專利名稱：功率因數補償裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是 一 種對電力系統進行無功補償的裝置，特別涉及 的是一種通過直接從電力線上過去電壓值、電流值并經過計算實現準確可 靠的功率因數補償裝置。
背景技術：
電網中的電力負荷如電動機、變壓器、日光燈及電弧爐等，大多屬于電感 性負荷，這些電感性的設備在運行過程中不僅需要向電力系統吸收有功功率， 還同時吸收無功功率。隨著大量感性負荷的迅猛增長，電力供電系統提供的電 能質量變差，線路上的電壓降落和功率損耗增大，不僅影響了用戶的正常生產、 生活，還給電力部門造成經濟損失。這種現象不僅存在于低壓配網在高壓供電 線路上也是存在的，是在高壓線路。因此在電網中安裝并聯電容器無功補償設 備后，將可以提供補償感性負荷所消耗的無功功率，減少了電網電源側向感性 負荷提供及由線路輸送的無功功率。減少了無功功率在電網中的流動，可以降 低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗，這種措施稱作 功率因數補償。
無功補償的主要目的就是提升補償系統的功率因數。因為供電局發出來的
電是以KVA或者MVA來計算的，但是收費卻是以KW,也就是實際所做的有 用功來收費，兩者之間有一個無效功率的差值， 一般而言就是以KVAR為單位 的無功功率。大部分的無效功都是電感性，也就是一般所謂的電動機、變壓器、 日光燈......，幾乎所有的無效功都是電感性，電容性的非常少見。也就是因為
這個電感性的存在，造成了系統里的一個KVAR值，三者之間是一個三角函教 的關系
KVA2 =KW2 +KVAR2
簡單來講，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值為零的話，KVA就會 KW 等，那么供電局發出來的1KVA的電就等于用戶1KW的消耗，此時成本效益最高，所以功率因數是供電局非常在意的一個系數。用戶如果沒有達 到理想的功率因數，相對地就是在消耗供電局的資源，所以這也是為什么功率 因數是一個法規的限制。目前就國內而言功率因數規定是必須介于電感性的 0.9-1之間，低于0.9,或高于1.0都需要接受處罰。因此我們必須要把功率因 數控制在 一 個非常精密的范圍，過多過少都不行。
中國專利03233221.1公開了一種智能低壓無功補償裝置，包括無功補償控 制器、配變監測電能表，其還包括至少一個由空氣開關、交流接觸器和電容器 構成的電容器模塊；其中控制器的輸出信號接電容器模塊中交流接觸器接觸線 圈的控制回路，配變監測電能表上的開關量輸入接口和交流接觸器的輔助觸頭 連接；裝置的電源由配電變壓器的低壓側經電流互感器引到裝置中的母線，母 線上并聯了避雷器，將電源分配給配變監測電能表、無功補償控制器和各個電 容器模塊。但是其在確認功率因數值時，由于其自身的消耗，很難準確的控制 電容器的投/切，實現無功功率的補償；并且其僅能應用于低壓配電網，無法應 用于高壓線路，事實上高壓線路中的功率損失是更大的。
鑒于上述缺陷，本實用新型創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得 本實用新型。
發明內容
本實用新型的目的在于，提供一種功率因數補償裝置，用以克服上述 缺陷。
為實現上述目的，本實用新型釆用的技術方案在于，提供一種功率因數補 償裝置，其包括
一電源單元，用以為電子元件提供電力；
一電壓采集單元，其從相線上獲取實時的電壓信號并轉為相線電壓取樣信
一電流采集單元，其從所述的相線上獲取實時的電流信號并轉為相線電流 取樣信號；
一模擬/數字轉換單元，其將所述的相線電壓取樣信號以及所述的相線電流 取樣信號分別轉換為與各自對應的頻率信號輸出；
一處理單元，其將所述的頻率信號分別轉換為對應的實時的電壓值和電流 值，并計算出有功功率、無功功率以及功率因數值，在所述的功率因數值低于預設闊值時，輸出控制信號；
一補償單元，其接收所述的計量處理單元的控制信號，實現對相線的功率
