低壓電容器新型投切開關的制作方法

本發明涉及電學技術領域，尤其涉及一種低壓電容器新型投切開關。

背景技術：

近年來隨著電力電子裝置的廣泛應用，感性負載和非線性負載的大量增加，電網中的無功功率大量增加，由于無功功率在電網中傳輸會造成網絡損耗以及受電端電壓下降，嚴重影響供電質量。因此，在電網中裝設無功補償裝置已成為滿足電網無功需求的必要手段。在終端用戶中，使用低壓電容器進行無功補償是最常用的辦法。目前國內無功補償電容器裝置所使用的投切開關的性能對比如下：

(1)接觸器。采用接觸器作為投切開關，接入電容的瞬間產生很大的涌流，造成接觸器的觸頭處產生火花，容易燒毀觸頭，而在分斷電容時可投切開關之后，能粘住觸頭，造成觸頭拉不開。

(2)晶閘管開關：繼傳統機械觸點出現無觸點的電子開關，可以實現過零觸發，具有導通無涌流，切斷無過電壓的特點，但開關電路運行時有較大的導通壓降，帶來電能損耗和發熱問題。

(3)復合開關：由雙向晶閘管與接觸器并聯構成，具有過零觸發、動作時間短、限制電容器合閘涌流、觸點無燒結的優點。但耐電壓、電流沖擊性較差，容易損壞，安全穩定性較弱，機械觸點存在燒壞可能性，正常運行時接觸器開關始終接通，線圈一直通電，增加了電能損耗。

(4)選相開關：雖避免了復合開關的可控硅組件容易出現的故障，但單觸點磁保持結構，仍有產生電弧預燃和重燃的可能性。

從投切開關的性能對比可知，目前普遍選用的電容器投切開關在運行中仍存在的缺陷，需要在提高開關的可靠性和安全性方面進行改進。投切開關是電容器的關鍵部件，因此，研發新型投切開關能實現過零無觸點投切，達到精確補償，節能降耗的目的，符合國家節能政策要求，具有非常現實的意義。

現有技術方案

根據晶閘管投切電容器(tsc)技術的自動補償原理，tsc的電路原理如圖4所示，選取投入電容器時刻總的原則是投入電容時刻(晶閘管導通時刻)必須是電網電壓us與電容器當前端電壓uc相等的時刻。因為根據電容器的特性，若投入電容器時刻的電源電壓與電容器當前端電壓不等，電容器電壓突變，會產生很大的合閘涌流，可能會損壞晶閘管或給電網帶來高頻沖擊。而在tsc切除電容器時，由于切除過程中開關觸點會產生電弧重燃現象，導致電容器過電壓，但在電流過零時刻切除電容器，可以實現開關接點無電弧分斷。因此晶閘管控制的電容器一定是在電流過零的情況下切除。

技術實現要素：

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種低壓電容器新型投切開關。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

本發明由電流互感器、電壓互感器、濾波電路、電流采樣電路、電壓采樣電路、數字信號處理器、控制器、過零檢測與觸發電路、磁保持繼電器驅動電路、投切開關、三相補償電容、分相補償電容組成，所述電流互感器和所述電壓互感器的輸出端分別依次通過所述濾波電路、所述電流采樣電路、所述電壓采樣電路、所述控制器、所述過零檢測與觸發電路和所述磁保持繼電器驅動電路與一組連接三相補償電容的投切開關連接，另一組投切開關連接在分相補償電容上，且設置有輸出指示燈。

進一步，所述投切開關由雙向晶閘管、磁保持繼電器和rc阻容吸收電路組成。

進一步，所述磁保持繼電器的驅動電路由四個電阻、四個三極管、兩個繼電器線圈和兩個二極管組成，兩個電阻、兩個三極管、一個二極管和一個繼電器線圈組成合閘驅動電路，另外兩個電阻、兩個三極管、一個二極管和一個繼電器線圈組成分閘驅動電路。

進一步，所述過零檢測與觸發電路由六個電阻、一個壓敏電阻、兩個光耦器、一個電容和一個雙向可控硅組成。

本發明的有益效果在于：

本發明是一種低壓電容器新型投切開關，與現有技術相比，本發明研究機械開關抖動的影響，解決由開關抖動引起的過壓、電弧等問題。在復合開關和選相開關的基礎上，采用微電子技術和過零點投切技術，改進電路結構，不存在可控硅損壞和單觸點磁保持燒壞現象，不會產生電弧預燃和重燃，故障率低，長期運行成本低。新型投切開關可實現過零無觸點投切，投切過程無過電壓、無涌流產生、無電弧、快速補償等功能，能降低運行成本，延長電容器使用壽命。

