專利名稱:三相智能復合開關的制作方法
【專利摘要】一種三相智能復合開關由交流采樣單元、電壓變換單元、整流濾波單元、過零采樣單元、光電隔離單元、微處理器單元、LED顯示報警單元、通訊單元、輸出狀態檢測單元、可控硅單元、磁保持繼電器單元、放電回路單元、補償電容器單元及溫度傳感器組成。本三相智能復合開關采用先進的微型處理器進行控制，獨特的PCB設計工藝，抗干擾能力強，能精確的檢測交流電過零點，使電容在過零點投入，無諧波無沖擊，同時采用工業磁保持繼電器為執行機構，其觸點能力強，過電流大，不易燒觸點，正是彌補了國內以磁保持繼電器為投切機構的普通復合開關觸點不足之處，當三相智能復合開關出現機械故障或電網電壓出現過壓，欠壓，缺相，嚴重畸變時，三相智能復合開關拒絕投入，并通過RS232/485把相關信息傳遞給主控室的上位機程序，使監控人員能及時發現問題。
【專利說明】
三相智能復合開關
技術領域
[0001]本發明涉及一種低壓電力電網無功功率補償裝置使用電力電容器進行投切的開關裝置，特別是一種用于磁保持繼電器切換電力電容器進行開關控制的三相智能復合開關。【背景技術】
[0002]無功補償裝置在保證電力系統電能質量，降低電網損耗，提高電網的輸送能力和設備利用率方面具有重要作用和意義。在無功補償裝置中，非常重要的是電容器投切過程， 傳統的投切開關存在涌流大(對電網及電容器有較大沖擊及損害)、功耗大(接觸器保持損耗、半導體器件導通損耗)等缺點，逐步被晶閘管加磁保持繼電器的智能復合開關所代替， 智能復合開關擁有較好的性能優勢而被市場認可。
[0003]傳統的用接觸器或可控硅作為投切裝置，這兩種投切裝置在實際現場使用過程中始終存在這樣或那樣的問題。
[0004]交流接觸器作為投切裝置其優點是接觸電阻小，投切時間較慢，在投切過程中容易產生涌流，在大電流高電壓情況下易產生火花及電弧，長期使用其觸點非常容易燒結粘連，嚴重影響投切裝置及補償電力電容器壽命。且交流接觸器在動作過程中震動較大導致安裝架以及節點的加速老化，同時產生較大的噪音。并且交流接觸器為保持吸合狀態自身也需要消耗能量，不符合節能要求。
[0005]可控硅作為投切裝置其優點是響應速度快，可以克服涌流問題。但是，可控硅本身存在功耗，在大功率應用時，會有明顯的發熱，由于可控硅對過流、過壓及對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。在實際應用中，投切裝置故障多半是由可控硅損壞所引起的。
[0006]由以上分析得知，我們需要有一種能夠兼顧以上兩種投切裝置優點，克服存在問題的投切裝置，這就是采用磁保持繼電器+可控硅模塊的智能復合開關。
【發明內容】

[0007]本發明的目的是基于微處理器控制可控硅與磁保持繼電器進行投切動作，將可控硅與磁保持繼電器觸點并聯使用，由可控硅實現電壓過零投入與電流過零切除，由磁保持繼電器接點來通過連續電流，這樣就避免了可控硅的導通損耗問題，避免了電容器在投入時的涌流。也消除了噪音和支持導通需要的能量。
[0008]本實用新型發明通過以下技術方案予以實施。
[0009]三相智能復合開關由交流采樣單元1、電壓變換單元2、整流濾波單元3、過零采樣單元4、光電隔離單元5、微處理器單元6、LED顯示報警單元7、通訊單元8、輸出狀態檢測單元 9、可控娃無觸點開關單元10、磁保持繼電器單元11、放電回路單元12、補償電容器單元13及溫度傳感器14組成。[0〇1〇]進一步，三相交流電源輸入到交流采樣單元1，通過交流采樣單元1將交流采樣信號輸出到光電隔離單元5,經過隔離的交流采樣信號送入微處理器單元6。
