。

无功功率补偿自动控制仪器应用的一个例子示于图1，其中F为三相供电电源，D为感性用电负荷，方框图1为无功量检测电路，方框图2为信号处理电路及仪器的稳压电源，方框图3为投切控制电路。在本例中控制的对象为接触器的开关接点接通和断开多路电容器的补偿装置，其负荷视为三相对称负荷。其中方框图3中的电路为通常使用的电路，方框图1中的电路原理示于图2。由图2可见；电流取样是由两个基极相连接的晶体管T₁、T₂来完成的，在电流信号的正半周，T₁管的发射极向基极提供一个较小的基极电流，而电流互感器二次侧电流的大部分是从T₁管发射极流入，又从集电极流出。T₁管的基极电流经T₂管的基射结和电阻R₂流到电流互感器二次侧的另一端。这样T₂管的集电极在其所接的电源电压作用下就流过一个与线路电流成比例的电流，这个电流在两个开关管T₅、T₆的控制下，分别向两个相同容量的电容器C₁、C₂充电。充电电流与线路电流的比例取决于电流互感器变比和T₁、T₂管的放大倍数。在电流互感器变化一定的情况下，T₁管的放大倍数越大，其充电电流就越小，T₂管的放大倍数越小，这个充电电流也就越小。实际使用时，为获得C₁、C₂充电电流的期望值，可适当选择T₁、T₂管的放大倍数，并可用多级复合管代替T₁、T₂中的任一个。T₅、T₆管受一个与线路电压同频率的方波电压U_k的控制，此方波电压可通过对线路电压适当处理而得到。如本例中被检测的电流信号取自三相电源的C相，这样被检测的线路电流是C相的相电流，而被检测的线路电压就是C相的相电压。（当负荷视为三相对称负荷时，可将其中一相的无功量变化做为负荷无功量变化的依据）由于三相电源中任意两相间的线电压与其余一相的相电压相位差为π／2弧度，据此，将A相和B相间的线电压经变压器降压和隔离，在变压器的二次侧得到两个互为反相的正弦波电压，再由通常使用的削波电路将这两个互为反相的正弦波电压削波和放大处理后变成两个互为反相的方波电压，做为检测电路的控制电压U_k，分别接到检测电路中的T₅、T₆管的基极。这两个方波电压在其为高电平和低电平时能使所连接的晶体管T₅、T₆截止和导通，这两个方波电压总是在线路电压（即C相的相电压）为正的和负的最大值时刻发生跳变，这就使T₅、T₆管中的一个导通而另一个截止，每管导通的时间为交流电的半个周期，且两管的状态总是在线路电压为正的和负的最大值时刻进行转换。这样使得一个与线路电流成比例的半波电流以线路电压最大值时刻为分界线，分别向电容器C₁、C₂充电，如在这时刻之前T₅导通，先对C₁充电，则在这时刻之后T₆导通并对C₂充电，在电流正半波结束时，充电完毕。图2中标有“＋”号和“－”号的接线端接有一个向电容器C₁、C₂充电的独立稳压电源。在电流负半波开始的时刻，由T₃、T₄产生的方波宽脉冲加到T₇、T₈的基极，使其导通，已经充电结束的电容器C₁、C₂经变压器B的原边线圈放电，其放电电流在变压器铁心中产生互为相反的磁通，这样变压器付边的输出信号就反映了两个电容器上电压的差值，而这个差值恰恰反应了线路无功量变化的情况。例如线路电流为感性时，电流滞后电压一个一定的相角，电容C₁、C₂经电流正半波充电后C₂上的电压大于C₁上的电压，在线路电流负半波开始的时刻，T₇、T₈导通，电容C₁、C₂开始放电，其电压经比较后从变压器付边的T、Q端输出。这个电压信号的大小反映了线路电流无功量的大小，其极性反映了线路电流无功量的性质。当线路电流与电压同相位时，电容C₁、C₂上的充电电压相等，变压器付边无信号输出。在电流负半周时间内，电容器的放电网络保证电容器C₁、C₂放电结束。

Claims (1)

1、一种由无功量检测电路，信号处理电路和稳压电源以及控制电路组成的无功功率补偿自动控制仪器，其检测电路中的晶体管T₁的发射极和集电极经限流电阻R₁与电流互感器二次侧相串联，T₁管的基极和T₂管的基极相连，T₂管的集电极接到一个独立稳压电源的正极，发射极接地；这个独立稳压电源的负极由两个二极管分别和电容器C₁、C₂相连，再经T₅、T₆接地，构成向两个电容器C₁、C₂充电的回路，晶体管T₅、T₆的基极接有控制电压U_K，控制其导通和截止，将一个与线路电流成比例的电流半波信号在T₅、T₆控制下向C₁、C₂充电；电容器C₁经过并连在T₅管集电极和发射极间的二极管和开关管T₇以及变压器B的一次线圈构成放电回路；电容器C₂经过并联在T₆管集电极和发射极间的二极管和开关管T₈以及变压器B的一次线圈构成放电回路；在T₁截止期间，即电流信号的负半周期间，T₃导通，T₄截止，T₇、T₈导通，电容器C₁、C₂经变压器B的一次线圈放电；变压器B二次侧感应的信号电压通过降压电阻由T、Q端输出到信号处理电路，W₃、W₄用以改变这个信号的幅值；T、Q端的信号一个示出容性无功量的大小，另一个示出感性无功量的大小，控制电压U_K和电流互感器二次侧线圈接线的极性决定了T、Q端所示负荷无功量的性质；T、Q端的信号输出到信号处理电路经适当处理后，再由控制电路根据T、Q端信号的变化去控制无功功率补偿装置；其中电容器C₁、C₂上并联有W₁、K₁和W₂、K₂，用于泄放C₁和C₂上的电荷，改变无功量的偏移；本实用新型的特征在于其检测电路由两个基极相连接的电流取样晶体管T₁、T₂，将与线路电流成比例的电流半波在两个晶体管开关T₅、T₆控制下，分别向两个相同容量的电容器C₁、C₂充电，两个电容器上充电电压的差值做为无功量检测信号。