一種無功電流測量電路的制作方法
【專利摘要】一種無功電流測量電路，通過線電壓UBC的電壓信號來控制光耦LED1和光耦LED2的導(dǎo)通與截止，在光耦特定的導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)采集線電流IA信號，從而得到導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)的線電流IA信號的平均值即無功電流信號；其有益效果是，1、由于采用了光耦器件使線電壓UBC的電壓信號與線電流IA信號無電接觸，避免了兩者之間的相互干擾，減小無功電流的測量誤差；2、電路結(jié)構(gòu)簡單，容易調(diào)試，生產(chǎn)成本低；3、由于電路結(jié)構(gòu)簡單，在無功電流的形成過程中無積累誤差，無功電流的測量精度較高。
【專利說明】一種無功電流測量電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無功電流測量電路，用于對三相交流電路的無功電流進(jìn)行測量。

【背景技術(shù)】
[0002] 三相交流電路中的線電流如線電流IA中包含有功電流和無功電流，有功電流有電 阻性負(fù)載形成，無功電流一般由感性負(fù)載形成；有功電流的數(shù)學(xué)表達(dá)式為I ACos Φ，無功電 流的數(shù)學(xué)表達(dá)式為IASincK 式中的Φ為線電流IA與有功電流之間的相位差；無功電流的存在不僅影響發(fā)電廠的 出率還增加電路線路的線損，因此需要進(jìn)行無功電流補(bǔ)償（也稱無功功率補(bǔ)償）以減少電 能的損耗；無功功率的補(bǔ)償方法通常有兩種，一種方法是檢測出三相交流電路的功率因數(shù) cos Φ或線電流與對應(yīng)的有功電流之間的相位差Φ,根據(jù)功率因數(shù)cos Φ或相位差Φ向三 相交流電路中自動投切容性負(fù)載電力電容器，以使功率因數(shù)COSCt接近于1或相位差Φ接 近于〇;根據(jù)功率因數(shù)coset或相位差Φ的大小投切電力電容器存在缺陷是當(dāng)三相交流電 路中的電流較小時，容易出現(xiàn)過補(bǔ)償即單個電力電容器的電流大于感性電流，這時會出現(xiàn) 反復(fù)投、切電力電容器的現(xiàn)象，影響電力電容器的使用壽命。另一種方法是根據(jù)相位差Φ 和線電流計(jì)算出無功電流，根據(jù)無功電流的大小來投、切電力電容器，這樣可避免反復(fù)投、 切電力電容器的現(xiàn)象出現(xiàn)；但根據(jù)這種方法設(shè)計(jì)的無功電流測量電路的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同 時積累誤差較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種無功電流測量電路，該電路結(jié)構(gòu)簡單并且能 準(zhǔn)確地測量出三相交流電路中的無功電流。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種無功電流測量電路包括控制光耦導(dǎo)通與截止的開關(guān)電 路和無功電流形成電路，所述的開關(guān)電路包括對線電壓U B。進(jìn)行降壓的變壓器B1，變壓器B1 的初級線圈接線電壓UB。，變壓器B1的次級線圈一端通過電阻R1與光耦LED2的發(fā)光二極管 陽極連接，光耦LED2的發(fā)光二極管陰極與光耦LED1的發(fā)光二極管陽極連接，光耦LED1的 發(fā)光二極管陰極接變壓器B1的次級線圈另一端，二極管D1的陽極與光耦LED1的發(fā)光二極 管陰極連接，二極管D1的陰極與光耦LED2的發(fā)光二極管陽極連接； 所述的無功電流形成電路的構(gòu)成是，光耦LED1的光敏三極管的集電極和發(fā)射極分別 與光耦LED2的光敏三極管的發(fā)射極和集電極相連接，光耦LED1的光敏三極管的發(fā)射極通 過電阻R3接地，光耦LED1的光敏三極管的發(fā)射極通過電阻R4和電容C1接地，一電流變換 器B2的初級線圈接受線電流I A信號，電流變換器B2的次級線圈輸出電壓信號Ua，電流變 換器的次級線圈一端接光耦LED1的集電極，電流變換器的次級線圈另一端接地；電阻R4與 電容C1的連接點(diǎn)為無功電流信號的輸出端。
[0005] 作為一種改進(jìn)，所述的變壓器B1可以去掉，電阻R1的一端和光耦LED1的發(fā)光二 極管陰極接線電壓UB。。
