電機動態無功補償濾波裝置的製作方法

2023-06-12 21:20:56 3

專利名稱：電機動態無功補償濾波裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電器，特別是針對電機動態無功補償濾波的一種電機動態無功補 償濾波裝置。
背景技術：
隨著工業的發展和能源的緊缺，如何更有效的節能已經是目前各行業都在關注的 問題，有效合理的使用能源是促進企業發展，提高企業經濟增長質量，增加效益的有效途 徑。在工礦企業中，各種生產機械設備大多是由電機提供動力的，因此重視電機節電有重大 實際意義。油田、礦山、化工、建材、電梯等行業場合採用的電機在實際運行中經常處於輕 載、空載狀態，其功率因數普遍較低，這就增加了線損和電機本身損耗。在規定的用電範圍 內，凡負載的功率因數低於電網規定的功率因數時，用戶就必須進行無功補償，以提高負載 的功率因數，保證電網和負荷高效經濟運行。加入無功補償措施能帶來很多好處，如減少線路損失，提高供配電的負荷能力，降 低線路電壓的損失，改善用戶設備運行條件，減少用戶電費支出，提高企業的經濟效益。電機在運行中依靠磁場傳遞進行能量轉換而工作，屬感性負荷，工作過程會產 生的大量諧波電流對電網造成汙染，進一步增加損耗。長期以往不僅影響線路負載的壽命， 而且造成大量電能的無用耗費。按供電要求進行的補償大部分採用集中固定式補償，不能根據用電負荷的變化及 時的進行快速調整，由於電機通常處於線路的末端，導致線路上的電能損耗過大，補償效果 比較差。同時集中補償往往控制電路簡單，不能快速檢測分析線路諧波含量，沒有相應的諧 波處理措施，不僅不能有效的控制諧波含量，還有可能進一步造成諧波被放大，影響電機及 其他設備的安全使用及壽命。
發明內容針對上述情況，為克服現有技術缺陷，本實用新型之目的就是提供一種電機動態 無功補償濾波裝置，可有效解決通過微電腦邏輯程序控制技術控制大功率、高耐壓、無噪 音、長壽命新型電子智能控制器動態平滑切換電力補償電容器及濾波電抗器，達到抑制諧 波、補償無功的問題。本實用新型解決的技術方案是，採用微電腦(microcontroller，MCU)邏輯程序控 制技術，實時檢測補償對象的電壓和電流、諧波分量，經高速信號處理器採樣運算計算出各 種電能參數；採用大功率、高耐壓新型電子智能控制器為瞬間通斷的開關元件，根據當前電 機線路運行狀態動態平滑切換補償電容器與濾波電抗器，濾除電網中最大的諧波分量，提 高功率因數，從而達到抑制諧波，補償無功的目的，據此，本實用新型包括有殼體及裝在殼 體內的電子智能控制電路、電能信號處理電路，電子智能控制電路的三相A、B、C輸入端經 電源接觸器與電能信號處理電路並聯，電子智能控制電路的三相線路A、B、C輸入端經第一 電流互感器接第一電壓採集電路(器)、電能數字處理器及第二電流互感器，電能數字處理器接第一微處理器，第一微處理器經第二電壓採集電路接第二電流互感器，第二電流互感 器接第一濾波電抗器，第一濾波電抗器接第一高壓電子開關，第一高壓電子開關接第一電 力電容器組及第一微處理器；電能信號處理電路的三相線路A、B、C經第三電流互感器接電 子數字處理晶片，電子數字處理晶片經串聯的第一通訊接口、第二微處理器和隔離器接驅 動器，驅動器接第二濾波電抗器、第二高壓電子開關和電源接觸器。本實用新型電機無功補償裝置經過高速信號處理器採樣運算計算出各種電能參 數；採用大功率、高耐壓新型電子智能控制器為瞬間通斷的開關元件，根據當前電機線路 運行狀態動態平滑切換補償電容器與濾波電抗器，濾除電網中最大的諧波分量，提高功率 因數，與較傳統的單純依靠變頻控制或單純依靠有源電力濾波，諧波抑制、無功補償技術相 比，本裝置節能效率有明顯提高。

