[发明专利]无触点开关无功功率补偿装置

摘要

本发明属于一种无触点开关无功功率补偿装置，由电感和电容构成K次谐波的I-C串联滤波器和由相同规格晶闸管反并联构成的开关电感和电子线路控制电路组成，其特征在于：其无触点开关投切按二进制权数设定元件无功功率容量的开关电感，每相N支路开关电感的无功功率容量按1，2，4，8…2N-1设置；每相由L-C串联滤波器若干组并联。本发明适用于供电电压波形畸变严重或负荷含有丰富的谐波如单相焊机群，节能灯群的场合。地区调相机工作方式，本发明可用于10kV或更高电压等级的电网上，不仅可以补偿网上的滞后无功功率，也可补偿网上的超前无功功率，起到调节地区功率因数的作用，同时其滤波功能能把接网点电压波形矫正到符合国际GB/T-14549-93的规定。

主权项

1、一种无触点开关无功功率补偿装置，由晶闸管无触点开关元件、无触点开关元件投切的无功功率补偿元件和控制器构成，其特征在于控制器由时钟发生器、信号采集与处理电路、投切显示电路和投切功放电路构成；时钟发生器有两组输出，一组输出到信号采集与处理电路，另一组输出到投切功放电路，控制前述两电路的工作节拍；信号采集与处理电路对接收的负荷电流信号进行处理后分两路输出，一路输出到投切显示电路，另一路输出到投切功放电路，通过该电路触发晶闸管无触点开关元件的通断，所述时钟发生器包括六路方波发生器，其中三路是输入与三相电源的相电压同相的相电压方波发生器，另三路是输入与三相电源的线电压同相的线电压方波发生器；线电压方波发生器均有三路输出，相电压方波发生器则均有两路输出；线电压方波发生器的其中一路输出和该线电压领前相的相电压方波发生器的其中一路输出均通过异或门输入到缓冲器，缓冲器分三路输出，第一路输出到信号采集和处理电路中Y/Δ转换电路的三个并列的可选片四位三态输出寄存器作负荷线电流A/D输出的选片寄存控制，第二路直接触发单稳态电路，第三路通过一个三输入或门触发一个三线电压方波发生器共用的单稳态电路，每一直接触发的单稳态电路的Q输出分两路，一路与三线电压方波发生器共用的单稳态电路的Q输出均通过一个两输入与门输出到信号采集电路和处理电路中Y/Δ转换电路的相应四位投切依据寄存器作选片寄存控制，直接触发单稳态电路的Q输出的另一路到一个三输入或门经三次倒相输出到信号采集和处理电路中Y/Δ转换电路控制EPROM寻址操作，所述三输入或门的另两个输入是另外两个直接触发单稳态电路的Q输出信号；直接触发的单稳态Q非输出到信号采集和处理电路中Y/Δ转换电路的三个可选片四位三态输出寄存器作选片输出控制用以产生需要的EPROM地址码，所述的三个可选片四位三态输出寄存器分别相应于三个负荷线电流A/D寄存信号；线电压方波发生器的另一路则输出到多路开关控制异或门，该多路开关控制异或门的另一个输入信号是超前该线电压120度的另一个线电压的方波发生器的倒相信号，该多路开关控制异或门的输出信号是信号采集与处理电路的多路开关的控制信号之一；线电压方波发生器的第三路输出信号经过一个倒相器倒相后输入到另一个多路开关控制异或门，该多路开关控制异或门的另一个输入信号是滞后该线电压120度的另一个线电压的方波发生器的方波信号；相电压方波发生器的第二路输出信号通过两级倒相器倒相，两倒相器的输出信号均输入到信号采集与处理电路的负荷性质识别电路和投切功放电路，所述信号采集与处理电路由信号采集和滤波电路、多路电子开关、A/D转换电路、Y/Δ转换电路、负荷性质识别电路和投切依据电路构成，信号采集与滤波电路对采集的三相负荷电流信号分别进行处理后分两路输出，一路输出到多路电子开关，经A/D转换电路进行A/D转换后送入Y/Δ转换电路，另一路整形成倒相方波输出到负荷性质识别电路，通过该电路控制Y/Δ转换电路的输出码，Y/Δ转换电路的输出码分三路分别输出到三个相应的投切依据电路，三个投切依据分别对应于三个线电压，所述A/D转换电路由选择开关、受选择开关控制的能产生门槛电压的电阻梯级电路、15个比较器、两个三位优先编码器、三个双输入或门和四个双输入与门构成，选择开关通过控制电阻梯级电路可产生三个或七个最多是十五个门槛电压，送入相应的比较器异极性输入端，15个比较器的同极性输入端