因數補償； 較佳的，所述的電壓采集單元包括
電壓采樣組件，其直接從對應的相線上采集到實時的電壓信號； 電壓信號處理電路，其將所述的實時的電壓信號進行整流轉換為直流的所
述的相線電壓取樣信號；其中，所述的電壓采樣組件和電壓信號處理電路組數
與電力線中相線的數量相 一致；
較佳的，所述的電壓采樣組件為機械結構組件，其包括
一導電采樣件，獲取電力線上實時的電壓信號，其通過直接接觸金屬電力
線或透過絕緣皮直接接觸電力線芯，獲取電力線上對應相線的實時電壓信號； 一采樣固定件，使所述的導電采樣件與所述的電力線連接位置關系穩固； 較佳的，當所述的電力線具有絕緣皮時，所述的導電釆樣件為針齒狀結構，
其刺入所述的電力線與電力線芯接觸；
較佳的，所述的電壓采集單元包括 一電壓互感器；
以及 一 整流取樣電路，將所述的電壓互感器獲得的電壓值轉換為 一 直流的 相線電壓取樣信號；其中，所迷的電壓互感器和整流取樣電路組數與電力線中 相線的數量相一致；
較佳的，所述的電壓信號處理電路包括 一電壓電路，其對所述的實時的 電壓信號進行處理產生所述的相線電壓取樣信號，其包括 一第一電阻、 一與 之串聯的第一穩壓管， 一與所述的第一電阻并聯的第三二極管，所述的第三二 極管的負極與 一 第四二極管的正極相連接，其中所述的第 一 電阻的兩端獲得的 即為所述的實時的電壓信號，所述的第四二極管負極輸出所述的第 一 電壓取樣 信號；其中，所述的電壓電路組數與電力線中相線的數量相一致；
較佳的，所述的電源單元包括 一第四電阻，其與所述的第四二極管負極串 聯，用以降壓；
一并聯的第二穩壓管、第一電容用以進行穩壓、濾波形成穩定的電源輸出； 較佳的，所述的電源單元，其獨立從相線直接獲取電壓，經過一整流橋進 行整流處理，所迷整流橋的電壓輸出端與一穩壓電路芯片相連接；其還包括備 用電源，所述的備用電源為一充電電源，通過一恒流充電電路，對其進行充電； 較佳的，所述的電流采集單元包括 一電流互感器；以及一 整流取樣電路，將所述的電流互感器獲得的電流值轉換為 一 直流的 相線電流取樣信號；其中，所述的電流互感器和整流取樣電路組數與電力線中
相線的數量相一致；
較佳的，所述的電流采集單元包括 一錳銅片，其設置與相線上； 一電容器，其負極端與所述的錳銅片的一端相連接，其正極端為輸出； 所述的錳銅片的另一端具有接地線； 較佳的，所述的模擬/數字轉換單元包括
一積分電路，其對同一根相線上獲取的所述的相線電壓取樣信號，以及所 述的相線電流取樣信號的電壓值進行積分處理，分別轉換為與所述的相線電壓 取樣信號以及所述的相線電流取樣信號量值各自相對應的電流信號；
一電壓/頻率轉換電路，其接收所述的電流信號并輸出與所述的相線電壓取 樣信號以及所述的相線電流取樣信號量值各自相對應頻率信號；其中，所述的 積分電路和電壓/頻率轉換電路組數與電力線中相線的數量相 一致；
較佳的，所述的積分電路包括
一第一積分器，其反相輸入端獲得所述的相線電壓取樣信號； 一第二積分器，其反相輸入端獲得所述的向線電流取樣信號； 較佳的，還包括
一并聯的第五電阻和第三電容，其一并聯端分別與所述的第一積分器和第 二積分器的同相輸入端相連接，另一端接地；
一串聯的第四電容、第一二極管作為反饋防止所述的第一積分器輸出發生 信號漂移；
以及一串聯的第五電容和第二二極管作為反饋防止所述的第二積分器輸出 發生信號漂移，其中所述的第一二極管與所述的第二二極管的正極串聯并接地； 所述的第一二極管和第四電容連接點與所述的第一積分器輸出端相連，所述的 第二二極管和第五電容連接點與所述的第二積分器輸出端相連；
較佳的，所述的電壓/頻率轉換電路包括 一電壓/頻率轉換芯片，其輸入端 用以獲得所述的電流信號；
一基準電壓生成電路，其包括 一第一三極管，其集電極獲取一電源信號， 其基極與所述的電壓/頻率轉換芯片基準電壓輸出端相連；一串聯的第六電阻和 第七電阻，其一端和所述的第一三極管的基極相連，另一端接地，其串聯點與 所述的第 一 三極管的發射極相連；
