低壓無功功率綜合補償控制儀的制作方法

低壓無功功率綜合補償控制儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種低壓無功功率綜合補償控制儀。其目的是為了提供一種結構簡單、集成度高、體積小巧的無功功率補償儀。本實用新型包括中央處理單元(1’)、數據處理單元(2’)、通訊單元(3’)、輸出控制單元(4’)、人機交互單元(5’)和報警裝置(6’)。中央處理單元(1’)的信號接收端口與數據處理單元(2’)的信號輸出端口連接，中央處理單元(1’)的數據輸出端口通過485通訊接口與通信單元(3’)的數據接收端口連接，中央處理單元(1’)的第一信號輸出端口與輸出控制單元(4’)的信號接收端口連接，中央處理單元(1’)的第二信號輸出端口與報警裝置(6’)連接。中央處理單元(1’)的數據輸出端口與人機交互單元(5’)的數據接收端口連接，在人機交互單元(5’)上還連接有LCM顯示器(7’)和鍵盤(8’)。
【專利說明】低壓無功功率綜合補償控制儀

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及低壓無功補償領域，特別是涉及一種低壓無功功率綜合補償控制 儀。

【背景技術】
[0002] 隨著國家經濟的發展和人民生活水平的提高，大量的居住樓盤、高檔商場、賓館和 辦公樓等民用建筑在城市中拔地而起，使城市用電量快速增長。但是，在這些民用建筑場所 內使用的多為單相電感性負荷，因其自身功率因數較低，在電網中滯后無功功率的比重較 大。為保證降低電網中的無功功率，提高功率因數，保證有功功率的充分利用，提高系統的 供電效率和電壓質量，減少線路損耗，降低配電線路的成本，節約電能，通常在低壓供配電 系統中裝設電容器無功補償裝置。
[0003] 無功補償綜合補償裝置是低壓無功補償裝置中最容易損壞的關鍵元器件，目前市 場上普遍存在的補償裝置采用以功率因數為投切依據，該控制方式存在如下缺點：
[0004] 1、需要補償的容量未知，輕載時容易產生投切震蕩。例如：當前功率因數為0. 85， 低于目標功率因數，投入一組電容后功率因數變為-0.95,產生了過補，切除該電容后，功率 因數又成為〇. 85,于是又投入，結果造成了反復的投切震蕩，對電容和電網造成極大的危 害；
[0005] 2、補償精度差，不能確定需要補償的容量，因而不能準確的投入或切除適當的電 容，容易產生過補或欠補；
[0006] 3、顯示內容少，大多采用四位LED數碼管，顯示效果不直觀；
[0007] 4、保護內容少，當電網有異常發生時，補償裝置不能夠即時產生報警信息，有可能 會對用戶的設備造成損壞；
[0008] 5、沒有歷史記錄功能，不能向用戶反饋歷史數據。 實用新型內容
[0009] 本實用新型要解決的技術問題是提供一種集成度高、體積小、結構簡單的低壓無 功功率綜合補償控制儀。
[0010] 本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀，其中，包括中央處理單元、數據處理單 元、通訊單元、輸出控制單元、人機交互單元和報警裝置，中央處理單元的信號接收端口與 數據處理單元的信號輸出端口連接，中央處理單元的數據輸出端口通過485通訊接口與通 信單元的數據接收端口連接，中央處理單元的第一信號輸出端口與輸出控制單元的信號接 收端口連接，中央處理單元的第二信號輸出端口與報警裝置連接，中央處理單元的數據輸 出端口與人機交互單元的數據接收端口連接。
[0011] 本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀，其中所述人機交互單元上還連接有 LCM顯示器和鍵盤。
