专利名称：无功功率动态自动补偿控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无功功率动态自动补偿控制器，具体地说，是针对无 功功率大小不断变化，变化速度很快的领域所采用的动态自动补偿控制器。
背景技术：
任何输配电设备和用电装置都不可能是纯阻性负载，因此它们必然要占用 一定的无功功率。由于电网负载绝大多数呈感性，因而采用并联电容器组，通 过对并联电容器组的投切控制来进行无功补偿是一种简单易于实施的措施并 已得到广泛应用。
随着技术的发展，出现了以单片机为核心控制的，能够根据负载的变化自 动做出投切动作，通过接触器投入或者切除电容器组，使所补偿电网功率因数 保持在一个较高水平的无功功率自动补偿控制器。
然而，在类似于轧钢等无功功率动态变化的工业场所，由于无功功率的大 小不但随时间在不断变化，而且变化的速度很快，传统的无功功率自动补偿控 制器由于响应时间慢，就显得无能为力。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种无功功率动态自动补偿控制 器，能适用于无功功率的大小不但随时间在不断变化，而且变化的速度很快的 场合。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下-
一种无功功率动态自动补偿控制器，包括电流互感器；输出三抽头式的 电源变压器；信号检测电路，分别与所述电流互感器、电源变压器相连；功率 因数检测电路，分别与所述电流互感器、电源变压器相连；单片机，分别接收 来自信号检测电路和功率因数检测电路的数据;键盘电路，与所述单片机相连; 显示电路，与所述单片机采用串行传送方式相连；以及输出电路，接收来自单
片机的控制信号。
采用上述新型无功功率动态自动补偿控制器，通过采用高速单片机进行数 据处理，能够对变化很快的负载无功功率做出快速响应，并通过新型输出电路 输出直流电平控制电容动作，具有响应时间快，电路简单、成本低廉、使用方 便、多功能综合控制的特点，并且时间响应范围宽，可涵盖负载无功变化较慢 的无功补偿使用场所。
所述功率因数检测电路接收来自电源变压器的第一相和第二相信号以及
来自电流互感器的第三相信号。上述采用自动鉴相技术，对12种任意三相平 衡接线(两相电压取样， 一相电流取样)的方式都能作出自动判断，方便了本 无功补偿器的安装使用。
单片机具有一复位端，该复位端接有复位按键，同时通过上拉电阻连接单 片机的工作电源。当单片机上电时，电源电压上升过程中会产生一个复位信 号，输入到单片机复位端，使单片机复位；当需要人工复位时，按下复位按 钮，向复位端输入一电平脉冲，从而实现单片机人工复位。
所述电源变压器输出中的一路分别连接所述信号检测电路和功率因数检 测电路。
所述电源变压器输出中的另 一路连接所述输出电路。 所述键盘电路中设有按键，该按键通过电阻分压后连接单片机。 所述单片机输出的控制信号经过光耦连接三极管，向输出电路送出+12V
直流电平控制信号。这种输出方式改变了传统的无功补偿器通过控制电磁继电 器输出、外接交流接触器进行投切的方式，可以克服原有方式投切时涌流大、 电压冲击大、反电动势高、寿命短等缺点，具有响应时间快，满足快速动态补 偿要求的特点。
所述显示电路设有四个数码管，分别为一个代码显示数码管和三个数据显 示数码管。由于显示方式采用菜单式，简洁直观，可显示功率因数和无功电 流。对电网的过补偿、欠补偿、过电压、欠电压、欠电流情况，都能自动显 示并做出相应的处理。
图1是本实用新型的无功功率动态自动补偿控制器的结构框图2是本实用新型的补偿控制器基本电路图3是本实用新型的补偿控制器的显示电路的电路图4是本实用新型的补偿控制器的输出电路的电路图。
具体实施方式
下面根据图1至图4，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述， 使能更好地理解本实用新型的功能、特点。
