一種新的功率因數補償實驗儀的製作方法
2024-02-11 04:53:15
專利名稱：一種新的功率因數補償實驗儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及高校電工實驗中，對電路功率因數進行補償的實驗儀器。
背景技術：
當前，高校在功率因數補償實驗時，用三支帶有鎮流器的白光燈並聯後作為感性負載，電路中電壓表與電流表的顯示值可以計算出電路的總功率，從有功功率表測量出負載的有功功率，兩者相除得出功率因數；同時，與日光燈負載並聯的是幾隻電容器，各通過撥動開關可接入或切出電路進行功率因數補償。
從前實驗時採用紙介電容，由於其損耗較大，電量釋放時間較長，雖然功率因數只能補償到0.9左右，但5A撥動開關切換時不會因電弧及湧流咬住開關。
現在紙介電容基本已淘汰，沒有廠家生產，新增實驗儀器所需電容器只能採用薄膜電容，聚丙烯薄膜電容器損耗小、價格低，採購方便，但聚丙烯薄膜電容器的電量釋放很快，撥動開關在切換時，會產生電弧及湧流，尤其是容量大的電容器，15A撥動開關打幾下後就粘住了，如採用閘刀，因裸露不夠安全，且體積太大，儀器也放置不下。
為了解決該問題，專利號ZL200520013666.7通過對聚丙烯薄膜電容器一端的導線上，穿過一批鐵氧體磁珠，由於鐵氧體磁珠對50HZ這樣的低頻電流幾乎沒有什麼阻抗，當補償電容在切出或接入電路瞬間，鐵氧體磁珠產生很高的阻抗，延長聚丙烯薄膜電容器放電時間，使撥動開關不會粘住。
由於鐵氧體磁珠不好固定，運輸過程中會出因鐵氧體磁珠自重過大，把穿有磁珠的引線從焊點中拉脫的問題；同樣長的導線電感值也不夠大，手工操作效率低。
發明內容
本發明的目的是設計一種新的功率因數補償實驗儀，在薄膜電容器切出或接入電路時，使開關不產生電弧或瞬間湧流的電感生產容易、電感值大、固定方便。
本發明採取的技術方案是這樣的市電由自耦調壓器接入電路後，通過交流電壓表顯示調節到所需的實驗電壓，交流電流表串聯在儀器電路裡，電路中有三支帶鎮流器的日光燈負載並聯在輸入端，並有功有功率表接入電路中檢測日光燈負載消耗的有功功率，與日光燈負載並聯的是10×0.1μF及10×1μF兩隻步進盤的電容器，另有11μF的一隻電容器；兩隻步進盤0～10十個步進值所用電容器都採取1，2，3，3，7組合雙刀十一擲開關上下兩層的兩個常閉觸點用導線連接，兩層的「0」觸點無連接，1個單位值的電容器一端焊接雙刀十一擲開關的「1」觸點後又連接雙刀十一擲開關下層的「4」觸點及下層的「8」觸點，2個單位值的電容器一端焊接雙刀十一擲開關的「2」觸點後又連接雙刀十一擲開關下層的「5」觸點及下層的「9」觸點，第一隻3個單位值的電容器一端焊接雙刀十一擲開關的「3」觸點後又連接雙刀十一擲開關下層的「6」觸點，第二隻3個單位值的電容器一端焊接雙刀十一擲開關上層的「4」、「5」、「6」觸點後又連接雙刀十一擲開關下層的「10」觸點，7個單位值的電容器一端焊接雙刀十一擲開關上層的「7」、「8」、「9」、「10」觸點，兩隻步進盤上雙刀十一擲開關的常閉觸點及11μF電容器的一端與日光燈負載的一端連接，其特徵在於10×1μF步進盤上五隻電容器的另一端經過繞在鐵氧體E型骨架上的線圈後，與五刀雙擲開關K1的五個常閉觸點分別連接，即每隻電容器單獨連接一個常閉觸點，五刀雙擲開關K1的上層觸點連接日光燈負載的另一端，下層觸點經過10KΩ電阻後與雙刀十一擲開關K3對應的觸點連接；11μF電容器的另一端經過繞在鐵氧體E型骨架上的線圈後，與單刀雙擲開關K2的常閉觸點連接，單刀雙擲開關K2的上層觸點與五刀雙擲開關K1的上層觸點連接，單刀雙擲開關K2的下層觸點經過10KΩ電阻後與雙刀十一擲開關的常閉觸點連接。
繞在鐵氧體E型骨架上的線圈對50HZ低頻電流幾乎沒有什麼阻抗，所以功率因數補償實驗中，對各種實驗數據的不起作用，當電容在切出或接入電路瞬間，瞬間電流變化非常快，鐵氧體上的電感線圈會產生很高的感抗，因此可避免電弧的產生及抑制了湧流的衝擊，使開關長期使用不會觸點咬合。線圈上的導線可用繞線機繞，固定E型鐵氧體磁芯的支架，生產E型鐵氧體磁芯的廠家直接有售，把E型鐵氧體磁芯及線圈固定在儀器上很方便，而且繞在E型鐵氧體磁芯上同樣長導線的電感遠比穿鐵氧體磁珠來得大。
附圖是功率因數補償儀電路圖附圖中1、自耦調壓器2、交流電壓表3、交流電流表4、有功功率表 5、三支帶鎮流器的日光燈並聯成的感性負載K1-1、K1-2、K1-3、K1-4、K1-5是1μF步進盤上補償電容接入切出用五刀雙擲開關K1的五層K2是11μF補償電容器接入切出用單刀雙擲開關K3是1μF步進盤上的雙刀十一擲開關K4是0.1μF步進盤上的雙刀十一擲開關具體實施方式
