随着我国社会主义建设的迅速发展，工农业生产对电力的需要急剧增加，因此在不断发展电力工业的同时，必须切实做好节约用电工作。在工厂节电措施中，利用电容来补偿用电负荷中的无功功率，减少电网无功功率的消耗，提高用户的功率因数，是一项重要的措施。我厂配电室制成的晶体管功率因数自动补偿装置，经实际运行观察，工作可靠，能将用电功率因数提高到95％以上。
工作原理
自动补偿装置的电路图见图5。其方框图见图1。本装置主要由下列三部分组成：（1）测量部分：由相敏放大整流电路组成；（2）放大、延时部分：由射极跟随器和阻容延时电路组成；（3）执行部分：由节拍脉冲发生器和继电器等组成。
（1）测量部分
一般用电负荷电流中，包括有功和无功电流二个分量。为了对无功电流进行补偿，首先必须从负荷电流中将无功电流分量分解出来、测量出来，并以此作为信号去控制整个装置的工作。这就是测量部分要完成的任务。
本装置采用的是单管差动式相敏放大器电路，（见图5）。采用单管线路的优点是线路简单，温度稳定性高，零点漂移小。
相敏放大器从接入B相电流互感器次级的0.2欧电阻上获得B相电流信号，并通过R\(_{1}\)的调节，输入到BG1的基极。BG\(_{1}\)的集电极参考电压，则由AC线电压经变压器降压和稳压管WY1、WY\(_{2}\)限幅获得。其波形为近似矩形的梯形波。放大器合适的工作点，可通过调整偏流电阻R3获得，使A、B两点对地电位分别为-20伏即可。
下面分四种情况来分析相敏放大器的工作过程：
①当输入电流信号为零时：在参考电压的正半周，二极管D\(_{1}\)导通，D2截止，BG\(_{1}\)的集电极电流经左边的负载电阻R5流过；在参考电压的负半周，D\(_{2}\)导通，D1截止，BG\(_{1}\)集电极电流将经右边的负载电阻R6流过。由于正、负半周工作对称，电流一样，且R\(_{5}\)等于R6，放在左、右二边负载电阻R\(_{5}\)、R6上产生的平均电压相等，即A、B两点为等电位点，输出电压U\(_{AB}\)等于零。如果由于左右二边元件参数差异，造成UAB不等于零，可通过电位器R\(_{2}\)调整到零。用示波器（从电阻R4上）可以看到集电极电流的波形，见图2a。
②当B相电流与B相电压同相时，即输入电流信号为有功电流I-\(_{BR}\)时：从电流、电压矢量图（图3）可知这时输入电流信号I-BR与集电极参考电压U-\(_{CA}\)有90°的相位差。此时的集电极电流波形如图2b所示。可以看出，在左、右两边分别工作的半周内，集电极电流在1/4周受到正电流信号的作用而增大，而在另1/4周受负电流信号的作用而减小。但由于三极管工作在线性放大状态，增加和减少量相等，故通过负载电阻的平均电流值仍与电流信号为零时一样，因此输出电压UAB仍等于零。
③当B相电流滞后于B相电压90°时，即输入电流信号为感性无功电流I-\(_{BL}\)时：从图3可知，这时输入电流信号I-BL与集电极参考电压U\(_{CA}\)同相。此时的集电极电流波形如图2c。从图可看出，通过R5的半周集电极电流增大，而通过R\(_{6}\)的半周集电极电流则减小，因此负载电阻R5上的平均电压增加，而R\(_{6}\)上的平均电压则减小。这样A、B两点之间就出现了电位差，有了输出电压UAB。而且U\(_{AB}\)的值是随电流信号的增大成正比例地增大。
当输入电流信号为容性无功电流I-\(_{BC}\)时，工作过程同感性无功电流类似，仅由于电流信号相位改变了180°，使输出电压UAB改变极性。
④当电流信号为一般用电负荷时，既有有功电流，又有无功电流，可将此时的电流信号看成是②、③二种情况的叠加作用。由于有功电流分量不产生输出，故输出电压U\(_{AB}\)仅受负荷电流中的无功电流分量的影响。
综上所述：将AC线电压信号和B相电流信号输入相敏放大器后，它的输出电压的大小就能准确地反映负荷电流中无功电流的大小，而它的极性，则能反映无功电流是感性还是容性。接在相敏放大器输出端的一只±50μA电流表（需串200K电阻），经过适当的整定后，就可用作无功电流指示表。
（2）放大、延时部分
由测量部分输出的信号是非常微弱的，甚至极灵敏的极化继电器也不能直接被带动，所以还需加一放大级将信号放大。为了减小放大级对前级相敏放大器工作的影响，要求放大级有足够大的输入电阻，而为了使放大器能输出较大的功率带动极化继电器，又希望放大器有较小的输出电阻，因此选用了射极跟随器。另外射极跟随器具有很强的电压负反馈，因此工作稳定，并采用差动接法，放大器的零点漂移极小。直流放大电路见图5。为了提高输入电阻，三极管采用复合管的接法。
从射极跟随器的特性可知，如忽略三极管发射结很小的正向压降U\(_{eb}\)，则发射极A＇和B＇的电位差可认为完全与输入信号UAB相同。由于极化继电器1JF和2JF采用反相并联接法，故当无功电流信号为感性时，B＇点电位比A＇点高，极化继电器1JF动作；相反，当无功电流信号为容性时，A＇点电位比B＇点高，极化继电器1JF动作。极化继电器（HY—11型，规格2JY·309·026·19）采用双位置偏右式，其常闭接点作输出接点，控制下一级延时级的工作。极化继电器的动作电压调整为1.2伏，而返回电压调整为0.6伏。