[0011]進一步，三相交流電源輸入到電壓變換單元2,過零采樣單元4對電壓變換單元2的交流電壓進行交流采樣，采樣后的交流過零信號輸入到微處理器單元6。
[0012]進一步，三相交流電源輸入到電壓變換單元2,整流濾波單元3的輸入端與電壓變換單元2的輸出連接，整流濾波單元3的輸出用于為相關單元電路提供直流工作電壓。[〇〇13]進一步，微處理器單元6輸出報警信號給LED顯示報警單元7,使其發出報警顯示。 [〇〇14] 進一步，微處理器單元6與通訊單元8連接，實現數據通信功能。[〇〇15] 進一步，微處理器單元6與可控硅無觸點開關單元10及磁保持繼電器單元11相連接，用于控制可控娃無觸點開關單元10及磁保持繼電器單元11的動作。
[0016]進一步，輸出狀態檢測單元9與磁保持繼電器單元11相連接，用于檢測磁保持繼電器單元11的工作狀態。進一步，可控娃無觸點開關單元10及磁保持繼電器單元11與補償電容器單元13進行并聯連接，三相交流電源并聯輸入到可控硅無觸點開關單元10及磁保持繼電器單元11輸入端。[0〇17] 進一步，放電回路單元12與補償電容器單元13連接。[〇〇18] 進一步，溫度傳感器14與補償電容器單元13連接，將檢測的溫度信號送入微處理器單元6。
[0019]與現有技術相比，本發明有以下有益效果:
[0020]1.在電容器的投切過程中，對觸點型開關，往往會在其觸點間產生較強的電弧損傷觸點，致使觸頭接觸不良，甚至會發生觸點熔融的現象;對可控硅無觸點型開關，因其功耗大，發熱問題尤為突出。針對上述情況，三相智能復合開關在設計時，增加了延時電路。在開通時，可控硅無觸點開關先導通，延時一定周期后，磁保持繼電器閉合，可控硅無觸點開關關斷，負載工作電流由磁保持繼電器提供;在關斷時，可控硅無觸點開關先導通，磁保持繼電器關斷，可控硅無觸點開關延遲一定周期后關斷。這樣，從根本上解決了磁保持繼電器在接通和關斷時出現的涌流及觸頭間拉弧現象，也消除了可控硅無觸點開關發熱問題，使可控硅組成的無觸點開關的使用壽命接近其機械壽命，既大大延長了可控硅無觸點開關的使用壽命，又提高了系統運行的可靠性。[0021 ]2.傳統的接觸器投入電容時會產生大量的諧波，污染了電網，同時也減少了電容器的使用壽命，而本三相智能復合開關采用先進的微型處理器進行控制，獨特的PCB設計工藝，抗干擾能力強，能精確的檢測交流電過零點，使電容在過零點投入，無諧波無沖擊，同時采用工業磁保持繼電器為執行機構，其觸點能力強，過電流大，不易燒觸點，正是彌補了國內以磁保持繼電器為投切機構的普通復合開關觸點不足之處，當三相智能復合開關出現機械故障或電網電壓出現過壓，欠壓，缺相，嚴重畸變時，三相智能復合開關拒絕投入，并通過 RS232/485把相關信息傳遞給主控室的上位機程序，使監控人員能及時發現問題。
[0022]3.磁保持繼電器觸點開關狀態檢測是本發明的一個特點，磁保持繼電器作為為執行機構是靠觸點的閉合來接通與斷開與負載的連接，為保證設備的正常工作與負載安全， 磁保持繼電器觸點狀態的檢測就顯得相當重要。觸點是否發生粘連、接觸不良及負載(補償電容器)是否有問題，在經過實時檢測以后其信號發送給微處理器，微處理器根據檢測的信號予以判斷發出相應控制指令，控制報警電路予以現場聲光報警，同時將此信號通過 RS232/485通訊電路上傳到遠程控制室，最大限度的保證了設備的正常工作和設備的安全。【附圖說明】

[0023]圖1是三相智能復合開關系統框圖；[〇〇24]圖2是三相智能復合開關可控硅單元和磁保持繼電器單元控制框圖；
