專利名稱：輸電網(wǎng)三相自動(dòng)平衡器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種單相負(fù)荷接入三相輸電網(wǎng)后，維持輸電網(wǎng)三相電流不超過規(guī)定的不平衡度要求的輸電網(wǎng)三相自動(dòng)平衡器。
大功率單相電器產(chǎn)品，如工頻感應(yīng)電爐等單相負(fù)荷是破壞電網(wǎng)平衡的主要因素，目前，解決的方法是用電源變壓器加電力電容器、電抗器等，構(gòu)成三相／單相變相電源，變單相負(fù)荷為三相平衡負(fù)荷，以三相形式掛入電網(wǎng)。具體方法有(1)用電抗器、電容器分別配置在單相負(fù)荷以外的兩相(國(guó)內(nèi)多數(shù)電爐廠沿用)。(2)采用有平衡電抗器、移相電容器組成的三相平衡裝置(《電爐》1989年第3期，梅嶺芳，兩相工頻感應(yīng)電爐)。(3)青島電爐廠研制的由平衡、調(diào)壓、調(diào)整、顯示四部分組成的SDT三相／單相轉(zhuǎn)換裝置。(4)錦州四達(dá)電熱工程設(shè)計(jì)研究院研制的，用SCOTT連接繞組的三相／二相變壓器加電力電容器組成的工頻變相器。(5)國(guó)外普遍采用高利用率三相電源變壓器加三相平衡裝置(《電爐》1988年第6期，黃鈿藻，國(guó)外有色金屬用工頻有芯感應(yīng)熔煉爐的進(jìn)展)。上述幾種裝置的不足之處在于，(1)該變相電源中除變壓器外還附加了與大功率單相負(fù)荷相適應(yīng)的電力電容器、電抗器(工頻變相器省去了電抗器)，每臺(tái)負(fù)荷需配一臺(tái)該電源，成本高。(2)該變相電源只能解決單相負(fù)荷自身的不平衡，不能改善電網(wǎng)平衡。
本實(shí)用新型其目的是提供一種輸電網(wǎng)三相自動(dòng)平衡裝置，使大功率單相負(fù)荷直接掛入輸電網(wǎng)，而能保持輸電網(wǎng)要求的三相不平衡度。
實(shí)現(xiàn)上述目的而采用的技術(shù)方案為，由連接單相負(fù)荷(R1…Rm)的主電路和控制主電路動(dòng)作的控制電路組成。主電路將每四只單相交流接觸器主觸頭JC2、JC4、JC3、JC1依次串聯(lián)起來，首尾兩端接三相輸電網(wǎng)中的兩相，在串聯(lián)的四只交流接觸器主觸頭之間有三個(gè)連接點(diǎn)，其中央連接點(diǎn)接三相輸電網(wǎng)的第三相，余下的兩個(gè)連接點(diǎn)接一單相負(fù)荷(R1)。控制電路包括采樣電路、模／數(shù)轉(zhuǎn)換器、接口電路、單板機(jī)、放大電路、直流繼電器和交流接觸器控制電路。采樣電路輸入端接三相輸電網(wǎng)，輸出連接模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809經(jīng)過接口電路連接單板機(jī)TP801，單板機(jī)TP801的PIO口連接放大電路。放大電路輸出連接直流繼電器線圈，直流繼電器觸點(diǎn)連接交流接觸器控制電路。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述

圖1為原理圖。
圖2為主電路圖。
圖3為采樣、數(shù)據(jù)處理控制電路圖。
圖4為放大電路圖。
圖5為交流接觸器控制電路圖。
圖6為電器柜圖。
本實(shí)用新型能控制一至數(shù)十臺(tái)大功率單相負(fù)荷(R1～Rm)，先以控制一臺(tái)單相負(fù)荷R1為例敘述其工作原理。
單相負(fù)荷R1采用“開關(guān)四只五點(diǎn)接線法”接入主電路的輸電網(wǎng)上，如圖2所示，其開關(guān)動(dòng)作根據(jù)輸電網(wǎng)三相電壓的變化，由控制電路來實(shí)現(xiàn)，如圖3、4、5所示。