8較佳的，所述的處理單元為一微處理器，內置有處理程序，其接收由所述 的電壓/頻率轉換芯片傳輸的所述的頻率信號，根據比例轉化為與電力線不同相 線上實時電壓值和實時電流值對應的數字量，通過運算獲取實時的有功功率、 無功功率以及功率因數值14、根據權利要求13所述的功率因數補償裝置，其特
征在于還包括若干組光電耦合器，其數量為電力線相線數量的2倍，其輸 入端與所述的電壓/頻率轉換芯片輸出端相連接，其輸出端與所述的微處理器的 輸入端相連才姿；
較佳的，所述的補償單元包括
若干組繼電器，每一所述的繼電器通過一三極管與所述的微處理器輸出端 相連接；
若干組交流接觸器，通過所述的繼電器的吸合/斷開，實現所述交流接觸器 狀態的改變；
若干組電容器，在與其對應的所述的交流接觸器動作時而接入對應的電力 線中，實現對電力系統的功率因數補償； 較佳的，所述的補償單元包括
若干組復合開關，其與所述的微處理器的輸出端相連接，通過所述的微處 理器輸出的控制信號，實現所述復合開關狀態的改變；
若干組電容器，在與其對應的所述的復合開關動作時而接入對應的電力線 中實現對電力系統的功率因數補償；
較佳的，還包括 一保護單元，其在電容發熱達到某一閾值時，用以切斷 相線，其包括
熱敏電阻組，其由熱，敏電阻組成，所述的熱敏電阻貼設在所述電容器的表 面，并與所述的微處理器輸入端相連接；
一保護繼電器，通過一三極管與所述的微處理器一輸出端相連接；
一電磁脫扣器，在所述的保護繼電器動作時，所述的電磁脫扣器動作，從 而切斷相線的電力供應；
較佳的，還至少包括 一存儲電路， 一顯示電路以及一通信單元其中之一 與所述的微處理器相連接，其中，所述的通信單元將所述的電能值通過無線或 有線的方式傳輸給指定的接收裝置。
圖1為本實用新型功率因數補償裝置的功能框圖； 圖2為本實用新型功率因數補償裝置實施例一的功能框圖； 圖3為本實用新型功率因數補償裝置實施例二的功能框圖； 圖4為本實用新型功率因數補償裝置實施例一中電壓采樣組件為機械結構 組件的機械結構示意圖5為本實用新型功率因數補償裝置實施例一電路圖第一部分示意圖； 圖6為本實用新型功率因數補償裝置實施例一電路圖第二部分示意圖； 圖7為本實用新型功率因數補償裝置實施例一電路圖第三部分示意圖； 圖8為本實用新型功率因數補償裝置實施例二電路圖第一部分示意圖； 圖9為本實用新型功率因數補償裝置電源單元示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型上述的和另外的技術特征和優點作更詳細的 說明。
請參閱圖l所示，其為本實用新型功率因數補償裝置實施例一的功能框圖； 其包括
一電壓采集單元1，其從相線上獲取實時的電壓信號并轉為相線電壓取樣信 號； 一電流采集單元2，其從所述的相線上獲取實時的電流信號并轉為相線電流 取樣信號； 一模擬/數字轉換單元3,其分別與所述的電壓采集單元1以及電流 采集單元2相連接，用以將所述的相線電壓取樣信號以及所述的相線電流取樣 信號分別轉換為與各自對應的頻率信號輸出；
一處理單元4,其與所述的模擬/數字轉換單元3相連接，用以將所述的頻 率信號分別轉換為對應的實時的電壓值和電流值，并計算出有功功率、無功功 率以及功率因數值，在所述的功率因數值低于預設閾值時，輸出控制信號；還 包括 一補償單元7，其為本實用新型執行功率因數補償的執行機構，其接收所 述的計量處理單元的控制信號，實現對相線的功率因數補償。
以下根據上述的總體功能機構簡圖的設計思想，公開如下兩個實施例，用 以對上述內容進行闡述。
