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自動無功補(bǔ)償用復(fù)合開關(guān)電路

    隨著電網(wǎng)供電的日趨緊張,進(jìn)一步挖掘供電潛能,節(jié)能降耗,已是擺在供電部門和用電客戶面前的一個亟待解決的問題。對低壓配電變壓器來講,對其加裝自動無功補(bǔ)償裝置是一種有效的節(jié)能降耗措施。在上一代的無功補(bǔ)償控制裝置中,為防止在電壓峰值處投入電容,通常采用具有過零觸發(fā)的固態(tài)繼電器作為其功率開關(guān)器件,但固態(tài)繼電器卻有如下缺陷:1.固態(tài)繼電器導(dǎo)通時,其結(jié)壓降約為2.3V,但流過的電流卻為數(shù)十安,因此,一個固態(tài)繼電器導(dǎo)通時將產(chǎn)生幾十瓦的功耗,三相將產(chǎn)生近200W的功耗。無功補(bǔ)償通常要補(bǔ)償2~6組電容,故所有固態(tài)繼電器的功耗將超過1000W。為此,不但需要在自動無功補(bǔ)償裝置中加足夠大的散熱器,還要加裝風(fēng)扇進(jìn)行散熱。否則,過高的溫度會使固態(tài)繼電器損壞。2.易受溫度及輻射的影響,參數(shù)穩(wěn)定性較差,對瞬變干擾比較敏感,需要加裝保護(hù)器件。3.當(dāng)被投切的電容發(fā)生短路故障時,固態(tài)繼電器通常因過流而損壞。4.當(dāng)電網(wǎng)電壓因諧波而突然升高時,固態(tài)繼電器也易損壞。 
  這樣導(dǎo)致的突出問題是產(chǎn)品可靠性差,功率開關(guān)器件和補(bǔ)償電容容易損壞,投資收益比高,直接影響了該產(chǎn)品的推廣。為克服這一問題,我們設(shè)計了自動
無功補(bǔ)償裝置專用的復(fù)合開關(guān),很好地解決了這一問題。 
  所謂復(fù)合開關(guān),就是將固態(tài)繼電器和交流接觸器按一定時序配合下有序工作的兩個功率開關(guān)。固態(tài)繼電器的優(yōu)點(diǎn)是過零觸發(fā),對補(bǔ)償電容的沖擊小,缺點(diǎn)是其導(dǎo)通時功耗大;交流接觸器的優(yōu)點(diǎn)是其導(dǎo)通時功耗小,缺點(diǎn)是不能確保過零導(dǎo)通。我們?nèi)烧咧畠?yōu)點(diǎn),回避其缺點(diǎn),所制作的復(fù)合開關(guān)就能確保不但能過零觸發(fā),對補(bǔ)償電容的沖擊小,而且導(dǎo)通時功耗小。省掉了無功補(bǔ)償
裝置中的笨重的散熱器和風(fēng)扇,降低了成本。 
  具體工作過程如圖示,當(dāng)需要投入補(bǔ)償電容C1時,自動無功補(bǔ)償
裝置發(fā)出一個控制信號經(jīng)電阻R1、D2、R12輸入到CPUU4P89LPC901的4腳,即管腳P1.5,該管腳的功能為:它可作為低有效復(fù)位輸入或數(shù)字輸入口。當(dāng)UCFGl寄存器中的位RPE(復(fù)位管腳使能)置位時,使能P1.5的外部復(fù)位輸入功能。當(dāng)清零時,P1.5可作為一個輸入管腳。在上電過程中,連接到該管腳的外部電路不應(yīng)將其拉低,否則將使器件一直處于復(fù)位狀態(tài)。在上電完成之后,該管腳可根據(jù)RPE位的狀態(tài)作為數(shù)字輸入口。只有上電復(fù)位會暫時使RPE的設(shè)定失效,其他復(fù)位源無法影響RPE位的設(shè)定。電阻R12上將有近4V的直流電壓作為一個輸入信號,告訴CPU:自動無功補(bǔ)償裝置發(fā)出閉合復(fù)合開關(guān)的命令。CPU接收到這一信號后,令2、5腳輸出0,3腳輸出1,使U1導(dǎo)通,觸發(fā)雙向可控硅Q5在交流電壓過零處導(dǎo)通,補(bǔ)償電容C1投入運(yùn)行;延時1秒令腳輸出1,Q3導(dǎo)通,繼電器J得電,常開觸點(diǎn)閉合,因交流接觸器線圈上加有交流電而動作,其常開觸點(diǎn)閉合,也將補(bǔ)償電容C1投入運(yùn)行;延時1秒后,U4的4腳變?yōu)榱,U1截止,可控硅Q5也截止,這樣,復(fù)合開關(guān)導(dǎo)通時的大部分時間內(nèi)是交流接觸器的常開觸點(diǎn)在導(dǎo)通,而可控硅只是在復(fù)合開關(guān)導(dǎo)通瞬間動作一下,時間很短,功耗很小,故不需要散熱。當(dāng)自動無功補(bǔ)償裝置撤除控制信號時,U4的4腳變?yōu)榈碗娖,CPU將令U1導(dǎo)通,可控硅Q5導(dǎo)通,延時1秒后,2腳由高變低,Q3截止,繼電器J失電,交流接觸器與補(bǔ)償電容C1斷開,但此時補(bǔ)償電容C1通過可控硅Q5繼續(xù)運(yùn)行。 
  延時1秒后,CPU令3.5腳輸出0,U1截止,Q5將在電流過零處與補(bǔ)償電容C1斷開。補(bǔ)償電容C1退出運(yùn)行。 
  由于自動無功補(bǔ)償
裝置與CPU(U4)共地,D2是為防止因控制信號接反而損壞復(fù)合開關(guān)的內(nèi)部電路?煽毓鑼ν饨缬|發(fā)非常敏感,為提高控制的可靠性,特別是預(yù)防開機(jī)沖擊,在采用平衡驅(qū)動技術(shù),即光耦的導(dǎo)通需要CPU的3.5腳同時輸出有效信號才能使光耦U1和可控硅Q5導(dǎo)通。否則任何一腳上的干擾信號都不能使其導(dǎo)通。當(dāng)線路交流電壓過高時,U4的#腳電壓就會高于7腳電壓,U4的內(nèi)部電壓比較器動作,它將通過軟件迫使2.3.5!腳輸出0,使可控硅和交流接觸器都與補(bǔ)償電容C1斷開,從而起到過壓保護(hù)的作用。否則,過高的電壓會損壞可控硅Q5和電容C1。U4的直流工作電壓為3~6V,二極管D5、D6起降壓作用。在上電復(fù)位時,U4的各口的鎖存器配置為無內(nèi)部上拉的的輸入模式,故在開機(jī)時,U4的腳通常不會瞬時輸出一個脈沖使Q3導(dǎo)通,為了保險,加下拉電阻R10。 
  補(bǔ)償電容C1的單位為kVAR,它是根據(jù)高壓電容在額定工頻、額定電壓下產(chǎn)生的無功功率來標(biāo)定的。kVAR=314U2C(U為電容C上的額定電壓,單位為V,C為電容容量,單位為F)。


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