圖1為本實用新型的電子智能控制電路結構圖。圖2為本實用新型的無功補償控制、處理、保護、電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作詳細說明。由附圖1-2所示，本實用新型包括有殼體及裝在殼體內的電子智能控制電路、電 能信號處理電路，電子智能控制電路的三相A、B、C輸入端經電源接觸器13與電能信號處理 電路並聯，電子智能控制電路的三相線路A、B、C輸入端經第一電流互感器8 (第一電流互 感器由3個組成)接第一電壓採集電路(器)3、電能數字處理器2及第二電流互感器7 (第 二電流互感器由3個組成)，電能數字處理器2接第一微處理器1，第一微處理器1經第二電 壓採集電路(器)9接第二電流互感器7，第二電流互感器7接第一濾波電抗器6，第一濾波 電抗器6接第一高壓電子開關5，第一高壓電子開關5接第一電力電容器組4及第一微處理 器1 ；電能信號處理電路的三相線路A、B、C經第三電流互感器14 (第三電流互感器由3個 組成)接電子數字處理晶片23，電子數字處理晶片(ATT7022型)23經串聯的第一通訊接口 (MCU)18、第二微處理器24和隔離器21接驅動器29，驅動器29接第二濾波電抗器28、第二 高壓電子開關27和電源接觸器13。為了保證使用效果，所說的電子數字處理晶片(ATT7022型)23的1、2、3腳分別接 第三電流互感器14，4、5、6腳分別接電壓互感器15 (電壓互感器由3個組成)，7腳經時鐘 17接第二微處理器24的1腳；所說的第二微處理器24的2腳接濾波電流採集電路22的1腳，濾波電流採集電 路22的2、3、4腳接第四電流互感器16 (第四電流互感器由3個組成)；所說的第二濾波電抗器28的1、2、3腳分別接第四電流互感器16，4、5、6腳分別接 第二高壓電子開關27的1、2、3腳，第二高壓電子開關27的4、5、6腳分別接第二電力電容 器組26的1、2、3腳，第二高壓電子開關27上有開關電源多路輸出20 ；所說的第二微處理器24的3腳上有第二通訊接口(1 232)19，4腳接鍵盤25，5腳 接風扇11，6腳接溫度傳感器12，7腳接液晶顯示器10。由上述結構可以看出，本實用新型是電子三相輸入線路上A、B、C裝接有電流互感器a、b、c及電壓採集電路，當採集到的電流和電壓信號後通過電能數字處理晶片與微處理 器進行數據處理。在三相電路上另接有一套反饋採樣系統，它通過電流互感器U、V、W、濾波電抗器、 高壓電子開關、電力電容器組、電壓採集電路、連接在一起。當電流互感器U、V、w採集到三相主幹線電流，在通過電壓採集電路採集三相主幹 線電壓後通過微處理器進行信號處理、反饋，然後高壓電子開關通過微處理器檢測到的信 號後進行識別判斷，最終達到一種理想的線性濾波電路模式。在三相輸入迴路上並聯有源電力濾波數字處理控制電路。一方面通過電流互感 器，將檢測到的負載電流信號，經數據處理電路，輸入到電能處理晶片；一方面通過電壓採 樣電路實時檢測三相負載電壓，同時通過微處理器實時檢測線路的諧波份量。在電機動態無功補償的迴路上，連接有微處理器，微處理器通過電能數字處理系 統、濾波電壓電流採集電路、濾波電抗器採集到三相主幹線的電流、電壓、通過微處理器進 行分析處理。電能處理晶片通過接觸器驅動電路，指令電源接觸器、旁路接觸器和控制接觸器 接通或關斷、通過濾波電抗器和電力電容器將檢測到的電壓和電流信號進行運算，以調節 負載電網上的電壓，求得電壓的穩定與均衡，實現調壓節能。所述的ATT7022 (電能數字處理器)的輸入端和輸出端分別與電流互感器相應的 輸出端和輸入端連接。微處理器的另一輸入端與濾波電流採集電路相應的輸出端連接。微處理器的另一輸出端與RS232相應的輸入端連接。