嵌入式小功率就地无功补偿器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种嵌入式小功率就地无功功率补偿装置。本实用新型专利技术包含微控制器单元(1)、电流过零点检测单元(3)、电压过零点检测单元(2)、补偿电容投切接口单元(8)和三组补偿电容(5、6、7)。负载两端电压经过电压互感器输入到电压过零点检测单元对电压零点进行检测，负载电流经过电流互感器输入到电流过零点检测单元对电流的零点进行检测，电压和电流的过零点信号输入到微控制器单元的端口，通过微控制器内部的比较和计算，获得电流和电压之间的相位差，测得功率因素，并根据电流和电压的相位差将补偿电容在电压过零点时刻并联接入到负载两端。所述嵌入式小功率就地无功补偿器，能够在小功率终端用户处就地安装，也能够嵌入到电能表、电感性家用电器中，作为电能表、电感性家用电器的组成部分，直接在用电器所在地进行无功补偿，达到最佳节能效果。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种嵌入式小功率就地无功补偿控制器。主要用于单相小功率就地无功功率补偿，特别用于农村小功率就地无功功率补偿。属于节能、降耗和优化电网电能质量的自动化控制领域。
技术介绍
电网中进行无功补偿一般是在一级变压和二级变压配电中进行集中补偿。由于补偿成本等方面的原因，对于数量庞大、线路的导线直径较小的末端配电线路不进行无功功率补偿，无功功率造成的线路损耗很大。无功功率补偿中，越是靠近终端用户，补偿的节能效果越好。随着我国生活水平的提高，家庭用户的用电量大幅度提高，大功率用电器如空调、洗衣机、冰箱等电感性负载在城市中已经普及。随着家电下乡等优惠政策的推行，农村的电器普及程度也提高很快。低成本的分布式嵌入到家庭或电感性家用电器中的小功率无功补偿器，可以填补电网末端无功功率补偿的空白，有着极其广阔的应用前景和极高经济价值。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可以对单相小功率用户和用电器进行分布嵌入式就地无功功率补偿控制器。 本技术的技术方案如下所述嵌入式小功率就地无功补偿器，包含微控制器单元(1)，电压零点检测单元(2)， 电流零点检测单元(3)，补偿电容器投切驱动接口电路(8)，三个补偿电容器(5、6、7)，电源单元G)。附图说明图1是嵌入式小功率就地无功补偿器的结构示意图。通过测量负载上电流和电压过零点之间的时间差，测得负载的功率因素。所述的嵌入式小功率就地无功补偿器包含微控制器控制单元(1)。微控制器控制单元以STC12CM10微控制器为控制中心，从微控制器的P32和P33端口输入负载的电流零点信号和电压零点信号，用微控制器的高速计数器精确测量电流零点与电压零点的时间差，根据这个时间差计算出负载的功率因素。当功率因素低于设定值时，微控制器自动将接在电容器投切接口电路上的补偿电容并联接入到负载的两端，接入时间点在电压的过零点时刻，电容接入浪涌电流减少到最低限度。最多可以投入三组补偿电容。当功率因素达到设定的上限时，微控制器自动将接入到负载两端的电容器断开，断开时间点是电压的过零点时刻，避免出现过补偿。所述的嵌入式小功率就地无功补偿器包含电压零点检测单元O)。电压互感器的初级并联在负载两端，次级将负载的电压信号经过抗干扰电路去掉共模干扰信号，放大电路对信号进行放大，与零电压比较，负载交流电压过零点时输出信号发生跳变，经过波形整理与变换后输入到微控制器的P33。所述的嵌入式小功率就地无功补偿器包含电流零点检测单元(3)。电流互感器的初级串联在负载的供电导线上，次级将负载的电流信号转换为电压信号，经过抗干扰电路去掉共模干扰信号，经过放大电路对信号进行放大，与零电压比较，在负载交流电流过零点时输出信号发生跳变，经过波形整理与变换后接到微控制器的P32。由于负载是电感性质的，电压与电流之间有相位差，电流和电压的过零时间不同。 微控制器通过测量电流和电压过零点的时间差，计算负载的功率因素。所述的嵌入式小功率就地无功补偿器包含驱动接口电路(8)。驱动电路采用光电耦合，将用于信号处理的微控制器部分与负载补偿电容电路隔离。