[其他]無功功率補償自動控制儀器

無效

• 申請號: 87214453
• 申請日: 1987-10-16
• 公開（公告）號: CN87214453U
• 公開（公告）日: 1988-11-02
• 發明（設計）人: 鄒積武
• 申請（專利權）人: 鄒積武
• 主分類號: G05F1/70
• 分類號: G05F1/70
• 代理公司: 鞍山鋼鐵公司專利事務所
• 代理人: 龔競生

本實用新型是一種用于交流供電系統中的無功功率補償自動控制儀器。為了提高交流供電系統的功率因數，節約電能，需要檢測線路無功量的變化自動地投切電容器進行補償。目前普遍使用的無功功率補償自動控制儀器，其檢測回路使用公知的相敏檢測電路檢測無功功率的變化，線路的電流信號靠一個串聯在電流互感器二次側的取樣電阻取出后藕合到一個相敏放大晶體管的基極進行相敏放大。這樣的檢測電路由于取樣電阻上提供的信號幅值不能很大，經藕合與放大后造成了較大的失真。另外電路的信號輸出回路牽涉到兩個電容器緩慢地放電，其輸出信號反映了一段時間功率因數的平均值，使檢測信號對無功量變化反應的時間有一段延遲，反應速度慢。儀器只能檢測無功量變化的方向，而不能定量地檢測無功量變化的大小。當線路電流不同時，檢測電路的靈敏度有較大的差異；當線路電流為非正弦時，檢測后輸出的信號誤差較大。在其根據檢測的信號控制投切電容器時，造成所謂的投切振蕩現象。其它高精度的檢測電路由于線路復雜，對使用的環境要求苛刻使其普遍應用受到了限制。

實用新型的目的是克服公知裝置的缺點，獲得一種新式的無功功率補償自動控制儀器，由于儀器采用了新穎的檢測電路，使其能快速地反應線路無功量的變化，既能反應無功量變化的方向，又能反應其變化的量值。當線路電流為非正弦時，儀器能準確地檢測出無功量變化的程度；當線路電流不同或其波形有任何畸變時，儀器始終具有較高的靈敏度同時也具有較高的可靠性。儀器的檢測電路在不經調整的情況下即能可靠地工作。用儀器檢測后發出的控制信號控制投切電容器或其它補償設備時可消除投切振蕩現象。

現參照圖1、圖2，對本實用新型加以詳細闡述。在圖2中，其檢測電路是由兩個基極相連接的電流取樣晶體管將與線路電流成比例的電流半波由兩個晶體管開關控制，分別向兩個相同容量的電容器充電，兩個電容器上充電電壓的差值作為無功量檢測信號。兩個基極相連接的電流取樣晶體管的基極電流的流向總是從一個管子的基極流出，再流到另一個管子的基極，兩者中的任一個可以是單只晶體管，也可以是多級復合管。兩個晶體管開關（圖2中的T₅、T₆）的狀態始終相反，一個導通，另一個就截止，且其狀態總是在線路電壓為正的和負的最大值時刻發生轉換。兩個相同容量的電容器，總是在其充電電流半波結束后檢測兩者電壓的差值，同時或之后，在進行下次充電之前將所貯存的電荷泄放掉。

無功功率補償自動控制儀器應用的一個例子示于圖1，其中F為三相供電電源，D為感性用電負荷，方框圖1為無功量檢測電路，方框圖2為信號處理電路及儀器的穩壓電源，方框圖3為投切控制電路。在本例中控制的對象為接觸器的開關接點接通和斷開多路電容器的補償裝置，其負荷視為三相對稱負荷。其中方框圖3中的電路為通常使用的電路，方框圖1中的電路原理示于圖2。由圖2可見；電流取樣是由兩個基極相連接的晶體管T₁、T₂來完成的，在電流信號的正半周，T₁管的發射極向基極提供一個較小的基極電流，而電流互感器二次側電流的大部分是從T₁管發射極流入，又從集電極流出。T₁管的基極電流經T₂管的基射結和電阻R₂流到電流互感器二次側的另一端。這樣T₂管的集電極在其所接的電源電壓作用下就流過一個與線路電流成比例的電流，這個電流在兩個開關管T₅、T₆的控制下，分別向兩個相同容量的電容器C₁、C₂充電。充電電流與線路電流的比例取決于電流互感器變比和T₁、T₂管的放大倍數。在電流互感器變化一定的情況下，T₁管的放大倍數越大，其充電電流就越小，T₂管的放大倍數越小，這個充電電流也就越小。實際使用時，為獲得C₁、C₂充電電流的期望值，可適當選擇T₁、T₂管的放大倍數，并可用多級復合管代替T₁、T₂中的任一個。T₅、T₆管受一個與線路電壓同頻率的方波電壓U_k的控制，此方波電壓可通過對線路電壓適當處理而得到。如本例中被檢測的電流信號取自三相電源的C相，這樣被檢測的線路電流是C相的相電流，而被檢測的線路電壓就是C相的相電壓。（當負荷視為三相對稱負荷時，可將其中一相的無功量變化做為負荷無功量變化的依據）由于三相電源中任意兩相間的線電壓與其余一相的相電壓相位差為π／2弧度，據此，將A相和B相間的線電壓經變壓器降壓和隔離，在變壓器的二次側得到兩個互為反相的正弦波電壓，再由通常使用的削波電路將這兩個互為反相的正弦波電壓削波和放大處理后變成兩個互為反相的方波電壓，做為檢測電路的控制電壓U_k，分別接到檢測電路中的T₅、T₆管的基極。這兩個方波電壓在其為高電平和低電平時能使所連接的晶體管T₅、T₆截止和導通，這兩個方波電壓總是在線路電壓（即C相的相電壓）為正的和負的最大值時刻發生跳變，這就使T₅、T₆管中的一個導通而另一個截止，每管導通的時間為交流電的半個周期，且兩管的狀態總是在線路電壓為正的和負的最大值時刻進行轉換。這樣使得一個與線路電流成比例的半波電流以線路電壓最大值時刻為分界線，分別向電容器C₁、C₂充電，如在這時刻之前T₅導通，先對C₁充電，則在這時刻之后T₆導通并對C₂充電，在電流正半波結束時，充電完畢。圖2中標有“＋”號和“－”號的接線端接有一個向電容器C₁、C₂充電的獨立穩壓電源。在電流負半波開始的時刻，由T₃、T₄產生的方波寬脈沖加到T₇、T₈的基極，使其導通，已經充電結束的電容器C₁、C₂經變壓器B的原邊線圈放電，其放電電流在變壓器鐵心中產生互為相反的磁通，這樣變壓器付邊的輸出信號就反映了兩個電容器上電壓的差值，而這個差值恰恰反應了線路無功量變化的情況。例如線路電流為感性時，電流滯后電壓一個一定的相角，電容C₁、C₂經電流正半波充電后C₂上的電壓大于C₁上的電壓，在線路電流負半波開始的時刻，T₇、T₈導通，電容C₁、C₂開始放電，其電壓經比較后從變壓器付邊的T、Q端輸出。這個電壓信號的大小反映了線路電流無功量的大小，其極性反映了線路電流無功量的性質。當線路電流與電壓同相位時，電容C₁、C₂上的充電電壓相等，變壓器付邊無信號輸出。在電流負半周時間內，電容器的放電網絡保證電容器C₁、C₂放電結束。