電網節能自動控制器的製作方法
2023-06-19 22:34:56 1
專利名稱：電網節能自動控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬一種電網無功補償自動控制裝置。
電網額定容量S＝3UI，即額定相電壓與額定相電流之積，而用電設備對負載實際作功產生功率為P＝UIcosφ，此時需從電網吸收無功功率Q＝3UIsinφ，相當於電網中有Isinφ的電流並不做功，僅在電源與用電設備之間交換，而產生無功功率。因而增加了線路損耗，降低了電網容量和電壓，增加了生產成本，減少了企業的經濟效益。現在常採用用電設備並聯電力電容器，調整其容量，以提高電網的功率因數。目前已有的以微處理器為核心的控制裝置，如中國專利CN89201007無功補償自動控制器是將同相電壓U
與電流I
兩方波異或後得到φ
信號，用定時脈衝測量φ
的寬度得到功率因數角φ。其不足之處是易受電網頻率變化和電壓、電流幅值變化的幹擾，使功率因數檢測不夠精確，從而影響控制精度。而且輸出採用繼電器，由於是有觸點輸出，存在繼電器容易燒壞和觸點開閉時產生火花幹擾微機的缺點。
本實用新型的目的是要提供一種改進的無功補償自動控制裝置，它能更精確地檢測電網的電壓、電流和功率因數，並可以按設定的功率因數、無功功率二種控制方式中的一種來控制電容器的投切，更有效地防止無效投切和抑制投切振蕩。實現無觸點輸出，使裝置工作更為可靠。
本實用新型的目的是這樣實現的採用單片微處理機為核心的計算控制裝置，檢測電網功率因數和電壓、電流信號，控制投入電容器組數。本實用新型包括檢測電路3，計算控制裝置1，輸出電路2，數據顯示電路4。將BC相電壓Ubc和A相電流Ia經互感器採樣、放大、比較電路整形後，得到方波信號U
和I
，同時Ubc、Ia經放大、整流、濾波後，由A／D轉換器轉換成數字量輸入單片微機內CPU。CPU在一個工頻周期內，根據U
、I
的先後和處於邏輯高電平與低電平的時間，計算實際功率因數角φ的大小及正負。另由A／D轉換器的I、U數值，以無功功率為控制量時，根據設定的功率因數角φ′計算出電網需補償的無功功率Qc＝Px(Tgφ－Tgφ′)，並計算出應投入的電容器組數，按照順序投切(先投後切)、循環投切(先投先切)、編碼投切(按8421碼分配電容量，即後一組容量是前一組的二倍)三種投切方式中的一種，控制投入的電容器組數。CPU將控制信號送至數據鎖存器，並由雙向可控矽來驅動外部接觸器。如果以功率因數為控制量時，在投入電容前，先判斷系統是否處於投切振蕩狀態，如無投切振蕩狀態，則投入電容，同時記錄當前的功率因數、電壓、電流；如存在投切振蕩，則計算控制裝置閉鎖，直至功率因數、電壓、電流發生變化為止。
本實用新型電網節能控制器的存儲器中予先固化有本控制系統的程序，根據圖4所示的程序流程圖和不同晶片的要求，很容易寫出源程序。
以單片微機為核心的計算控制裝置1中的集成塊可有各種不同的型號，從而組成不同的結構形式。單片微機(IC1)可採用8031，鎖存器(IC3)可採用74LS373，程序存儲器(IC2)可採用EPROM2732，A／D轉換器(IC4)可採用ADC0809，解碼電路(IC7)可採用CD4001，並行接口(IC5)可採用8255。由上述型號集成塊組成的計算控制裝置1的結構是比較簡單的一種。並設有功率因數給定電位器W1，控制速度給定電位器W2。
計算控制裝置1中的自動故障復位電路(1－1)由多節RC積分延時多諧振蕩電路、三極體BG組成，接在單片微機(IC1)與並行接口電路8255(IC5)Pb口之間。當微機正常工作時，該電路獲得單片微機(IC1)定時發出的「正常」工作信號；異常時，定時信號消失，該電路起振，輸出啟動信號，迫使單片微機(IC1)的CPU重新啟動，恢復正常工作。
檢測放大電路可以有各種不同的結構，本實用新型的檢測放大電路3由電壓互感器TV，過零比較器(3－1)，整流二極體D1、D2，低通濾波器(3－2)，電壓比較器G1、G2，電流互感器TA(為5A－0.025A)，反相放大器(3－4)，線性整流器(3－3)，過壓給定電位器W3，欠流給定電位器W4及電阻R6、R7、R8組成。其電壓輸入端接電網BC相電壓互感器，電流輸入端接電網A相電流互感器，輸出端與計算控制裝置1相接。
輸出電路也可以有不同的結構。本實用新型輸出電路2由反向驅動門UL2003(IC8)，光電藕合器(TD)，雙向可控矽(SCR)及電阻R5、R10、R11組成，接在計算控制裝置1與交流接觸器KM之間。
本實用新型由於採用上述結構，可以更有效地減少由於電網頻率變化和電壓、電流幅值變化引起的檢測功率因數的誤差，防止各種幹擾，抑制振蕩，防止無效投切，獲得較好的補償效果。並可在受到強電和磁場幹擾微機陷於死循環時，能自動啟動，恢復正常工作，提高了可靠性，克服了有觸點輸出觸點易燒壞和產生幹擾的缺點。其線路簡單，成本低廉，安裝使用方便，適用範圍廣，對於工廠及電網負荷變化很大的港口均可使用。