[0006] 本無功電流測量電路的特點(diǎn)是，通過線電壓UB。的電壓信號來控制光耦LED1和光 耦LED2的導(dǎo)通與截止，在光耦特定的導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)采集線電流I A信號，從而得到導(dǎo)通區(qū)間內(nèi) 的線電流IA信號的平均值即無功電流信號；其有益效果是，1、由于采用了光耦器件使線電 壓U BC的電壓信號與線電流IA信號無電接觸，避免了兩者之間的相互干擾，減小無功電流的 測量誤差；2、電路結(jié)構(gòu)簡單，容易調(diào)試，生產(chǎn)成本低；3,由于電路結(jié)構(gòu)簡單，在無功電流的 形成過程中無積累誤差，無功電流的測量精度較高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例的電路原理圖。
[0008] 圖2為本發(fā)明的第二實(shí)施例的電路原理圖。
[0009] 圖3為說明本發(fā)明測量原理的波形圖。
[0010] 圖3中的標(biāo)志分別表示：1-電壓信號Ub。的波形、2-光耦導(dǎo)通、截止?fàn)顟B(tài)的波形、 3_線電流IA為純電阻性電流時其電流信號Ua的波形、4-線電流IA為純電感性電流時其電 流信號Ua的波形。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 現(xiàn)對照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的第一實(shí)施例，一種無功電流測量電路包括控制光耦導(dǎo) 通、截止的開關(guān)電路，在光耦導(dǎo)通區(qū)間對線電流、信號進(jìn)行采集的無功電流形成電路。
[0012] 所述的開關(guān)電路以線電壓UBC為輸入信號來控制光耦導(dǎo)通、截止，它包括對線電壓 UBC進(jìn)行降壓的變壓器B1、光耦LED 1、光耦LED2、電阻R1、二極管D1，變壓器B1的初級線圈接 線電壓UB。，變壓器B1的次級線圈一端通過電阻R1與光耦LED2的發(fā)光二極管陽極連接，光 耦LED2的發(fā)光二極管陰極與光耦LED1的發(fā)光二極管陽極連接，光耦LED1的發(fā)光二極管陰 極接變壓器B1的次級線圈另一端，二極管D1的陽極與光耦LED1的發(fā)光二極管陰極連接， 二極管D1的陰極與光耦LED2的發(fā)光二極管陽極連接；當(dāng)線電壓U B。的波形在正半周時，光 耦LED1、光耦LED2的發(fā)光二極管有電路通過，當(dāng)線電壓UB。的波形在負(fù)半周時，光耦LED1、 光耦LED2的發(fā)光二極管無電流通過，電阻R1起限流作用，二極管D1用來防止光耦的發(fā)光 二極管被反向電壓擊穿。
[0013] 所述的無功電流形成電路包括，將線電流IA信號轉(zhuǎn)換成電壓信號Ua的電流變換 器B2、光耦LED1、光耦LED2、電阻R3、電阻R4、電容C1，所述光耦LED1的集電極和發(fā)射極分 別與光耦LED2的發(fā)射極和集電極相連接，光耦LED1的發(fā)射極通過電阻R3接地，光耦LED1 的發(fā)射極通過電阻R4和電容C1接地，所述的電流變換器B2的初級與三相交流電路的A相 電流互感器的次級線圈相連接接受線電流I A信號，電流變換器B2的次級線圈一端接光耦 LED1的集電極，電流變換器B2的次級線圈另一端接地；電阻R4與電容C1的連接點(diǎn)為無功 電流信號的輸出端，電阻R4與電容C1用來對無功電流信號進(jìn)行濾波，濾除無功電流信號中 交流分量。
[0014] 所述的電流變換器B2的鐵芯為E型硅鋼片，其中間鐵芯的截面積為100平方毫 米，初級線圈的匝數(shù)為10匝，次級線圈的匝數(shù)為1〇〇匝，其次級輸出的電流信號Ua為0-6V 與線電流IA信號無相位差。電阻R3的阻值為1K歐姆，電阻R4的阻值為10K歐姆，電容 C1為兩個100-330微法電解電容的負(fù)極連接串聯(lián)形成；所述的光耦LED1、LED2的型號為 TLP521。
[0015] 第二實(shí)施例的電路原理圖參見圖2,與第一實(shí)施例的區(qū)別在于所述的開關(guān)電路中 的變壓器B1被去除，電阻R1的一端（即原與變壓器B1次級線圈相連接的一端)和光耦LED1 的發(fā)光二極管陰極直接接線電壓U B。，電阻R1的阻值與功率應(yīng)滿足限流的要求。變壓器B1 可被去除的理由是光耦LED1、光耦LED2能隔離高電壓對無功電流形成電路的影響。去除變 壓器B1可降低無功電流測量電路的制造成本。