[0012] 本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀，其中所述數據處理單元2'的電路結構 為第一運算放大器0P1的正向輸入端與信號輸入端A連接，第一運算放大器0P1的反向輸 入端與第一運算放大器0P1的輸出端連接，在第一運算放大器0P1的輸出端串聯第一電阻 R1后與第二運算放大器0P2的反向輸入端連接，第二運算放大器0P2的正向輸入端接入第 一零電勢位GND1，在第一電阻R1與第二運算放大器0P2的反向輸入端之間引出兩條支路， 一條支路與第三運算放大電路0P3的正向輸入端連接，另一條支路與第四運算放大電路 0P4的反向輸入端連接，第二運算放大器0P2的輸出端引出兩條導線，一條導線與第一二極 管D1的正極連接，第一二極管D1的負極與第三運算放大器0P3的正向輸入端連接，另一條 導線與第二二極管D2的負極連接，第二二極管D2的正極與第四運算放大器0P4的反向輸 入端連接，第三運算放大器0P3的輸出端與正半波輸出端B1連接，第三運算放大器0P3的 反向輸入端與第三運算放大器0P3的輸出端連接，第四運算放大器0P4的正向輸入端接入 第二零電勢位GND2,第四運算放大器0P4的輸出端與負半波輸出端B2連接，第四運算放大 器0P4的反向輸入端串聯第六電阻R6后與第四運算放大器0P4的輸出端連接，正半波輸出 端B1和負半波輸出端B2分別與單片機的AD管腳連接。
[0013] 本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀，其中所述通訊單元的電路結構為第二 引腳接入正電壓，第三引腳與第一晶閘管Q1的集電極連接，第一晶閘管Q1的發射集接入 第三零電勢位GND3,第一晶閘管Q1的基極串聯電阻R15后與信號輸入端連接，高速光耦 6N136的第八引腳接入電源，第五引腳接入第四零電勢位GND4,第六引腳與第二晶閘管Q2 的基極連接，第二晶閘管Q2的發射集接入第五零電勢位GND5,第二晶閘管Q2的集電極串聯 第十四電阻R14后接入電源，在第二晶閘管Q2的集電極與第十四電阻R14之間引出導線與 信號輸出端連接，在第八引腳與第六引腳之間連接有第十三電阻R13,在第六引腳與第五引 腳之間連接有第一電容器C1。
[0014] 本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀，其中所述輸出控制單元的電路結構為 晶體管輸出光電稱合器TLP521-1的第一引腳直接與電源連接，第二引腳與第十六電阻 R16的一端連接，第十六電阻R16的另一端與控制器KZQ-4信號輸出端連接，第四引腳接入 第六零電勢位GND6,第三引腳與第十七電阻R17的一端連接，第十七電阻R17的另一端接入 電源，在第三引腳與第十七電阻R17之間引出的導線與光電耦合器PC817-A的信號輸入端 連接。
[0015] 本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀，其中所述中央處理單元采用的單片機 的型號為Stcl25a60s2。
[0016] 本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀與現有技術不同之處在于：本實用新型 電路集成度高、體積小、結構簡單。設置有多個電路單元，并對各電路單元進行了優化，降低 了產品的制造成本。測量當前電網的無功功率，根據無功功率的實際值計算需要投切的電 容容量，不會產生過補，不會造成投切震蕩，補償精度高。數據處理單元抗諧波能力強，在諧 波較大的區域依然能夠穩定準確的控制電容器的投切。采用LCM顯示器，數字與漢字能夠 混合顯示，效果清晰直觀。通訊單元能夠進行遠程通訊，即使不在現場也能夠了解現場裝置 的運行狀況。報警裝置的設置避免了集成過壓、欠壓、欠流、過溫、過補償和欠補償等狀況對 裝置的損壞，降低了不必要的損失。
[0017] 下面結合附圖對本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀作進一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀的結構框圖；