請參閱圖2所示，其為本實用新型功率因數補償裝置實施例一的功能機構簡圖；所述的電壓采集單元1包括 一電壓采樣組件ll,其從所述的電力線0上 直接采集到實時的電壓信號；所述的電壓采樣組件11為機械結構組件，請結合 圖4所示，其為本實用新型功率因數補償裝置中電壓采樣組件11的機械結構放 大圖；其包括 一導電釆樣件113,獲取電力線上實時的電壓信號，其通過直接 接觸金屬電力線0或透過絕緣皮01接觸電力線芯02 ，獲取電力線0上實時的電 壓信號；同時還需要一采樣固定件，其使所述的導電采樣件113與所述的電力 線0連接位置關系穩固；當所述的電力線具有絕緣皮01時，所述的導電采樣件 113為針齒狀結構，其刺入所述的電力線0與電力線芯02接觸；所述的采樣固 定件為一螺栓111和一壓線塊112,通過所述的螺栓111的旋緊使壓線塊112壓 迫在所述的電力線0上，則針齒狀結構的導電采樣件113的尖端與所述的電力 線芯02相接觸，由于整個"新型電壓互感器"請參見本申請人申請的前序專利 (申請號200810046623.7 ),顯然這種直接取電是4艮緊密的。
所述的電壓采樣組件11與一電壓信號處理電路12相連接，所述的電壓信 號處理電路12將所述的實時的電壓信號進行整流轉換為直流的第 一電壓取樣信 號；以及一電源電路13,其與所述的電壓信號處理電路12相連接，其將所述的 電壓進行穩壓、濾波轉換成電源電壓輸出。
請繼續參閱圖2所示，所述的電流采集單元2包括 一錳銅片21，其設置 于所述的電力線O上，還包括 一整流取樣電路22，其與所述的錳銅片21相連 接，將所述的錳銅片21獲得的電流值轉換為一直流的第二電壓取樣信號輸出。
所述的模擬/數字轉換單元3包括 一積分電路31，其與所述的電壓采集 單元1的電壓信號轉換電路12以及所述的電流信號轉換單元2的整流取樣電路 22相連接，所述的積分電路31對所述的第一電壓取樣信號以及所述的第二電壓 取樣信號的電壓值進行積分處理，并分別轉換為與所述的電壓值成正比的第一 電流值和第二電流值輸出，同時所述的電源單元13為其提供工作電力以及基準 電壓(圖中所示的為獨立的電源單元)；所述的才莫擬/數字轉換單元3還包括 一電壓/頻率轉換電路32，其與所述的積分電路31的輸出端相連接，并接收所 述的第 一 電流值和第二電流值，從而輸出與所述的電壓值成正比的所述第 一頻 率信號和第二頻率信號，同時所述的電源電路13為其提供工作電力以及基準電 壓；
最后，由于本實用新型的目的在于，在計算有用功率、無用功率的基礎上 計算功率因數值，則必然需要一整合電流、電壓數據，并最終獲取電能值的處
11理單元4，其可以為一樣支處理器41或嵌入式系統等任何可以設置內部處理程序 的數據處理器，這里不再對其種類進行贅述，所述的微處理器41接收由所述的 電壓/頻率轉換電路32傳輸的所述的第一頻率信號以及第二頻率信號，根據比例
轉化為對應的電力線0上實時電壓值和實時的電流值，通過乘法運算轉換為實
時的功率值，再通過對時間進行積分運算轉換為某一指定時間段的有用功率值、
無用功率值以及功率因數值；為了增加技術方案的完整性，本實用新型還包括 一存儲電路44,其與所述的微處理器41相連接，用以存儲獲取的有用功率值、 無用功率值以及功率因數值，同時還存儲微處理器41所設置的一些預設的存儲 功能要求對應的數據信息，如查詢日志；還可以包括 一顯示電路42,其與所 述的微處理器41相連接，將用戶感興趣的數值的數據顯示出來，所述的顯示電 路42包括顯示器和驅動電路(圖中未示)；為了適合遠程控制和遠程的數據 查詢，所述處理單元4還可以包括 一通信單元43，其與所述的孩i處理器41相 連接，將所述的有用功率值、無用功率值以及功率因數值通過無線或有線的方 式傳輸給指定的接收裝置，例如這種傳輸方式可以采用GPRS、 CDMA或者載 波的方式進行遠程通信傳輸。
為了減少對現有的高壓電能計量設備的改造，從而有利于減少成本，本實 用新型也可以與現有的電壓采集設備結合進行應用，請參閱圖3所示，其為本 實用新型功率因數補償裝置實施例二的功能機構簡圖；其與上一實施例的差別， 首先用現有的電壓互感器ll，來替代上述的電壓采集單元1中的電壓釆樣組件 11,所述的電壓互感器ll，可以為電》茲式電壓互感器(VT)和電容式電壓互感器 (CVT)，其二次側獲得與電力線0與零線(地)之間實時電壓相對應的電壓值(存
在比例系數)，所述的電壓還感器ir與一電壓信號處理電路12相連接，所述
的電壓信號處理電路12將所述的實時的電壓信號進行整流轉換為直流的第一電 壓取樣信號；