附圖說明

圖1是本發明的電力電容器投切框圖；

圖2是本發明的磁保驅動持繼電器驅動電路圖；

圖3是本發明的過零檢測與觸發電路電路圖；

圖4是現有技術中tsc電路原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

如圖1所示：本發明由電流互感器、電壓互感器、濾波電路、電流采樣電路、電壓采樣電路、數字信號處理器、控制器、過零檢測與觸發電路、磁保持繼電器驅動電路、投切開關、三相補償電容、分相補償電容組成，所述電流互感器和所述電壓互感器的輸出端分別依次通過所述濾波電路、所述電流采樣電路、所述電壓采樣電路、所述控制器、所述過零檢測與觸發電路和所述磁保持繼電器驅動電路與一組連接三相補償電容的投切開關連接，另一組投切開關連接在分相補償電容上，且設置有輸出指示燈。所述投切開關由雙向晶閘管、磁保持繼電器和rc阻容吸收電路組成。投入時：由控制器發出指令，在檢測到雙向晶閘管兩端電壓為零的瞬間發出觸發脈沖，使雙向晶閘管導通，主控芯片監控到開關導通后，發出閉合磁保持繼電器的指令，磁保持繼電器后，在檢測到雙向晶閘管電流過零時的瞬間發出觸發脈沖，再由控制器發出斷開可控硅的指令。切除時：由控制器發出指令，使雙向晶閘管導通，發出斷開磁保持繼電器的指令，再由控制器發出斷開可控硅的指令。開關在投、切瞬間雙向晶閘管導通工作，完成投切后轉入正常運行狀態時，開關由磁保持繼電器維持通斷狀態。這樣極大限制了投入過程中產生的涌流以及切除過程中產生的過電壓沖擊現象。

如圖2所示：所述磁保持繼電器的驅動電路由四個電阻、四個三極管、兩個繼電器線圈和兩個二極管組成，兩個電阻、兩個三極管、一個二極管和一個繼電器線圈組成合閘驅動電路，另外兩個電阻、兩個三極管、一個二極管和一個繼電器線圈組成分閘驅動電路。

投切開關正常運行時，由磁保持繼電器維持開關的通斷狀態。磁保持繼電器是一種運行無功耗的新型繼電器，其內部裝有線圈和永久磁鋼，觸點的狀態切換通過控制器發出一定量的正負脈沖電信號控制。觸點狀態切換完成后，線圈無需繼續通電，由永久磁鋼的磁力維持繼電器的狀態。選用hfe9磁保持繼電器，雙線圈且驅動電壓為12v。合(分)閘過程：控制器(單片機)輸出高電平，q1、q2(q3、q4)飽和導通，12v電壓加在合(分)閘線圈上，持續時間大于50毫秒后，控制器輸出低電平，磁保持繼電器處于閉合(斷開)狀態，完成合(分)閘過程。圖中，續流二管d1、d2，用以保護q2、q4不被過電壓擊穿。

如圖3所示：所述過零檢測與觸發電路由六個電阻、一個壓敏電阻、兩個光耦器、一個電容和一個雙向可控硅組成。

投切開關在接通和斷開的瞬間，雙向晶閘管先觸發導通，如果電網電壓和電容器電壓的差值較大，電容器電壓突變，會產生很大的合閘涌流。這一沖擊很可能損壞晶閘管或給電網帶來高頻沖擊，為了防止這種現象，必須在雙向晶閘管兩端電壓為零時進行投切，因此，要求選擇具有過零觸發能力的芯片驅動雙向晶閘管。驅動芯片采用moc3083，它內置過零檢測電路的新型光電耦合器件，具有直流低電壓、小電流控制交流高電壓、大電流的特點。當檢測到電網電壓和電容器存儲的電壓相等時，moc3083會發出觸發脈沖給晶閘管。圖中，壓敏電阻rv1能承受較大沖擊能量，可抑制電路中出現的異常過電壓；r6c1阻容吸收電路，能防止過電壓對電路的沖擊。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。