采樣電路首先采集反映輸電網(wǎng)A、B、C三相電壓的三個(gè)電阻r1～r3上的電壓值，如圖3所示，它包括三相變壓器TB、二極管D1～D3和電阻r1～r3，三相變壓器TB初級(jí)接三相輸電網(wǎng)，次級(jí)三相分別接二極管D1、D2、D3陽(yáng)極，陰極分別接電阻r1、r2、r3，電阻r1～r3另一端連成一點(diǎn)接三相變壓器TB次級(jí)原點(diǎn)并接地，采樣電路經(jīng)二極管D1、D2、D3陰極與電阻r1、r2、r3連接點(diǎn)輸出分別連接模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的第26、27、28腳模擬信號(hào)輸入引腳。
模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809第11、12腳相連接直流電源(＋5伏)，第13、16腳相連接地，第21、20、19、18、8、15、14、17腳分別接單板機(jī)TP801的第13、10、9、7、8、12、15、14腳，同時(shí)接口電路使模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809第17腳與25腳相連，14腳與24腳相連，15腳與23腳相連，第7腳經(jīng)非門74LS04接單板機(jī)TP801第16腳，單板機(jī)TP801第6腳經(jīng)分頻器74LS74接模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809第10腳，單板機(jī)TP801第21、20、22腳和I／O譯碼器輸出線PS6(Y6)接或非門74LS02，或非門74LS02二輸出端分別接模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809第9腳和第6、22腳，單板機(jī)TP801經(jīng)PIO的A口、B口輸出。
輸電網(wǎng)上A、B、C三相電壓反映到三相變壓器TB次級(jí)，由于它連接有二極管D1～D3、電阻r1～r3，在電阻r1、r2、r3上得到≤5伏的直流電壓信號(hào)，該信號(hào)輸出引至模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)經(jīng)第21、20、19、18、8、15、14、17腳輸出二進(jìn)制八位數(shù)字，送給單板機(jī)TP801，經(jīng)微處理器按表一要求處理后，通過PIO的PA0、PA1、PA2、PA3和PB0、PB1、PB2、PB3輸出到放大電路中。
放大電路如圖4所示，PIO的A口輸出PA0～PA3各條放大電路圖結(jié)構(gòu)相同，以PA0為例PA0連接二極管D4陽(yáng)極，陰極串聯(lián)電阻R連接三極管V1、V2集電極相連后一路接直流繼電器線圈，另一路接二極管D5陰極與直流繼電器線圈的另一出線端相連后接直流電源(＋24伏)。
PIO的A口輸出經(jīng)放大電路放大后控制直流繼電器J1～J4的動(dòng)作。例如，假設(shè)PA0為“1”則二極管D4導(dǎo)通，經(jīng)過電阻R后加到三極管V1基極，三極管V1導(dǎo)通，同時(shí)三極管V2也導(dǎo)通，這樣，在三極管V1、V2公共集電極端得到低電平，二極管D5截止，使得＋24伏直流電壓加在直流繼電器J1線圈上，直流繼電器J1動(dòng)作，使其常開觸點(diǎn)閉合，控制后面的交流接觸器控制電路動(dòng)作。
交流接觸器控制電路如圖5所示，單相負(fù)荷R1的交流接觸器控制電路由交流接觸器JC1～JC4和直流繼電器J1～J4觸點(diǎn)連接組成，分四路，一路為直流繼電器J4常開觸點(diǎn)與交流接觸器JC2和JC3常閉輔助觸頭串聯(lián)后再連接交流接觸器JC4線圈，二路為直流繼電器J1常開觸點(diǎn)與交流接觸器JC3常閉輔助觸頭串聯(lián)再連接交流接觸器JC1線圈，三路為直流繼電器J2常開觸點(diǎn)與交流接觸器JC4常閉輔助觸頭串聯(lián)再連接交流接觸器JC2線圈，四路為直流繼電器J3常開觸點(diǎn)與交流接觸器JC1和JC4常閉輔助觸頭串聯(lián)后再連接交流接觸器JC3線圈，同時(shí)，交流接觸器JC4常開輔助觸頭、JC3常閉輔助觸頭、JC2常開輔助觸頭、JC3常開輔助觸頭依次串聯(lián)，首端JC4常開輔助觸頭連接在一路的JC3常閉輔助觸頭和JC4線圈之間，JC4常開輔助觸頭另一端與二路的直流繼電器J1常開觸點(diǎn)和JC3常閉輔助觸頭公共端連接；末端JC3常開輔助觸頭連接在四路的直流繼電器J3常開觸點(diǎn)與JC1常閉輔助觸頭之間，JC3常開輔助觸頭另一端與三路的直流繼電器J2常開觸點(diǎn)和JC4常閉輔助觸頭公共端連接，最后直流繼電器J1～J4觸點(diǎn)另一端連接在一起，交流接觸器JC1～JC4線圈另一端也連接在一起，即上述四路并聯(lián)后分別串聯(lián)開關(guān)HZ1和熔斷器2RD后接在主電路三相輸電網(wǎng)中的任意二相上。