其次一電流互感器21代替所述的錳銅片，其套設在所述的電力線0'(相線) 上，所述的電流互感器21為現有產品，其包括電石茲式電流互感器以及電子式 電流互感器，通過一次側和二次側線圏的耦合，獲得與所述的電力線0上電流 相對應的一個電流值；還包括 一整流取樣電路22，其與所述的電流互感器21 相連接，將所述的電流互感器21獲得的電流值轉換為一直流的第二電壓取樣信 號輸出，所述的第二電壓取樣信號的電壓值與所述的電流互感器21 二次側的電 流值相對應，同時也就與所述的電力線0上的電流值相對應存在比例關系，之所以把電流值通過轉換變成第二電壓取樣信號是為了后序的電壓處理轉換具有 一致性。
上面介紹的兩種功能結構簡圖是本實用新型的兩個具體實施例，實際上揭 示了兩種取電流和兩種取電壓的方法，為了獲取相應的有功功率、無功功率以 及功率因數值，就必須獲得實時的電壓值和電流值，上述的任意一種取電壓方
法和任一種:f又電流的方法都可以結合在一起實現，這里就不再贅述；以下將/>
開兩種與上述兩個功能框圖實施例相對應的電路圖，作為電路圖其僅是針對功 能框圖獲得的兩種具體的電路結構，但是仍然可以做出許多等效變換，無論是 連接關系以及元件的組成都不應該作為對本實用新型權利要求書要求保護范圍 的限定。
請參閱圖5所示，其為本實用新型功率因數補償裝置實施例一電路圖第一
部分示意圖；所述的電壓信號處理電路包括 一第一電壓電路，其對所述的實 時的電壓信號進行處理產生一第一電壓，其包括 一第一電阻4R1、 一與之串 聯的第一穩壓管4DW， 一與所述的第一電阻4R1并聯的第三二極管4D1,其中 所述的第一電阻4R1的兩端獲得的即為所述的實時的電壓信號，所述的第三二 極管的負極與一第四二極管4D2的正極相連接，所述的第四二極管4D2負極輸 出所述的第 一 電壓取樣信號；
所述的整流取樣電路為是在所述錳銅片4R的一端設置一接地線以及一電 感4C11,所述的電感4C11通過一電阻4R19輸出第一電流取j羊信號；
所述的積分電路4IC1包括 一第一積分器，其反相輸入端通過一電阻4R2 與所述的第四二極管的負極相連接，獲得所述的第一電壓取樣信號，所述的電 源單元的輸出端與所述的積分電路4IC1的VCC端相連接，為其提供電源信號；
一第二積分器，其反相輸入端通過電阻4R19與所述的整流取樣電路的輸出 端相連接，獲得所述的第二電壓取樣信號；還包括 一延時電路，所述的延時 電路包括一對并聯的第五電阻4R3和第三電容4C4,其一并聯端與所述的第一 積分器和所述的第二積分器的同相端連接，其另一并聯端接地。
還包括 一反々貴電路，其包括 一串聯的第四電容4C3、第一二極管4D5 作為反饋防止所述的第一積分器輸出發生信號漂移；
以及一串聯的第五電容4C6和第二二極管4D6作為反饋防止所述的第二積 分器輸出發生信號漂移，其中所述的第一二極管4D5與所述的第二二極管4D6 的正極串聯并接地；所述的第一二極管U)5和第四電容4C3連接點與所述的第一積分器輸出端相連，所述的第二二極管4D6和第五電容4C6連接點與所述的 第二積分器輸出端相連；
所述的電壓/頻率轉換電路32包括 一電壓/頻率轉換芯片4IC2,其具有至 少兩個輸入端INPUT1， INPUT2，通過電阻4R4、 4R11分別與所述的第一積分 器的輸出端和第二積分器的輸出端相連接，用以獲得所述的第一電流信號和第 二電流信號，所述的電源單元為其提供工作電壓；
還包括 一基準電壓生成電路，其包括 一第一三極管4Q，其集電極與所 述的電源單元相連，其基極與所述的電壓/頻率轉換芯片IC2基準電壓輸出端 CUAREN相連； 一 串if關的第六電阻4R16和第七電阻4R14，其一端和所述的第 一三極管4Q的基極相連，另一端接地，其串聯點與所述的第一三極管4Q的發 射極相連；若兩組光電耦合器，其數量為電力線相線數量的2倍，其輸入端與 所述的電壓/頻率轉換芯片輸出端相連接，其輸出端與所述的微處理器的輸入端 相連接，其中每一組光電耦合器分別對應一相線上存在的電壓信號和電流信號 值。