[0016] 現(xiàn)結(jié)合圖3說明本發(fā)明的測量原理，線電壓UBC的電壓信號Ub。的波形1為正半周 時，光耦LEDULED2的光敏三極管處于導(dǎo)通，電壓信號U b。的波形1為負(fù)半周時，光耦LED1、 LED2的光敏三極管處于截止；光耦導(dǎo)通、截止?fàn)顟B(tài)如波形2所示，波形2中的陰影部分為光 耦的導(dǎo)通區(qū)間； 根據(jù)三相交流電路的特性可知當(dāng)線電流IA為純電阻性電流時，其相位超前線電壓 UBC90度，線電流IA的電流信號Ua波形如波形3所示；在光耦的導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，有電流信號通 過在電阻R3上形成平均值Up，如波形3中陰影部分所示。當(dāng)線電流I A中有感性電流分量 時其相位與純電阻性線電流之間有一相位差φ ;波形4所示為當(dāng)線電流14為純電感性電流 時的電流信號Ua波形；在光耦的導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，有電流信號通過在電阻R3上形成平均值Up， 如波形4中陰影部分所示； 電流信號Ua的表達(dá)式為：υ&=υ" (Sin ω t - Φ );(式1) 式中υ"為電流信號Ua的最大值； 如圖3和圖4所示，當(dāng)相位差Φ變化時，無功電流也發(fā)生變化，相對應(yīng)的在光耦的導(dǎo)通 區(qū)間（見時間軸上的n/2至3π/2段）內(nèi)的電流信號波形也發(fā)生變化其平均值Up也不同； 所述的平均值Up可通過對在光耦的導(dǎo)通區(qū)間形成的電流信號Ua進(jìn)行積分運(yùn)算求出，積分 運(yùn)算結(jié)果的表達(dá)式為： Up= (2/ji ;(式 2) 式中U"為電流信號Ua的最大值，π為光耦的導(dǎo)通區(qū)的弧度值，φ為相位差其值在一 31 /2?31 /2之間； 由于電流信號Ua與線電流ΙΑ成正比關(guān)系，所以從式2可看出平均值Up即為無功電流 信號，它按正弦函數(shù)關(guān)系隨相位差Φ而變化。當(dāng)平均值Up的數(shù)值為正時反應(yīng)無功電流為 感性，當(dāng)平均值Up的數(shù)值為負(fù)時反應(yīng)無功電流為容性。
[0017] 需要說明的是式2中平均值Up是在光耦的導(dǎo)通(其導(dǎo)通區(qū)的弧度值為π )的情況 下求出的以便于說明平均值Up與無功電流的關(guān)系，在實(shí)際應(yīng)用中式2中平均值Up應(yīng)減少 一半。
【權(quán)利要求】
1. 一種無功電流測量電路，包括控制光耦導(dǎo)通與截止的開關(guān)電路和無功電流形成電 路，所述的開關(guān)電路包括對線電壓U B。進(jìn)行降壓的變壓器B1，變壓器B1的初級線圈接線電壓 UBC，變壓器B1的次級線圈一端通過電阻R1與光耦LED2的發(fā)光二極管陽極連接，光耦LED2 的發(fā)光二極管陰極與光耦LED1的發(fā)光二極管陽極連接，光耦LED1的發(fā)光二極管陰極接變 壓器B1的次級線圈另一端，二極管D1的陽極與光耦LED1的發(fā)光二極管陰極連接，二極管 D1的陰極與光耦LED2的發(fā)光二極管陽極連接； 所述的無功電流形成電路的構(gòu)成是，光耦LED1的光敏三極管的集電極和發(fā)射極分別 與光耦LED2的光敏三極管的發(fā)射極和集電極相連接，光耦LED1的光敏三極管的發(fā)射極通 過電阻R3接地，光耦LED1的光敏三極管的發(fā)射極通過電阻R4和電容C1接地，一電流變換 器B2的初級線圈接受線電流I A信號，電流變換器B2的次級線圈輸出電流信號Ua，電流變 換器的次級線圈一端接光耦LED1的集電極，電流變換器的次級線圈另一端接地；電阻R4與 電容C1的連接點(diǎn)為無功電流信號的輸出端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功電流測量電路，其特征是所述的變壓器B1被去掉，電阻 R1的一端和光耦LED1的發(fā)光二極管陰極接線電壓UBC。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無功電流測量電路，其特征是所述的電流變換器B2的鐵 芯為E型硅鋼片，其中間鐵芯的截面積為100平方毫米，初級線圈的匝數(shù)為10匝，次級線圈 的匝數(shù)為100匝。
【文檔編號】G01R19/06GK104122434SQ201410411213
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】高玉琴 申請人:高玉琴