這樣，在交流接觸器控制電路的作用下，主電路中的交流接觸器JC1～JC4主觸頭動(dòng)作，單相負(fù)荷R1掛入三相輸電網(wǎng)中電壓高的兩相，因而使這兩相電壓隨即降低，從而降低電壓不平衡度。
表一是本裝置工作狀況，表中“＋”表示直流繼電器J觸點(diǎn)和交流接觸器JC主觸頭閉合，空格表示斷開，例如，序號(hào)1，當(dāng)輸電網(wǎng)相電壓VA>VB>VC，在微機(jī)控制下，直流繼電器J1、J2常開觸點(diǎn)閉合，交流接觸器JC1、JC2常開主觸頭亦閉合，單相負(fù)荷R1掛入線電壓VAB。著輸電網(wǎng)相電壓的變化，序號(hào)0～12之間可以自動(dòng)相互轉(zhuǎn)換，但在不超過規(guī)定的電壓或電流不平衡度時(shí)則保持現(xiàn)狀，不予轉(zhuǎn)換。
以上是控制一臺(tái)單相負(fù)荷R1的情況。每一只接口芯片PIO的A、B兩口各控制一臺(tái)負(fù)荷，三個(gè)PIO共控制六臺(tái)負(fù)荷，若需進(jìn)一步擴(kuò)展單板機(jī)TP801功能，可添加一個(gè)I／O譯碼器74LS138，并配以八個(gè)PIO，則可多控制十六臺(tái)負(fù)荷，其它線路同控制一臺(tái)負(fù)荷時(shí)一樣。
本裝置所用元器件列表二，每控制一臺(tái)負(fù)荷所需配件列表三，對(duì)所控制的各等級(jí)容量的380V單相負(fù)荷所用元器件容量隨負(fù)荷而變化者列表四。
表二、表三全部電器元件，除TP－801、HZ1裝于電器柜柜面外，其它都裝入柜內(nèi)。
電壓不平衡是由電流不平衡造成的，三相電流不平衡度δi算式為δi≤1.73△P／P＝1.73(0.4～1)P0／(nP0)式中P0－單臺(tái)負(fù)荷容量n－正有理數(shù)P－輸電網(wǎng)(由380V三相變壓器組成)容量△P－三相功率不平衡值(兩相功率差最大值)電爐的單臺(tái)功率值變化范圍為0.4～1，通過本裝置控制，電爐數(shù)1～m臺(tái)(m＝2，3…)其△P不盡相同，例如對(duì)6臺(tái)、9臺(tái)電爐，均可將△P控制在0.6P0以下，它們運(yùn)行在不同容量電網(wǎng)上，可獲得不同的電流不平衡度δi。
1、P0＝100KW，9臺(tái)1)P＝1250KVA(1250KVA變壓器1臺(tái))δi≤8.35％(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)8％)2)P＝1750KVA(變壓器1250KVA，500KVA各1臺(tái)并網(wǎng))δi≤6％2、P0＝320KW，6臺(tái)1)P＝2500KVA(1250kVA變壓器2臺(tái)并網(wǎng))δi≤13.36％(部標(biāo)20％)2)P＝5630KVA(變壓器1250KVA4臺(tái)，630KVA1臺(tái)并網(wǎng))δi≤6％只有380V電網(wǎng)平衡，則其所聯(lián)系的高壓電網(wǎng)才能平衡，目前我國(guó)規(guī)定電網(wǎng)電流不平衡度≤8％(實(shí)際多數(shù)用電戶大大超過此標(biāo)準(zhǔn))，較國(guó)際準(zhǔn)≤5％相距甚遠(yuǎn)，但如果采用本裝置控制，并對(duì)380V電網(wǎng)采取并網(wǎng)運(yùn)行，則可達(dá)到或超過國(guó)際水平，使我國(guó)電網(wǎng)供電質(zhì)量大為提高。
控制實(shí)例，表五給出nF－△P1、利用單相負(fù)荷降低輸電網(wǎng)三相電流不平衡度。
