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自動(dòng)無(wú)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(gè)亟待解決的問題。對(duì)低壓配電變壓器來(lái)講，對(duì)其加裝自動(dòng)無(wú)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(wú)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(shí)，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(gè)固態(tài)繼電器導(dǎo)通時(shí)將產(chǎn)生幾十瓦的功耗，三相將產(chǎn)生近200W的功耗。無(wú)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(dòng)無(wú)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(huì)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(duì)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(shí)，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(shí)，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?cè)O(shè)計(jì)了自動(dòng)無(wú)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(shí)序配合下有序工作的兩個(gè)功率開關(guān)。固態(tài)繼電器的優(yōu)點(diǎn)是過零觸發(fā)，對(duì)補(bǔ)償電容的沖擊小，缺點(diǎn)是其導(dǎo)通時(shí)功耗大;交流接觸器的優(yōu)點(diǎn)是其導(dǎo)通時(shí)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(duì)補(bǔ)償電容的沖擊小，而且導(dǎo)通時(shí)功耗小。省掉了無(wú)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(shí)，自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)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(shí)，使能P1.5的外部復(fù)位輸入功能。當(dāng)清零時(shí)，P1.5可作為一個(gè)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(huì)暫時(shí)使RPE的設(shè)定失效，其他復(fù)位源無(wú)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(gè)輸入信號(hào)，告訴CPU:自動(dòng)無(wú)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(hào)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(shí)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(dòng)作，其常開觸點(diǎn)閉合，也將補(bǔ)償電容C1投入運(yùn)行;延時(shí)1秒后，U4的4腳變?yōu)榱悖琔1截止，可控硅Q5也截止，這樣，復(fù)合開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的大部分時(shí)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(dòng)作一下，時(shí)間很短，功耗很小，故不需要散熱。當(dāng)自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置撤除控制信號(hào)時(shí)，U4的4腳變?yōu)榈碗娖剑珻PU將令U1導(dǎo)通，可控硅Q5導(dǎo)通，延時(shí)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(shí)補(bǔ)償電容C1通過可控硅Q5繼續(xù)運(yùn)行。
延時(shí)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(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置與CPU(U4)共地，D2是為防止因控制信號(hào)接反而損壞復(fù)合開關(guān)的內(nèi)部電路。可控硅對(duì)外界觸發(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(dòng)技術(shù)，即光耦的導(dǎo)通需要CPU的3.5腳同時(shí)輸出有效信號(hào)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(hào)都不能使其導(dǎo)通。當(dāng)線路交流電壓過高時(shí)，U4的#腳電壓就會(huì)高于7腳電壓，U4的內(nèi)部電壓比較器動(dòng)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(huì)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(shí)，U4的各口的鎖存器配置為無(wú)內(nèi)部上拉的的輸入模式，故在開機(jī)時(shí)，U4的腳通常不會(huì)瞬時(shí)輸出一個(gè)脈沖使Q3導(dǎo)通，為了保險(xiǎn)，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(wú)功功率來(lái)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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