[0019] 圖2為本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀中數據處理單元的電路結構圖；
[0020] 圖3為本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀中通訊單元的電路結構圖；
[0021] 圖4為本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀中輸出控制單元的電路結構圖。

【具體實施方式】
[0022] 如圖1所示，為本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀的結構框圖，包括中央 處理單元Γ、數據處理單2'元、通訊單元3'、輸出控制單元4'、人機交互單元5'和報警裝 置6'。中央處理單元Γ的信號接收端口與數據處理單元2'的信號輸出端口連接，中央處 理單元Γ的數據輸出端口通過485通訊接口與通信單元3'的數據接收端口連接，中央處 理單元Γ的第一信號輸出端口與輸出控制單元4'的信號接收端口連接，中央處理單元Γ 的第二信號輸出端口與報警裝置6'連接。中央處理單元Γ的數據輸出端口與人機交互單 元5 '的數據接收端口連接，在人機交互單元5 '上還連接有LCM顯示器7 '和鍵盤8 '。中央 處理單元Γ采用的單片機型號為stcl25a60s2。
[0023] 數據處理單元2'如圖2所示，第一運算放大器0P1的正向輸入端串聯第十電阻 R10后與信號輸入端A連接，第一運算放大器0P1的正電源端接入+5V，負電源端接入-5V。 第一運算放大器0P1的反向輸入端與輸出端連接，在第一運算放大器0P1的輸出端串聯第 一電阻R1后與第二運算放大器0P2的反向輸入端連接，第二運算放大器0P2的正向輸入端 串聯第i^一電阻R11后接入第一零電勢位GND1。在第一電阻R1與第二運算放大器0P2的 反向輸入端之間引出兩條支路，一條支路依次與第二電阻R2和第三電阻R3串聯后，與第三 運算放大電路0P3的正向輸入端連接，另一條支路依次與第四電阻R4和第五電阻R5串聯 后，與第四運算放大電路0P4的反向輸入端連接。第二運算放大器0P2的輸出端引出兩條 導線，一條導線與第一二極管D1的正極連接，第一二極管D1的負極連接在第二電阻R2與 第三電阻R3之間，另一條導線與第二二極管D2的負極連接，第二二極管D2的正極連接在 第四電阻R4與第五電阻R5之間。第三運算放大器0P3的輸出端串聯第八電阻R8后與正 半波輸出端B1連接，在第八電阻R8與正半波輸出端B1之間引出導線與第三二極管D3的 正極連接，第三二極管D3的負極接入+3. 3V電壓。第三運算放大器0P3的反向輸入端與 第三運算放大器0P3的輸出端連接。第四運算放大器0P4的正電源端接入+5V，負電源端 接入-5V，第四運算放大器0P4的正向輸入端串聯第九電阻R9后接入第二零電勢位GND2。 第四運算放大器0P4的輸出端串聯第七電阻R7后與負半波輸出端B2連接，在第七電阻R7 與負半波輸出端B2之間引出導線與第四二極管D4的正極連接，第四二極管D4的負極接入 +3. 3V電壓。第四運算放大器0P4的反向輸入端串聯第六電阻R6后與第四運算放大器0P4 的輸出端連接。正半波輸出端B1和負半波輸出端B2分別與單片機的AD管腳連接。本電 路的工作原理為：電流信號從輸入端A進入電路，經過第一運算放大器0P1后，提高了輸入 的阻抗。進入第二運算放大器0P2,在正半波時第一二極管D1正向導通，第三運算放大器 0P3將半波信號的正向端跟隨輸出。在負半波時第二二極管D2導通，第四運算放大器0P4 將半波信號的負向端反向以后輸出。通過單片機得到正半波輸出端B1和負半波輸出端B2 的輸出信號值，就可得出輸入值。