图1是本实用新型的无功功率动态自动补偿控制器的结构框图。如图所 示，本实用新型的无功功率动态自动补偿控制器，包括电源变压器、电流互感 器、信号检测电路、功率因数检测电路、键盘电路、单片机、显示电路和输出 电路。信号检测电路分别与所述电流互感器、电源变压器相连。功率因数检测 电路分别与所述电流互感器、电源变压器相连。单片机型号为PIC16F74，分 别接收来自信号检测电路和功率因数检测电路的数据。单片机该单片机在保证 其工作稳定性的同时，单步处理时间要求不大于lus，通过单片机内部程序 处理对外部负载变化响应的时间小于40ms，以适用于类似于轧钢等无功功率 动态变化的工业场所，并用户可以通过按键设置响应时间最长可达到10s，以 涵盖负载无功变化较慢的无功补偿使用场所。键盘电路与所述单片机相连。显 示电路与所述单片机采用串行传送方式相连。输出电路接收来自单片机的控制 信号。
下面根据图2和图3，分别详细说明各组成部分的电路。参见图2，电源 变压器T1为输出三抽头式，电压信号经过变压器后分为三路， 一路经过整流 桥Dll、电容C20、 C21和集成稳压器J6的处理后并通过J6的61脚提供+5V 工作电源； 一路经过整流桥D12、电容C22、 C23电路变化后连接输出电路端 口V，提供输出电源+ 12V;另一路经过电路变化后分别提供电压幅值信号和 相位信号。
电流互感器T2取样该相的电流的幅值信号和相位信号，分别送信号检测 电路和功率因数检测电路处理。
信号检测电路结构参见图2，电源变压器输出的一组信号经过二极管D14、 D15、 D13,电阻R19、 R20，电容C3、 C2、 C4、 C24、 C25，从端口KK6输 入集成运算发大器U3完成整流、滤波、放大后通过变阻器Wl与电阻R3送
至单片机3脚，即可完成电压信号幅值的采样，并可通过调节电位器W1来改 变该输入信号的大小，以利于调节校正点；电流互感器T2输出的信号通过电 容C12，电阻R15、 R24、 R27、 R28、 RIO、 Rll、 R13、 R14、 R2、 R8,集成 运算发大器U3完成整流、滤波、放大后通过电阻R4送至单片机2脚，即可 完成对电流信号幅值的采样。其中的电阻R15通过端口KK7连接电阻R10。 通过单片机对信号检测电路提供的数据的处理，可计算出电网的电压值， 电流值，并可对过电压、欠电压、欠电流的情况作出相应的处理并通过显示电 路显示。
功率因数检测电路结构参见图2，电源变压器Tl输出的一组信号经过电 阻R21， 二极管D7、 D8、 D9、 D10处理后送至集成运算发大器U4的43脚， 并经过运算放大其处理后通过U4的41脚接上拉电阻Rl后送至单片机Ul的 40脚，完成功率因数的电压相位采样；电流互感器T2输出的信号通过电容 C12， 二极管D9、 DIO，电阻R22、 R23的处理后送至集成运算发大器U4的 45脚，并经过运算放大其处理后通过U4的47脚送至单片机U1的39脚，完 成功率因数的电流相位采样。
通过单片机对功率因数检测电路提供的数据的处理，可计算出电网的功率 因数值和无功电流值，并可对过补偿、欠补偿的情况作出响应的处理并通过显 示电路显示。
键盘电路的结构也参见图2，三个按键Sl、 S2、 S3通过电阻R5、 R6、 R7分压后连接单片机4脚，用户可以同操作这些按钮进行人机对话。其中， 按键S1用于选择操作项目，按键S2、 S3用于增加或者减小某操作项目数据。 按键S4接上拉电阻R9后接电阻R12，再接U1单片机l脚构成复位电路，可 以支持单片机上电复位、看门狗(WDT)溢出复位、人工复位。
参见图3，显示电路，串行输出数据信号通过单片机22脚接至移位寄存 器U5的51脚，然后通过移位寄存器U5的52脚接至后一位移位寄存器U6， 以此类推，接移位寄存器U7、 U8。串行输出脉冲信号通过单片机21脚共接 至移位寄存器U5的53脚、移位寄存器U6的63脚、移位寄存器U7的73脚、 移位寄存器U8的83脚。移位寄存器U5、 U6、 U7、 U8分别与数码管DS1 、 DS2、 DS3、 DS4的相应管腿连接，并且数码管DS1、 DS2、 DS3、 DS4的Y5 脚共接一起后接一上拉电阻R15作为数码管工作电源，改变了传统电路中每
个数码管管腿皆需要接上拉电阻的做法，简化了电路。当有数据输出显示时，