[0025]圖3是低噪聲節能三相智能復合開關程序結構框圖。【具體實施方式】[〇〇26]圖1為三相智能復合開關系統框圖，三相交流電源輸入到交流采樣單元1，交流采樣單元按一定規律對被測信號的瞬時值進行采樣，通過交流采樣單元1將采樣信號輸出到光電隔離單元5,光電隔離單元5其目的在于從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使測控裝置與現場僅保持信號聯系，而不直接發生電的聯系。隔離的實質是把引進的干擾通道切斷，從而達到隔離現場干擾的目的;光電隔離單元5的光電隔離器件采用光電耦合器，光電耦合器具有:信號傳遞采取電-光-電的形式，發光部分和受光部分不接觸，能夠避免輸出端對輸入端可能產生的反饋和干擾;抑制噪聲干擾能力強;具有耐用、可靠性高和速度快等優點，經過隔離的信號送入微處理器6,微處理器6根據交流采樣單元1和光電隔離單元5送來的交流信號進行分析判斷，當發現輸入交流電壓高于或低于設計值及交流輸入信號缺相后，微處理器6將通過LED顯示報警單元7予以報警，并控制可控硅無觸點開關單元10 及磁保持繼電器單元11的輸出工作狀態處于關閉，保證整個系統的安全，同時通過通訊單元8將數據上傳主控室上位機。三相交流電源輸入到電壓變換單元2,電壓變換單元2三相交流電源輸入電壓進行電壓變換成為低電壓值的交流電壓，一路送入過零采樣單元4,過零采樣單元4對電壓變換單元2的交流電壓進行采樣，采樣后的過零信號輸入到微處理器單元6; 過零就是交流電的電壓或者電流到“零”的時刻，這個時候的瞬間電壓或者電流都為零;過零檢測的作用是為了控制可控硅的觸發角，在過零時刻觸發可控硅其干擾最小，安全性最好。電壓變換單元2的另一路送入整流濾波單元3,整流濾波單元3的輸出用于給微處理器單元6及其各控制單元、顯示單元、通訊單元及驅動執行單元提供直流工作電壓。微處理器單元6輸出報警信號給LED顯示報警單元7，LED顯示報警單元7中的LED指示燈分別由一只藍色發光二極管，二只綠色發光二極管和四只紅色發光二極管組成，藍色發光二極管為電源正常指示燈并以每0.5S的時間閃爍，表示復合開關運行正常，二只綠色發光二極管在開關合閘狀態亮或開關斷開后電容放電完畢前亮，紅色發光二極管為電源異常指示燈，當復合開關出現輸入電壓缺相，過欠壓，接觸器接觸不良，輸出未接負載等故障，則相關紅色發光二極管長亮。微處理器單元6與通訊單元8連接，通訊單元8采用RS232串口，該單元由一塊 MAX232芯片及通信接口組成，通訊單元8與微處理器單元6中的微處理器RXD/TXD引腳連接， 微處理器通過引腳TXD把三相智能復合開關各項狀態信息，發送給MAX232芯片，經過電平轉化后由通信接口把數據傳送給主控室上位機，監控人員能通過上位機軟件監控三相智能復合開關的運行狀態以便于及時有效的維護，從而實現數據通信功能。微處理器單元6與可控娃無觸點開關單元10及磁保持繼電器單元11相連接，微處理器單元6輸出控制指令，用于控制可控硅無觸點開關單元10及磁保持繼電器單元11的動作。輸出狀態檢測單元9與磁保持繼電器單元11相連接，用于檢測磁保持繼電器單元11的工作狀態，磁保持繼電器作為為執行機構是靠觸點的閉合來接通與斷開與負載的連接，為保證設備的正常工作與負載安全，磁保持繼電器觸點狀態的檢測就顯得相當重要。觸點是否發生粘連、接觸不良及負載(補償電容器)是否有問題，在經過實時檢測以后其信號發送給微處理器單元6,微處理器單元6根據檢測的信號予以判斷發出相應控制指令，控制報警電路予以現場聲光報警，同時將此信號通過RS232/485通訊電路上傳到遠程控制室，最大限度的保證了設備的正常工作和設備的安全。