连在一起用于接收来自多路电子开关的输出信号，比较器对两种信号进行比较后产生编码信号输出到两个串级的三位优先编码器中，接在高八位门槛比较器输出端的第一个优先编码器的Ein端接+5V电源，其Eout端接到低七位门槛比较器输出端的第二个优先编码器的Ein端从而构成优先编码器串级，两个三位优先编码器的相应输出通过两输入或门产生低三位二进制码输出，第一个优先编码器的GS端输出到A/D四位输出码的最高位，A/D四位输出码分别接到四个双输入与门，四个双输入与门的另一个输入端用于接收来自负荷电路性质识别电路输出的封锁信号，双输入与门对输入的两种信号进行与运算后输出到Y/Δ转换电路，所述Y/Δ转换电路由三组可选片输入寄存器、一个EPROM、四个异或门、三个地址开关及三个投切依据寄存器构成，每组输入寄存器均由三个并列的四位三态输出寄存器组成，由时钟发生器产生的选片寄存控制信号和选片输出控制信号均输入寄存器，分别用于对来自A/D转换电路的A/D四位输出信号进行选择寄存，每组三个输入寄存器同时输入寄存和选择输出，三组中各选一个输入寄存器同时输出到EPROM的地址母线，EPROM接收来自时钟发生器产生的寻址操作信号，根据该信号将EPROM的四位输出码通过相应的地址开关输出到四个异或门的一个输入端，四个异或门的另一个输入端接在一起用于接收来自负荷性质识别电路的信号，异或门根据该信号将原码或反码输出到投切依据寄存器，投切依据寄存器的输出端与投切功放和投切显示电路相连，所述负荷电流性质识别电路由6个D触发器、一个六输入与非门、一个六输入或非门、两个异或门及两个地址开关构成，每两个D触发器为一组，分别用于接收三个不同相的有关信号，其中同一组的两个D触发器的D输入端均用于接收同一相的线电流倒相方波信号，一个D触发器的C输入端用于接收相电压的方波信号，另一个D触发器的C输入端用于接收相电压方波倒相信号，同一组触发器中，C输入端输入为相电压方波信号的Q输出和C输入端输入为相电压方波倒相信号的Q非输出均输入六输入与非门和六输入或非门，六输入与非门的输出端与其中一个异或门相连，该异或门的另一个输入端接至+5V电源，其输出分两路，一路通过地址开关输出到Y/Δ转换电路和投切显示电路，另一路输出到另一个异或门，该异或门的另一个输入端用于接收来自六输入或非门的输出信号，其输出通过另一个地址开关输出到A/D转换电路中的四个双输入与门和投切显示电路，所述投切显示电路由12个异或非和21个三态二输入或非门和相应的22只LED发光二极管及3个倒相器构成，异或非的输入端用于接收来自投切依据电路的信号，除每相最高位的异或非只与一个三态二输入或非门相联外，其余每个异或非的输出端分别与两个三态二输入或非门的输入端相接，每个三态二输入或非门的另一输入端用于接收来自负荷性质识别电路的控制信号或该信号经倒相器倒相后的控制信号，其输出端则通过限流电阻与LED发光二极管相联；21个三态二输入或非门分为两组，一组为12个，驱动12只绿色LED，另一组为9个，驱动9只红色LED，分别用于接收来自于负荷性质识别电路的二种逻辑信号，一只黄色LED由负荷性质识别电路的一个逻辑信号经两次倒相后驱动，该逻辑信号在驱动黄色LED亮的同时，封锁了A/D输出，也封锁了12只绿色LED和9只红色LED，表明整个装置处于无投切补偿的等待状态，所述投切功放电路共有三组，每组分别对应于不同的相，均由8个单元构成，每个单元均由一个D触发器、一个二输入与非门和一个光电隔离元件及一个脉冲变压器组成，D触发器的D输入端用于接收投切依据电路的信号，其Q输出端与二输入与非门的一个输入端相联，二输入与非门的另一个输入端和D触发器的时钟输入端C相接，其输出端通过限流电阻与光电隔离的输入端相联，光电隔离输入正端接+5V电源，光电隔离的输出端接至脉冲变压器，通过脉冲变压器的次级来触发晶闸管无触点开关元件；每四个D触发器共用一个来自于时钟发生器产生的时钟信号，每一组投切功放电路均接收两个时钟信号，这两个时钟信号相互是倒相的；每一组投切功放电路所接收的时钟是该组投切依据相应线电压有关的两相以外的第三相相电压产生的时钟信号，用以同步跨接在该线电压上通断补偿元件的无触点开关正半周和负半周触发脉冲。