单片机22脚通过所接电路完成串行数据信号的输送、显示，单片机21脚通过
所接电路完成串行脉冲信号的提供，共同完成显示输出。
图4中的输出电路具体结构说明如下。单片机33脚、34脚、35脚、36 脚、37脚、38脚、15脚、16脚、17脚、18脚、23脚、24脚分别通过排电阻 J2，接指示灯LOl、 U)2、 L03、 U)4、 U)5、 L06、 U)7、 L08、 L09、 LIO、 Lll、 L12，然后光电耦合放大电路TT1-TT12。以光电耦合放大电路TT12为例，单 片机输出脚24发出低电平时，+5V电源经过电阻R16分压与单片机脚24之 间存在电势差，从而导通光耦N12并点亮指示灯L12 (表示投入该回路)，光 耦N12导通后其输出信号经过电阻R17、 R18、 R24、 R25、三极管Q12放大， 最后通过电阻R26输出+ 12V电平，完成一次投入输出；反之，当单片机输 出脚24发出高电平时，电阻R16与单片机脚24之间不存在电势差，指示灯 L12熄灭(表示切除该回路)光耦N12不导通，其后的连接放大电路输出OV 电平，完成一次切除输出。
前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或 利用本实用新型。对该较佳实施例，本领域内的技术人员在不脱离本实用新型 原理的基础上，可以作出各种修改或者变换。即凡是依据本实用新型申请的权 利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利 的权利要求保护范围。
权利要求1、一种无功功率动态自动补偿控制器，其特征在于，包括电流互感器；输出三抽头式的电源变压器；信号检测电路，分别与所述电流互感器、电源变压器相连；功率因数检测电路，分别与所述电流互感器、电源变压器相连；单片机，分别接收来自信号检测电路和功率因数检测电路的数据；键盘电路，与所述单片机相连；显示电路，与所述单片机采用串行传送方式相连；以及输出电路，接收来自单片机的控制信号。
2、 如权利要求l所述的无功功率动态自动补偿控制器，其特征在于，所 述功率因数检测电路接收来自电源变压器的第一相和第二相信号以及来自电 流互感器的第三相信号。
3、 如权利要求2所述的无功功率动态自动补偿控制器，其特征在于，单 片机具有一复位端，该复位端接有复位按键，同时通过上拉电阻连接单片机的 工作电源。
4、 如权利要求3所述的无功功率动态自动补偿控制器，其特征在于，所述电源变压器输出中的一路分别连接所述信号检测电路和功率因数检测电路。
5、 如权利要求4所述的无功功率动态自动补偿控制器，其特征在于，所述电源变压器输出中的另 一路连接所述输出电路。
6、 如权利要求1至5中任一权利要求所述的无功功率动态自动补偿控制 器，其特征在于，所述键盘电路中设有按键，该按键通过电阻分压后连接单片 机。
7、 如权利要求1至5中任一权利要求所述的无功功率动态自动补偿控制 器，其特征在于，所述单片机输出的控制信号经过光耦连接三极管，向输出电 路送出+12V直流电平控制信号。
8、 如权利要求1至5中任一权利要求所述的无功功率动态自动补偿控制 器，其特征在于，所述显示电路设有四个数码管，分别为一个代码显示数码管 和三个数据显示数码管。
专利摘要本实用新型涉及一种无功功率动态自动补偿控制器，包括电流互感器；输出三抽头式的电源变压器；信号检测电路，分别与所述电流互感器、电源变压器相连；功率因数检测电路，分别与所述电流互感器、电源变压器相连；单片机，分别接收来自信号检测电路和功率因数检测电路的数据；键盘电路，与所述单片机相连；显示电路，与所述单片机采用串行传送方式相连；以及输出电路，接收来自单片机的控制信号。通过采用高速单片机进行数据处理，能够对变化很快的负载无功功率做出快速响应，并通过新型输出电路输出直流电平控制电容动作，具有响应时间快，电路简单、成本低廉、使用方便、多功能综合控制的特点，并且时间响应范围宽。
文档编号H02J3/18GK201000584SQ200620047518
公开日2008年1月2日 申请日期2006年11月3日 优先权日2006年11月3日
发明者干华雷, 黄万隆 申请人:德力西集团仪器仪表有限公司