濾波電抗器的輸入端和輸出端分別與電流互感器相對應的輸出端和輸入端相連接。濾波電抗器的另一輸入端與驅動器相對應的輸出端相連接。濾波電壓電流採集電路的輸入端和輸出端與電流互感器相對應的輸出端和輸入 端連接。驅動器的另一輸出端與高壓電子開關相對應的輸入端連接。濾波電抗器的輸入端和輸出端與高壓電子開關相對應的輸出端和輸入端連接。本實用新型在電機動態無功補償電路的三相輸入迴路上，裝接有源電力濾波數字 處理控制電路；在電能處理晶片與電壓採集電路上通過MCU通訊接口電路進行數據交換。 在所述電子三相輸入線路A、B、C裝接有電流互感器a、b、c、及電壓採集電路，當採集到的 電流和電壓信號後通過電能數字處理晶片與微處理器進行數據處理。在以上所述的三相電 路上另接有一套反饋採樣系統，他通過電流互感器U、V、W、濾波電抗器、高壓電子開關、電 力電容器組、電壓採集電路、連接在一起。當電流互感器U、V、w採集到三相主幹線電流，在 通過電壓採集電路採集三相主幹線電壓後通過微處理器進行信號處理、反饋，然後高壓電 子開關通過微處理器檢測到的信號後進行識別判斷，最終達到一種理想的線性濾波電路模 式。微電腦處理器將採集到理想線性濾波電路模式的信號進行解析、定性，然後根據當前 電機線路運行狀態進行動態平滑切換電力電容器與濾波電抗器，濾除電網中最大的諧波分 量，提高功率因數，從而達到抑制諧波，補償無功的目的。本實用新型是專用於電機節能的系統裝置。在三相主幹線A、B、C為交流電的輸入端，U、V、W為節電輸出端。在三相輸入迴路上並聯有源電力濾波數字處理控制電路。一方 面通過電流互感器，將檢測到的負載電流信號，經數據處理電路，輸入到電能處理晶片；一 方面通過電壓採樣電路實時檢測三相負載電壓，同時通過微處理器實時檢測線路的諧波份量。由電能處理晶片將檢測到的電壓和電流信號進行運算，通過接觸器驅動電路，指 令電源接觸器、旁路接觸器和控制接觸器接通或關斷、通過濾波電抗器和電力電容器以調 節負載電網上的電壓，求得電壓的穩定與均衡，實現調壓節能；為了防止外界幹擾加裝了隔 離驅動電路、使接收到的信號更加穩定，微處理器將接收到的穩定信號經過來自電能數字 處理晶片運算得出的諧波補償電流信號進行分析處理，該信號經隔離驅動電路、驅動電路 放大後，得出補償電流，使濾波驅動及保護電路(IGBT模塊)工作，以控制主電路電流跟隨指 令電流的變化。補償電流與負載電流中要補償的諧波及無功電流大小相等、相位相反、相互 抵消，最終得到期望的電網電流，使電網電流成為與電壓同相位的正弦波，從而達到抑制諧 波，補償無功的目的。本實用新型的工作情況是，由於在電機動態無功補償的迴路上，連接有微處理器， 微處理器通過電能數字處理系統、濾波電壓電流採集電路、濾波電抗器採集到三相主幹線 的電流、電壓、通過微處理器進行分析處理，微處理器連接時鐘，時鐘的輸出端採集時鐘信 號，微處理器連接通訊接口的輸出端，通訊接口的輸入端連接電能數字處理器，電能數字處 理器連接電流互感器，當電流互感器採集到主幹線的電流後，經過電能數字處理器傳送到 通訊接口，然後經過通訊接口的輸出端傳送到微處理器進行處理，電能數字處理器連接電 壓採集模塊，把採集到的電壓傳送到電能處理模塊後通過通訊接口傳送到微處理器進行處 理，電流互感器連接濾波電抗器，把電流互感器採集到的電流信號，經過濾波電抗器進行濾 波，並把濾波後的信號傳送給高壓電子開關，高壓電子開關通過微處理器反饋到的信號進 行電力電容器的有效切換，濾波電抗器輸入端連接驅動器的輸出端，驅動器的輸出端連接 高壓電子開關的輸入端，驅動器的輸出端連接電源接觸器的輸入端，驅動器的輸入端連接 隔離器的輸出端，隔離器的輸入端連接微處理器的輸出端，在微處理器分別連接第二通訊 接口、鍵盤、風扇、溫度傳感器和LCD液晶顯示屏的連接情況下進行設備操作。電能信號處理電路可採用16位SPWM微處理晶片，其上的電流互感器和電壓採集 模塊分別給電能數字處理模塊提供當前線路電流電壓情況經微處理器進行處理。電流互感 器和電壓採集電路將採集到的信號進行分析處理，通過濾波電抗器和電力電容器組的連接 來改變微處理器發出的信號進行高壓電子開關的有效切換。總之，由上述情況表明，本實用新型具有濾除電網中最大的諧波分量，提高功率因 數，從而達到抑制諧波，補償無功之功效，性能穩定可靠，使用安全，壽命長，是電器領域上 的創新。
