无功补偿控制器的整机电路设计

无功补偿控制器整机电路如图2-22所示，这是一个集成模拟运算放大器电路与数字电路组成的控制电路，电压比较器完成过电压检测和过零比较脉冲输出及控制信号输出；双D型触发器对电压比较器的输出信号进行0/1锁存，由此控制时基电路的振荡（工作）与停止，完成投切电容的准备工作；十进制计数器（本例电路构成六进制计数器）电路构成循环投切控制电路，使电容器组投入/退出。

本文仅给出无功补偿控制器的整机电路，交流接触器和电容器级主电路（省略未画），请参阅下述内容。

1.无功电流的检测与整定部分

无功电流的检测与整定是本电路的巧妙设计之一。由电工理论可知，相电压过零时所对应的相电流瞬时值正比于无功电流的有效值，如图2-21所示。所以，只要把相电压过零时刻的相电流瞬时值与整定值进行比较，就可以决定投、切电容的容量。

图2-21 回路电流、电压的有效值曲线图

图2-22中，相电压uA经R2、R3分压后加至比较器A1-3进行过零比较，比较器输出的方波作为触发器A2-1、A2-2的时钟脉冲。iA取自电源进线电流互感器二次侧的非接地端，由于电流互感器的二次侧接有仪表，所以iA信号的电压幅度为毫伏级，但对于高输入阻抗的比较器A1-1、A1-2来说已经足够，不需要进行放大处理。在A1-1中iA与由R7、RP1分压得到的电压整定值VRP进行比较，在相电压过零时刻，也就是A2-1的触发脉冲上升沿到来的时刻，如果uA小于整定值VRP，则说明无功电流不大，A1-1输出为0，A2-1将锁存0，555振荡器不工作，不投电容；若此时iA大于整定值VRP，则说明无功电流较大，A1-1输出为1，A2-1将锁存1，555振荡器开始工作，准备投电容。

iA在A1-2中与零电压进行比较，零电压相当于无功电流为0，即纯电阻性负载。只要负载呈感性，在相电压过零时刻，A1-2就会输出1，A2-2将锁存1。此时如果A2-1也输出1，则投电容。如果此时A2-1输出为0，则说明感性无功在允许范围以内，不需要投电容。当负载呈容性时，在相电压过零时刻，A1-2输出0，A2-2将锁存0，其/Q端输出为1，使A2-1置1，555振荡器开始工作，准备切电容。

由以上分析可知，本电路有以下3种工作状态：

1）欠补偿。A2-1输出1，A2-2输出1，投电容。

2）正常。A2-1输出0，A2-2输出1，不投切。(www.xing528.com)

3）过补偿。A2-1输出1，A2-2输出0，切电容。

图2-22 无功补偿控制器整机电路原理图

2.完全循环与输出部分

十进制计数器/分配器CD4017构成循环控制部分的核心。当需要投或切电容时，A2-1输出1，555振荡器开始工作，其输出脉冲经CD4017分配到D触发器A5～A7，使之依次翻转。此时若要投电容，则A2-2输出为1，A5～A7的D端均为1，D触发器将依次翻转为1，此信号经驱动器MC1416驱动继电器KA1～KA6，使相应的电容器组投入。此时若需切电容，则A2-2输出为0，A5～A7的D端均为0，触发器依次翻转为0，从而使相应的电容器组被切除。

3.过电压保护部分

比较器A1-4构成电压幅度鉴别电路。相电压uA经R2、R3分压后加到A1-4的同相端，与R4、R5分压得到的电压整定值进行比较，如电压峰值超过整定值，则A1-4每周期输出一个正脉冲使A2-2清零，其切电容的过程与负载呈容性时切电容的过程一样。

4.其他部分

C7、R14组成开机清零电路，使A5～A7上电时清零，当过电压保护动作时保证A5～A7的D端为稳定的零电平。CD4017的Q6端接至R端构成六进制计数器/分配器，可使之跳过不必要的循环。发光二极管HL1～HL6用于指示各组电容的运行状态。HL7亮则表明装置正处于投切延时进程中，V5、V6用作保护二极管，防止比较器输入端进入过高的电压。R6是隔离电阻，以保证电流互感器的精度（使电流表指示准确）。