便于进行动态补偿电容从负载两端的投入和切除。所述的嵌入式小功率就地无功补偿器包含三组补偿电容器(5、6、7)。在微控制器的控制下，将一组或二组或三组电容器投入到补偿电路中。当实时测量的功率因素低于设定值，投入一组补偿电容器，三组补偿电容器可以同时投入运行。当实时测量的功率因素高于设定值，切除一组补偿电容器，三组补偿电容器可以都不运行，避免过补偿。以下结合附图对本技术作进一步说明图1是本技术电路方框图；图2是本技术的电压零点检测电路图；图3是本技术的电流零点检测电路图；图4是本技术的三路补偿电容及其接口电路图。图例说明图2中，Lu是电压互感器，Rwl是信号大小调节电位器，All、A12、A13 是运算放大器，A14是比较器，A15是施密特触发器。图3中，Li是电流互感器，A21、A22、 A23是运算放大器，A24是比较器，A25是施密特触发器。具体实施方式嵌入式小功率就地无功补偿器的工作原理图2是嵌入式小功率就地无功补偿器的电压零点检测电路图。并联在负载两端的电压互感器Lu的初级取得负载的电压信号，从次级输出，接在信号幅度调节的电位器Rwl 上，从Rwl的中心抽头经过输入电阻Rll和R15接到运算放大器All和A12的同相输入端， 抑制共模信号和放大差模信号，再输入到运算放大器A13的输入端进行信号幅度放大。A13 的输出接到比较器A14的输入端与零电压进行比较，在工频交流电压过零点时，A14的输出电平当发生跃变，输出方波，方波的前沿就是交流电压信号的零点。从A14输出的方波经过施密特触发器A15整形后输入到微控制器的P33 口，用于微控制器测量功率因素。图3是嵌入式小功率就地无功补偿器的电流零点检测电路图。串联在负载电路上的电流互感器Li的初级将电流信号转换为电压信号后从电流互感器的次级输出，经过输入电阻R21和R25接到运算放大器A21和A22的同相输入端，抑制共模信号和放大差模信号，再输入到运算放大器A23的输入端进行放大。A23的输出接到比较器AM的输入端与零电压进行比较，在工频交流电流过零点时，AM的输出电平发生跃变，输出方波，方波的前沿就是交流电流信号的零点。从AM输出的方波经过施密特触发器A25整形后输入到微控制器的中断端口，用于微控制器测量功率因素。微控制器控制单元由STC12CM10微控制器、晶体、上电复位电路构成。接在微控制器端口 P33上的电压过零点脉冲发生电平变换时，微控制器开始计时，接在微控制器端口 P32上的电流过零点脉冲发生电平变换时，停止计时，通过程序修正计时误差，这个时间差与工频交流电的周期之比就是负载的相位差，用相位差计算出功率因素。当实时测得的功率因素低于设定值时，在下一个电压零点时刻，从输出端口 P13或P14或P15上输出一个低电平0，接通晶闸管，将补偿电容器并联接入到负载两端，进行电容补偿，提高功率因素。 当实时测得的功率因素高于设定值时，在下一个电压零点时刻，从输出端口 P13或P14或 P15上输出一个高电平1，断开晶闸管控制信号，将补偿电容器从负载两端切除，退出电容补偿，避免过补偿。图4是嵌入式小功率就地无功补偿器的输出接口电路和补偿电容器。来自微控制器端口 P13的控制信号经过电阻R31接到三极管Q31的基极。当微控制器的P13输出高电平1时，三极管Q31截止，光电耦合器不导通，晶闸管断开，补偿电容器C31从负载两端切除。当微控制器的P13端口输出低电平0时，三极管Q31导通，光电耦合器导通，晶闸管导通，补偿电容器C31接入到负载两端。另外两组补偿电容器接口控制端接在微控制器的P14 和P15端口上，控制过程与第一组的控制过程相同。权利要求1. 一种嵌入式小功率就地无功补偿器，其特征在于所述的嵌入式小功率就地无功补偿器包含微控制器单元(1)，电压零点检测单元O)，电流零点检测单元(3)，补偿电容器投切接口单元(8)，三个补偿电容单元(5、6、7)，电源单元(4)；负载两端电压经过电压互感器接到所述的电压零点检测单元( 输入端，检测出负载电压的过零点信号接到微控制器单元(1)的P33端口 ；负载电流经过电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄有全，
申请(专利权)人：黄有全，
类型：实用新型
国别省市：