在附圖中，接入220V市電的自耦調壓器1，根據實驗需要調節到要求的實驗電壓，並通過交流電壓表2顯示，當補償電容全部從電路中切出時，從接在電路中有功功率表4上讀取的功率數除以串聯在電路上交流電流表3的電流安培數與電壓表讀數積所得的商即功率因數。1μF步進盤上的示值增大時，電壓表2與功率表4指針不動，但交流電流表3隨電容增加電流減小，1μF步進盤上的示值置「10」後，換11μF電容器切入，1μF步進盤上的示值置「0」，再增大1μF步進盤上的示值，到並聯電容為12μF～13μF時電流最小，這個區間用0.1μF步進盤上的雙刀十一擲開關K4來分別大小，當功率因數接近1後，再增加並聯電容時，電流隨電容增加而增大，這時整個電路呈容性負載。
兩隻步進盤都是通過雙刀十一擲開關對電容器進行1、2、3、3、7組合，如雙刀十一擲開關K3開關擲「1」、「2」、「3」、「7」時由單個電容器本身值決定，擲「4」時3μF電容器與1μF電容器並聯，擲「5」時3μF與2μF並聯，擲「6」時二隻3μF關聯，擲「8」時7μF與1μF並聯……直至10μF。
兩隻步進盤上的電容器並聯最大值為11μF，加11μF電容器共22μF。
圖中，電感L1、L2、L3、L4、L5是1μF步進盤雙刀十一擲開關K3上的電感線圈，7μF電容器放電時避免電弧需在鐵氧體E20型骨架的線圈上繞10圈，因此，電感L1、L2、L3、L4、L5是在同一鐵氧體E20型骨架上繞的五組線圈，為避免搞錯，都用φ0.4線徑繞10圈。電阻R1、R2、R3、R4、R5是1μF步進的雙刀十一擲開關K1上的電阻，當開關K1置下層觸點時，各個電容器通過電阻放電，電阻R1、R2、R3、R4、R5都採用10KΩ2W電阻。電感L6、是11μF電容器上的電感線圈，11μF電容器放電時避免電弧需在鐵氧體E20型骨架的線圈上繞14圈，電感L6用φ0.68線徑繞14圈，電阻R6開關K2上的電阻，當開關K2置下層觸點時，11μF電容器通過電阻放電，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6採用10KΩ2W電阻。由於實驗時間不會超過2小時，線圈上導線的線徑不必留多少餘量。
由於CBB60金屬化聚丙烯薄膜電容器損耗小，有自愈特性，有用於固定的孔，價廉且易於採購，所以本實驗儀採用該種電容器。
權利要求
一種新的功率因數補償實驗儀，市電由自耦調壓器(1)接入電路後，調節到所需的實驗電壓，通過交流電壓表(2)檢測，交流電流表(3)串聯在電路裡，並有功有功率表(4)接入電路中，電路中有三支帶鎮流器的日光燈負載(5)，與日光燈負載並聯的是10×0.1μF及10×1μF兩隻步進盤的電容器，另有11μF的一隻電容器；兩隻步進盤0～10十個步進值所用電容器都採取1，2，3，3，7組合雙刀十一擲開關上下兩層的兩個常閉觸點用導線連接，兩層的「0」觸點無連接，1個單位值的電容器一端焊接雙刀十一擲開關的「1」觸點後又連接雙刀十一擲開關下層的「4」觸點及下層的「8」觸點，2個單位值的電容器一端焊接雙刀十一擲開關的「2」觸點後又連接雙刀十一擲開關下層的「5」觸點及下層的「9」觸點，第一隻3個單位值的電容器一端焊接雙刀十一擲開關的「3」觸點後又連接雙刀十一擲開關下層的「6」觸點，第二隻3個單位值的電容器一端焊接雙刀十一擲開關上層的「4」、「5」、「6」觸點後又連接雙刀十一擲開關下層的「10」觸點，7個單位值的電容器一端焊接雙刀十一擲開關上層的「7」、「8」、「9」、「10」觸點，兩隻步進盤上雙刀十一擲開關的常閉觸點及11μF電容器的一端與日光燈負載的一端連接，其特徵在於10×1μF步進盤上五隻電容器的另一端經過繞在鐵氧體E型骨架上的線圈後，與五刀雙擲開關K1的五個常閉觸點分別連接，即每隻電容器單獨連接一個常閉觸點，五刀雙擲開關K1的上層觸點連接日光燈負載的另一端，下層觸點經過10KΩ電阻後與雙刀十一擲開關K3對應的觸點連接；11μF電容器的另一端經過繞在鐵氧體E型骨架上的線圈後，與單刀雙擲開關K2的常閉觸點連接，單刀雙擲開關K2的上層觸點與五刀雙擲開關K1的上層觸點連接，單刀雙擲開關K2的下層觸點經過10KΩ電阻後與雙刀十一擲開關的常閉觸點連接。
全文摘要
用於高校電工實驗的一種新的功率因數補償實驗儀，用三支帶有鎮流器的日光燈作為感性負載，感性負載兩端並聯了10×0.1μF及10×1μF兩隻步進盤的電容進行補償，另有11μF的一隻電容通過開關切換來對感性負載是否進行補償，容量在1μF以上的補償電容通過繞在鐵氧體E型骨架上的線圈後進行充放電，從而抑制了湧流及電弧的產生，提高了儀器的使用壽命。
文檔編號H02J3/18GK101079196SQ20071006910
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月29日 優先權日2007年5月29日
發明者張春雷, 方李 申請人:張春雷