例1，有一380V、1000KVA三相輸電網(wǎng)，測(cè)得其三相電流IA>IB＝IC，及三相電流不平衡度δi0＝25％，今有380V、200KW型號(hào)為GWL1－0.75－200熔鋁電爐1臺(tái)，擬運(yùn)行在該電網(wǎng)上，以通過輸電網(wǎng)三相自動(dòng)平衡器的控制，將輸電網(wǎng)三相電流不平衡度降到δi。
(1)計(jì)算δiδi0＝1.73△P／P△P＝Pδi0／1.73＝1000×0.25／1.73＝143.7KW(輸電網(wǎng)三相功率不平衡值)電爐功率變化自40％～100％，40％δi＝1.73×(143.7－200×0.4)／1000＝11.1％100％δi＝1.73×(200－143.7)／1000＝9.8％71.85％δi＝1.73×(200－0.7185－143.7)／1000≈0故δi＝0～11.1％通過本裝置控制，使輸電網(wǎng)三相電流不平衡度由25％降到0～11.1％。
(2)按δi＝11.1％輸入本裝置微機(jī)控制程序中，可以保證δi＝11.1％，同時(shí)避免了0～11.1％的頻繁調(diào)整。
(3)按圖2接電爐線。
(4)合上組合開關(guān)HZ1。
2、控制單相負(fù)荷群專用輸電網(wǎng)的不平衡度例2，380V、1500KVA三相輸電網(wǎng)供電給380V、50KW型號(hào)為GYT－0.3－50－1單相熔銅電爐22臺(tái)，通過輸電網(wǎng)三相自動(dòng)平衡器控制三相電流不平衡度δi。
(1)計(jì)算δi查表五，nF－△P表，nF＝3K＋1(K＝7)，△P＝P。
δi≤1.73△P／P＝1.73×50／1500＝5.8％(2)將δi＝5.8％輸入控制程序中(3)、(4)同例1。
例3，380V、1250KVA三相輸電網(wǎng)供電給380V、80KW型號(hào)為GYT－0.3－80－1單相溶銅爐12臺(tái)，通過輸電網(wǎng)三相自動(dòng)平衡器控制三相電流不平衡度δi。
(1)計(jì)算δi查表五，nF－△P表，nF＝3K(K＝4)，△P＝0.6P0δi≤1.73△P／P＝1.73×0.6×80／1250＝6.7％(2)將δi＝6.7％輸入控制程序中(3)、(4)同例1。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于創(chuàng)立了“開關(guān)四只五點(diǎn)接線法”，將單相負(fù)荷直接掛入三相電網(wǎng)，從而省掉了每臺(tái)負(fù)荷的變相電源，相應(yīng)地省掉了電力電容器、電抗器(兩者容量均是單相負(fù)荷容量的57.70％)及其冷卻設(shè)備。
2、由于單相負(fù)荷直接掛入三相電網(wǎng)，對(duì)有調(diào)壓要求者，只需用單相調(diào)壓器(容量＝電壓×電流)，與用三相調(diào)壓器(容量＝1.73電壓×電流)相比，節(jié)省變壓器容量73％(1.731＝1.73)，相應(yīng)地節(jié)省電能供應(yīng)73％。
3、由于采用微機(jī)控制，每增加一臺(tái)負(fù)荷，只需按表三增加一套配件，負(fù)荷臺(tái)數(shù)愈多經(jīng)濟(jì)效益愈高，從而消滅了負(fù)荷臺(tái)數(shù)與投資成正比的關(guān)系。
4、由于采用微機(jī)控制，使單相負(fù)荷隨時(shí)由低線電壓跨入高線電壓，故不僅保證了單相負(fù)荷不破壞電網(wǎng)平衡，而且可以降低電網(wǎng)原有的不平衡。
5、由于電網(wǎng)容量(P)愈大，則三相功率不平衡值(即兩相功率差最大值△P)愈小，本裝置是按δi≤1.73△P／P控制電網(wǎng)三相電流不平衡度(δi)，而δi又與P成反比，所以本質(zhì)上，本裝置是利用電網(wǎng)自身的穩(wěn)定性來解決電網(wǎng)的平衡問題，從而達(dá)到高效益地降低電網(wǎng)三相電流不平衡度(δi)的目的。
表一
<p>表二
表三
<p>表四
表五
表中nF－負(fù)荷臺(tái)數(shù)K－系數(shù)K＝0，1，2…P0－單臺(tái)負(fù)荷容量