[0024] 通訊單元3'如圖3所示，6N136為高速光稱，在通訊單元中起到隔離前后級信號 通路的作用，將需要的信號進行傳輸，不需要的信號進行隔離。高速光耦6N136的第一引 腳、第四引腳和第七引腳懸空，第二引腳和第三引腳為信號輸入引腳，第八引腳為接電源引 腳，第五引腳為接地引腳，第六引腳為信號輸出引腳。第二引腳串聯第十二電阻R12后接入 +3. 3V電壓，第三引腳與第一晶閘管Q1的集電極連接，第一晶閘管Q1的發射集接入第三零 電勢位GND3,第一晶閘管Q1的基極串聯電阻R15后與信號輸入端連接。高速光耦6N136 的第八引腳接入電源VCC，第五引腳接入第四零電勢位GND4,第六引腳與第二晶閘管Q2的 基極連接，第二晶閘管Q2的發射集接入第五零電勢位GND5,第二晶閘管Q2的集電極串聯第 十四電阻R14后接入電源VCC，在第二晶閘管Q2的集電極與第十四電阻R14之間引出導線 與信號輸出端連接。在第八引腳與第六引腳之間連接有第十三電阻R13,在第六引腳與第五 引腳之間連接第一電容器C1。本電路的工作原理為：信號由輸入端進入第一晶閘管Q1的 基極后，從第一晶閘管Q1的集電極進入高速光耦6N136中，高速光耦6N136將一部分信號 隔離，另一部分信號通過第六引腳輸送到第二晶閘管Q2的基極，并通過第二晶閘管Q2的集 電極將有用信號輸出到信號輸出端。
[0025] 輸出控制單兀4'如圖4所不，晶體管輸出光電f禹合器TLP521-1的第一引腳為發 光二極管的陽極，第二引腳為發光二極管的陰極，第三引腳為光敏二極管的陰極，第四引腳 為光敏二極管的陽極。第一引腳直接與電源連接。第二引腳與第十六電阻R16的一端連 接，第十六電阻R16的另一端與控制器KZQ-4信號輸出端連接。第四引腳接入第六零電勢 位GND6。第三引腳與第十七電阻R17的一端連接，第十七電阻R17的另一端與電源VCC連 接，在第三引腳與第十七電阻R17之間引出的導線與光電耦合器PC817-A的信號輸入端連 接。電路的工作原理為：控制器KZQ-4信號輸出端的觸發信號為低電平時，第三引腳和第 四引腳導通，光電耦合器PC817-A為高電平，光電耦合器PC817-A將信號傳送給中央處理單 元Γ，此時中央處理單元Γ接收到的為切除信號，中央處理單元Γ將磁保持繼電器斷開。 控制器KZQ-4信號輸出端的觸發信號為高電平時，第三引腳和第四引腳斷開，光電耦合器 PC817-A為低電平，光電耦合器PC817-A將信號傳送給中央處理單元Γ，此時中央處理單元 Γ接收到為投入信號，中央處理單元Γ將磁保持繼電器閉合。
[0026] 本實用新型低壓無功功率綜合補償控制儀，設置有多個電路單元，并對各電路單 元進行了優化，降低了產品的制造成本。測量當前電網的無功功率，根據無功功率的實際值 計算需要投切的電容容量，不會產生過補，不會造成投切震蕩，補償精度高。數據處理單元 2'抗諧波能力強，在諧波較大的區域依然能夠穩定準確的控制電容器的投切。采用LCM顯 示器7'，數字與漢字能夠混合顯示，效果清晰直觀。通訊單元3'能夠進行遠程通訊，即使不 在現場也能夠了解現場裝置的運行狀況。報警裝置6'的設置避免了集成過壓、欠壓、欠流、 過溫、過補償和欠補償等狀況對裝置的損壞，降低了不必要的損失。本實用新型電路集成度 高、體積小、結構簡單，與現有技術相比具有明顯的優點。
[0027] 以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，并非對本實用 新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本 實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型權利要求書確定的保護 范圍內。
【權利要求】