請參閱圖6所示，其為本實用新型功率因數補償裝置實施例一電路圖第二 部分示意圖，其包括對應電力線中各相線的電力信號的(此處以三相為例) 的電壓頻率信號和電流頻率信號分別傳輸至所述的微處理器MCU的信號輸入
端，所述的微處理MCU內置有處理程序，首先其根據獲得的頻率值轉換為對應 的電力線上實時電壓值以及實時的電流值，并計算有用功率值、無用功率值以 及功率因數值，并在對應的功率因數值低于某一預置的數值時，所述的微處理
器的一輸出端發出一控制信號。對于本領域技術人員而言這種程序的設置是可 以根據需要編寫實現的，并下載到所述的微處理器MCU中，同時為了對于數據 進行管理，防止本實用新型在沒有電力供應或是出現故障而不能獲取電能值時， 造成數據丟失的問題，則將所述的微處理器MCU獲得的存儲在有用功率、無用 功率以及功率因數值一存儲電路上，當然也可以根據用戶需要，用所述的存儲 電路來存儲本實用新型功率補償裝置的日志性數據；
還可以包括一顯示電^",其與所述的孩i處理器MCU相連"^妻，將有用功率 值、無用功率值以及功率因數值等需要查詢的數據顯示出來，其包括顯示器 和驅動電路(圖中未示)；所述的驅動電路與所述的微處理器MCU相連接，所 述的顯示器與所述的驅動電路相連接，為了適合遠程控制和遠程的數據查詢， 本實用新型還可以包括 一通信單元，其與所述的微處理器MCU相連接，將所述的有用功率、無用功率以及功率因數值通過無線或有線的方式傳輸給指定的
接收裝置，例如可以采用GPRS、 CDMA或者載波的方式進行遠程通信傳輸。
請結合圖6、閱7所示，以下描述本實用新型功率因數補償裝置中的補償單 元，其包括
三組繼電器J1、 J2、 J3,每一所述的繼電器通過一三極管1Q1、 1Q2、 1Q3 的集電極與所述的微處理器MCU輸出端相連接；
以及三組交流接觸器CJ1、 CJ2、 CJ3,通過所述的繼電器J1、 J2、 J3的吸 合/斷開，實現所述交流接觸器CJ1、 CJ2、 CJ3狀態的改變； '
當然本實用新型的對相線功率因數補償單元還有其他的形式，如釆用三組 復合開關(圖中未示)用以代替所述的繼電器和交流接觸器的組合，所述的每 一復合開關與所述的微處理器MCU的輸出端相連接，通過所述的微處理器MCU 輸出的控制信號，實現所述復合開關狀態的改變；當然本領域技術人員都知曉， 所述的功率因數補償是將容性負載加入感性負載過大的電力系統中，從而提升 功率因數值，因而就需要多組的電容器IC1-1C9,在與其對應的所述的復合開關 動作時，而接入對應的電力線中實現對電力系統的功率因數補償，本實用新型 對于三相電力線采用了九組電容器IC1-1C9，在與其對應的所述的交流接觸器 CJ1、 CJ2、 CJ3動作(或所述的復合開關的動作)時而投入/切換出對應的電力 線中，實現對電力系統的功率因數補償；為了提高系統的安全性，防止電容自 身的問題對系統的安全性的影響，本實用新型還提供 一保護單元，其在電容 器IC1-1C9發熱達到某一閾值時，用以切斷所有的相線的電力供應，其包括
一熱敏電阻組，其由熱敏電阻RT、 RT1、 RT2組成，所述的熱敏電阻RT、 RT1、 RT2貼設在指定的電容器的表面，其一端與所述的微處理器MCU輸入端 相連接，另一端接地；所述的熱敏電阻和所述的微處理器輸入端之間，設置電 阻組1R9、 1R10、 1R11,所述的電阻組1R9、 1R10、 1R11的另 一端與所述的電 源信號相連接；
一保護繼電器J4，通過一三極管1Q4與所述的微處理器MCU —輸出端相 連接；
一電磁脫扣器TQ,當所述的熱敏電阻RT、 RT1、 RT2檢測到所述的電容器 的溫度，并將其裝換為對應的電壓信號傳輸到所述的樣克處理器MCU,所述的微 處理器MCU根據預設的溫度值與獲得的值相比較，在超出閾值時，發出控制信 號給所述的保護繼電器J4,使其產生動作，進而所述的電磁脫扣器TQ動作，
15/人而切斷相線的電力供應。
請參閱圖8所示，其為本實用新型功率因數補償裝置實施例二的電路圖第