權利要求一種電機動態無功補償濾波裝置，包括有殼體及裝在殼體內的電子智能控制電路、電能信號處理電路，其特徵在於，電子智能控制電路的三相A、B、C輸入端經電源接觸器(13)與電能信號處理電路並聯，電子智能控制電路的三相線路A、B、C輸入端經第一電流互感器(8)接第一電壓採集電路(3)、電能數字處理器(2)及第二電流互感器(7)，電能數字處理器(2)接第一微處理器(1)，第一微處理器(1)經第二電壓採集電路(9)接第二電流互感器(7)，第二電流互感器(7)接第一濾波電抗器(6)，第一濾波電抗器(6)接第一高壓電子開關(5)，第一高壓電子開關(5)接第一電力電容器組(4)及第一微處理器(1)；電能信號處理電路的三相線路A、B、C經第三電流互感器(14)接電子數字處理晶片(23)，電子數字處理晶片(23)經串聯的第一通訊接口(18)、第二微處理器(24)和隔離器(21)接驅動器(29)，驅動器(29)接第二濾波電抗器(28)、第二高壓電子開關(27)和電源接觸器(13)。
2.根據權利要求1所述的電機動態無功補償濾波裝置，其特徵在於，所說的電子數字 處理晶片(23)的1、2、3腳分別接第三電流互感器(14)，4、5、6腳分別接電壓互感器(15)，7 腳經時鐘(17)接第二微處理器(24)的1腳。
3.根據權利要求1所述的電機動態無功補償濾波裝置，其特徵在於，所說的第二微處 理器(24)的2腳接濾波電流採集電路(22)的1腳，濾波電流採集電路(22)的2、3、4腳接 第四電流互感器(16)。
4.根據權利要求1所述的電機動態無功補償濾波裝置，其特徵在於，所說的第二濾波 電抗器(28)的1、2、3腳分別接第四電流互感器(16)，4、5、6腳分別接第二高壓電子開關 (27)的1、2、3腳，第二高壓電子開關(27)的4、5、6腳分別接第二電力電容器組(26)的1、 2、3腳，第二高壓電子開關(27)上有開關電源多路輸出(20)。
5.根據權利要求1所述的電機動態無功補償濾波裝置，其特徵在於，所說的第二微處 理器(24)的3腳上有第二通訊接口(19)，4腳接鍵盤(25)，5腳接風扇(11)，6腳接溫度傳 感器(12)，7腳接液晶顯示器(10)。
專利摘要本實用新型涉及電機動態無功補償濾波裝置，有效解決微電腦邏輯程序抑制諧波、補償無功的問題，電子智能控制電路的三相A、B、C輸入端經電源接觸器與電能信號處理電路並聯，輸入端經第一電流互感器接第一電壓採集電路、電能數字處理器及第二電流互感器，電能數字處理器接第一微處理器、第二電壓採集電路、第二電流互感器、第一濾波電抗器、第一高壓電子開關、第一電力電容器組、第一微處理器；電能信號處理電路的三相線路A、B、C經第三電流互感器接電子數字處理晶片、串聯的第一通訊接口、第二微處理器和隔離器接驅動器，驅動器接第二濾波電抗器、第二高壓電子開關和電源接觸器，本實用新型濾除電網中最大的諧波分量，提高功率因數，節能效率明顯。
文檔編號H02J3/18GK201726146SQ20102029940
公開日2011年1月26日 申請日期2010年8月20日 優先權日2010年8月20日
發明者孫皆寬, 馬富鵬, 馬愛剛 申請人:河南海泰科技有限公司