1. 一種低壓無功功率綜合補償控制儀，其特征在于：包括中央處理單元（Γ )、數據處 理單元（2'）、通訊單元（3'）、輸出控制單元（4'）、人機交互單元（5'）和報警裝置（6'）， 中央處理單元（Γ)的信號接收端口與數據處理單元（2'）的信號輸出端口連接，中央處理 單元（Γ )的數據輸出端口與通信單元（3'）的數據接收端口連接，中央處理單元（Γ )的 第一信號輸出端口與輸出控制單元（4'）的信號接收端口連接，中央處理單元（Γ)的第二 信號輸出端口與報警裝置（6'）連接，中央處理單元（Γ)的數據輸出端口與人機交互單元 (5'）的數據接收端口連接。
2. 根據權利要求1所述的低壓無功功率綜合補償控制儀，其特征在于：所述人機交互 單元（5'）上還連接有LCM顯示器（7'）和鍵盤（8'）。
3. 根據權利要求1所述的低壓無功功率綜合補償控制儀，其特征在于：所述數據處理 單兀（2'）的電路結構為第一運算放大器（0Ρ1)的正向輸入端與信號輸入端（Α)連接，第一 運算放大器（0Ρ1)的反向輸入端與第一運算放大器（0Ρ1)的輸出端連接，在第一運算放大 器（0Ρ1)的輸出端串聯第一電阻（R1)后與第二運算放大器（0Ρ2)的反向輸入端連接，第二 運算放大器（0Ρ2)的正向輸入端接入第一零電勢位（GND1)，在第一電阻（R1)與第二運算放 大器（0Ρ2)的反向輸入端之間引出兩條支路，一條支路與第三運算放大電路（0Ρ3)的正向 輸入端連接，另一條支路與第四運算放大電路（0Ρ4)的反向輸入端連接，第二運算放大器 (0Ρ2)的輸出端引出兩條導線，一條導線與第一二極管（D1)的正極連接，第一二極管（D1) 的負極與第三運算放大器（0Ρ3)的正向輸入端連接，另一條導線與第二二極管（D2)的負極 連接，第二二極管（D2)的正極與第四運算放大器（0Ρ4)的反向輸入端連接，第三運算放大 器（0Ρ3)的輸出端與正半波輸出端（Β1)連接，第三運算放大器（0Ρ3)的反向輸入端與第三 運算放大器（0Ρ3)的輸出端連接，第四運算放大器（0Ρ4)的正向輸入端接入第二零電勢位 (GND2)，第四運算放大器（0Ρ4)的輸出端與負半波輸出端（Β2)連接，第四運算放大器（0Ρ4) 的反向輸入端串聯第六電阻（R6)后與第四運算放大器（0Ρ4)的輸出端連接，正半波輸出端 (Β1)和負半波輸出端（Β2)分別與單片機的AD管腳連接。
4. 根據權利要求1所述的低壓無功功率綜合補償控制儀，其特征在于：所述通訊單元 (3'）的電路結構為第二引腳接入正電壓，第三引腳與第一晶閘管（Q1)的集電極連接，第一 晶閘管（Q1)的發射集接入第三零電勢位（GND3)，第一晶閘管（Q1)的基極串聯電阻（R15) 后與信號輸入端連接，高速光耦6Ν136的第八引腳接入電源，第五引腳接入第四零電勢位 (GND4)，第六引腳與第二晶閘管（Q2)的基極連接，第二晶閘管（Q2)的發射集接入第五零電 勢位（GND5)，第二晶閘管（Q2)的集電極串聯第十四電阻（R14)后接入電源，在第二晶閘管 (Q2)的集電極與第十四電阻（R14)之間引出導線與信號輸出端連接，在第八引腳與第六 引腳之間連接有第十三電阻（R13)，在第六引腳與第五引腳之間連接有第一電容器（C1)。
5. 根據權利要求1所述的低壓無功功率綜合補償控制儀，其特征在于：所述輸出控制 單元（4'）的電路結構為晶體管輸出光電耦合器TLP521-1的第一引腳直接與電源連接，第 二引腳與第十六電阻（R16)的一端連接，第十六電阻（R16)的另一端與控制器KZQ-4信號 輸出端連接，第四引腳接入第六零電勢位（GND6)，第三引腳與第十七電阻（R17)的一端連 接，第十七電阻（R17)的另一端接入電源，在第三引腳與第十七電阻（R17)之間引出的導線 與光電耦合器PC817-A的信號輸入端連接。
6. 根據權利要求1所述的低壓無功功率綜合補償控制儀，其特征在于：所述中央處理
【文檔編號】H02J13/00GK203911486SQ201420264395
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】馬洪亮, 鄭運專, 閆志波, 張澤昊, 何亞鋼, 任俊輝, 胡志民 申請人:河北沃邦電力科技有限公司