一部分示意圖；其與第二個功能結構框圖相對應，而與上一電路實施例的差別 在于，對于電壓信號采集來說其釆用的是電壓互感器TV來代替直接通過電阻 4R1獲取電壓值；通過一電流互感器TA來代替錳銅片4R以及4C11相結合取 電流的模式，所述的整流取樣電路為在所述的電流互感器TA的二次側一端連 接有一二極管D7,在所述的二極管D7的正極和負極分別連接有一電阻R17和 電容C5,所述的電阻R17和電容C5的另一端以及所述的電流互感器TA 二次 側的另一端接地；。
請參閱圖9所示，其為本實用新型功率因數補償裝置電源單元的示意圖； 用以為本實用新型功率補償裝置的各電氣元件提供電源信號，其單獨從所述的
電力線上相線L和零線N (可以是電源插座)獲取電壓，經過整流橋3D1-3D4 進行整流處理，整流后的電壓進入一穩壓電路芯片3IC1處理后輸出；所述的電 源單元還包括備用電源BT，用以在停電時作為電源為本實用新型功率因數補償 裝置供電，其為一充電電源，因此需要一恒流充電電路3IC2,對其進行充電； 所述的處理好的電壓由二才及管3D5或二極管3D5的負極作為輸出接口輸出。從 而與其他各需要電源供應的元件相連接，由于電源是單獨獲取的，避免了給所
述的電壓采樣單元以及電流采樣單元造成干擾，造成對功率因數補償的精度的影響。
當然參閱圖8和圖5所示，在本實用新型功率因數補償裝置實施例一、二電 路圖第一部分示意圖中，也設計有電源單元，這里的電源單元不是獨立的，借
助所述的電壓取樣單元中取電壓部分獲的電壓值作為基礎，然后經過處理為本 實用新型的元器件提供電源信號，所述的電源單元包括 一電阻4R20，其與所 述的第四二極管負極串聯，用以降壓；
一并聯的第二穩壓管4DW1 、 一電容4C12用以進行穩壓、濾波形成穩定的 電源信號輸出。
綜上，本實用新型可以直接從所述的電力線上獲取電壓值和/或電流值，并 且采用電壓/頻率轉換芯片，將電壓值轉換為與所述的電壓值和電流值存在唯一 對應關系的頻率信號，增強了本實用新型的抗干擾能力，從而使前期的對有用 功率、無用功率以及功率因數值的計算更為準確了。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，對本實用新型而言僅僅是說明性
16的，而非限制性的。本專業技術人員理解，在本實用新型權利要求所限定的精 神和范圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本實用新型的 保護范圍內。
權利要求1、一種功率因數補償裝置，其特征在于，其包括一電源單元，用以為電子元件提供電力；一電壓采集單元，其從相線上獲取實時的電壓信號并轉為相線電壓取樣信號；一電流采集單元，其從所述的相線上獲取實時的電流信號并轉為相線電流取樣信號；一模擬/數字轉換單元，其將所述的相線電壓取樣信號以及所述的相線電流取樣信號分別轉換為與各自對應的頻率信號輸出；一處理單元，其將所述的頻率信號分別轉換為對應的實時的電壓值和電流值，并計算出有功功率、無功功率以及功率因數值，在所述的功率因數值低于預設閾值時，輸出控制信號；一補償單元，其接收所述的計量處理單元的控制信號，實現對相線的功率因數補償。
2、 根據權利要求1所述的功率因數補償裝置，其特征在于，所述的電壓采 集單元包括電壓采樣組件，其直接從對應的相線上采集到實時的電壓信號；電壓信號處理電路，其將所述的實時的電壓信號進行整流轉換為直流的所述的相線電壓取樣信號；其中，所述的電壓采樣組件和電壓信號處理電路組數與電力線中相線的數量相 一致。
3、 根據權利要求1所述的功率因數補償裝置，其特征在于所述的電壓采 集單元包括 一電壓互感器；以及一整流取樣電路，將所述的電壓互感器獲得的電壓值轉換為 一直流的 相線電壓取樣信號；其中，所述的電壓互感器和整流取樣電路組數與電力線中 相線的數量相一致。
4、 根據權利要求2所述的功率因數補償裝置，其特征在于所述的電壓信 號處理電路包括 一電壓電路，其對所述的實時的電壓信號進行處理產生所述 的相線電壓取樣信號，其包括 一第一電阻、 一與之串聯的第一穩壓管， 一與 所述的第 一 電阻并聯的第三二極管，所述的第三二極管的負極與 一 第四二極管 的正極相連接，其中所述的第 一電阻的兩端獲得的即為所述的實時的電壓信號，所述的第四二極管負極輸出所述的第一電壓取樣信號；其中，所述的電壓電路 組數與電力線中相線的數量相 一致。
