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        自動無功補償用復合開關電路

            隨著電網供電的日趨緊張,進一步挖掘供電潛能,節能降耗,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償裝置是一種有效的節能降耗措施。在上一代的無功補償控制裝置中,為防止在電壓峰值處投入電容,通常采用具有過零觸發的固態繼電器作為其功率開關器件,但固態繼電器卻有如下缺陷:1.固態繼電器導通時,其結壓降約為2.3V,但流過的電流卻為數十安,因此,一個固態繼電器導通時將產生幾十瓦的功耗,三相將產生近200W的功耗。無功補償通常要補償2~6組電容,故所有固態繼電器的功耗將超過1000W。為此,不但需要在自動無功補償裝置中加足夠大的散熱器,還要加裝風扇進行散熱。否則,過高的溫度會使固態繼電器損壞。2.易受溫度及輻射的影響,參數穩定性較差,對瞬變干擾比較敏感,需要加裝保護器件。3.當被投切的電容發生短路故障時,固態繼電器通常因過流而損壞。4.當電網電壓因諧波而突然升高時,固態繼電器也易損壞。 
          這樣導致的突出問題是產品可靠性差,功率開關器件和補償電容容易損壞,投資收益比高,直接影響了該產品的推廣。為克服這一問題,我們設計了自動
        無功補償裝置專用的復合開關,很好地解決了這一問題。 
          所謂復合開關,就是將固態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。固態繼電器的優點是過零觸發,對補償電容的沖擊小,缺點是其導通時功耗大;交流接觸器的優點是其導通時功耗小,缺點是不能確保過零導通。我們取兩者之優點,回避其缺點,所制作的復合開關就能確保不但能過零觸發,對補償電容的沖擊小,而且導通時功耗小。省掉了無功補償
        裝置中的笨重的散熱器和風扇,降低了成本。 
          具體工作過程如圖示,當需要投入補償電容C1時,自動無功補償
        裝置發出一個控制信號經電阻R1、D2、R12輸入到CPUU4P89LPC901的4腳,即管腳P1.5,該管腳的功能為:它可作為低有效復位輸入或數字輸入口。當UCFGl寄存器中的位RPE(復位管腳使能)置位時,使能P1.5的外部復位輸入功能。當清零時,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將其拉低,否則將使器件一直處于復位狀態。在上電完成之后,該管腳可根據RPE位的狀態作為數字輸入口。只有上電復位會暫時使RPE的設定失效,其他復位源無法影響RPE位的設定。電阻R12上將有近4V的直流電壓作為一個輸入信號,告訴CPU:自動無功補償裝置發出閉合復合開關的命令。CPU接收到這一信號后,令2、5腳輸出0,3腳輸出1,使U1導通,觸發雙向可控硅Q5在交流電壓過零處導通,補償電容C1投入運行;延時1秒令腳輸出1,Q3導通,繼電器J得電,常開觸點閉合,因交流接觸器線圈上加有交流電而動作,其常開觸點閉合,也將補償電容C1投入運行;延時1秒后,U4的4腳變為零,U1截止,可控硅Q5也截止,這樣,復合開關導通時的大部分時間內是交流接觸器的常開觸點在導通,而可控硅只是在復合開關導通瞬間動作一下,時間很短,功耗很小,故不需要散熱。當自動無功補償裝置撤除控制信號時,U4的4腳變為低電平,CPU將令U1導通,可控硅Q5導通,延時1秒后,2腳由高變低,Q3截止,繼電器J失電,交流接觸器與補償電容C1斷開,但此時補償電容C1通過可控硅Q5繼續運行。 
          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償電容C1斷開。補償電容C1退出運行。 
          由于自動無功補償
        裝置與CPU(U4)共地,D2是為防止因控制信號接反而損壞復合開關的內部電路?煽毓鑼ν饨缬|發非常敏感,為提高控制的可靠性,特別是預防開機沖擊,在采用平衡驅動技術,即光耦的導通需要CPU的3.5腳同時輸出有效信號才能使光耦U1和可控硅Q5導通。否則任何一腳上的干擾信號都不能使其導通。當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償電容C1斷開,從而起到過壓保護的作用。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。在上電復位時,U4的各口的鎖存器配置為無內部上拉的的輸入模式,故在開機時,U4的腳通常不會瞬時輸出一個脈沖使Q3導通,為了保險,加下拉電阻R10。 
          補償電容C1的單位為kVAR,它是根據高壓電容在額定工頻、額定電壓下產生的無功功率來標定的。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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