因为用电负荷是在不断地变化的，所以输入直流放大器的无功电流信号也不断变化，极化继电器随之经常不断地动作。如果直接用极化继电器的接点去控制执行部分，就会使执行部分的电器动作十分频繁，工作可靠性降低。为此在执行部分之前加设一延时级，滤去那些短时出现的无功信号，而使有用信号能通过延时级加到执行部分去。
延时级也采用射极跟随电路。当极化继电器1JF动作，其常闭接点1JF1打开后，电容C\(_{3}\)开始通过R11和R\(_{12}\)充电，电容器二端电压随时间不断升高，同时此电压又作射极跟随器的输入信号，加到三极管的基极，使继电器1J（1J、2J灵敏继电器，JR—4型，线圈电阻1500欧）两端电压也不断升高，当达到继电器的吸引电压时，继电器吸合，其常开触点1J1启动执行部分开始工作。如果在继电器还未吸合时，感性无功电流信号突然消失，极化继电器1JF返回动作，其常闭触点一闭合，电容C3将通过电阻R\(_{13}\)迅速放电，为下次延时作好准备。
投入电容和切除电容的延时级，线路结构完全相同，仅是延时要求有差别。投电容延时一般要求2～3分钟，切除电容要求1～1.5分钟。必须挑选漏电流小于100μA的电解电容器作延时电容用。
（三）执行部分
执行部分主要由节拍脉冲发生器，步进选择器，各类中间继电器及接触器等组成。节拍脉冲发生器的功用是产生周期性脉冲信号，使小型直流中间继电器3J（DZ—144型，线圈电阻185欧）周期性动作，而后用其常开接点3J\(_{2}\)去控制步进选择器（XB—50/4型，规格SV3·250·069） 1XZ或2XZ线圈电路，驱使步进选择器步跳，步进选择器每跳跃一步，则将投入或切除一组补偿电容。只要无功电流信号存在，电网不在最高的功率因数下运行，节拍脉冲发生器将始终工作，不断地投入或切除补偿电容，直到无功电流信号被消除，电网处于最经济的运行状态为止。
节拍脉冲发生器电路见图5。它也是利用电阻电容的充放电原理来工作的。当延时继电器1J或2J吸合，接通1SJ或2SJ后，节拍脉冲发生器接通电源，电容C\(_{5}\)通过R20、R\(_{19}\)、R21充电，随着电容二端充电电压的增高，继电器3J两端电压也升高，最后达吸合值，常开接点3J\(_{1}\)闭合，另一组接点3J2闭合接通步进选择器。3J\(_{1}\)闭合后，使C5转为通过3J\(_{1}\)、D7、R\(_{22}\)和R20放电。随着C\(_{5}\)放电，3J两端电压降低到释放值时3J释放，常开接点3J1又分开，电容C\(_{5}\)又恢复充电，以后的过程如前重复进行。节拍周期可通过R10来调整，一般调到20～30秒即可。
步进选择器1XZ控制投入电容用；2XZ控制切除电容用。
步进选择器怎样对中间继电器1ZJ～8ZJ实行控制呢？以1ZJ为例来说明（见图4），当出现感性无功电流信号时，延时继电器1J动作后，投电容辅助继电器1SJ动作，其常开接点1SJ\(_{1}\)接通了节拍脉冲发生器电源，使节拍脉冲发生器工作；1SJ2接通了步进选择器1XZ的线圈电路，使节拍脉冲能作用到步进选择器1XZ上；1SJ\(_{3}\)闭合使中间继电器1ZJ～8ZJ可通过步进选择器1XZ的接点，获得起动电压。继电器吸合后，通过75Ω4W降压电阻自锁，保持吸合状态。
当出现容性无功电流信号时，2SJ动作，1ZJ～8ZJ的线圈将通过步进选择器2XZ的接点，被10Ω电阻分路，1ZJ～8ZJ的线圈电压立刻降低到释放值以下，继电器释放，自锁被解除。
1ZJ～8ZJ采用JJDZ3—33小型直流中间继电器，线圈电压为24伏，线圈电阻为180欧。为了保证继电器在电网电压320伏至440伏范围内均能可靠工作，1ZJ～8ZJ的吸合电压调整为20～21伏，释放电压在10～14伏之间。
考虑到1ZJ～8ZJ的接点容量较小，及控制补偿电容放电电阻的需要，再加一级1JJ～8JJ中间继电器，可选用JZ7—44型交流中间继电器，线圈电压交流220伏。1C～8C可选用CJ10—150型交流接触器，额定电流150安。
辅助继电器9ZJ和10ZJ是为了防止8组补偿电容全部投入或全部切除后，无功电流信号依然存在，导致步进选择器长期不断动作而设置的。可选用DZ—644小型交流中间继电器，线圈电压为交流36伏。
执行部分的7K为自动、手动开关，1A—4A为手动控制按钮。
每组补偿电容量的确定
对于一般感应电动机较多，无功电流较大的工厂，据我们的经验可按下述方法来确定：
（1）设供电变压器的额定电流为1\(_{H}\)，则可用R1将无功电流指示表满刻度量程整定为近似50％I\(_{H}\)，例如：560KVA的供电变压器，IH为810安，则无功电流表整定为400安；
（2）每组补偿电容量按5％I\(_{H}\)来选择，例如560KVA的供电变压器，每组容量可取40安左右；
（3）考虑到供电变压器本身有5％I\(_{H}\)左右的空载电流，也需有5％IH左右的补偿电容量来补偿。此组电容可以固定接入。
本装置采用8组可控、1组固定补偿电容，总容量达45％I\(_{H}\)左右。对于一些无功电流特别大或较小的工厂，可按上述关系，成比例地增大或减小无功电流指示表的量程和每组补偿电容的容量。（北京二里沟汽车制造厂 钟金元）