三相共补复合投切开关研制.docx

三相共补复合投切开关研制朱海洋,欧阳明星（广东松山职业技术学院 电气工程系,广东 韶关512126）摘要:本文详细讨论了电容器投入核心问题即无冲激电流产生。投切开关要求响应速度迅速、动作可靠,因其工作于上千伏高压,对元件参数选择苛刻。可控硅-继电器开关是投切开关的核心部件,其中又以变压器触发电路最为关键。本文给出硬件设计方案和关键电路原理,给出核心元件的参数选择及设计,经对样机测试,效果良好。关键字:无功补偿;可控硅;投切开关;功率因素;AVR单片机中图分类号:TM761.1文献标识码:B文章编号:1003-7241(2009)07-0128-04A Three-Phase CompoundSwitch(DepartmentofElectricalEngineering,GuangdongSongShanPolytechnicCollege,ShaoGuang512126China)ZHU Hai-Yang, OU YANGMing-xingAbstract:Thispaperintroducesacompoundswitchwithnopulsecurrentduringswitchingofthecapacitor.TheSCR-Relayswitchcircuitandthecircuitofthetriggletransformerarepresented.Thesoftwareofthesystemisalsooutlined.Keywords: reactive-power compensation; SCR; switch; power factor; AVR-MCU1引言感性负载工作时会使使电网中谐波增加,功率因素下降, 严重时会影响设备正常工作。笔者曾遇某矿区因电网功率因素不足0.5而频繁烧毁施工电机。显然,功率因素过低,电网中无功分量增大,输电线路上的有功及电能损耗增多,致使电机效率低,导致电机震动、发热烧毁。目前,广泛采用在感性负载两端并联电容器对电网进行无功补偿,以提高设备输出力,降低功率损耗和电能损失[1]。本文设计一种基于ATmega48单片机的无功补偿投切控制器,并制作出产品样机,测试效果良好。2设计思想在感性电路中,总电流滞后电压一个角度。若将电容器与负载并联,则电容器的电流将抵消一部分电感电流,从而使电感电流减少,总电流也减少,功率因数将得到补偿[2],提高设备输出力,降低功率损耗和电能损失。当电网功率因素即总谐波质量[3]不达标时,投切开收稿日期:2009-04-21关将补偿电容接入电网,反之则拆除电容器。事实上,投切开关控制电容接入及拆除动作时间要足够快,否则及有可能产生电弧[4]。继电器是常见的开关器件,允许通过大电流。但继电器开关响应时间慢。可控硅响应速度快,可控硅不宜长时间、通大电流,以免因补偿时间过长而烧坏。可以结合磁保持继电器负载大以及可控硅响应速度快之特点,设计可控硅—继电器机一体化复合控制开关。投切时,先控制可控硅迅速导通,然后控制继电器吸合。拆除时,先断开磁保持继电器,再关断可控硅。可控硅导通时短时可通过较大电流,当继电器吸合后即可断开可控硅。3 复合投切开关在实际中,有三相共补和单相分补两种补偿方案。一种灵活的投切方法是先一次性投入3个电容实现三相电源共补,再对单相不达标相电源单独投入电容,实现单相分补,分别由共补开关和分补开关实现。通常共补开关工作工作条件更为苛刻,设计复杂。3.1开关原理投切开关由可控硅和磁保持继电器并联而成的电—机复合开关。三相共补开关原理见图 1 所示。B相接通i??Cdvc(t)??Cd|Vc|(cos?t)与否对投切影响不大,可取消B 相的晶闸管和继电器,使其常通,以节省元器件[5][6],即所谓的“2控3”模式。磁保持继电器是一种新式继电器,具有“磁保持功能”,只需要通以数ms 脉冲即可控制其通断,以节约电能。dtdt???C?| Vc | sin( ?t ???)????C?| Vc | cos( ?t ?????900其中:）（4）| Vc|?2 ??318V??537V（5）令4式φ=0,上式说明,电流与电压容器的电压相差900,当电容器端电压最大时,流过电容器电流为0,当上式电流i=0时,电容器两端承受线电压最大值。再考虑图2电路中电流变化率[9]:Ldidt??es(t)??vc(t)（6）图1开关原理式中,es(t)为电压源,vc(t)为电容器端电压。由此可见,当es(t)=|E|,vc(t)=-|Vc|,上式电流变化率即冲击电流最大;当es(t)=|E|,vc(t)=|Vc|,上式等于0,即冲击电流等于0;当e (t)=0,v(t)=0,冲击电流也为0。由此可见,不产sc3.2投切策略图2电容补偿原理可控硅触发控制是复合投切