附
圖1－－電網節能自動控制器結構圖圖中1－－計算控制裝置2－－輸出電路3－－檢測、放大電路4－－數碼顯示電路附圖2－－電網節能自動控制器計算控制電路電原理圖附圖3－－檢測、放大電路電原理圖附圖4－－程序流程圖本實用新型下面將結合實施例作進一步詳述電壓信號Ubc經檢測放大電路3中的電壓互感器TV變換後，經過過零比較器(3－1)，變成電壓方波U
，進入計算控制裝置1中接口電路8255(IC5)的Pc.2，經由總線DB進入單片微機(IC1)的PO口。電流信號Ia經檢測放大電路3中電流互感器TA變換後，經過反相放大器(3－4)放大，過零比較器(3－1)整形，變成電流方波I
，進入計算控制裝置1中接口電路8255(IC5)的Pc.3，經由總線DB進入單片微機(IC1)的PO口，由單片微機(IC1)通過查詢和計算，獲得當前電網功率因數。同時，電壓信號經二極體D1整流經過低通濾波器(3－2)變成精確的直流信號，其中一路進入電壓比較器G1，其輸出進入計算控制裝置1中接口電路(IC5)的Pc.1，另一路進入計算控制裝置1中A／D轉換器(IC4)的模擬通道IN5，經變換後二信號均由總線DB進入單片微機(IC1)的PO口，以判斷是否過壓及記錄當前電壓。電流信號變換後，經R8變成電壓信號經反相放大器(3－4)，低通濾波器(3－2)，進入計算控制裝置1中A／D轉換器(IC4)的模擬通道IN4，經變換後，變成數位訊號，經總線DB進入單片微機(IC1)的PO口，獲得當前電流信號。同時反相放大器(3－4)的輸出經低通濾波器(3－2)進入電壓比較器G2，其輸出進入計算控制裝置1中接口電路8255(IC5)的Pc.0，經總線DB進入單片微機(IC1)，判斷是否欠流。
調整精度信號由W1設定，經A／D轉換器(IC4)的模擬通道IN6變換，經總線DB進入單片微機(IC1)。控制速度信號由W2設定，經A／D轉換器(IC4)的模擬通道IN7變換，經總線DB進入單片微機(IC1)。單片微機(IC1)根據當前功率因數、電壓、電流及設置精度、控制速度等信號，在不產生無效投切的前提下決定是否投切電容，計算出投切容量，將控制信號經總線DB送至接口電路8255(IC5)的Pa口，經反向驅動門(IC8)驅動光電藕合器(TD)，控制雙向可控矽(SCR)的導通與關斷，以驅動外部接觸器。當前功率因數由單片微機(IC1)的P1口與接口電路8255(IC5)的Pb口送數碼顯示電路4顯示。
門電路(IC6)與三極體BG，電阻R1、R2、R3、R4，電容C2、C3、C4構成自動故障復位電路。其中門電路(IC6)與電阻、電容接成多節RC積分延時型多諧振蕩器，BG為放電三極體，構成電容C4的放電迴路。一旦單片微機(IC1)經接口電路8255(IC5)Pb口給出的定時信號消失，即自動起振使單片微機(IC1)復位。
權利要求1.一種電網節能控制裝置，具有單片微機(IC1)，鎖存器(IC3)，存儲器(IC2)，數模轉換器(IC4)，檢測電路3，輸出電路2，其特徵在於具有並行接口(IC5)；自動故障復位電路(1-1)；檢測電路3設置了低通濾波器(3-2)，電流互感器TA，反向放大器(3-4)，線性整流器(3-3)。
2.根據權利要求1所述的電網節能控制裝置，其特徵在於並行接口(IC5)為8255，電流互感器TA為5A－0.025A。
3.根據權利要求1或2所述的電網節能控制裝置，其特徵在於自動故障復位電路(1－1)由多節RC積分延時型多諧振蕩電路、三極體BG組成，接在單片微機(IC1)與並行接口電路8255(IC5)Pb口之間。
4.根據權利要求1或2所述的電網節能控制裝置，其特徵在於輸出電路2由反向驅動門UL2003(IC8)，光電藕合器(TD)，雙向可控矽(SCR)及電阻R5、R10、R11組成，接在計算控制裝置1與交流接觸器KM之間。
專利摘要本實用新型屬於一種電網無功補償自動控制裝置。它採用單片微機控制，其特徵是具有並行接口電路；自動故障復位電路；檢測電路設置了低能濾波器，電流互感器TA，反相放大器，線性整流器以及雙向可控矽輸出。可以更精確地檢測電網的電壓、電流和功率因數，按設定的功率因數、無功功率為控制量的控制方式來控制電容器的投切量，更有效地防止無效投切，抑制投切振蕩，並實現無觸點輸出。該控制器用於電網並聯電容器的自動控制。
文檔編號H02J3/18GK2088304SQ9022220
公開日1991年11月6日 申請日期1990年10月11日 優先權日1990年10月11日
發明者黎明森, 何志漁, 李劍, 李志宏, 朱曙 申請人:武漢水運工程學院