權(quán)利要求1.一種輸電網(wǎng)三相自動(dòng)平衡器，由連接單相負(fù)荷(R1、…Rm)的主電路和控制主電路動(dòng)作的控制電路組成；其特征是，主電路將每四只單相交流接觸器主觸頭JC2、JC4、JC3、JC1依次串聯(lián)起來，首尾兩端接三相輸電網(wǎng)中的兩相，在串聯(lián)的每四只交流接觸器之間有三個(gè)連接點(diǎn)，其中央連接點(diǎn)接三相輸電網(wǎng)的第三相，余下的兩個(gè)連接點(diǎn)接一單相負(fù)荷(R1)，控制電路包括采樣電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、接口電路、單板機(jī)、放大電路、直流繼電器和交流接觸器控制電路，采樣電路輸入端接三相輸電網(wǎng)，輸出連接模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC809，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809經(jīng)過接口電路連接單板機(jī)TP801，單板機(jī)TP801的PI0口連接放大電路，放大電路輸出連接直流繼電器線圈，直流繼電器觸點(diǎn)連接交流接觸器控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電網(wǎng)三相自動(dòng)平衡器，其特征是單相負(fù)荷R1的交流接觸器控制電路由交流接觸器JC1～JC4和直流繼電器J1～J4觸點(diǎn)連接組成，分四路，一路為直流繼電器J4常開觸點(diǎn)與交流接觸器JC2和JC3常閉輔助觸頭串聯(lián)后再連接交流接觸器JC4線圈，二路為直流繼電器J1常開觸點(diǎn)與交流接觸器JC3常閉輔助觸頭串聯(lián)再連接交流接觸器JC1線圈，三路為直流繼電器J2常開觸點(diǎn)與交流接觸器JC4常閉輔助觸頭串聯(lián)再連接交流接觸器JC2線圈，四路為直流繼電器J3常開觸點(diǎn)與交流接觸器JC1和JC4常閉輔助觸頭串聯(lián)后再連接交流接觸器JC3線圈，同時(shí)，交流接觸器JC4常開輔助觸頭、JC3常閉輔助觸頭JC2常開輔助觸頭、JC3常開輔助觸頭依次串聯(lián)，首端JC4常開輔助觸頭連接在一路的JC3常閉輔助觸頭和JC4線圈之間，JC4常開輔助觸頭，另一端與二路的直流繼電器J1常開觸點(diǎn)和JC3常閉輔助觸頭公共端連接；末端JC3常開輔助觸頭連接在四路的直流繼電器J3常開觸點(diǎn)與JC1常閉輔助觸頭之間，JC3常開輔助觸頭另一端與三路的直流繼電器J2常開觸點(diǎn)和JC4常閉輔助觸頭公共端連接，最后直流繼電器J1～J4觸點(diǎn)另一端連接在一起，交流接觸器JC1～JC4線圈另一端連接在一起，即上述四路并聯(lián)后分別串聯(lián)開關(guān)HZ1和熔斷器2RD后接在主電路三相輸電網(wǎng)中的任意二相上。
專利摘要輸電網(wǎng)三相自動(dòng)平衡器是一種輸電網(wǎng)三相負(fù)荷自動(dòng)平衡裝置，使大功率單相負(fù)荷例如單相工頻感應(yīng)電爐等直接掛入輸電網(wǎng)而能保持輸電網(wǎng)要求的三相不平衡度。本實(shí)用新型由電壓采樣、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、接口、微機(jī)TP-801、PIO輸出、放大、接觸器控制及單相負(fù)荷等電路組成。其特征是主電路將每四只單相交流接觸器主觸頭串聯(lián)起來，首尾兩端接輸電網(wǎng)三相中的兩相，在串聯(lián)的四個(gè)主觸頭之間有三個(gè)連接點(diǎn)，其中央連接點(diǎn)接輸電網(wǎng)的第三相，余下的兩個(gè)連接點(diǎn)接單相負(fù)荷。
文檔編號(hào)H02J3/26GK2202994SQ9420462
公開日1995年7月5日 申請(qǐng)日期1994年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月15日
發(fā)明者梅嶺芳 申請(qǐng)人:梅嶺芳