5、 根據權利要求4所述的功率因數補償裝置，其特征在于所述的電源單 元包括 一第四電阻，其與所述的第四二極管負極串聯，用以降壓；一并聯的第二穩壓管、第 一 電容用以進行穩壓、濾波形成穩定的電源輸出。
6、 根據權利要求3或4所述的功率因數補償裝置，其特征在于所述的電 流采集單元包括 一電流互感器；以及一整流取樣電路，將所述的電流互感器獲得的電流值轉換為一直流的 相線電流取樣信號；其中，所述的電流互感器和整流取樣電路組數與電力線中 相線的數量相一致。
7、 根據權利要求1所述的功率因數補償裝置，其特征在于所述的模擬/ 數字轉換單元包括一積分電路，其對同一根相線上獲取的所述的相線電壓取樣信號，以及所 述的相線電流取樣信號的電壓值進行積分處理，分別轉換為與所述的相線電壓 取樣信號以及所述的相線電流取樣信號量值各自相對應的電流信號；一電壓/頻率轉換電路，其接收所述的電流信號并輸出與所述的相線電壓取 樣信號以及所述的相線電流取樣信號量值各自相對應頻率信號；其中，所述的 積分電路和電壓/頻率轉換電路組數與電力線中相線的數量相 一致。
8、 根據權利要求7所述的功率因數補償裝置，其特征在于所述的積分電 路包括一第一積分器，其反相輸入端獲得所述的相線電壓取樣信號； 一第二積分器，其反相輸入端獲得所述的向線電流取樣信號； 所述的處理單元為一微處理器，內置有處理程序，其接收由所述的電壓/頻 率轉換芯片傳輸的所述的頻率信號，根據比例轉化為與電力線不同相線上實時 電壓值和實時電流值對應的數字量，通過運算獲取實時的有功功率、無功功率 以及功率因數值還包括若干組光電耦合器，其數量為電力線相線數量的2倍， 其輸入端與所述的電壓/頻率轉換芯片輸出端相連接，其輸出端與所述的微處理 器的輸入端相連接。
9、 根據權利要求8所述的功率因數補償裝置，其特征在于所述的補償單 元包括若干組繼電器，每一所述的繼電器通過一三極管與所述的微處理器輸出端相連4妄；若干組交流接觸器，通過所述的繼電器的吸合/斷開，實現所述交流接觸器狀態的改變；若干組電容器，在與其對應的所述的交流接觸器動作時而接入對應的電力 線中，實現對電力系統的功率因數補償。
10、 根據權利要求9所述的功率因數補償裝置，其特征在于所述的補償 單元包括若干組復合開關，其與所述的微處理器的輸出端相連接，通過所述的微處 理器輸出的控制信號，實現所述復合開關狀態的改變；若干組電容器，在與其對應的所述的復合開關動作時而接入對應的電力線 中實現對電力系統的功率因數補償。
11、 根據權利要求8或9所述的功率因數補償裝置，其特征在于還包括 一保護單元，其在電容發熱達到某一閾值時，用以切斷相線，其包括熱敏電阻組，其由熱每文電阻組成，所述的熱4文電阻貼設在所述電容器的表面，并與所述的微處理器輸入端相連接；一保護繼電器，通過一三極管與所述的微處理器一輸出端相連接； 一電磁脫扣器，在所述的保護繼電器動作時，所述的電磁脫扣器動作，從而切斷相線的電力供應。
專利摘要本實用新型為一種功率因數補償裝置，其包括一電源單元，用以為電子元件提供電力；一電壓采集單元，其從相線上獲取實時的電壓信號并轉為相線電壓取樣信號；一電流采集單元，其從所述的相線上獲取實時的電流信號并轉為相線電流取樣信號；一模擬/數字轉換單元，其將所述的相線電壓取樣信號以及所述的相線電流取樣信號分別轉換為與各自對應的頻率信號輸出；一處理單元，其將所述的頻率信號分別轉換為對應的實時的電壓值和電流值，并計算出有功功率、無功功率以及功率因數值，在所述的功率因數值低于預設閾值時，輸出控制信號；一補償單元，其接收所述的計量處理單元的控制信號，實現對相線的功率因數補償。
文檔編號H02J3/18GK201393071SQ200920149618
公開日2010年1月27日 申請日期2009年4月7日 優先權日2009年4月7日
發明者萬家盛, 汪志強 申請人:湖北盛佳電器設備有限公司;萬家盛