可控娃無觸點開關單元10及磁保持繼電器單元11與補償電容器單元13進行并聯連接，三相交流電源并聯輸入到可控硅無觸點開關單元10及磁保持繼電器單元11輸入端，在工作時，微處理器單元6通過采集過零采樣單元4的交流過零信號進行分析判斷，發出動作指令讓可控硅先導通，延時一定周期后，磁保持繼電器觸點閉合，可控硅關斷，補償電容器單元13投入運行，此時補償電容器單元13工作電流由接觸器提供；在交流過零點時可控硅導通，磁保持繼電器觸點關斷，可控硅延遲一定周期后關斷，切除補償電容器單元13,補償電容器單元13上面的殘余電壓通過放電回路單元12中的RC吸收電路進行放電處理，消除補償電容器單元13在下一次投切時產生的尖峰電壓，避免可供硅擊穿，通過以上工作過程，基本上解決了磁保持繼電器在接通和關斷時出現的涌流及觸頭間拉弧現象，也消除了由可控硅構成的無觸點開關的發熱問題，使可控硅開關的使用壽命接近其機械壽命，大大提高了系統運行的可靠性。溫度傳感器14與補償電容器單元13連接，將檢測的補償電容器單元13 上面溫度信號送入微處理器單元6,如果溫度值高于設計值后，微處理器單元6將發出報警信號予以警示，同時通過通訊單元8上傳主控室上位機。[〇〇27]圖2是三相智能復合開關可控硅單元和磁保持繼電器單元控制框圖。
[0028]圖3是三相智能復合開關軟件流程圖，采用C語言編寫，在此就不予以詳細闡述。
[0029]本說明書未作詳細描述的內容屬于本領域技術人員公知的現有技術，雖然本發明己通過有關的實施案例進行了圖示和描述，但是，本專業技術人員應當了解，在權利要求書的范圍內，可作形式和細節上的各種各樣變化，因此本發明的保護范圍當以權利要求書為準。
【主權項】
1.三相智能復合開關其特征在于:由交流采樣單元(1)、電壓變換單元(2)、整流濾波單 元(3)、過零采樣單元(4)、光電隔離單元(5)、微處理器單元(6)、LED顯示報警單元(7)、通訊 單元(8)、輸出狀態檢測單元(9)、可控硅無觸點開關單元(10)、磁保持繼電器單元(11)、放 電回路單元(12)、補償電容器單元(13)及溫度傳感器(14)組成;三相交流電源輸入到交流 采樣單元(1)，通過交流采樣單元(1)將交流采樣信號輸出到光電隔離單元(5)，經過隔離的 交流采樣信號送入微處理器單元(6);三相交流電源輸入到電壓變換單元(2)，過零采樣單 元(4)對電壓變換單元(2)的交流電壓進行交流采樣，采樣后的交流過零信號輸入到微處理 器單元(6);三相交流電源輸入到電壓變換單元(2)，整流濾波單元(3)的輸入端與電壓變換 單元(2)的輸出連接，整流濾波單元(3)的輸出用于為各相關單元提供直流工作電壓;微處 理器單元(6)輸出報警信號給LED顯示報警單元(7)，使其發出報警顯示;微處理器單元(6) 與通訊單元(8)連接，實現數據通信功能;微處理器單元(6)與可控硅無觸點開關單元(10) 及磁保持繼電器單元(11)相連接，用于控制可控硅無觸點開關單元(10)及磁保持繼電器單 元(11)的動作;輸出狀態檢測單元(9)與磁保持繼電器單元(11)相連接，用于檢測磁保持繼 電器單元(11)的工作狀態;可控硅無觸點開關單元(10)及磁保持繼電器單元(11)與補償電 容器單元(13)進行并聯連接，三相交流電源并聯輸入到可控硅無觸點開關單元(10)及磁保 持繼電器單元(11)輸入端；放電回路單元(12)與補償電容器單元(13)連接;溫度傳感器 (14)與補償電容器單元(13)連接，將檢測的溫度信號送入微處理器單元(6)。2.根據權利要求1所述三相智能復合開關其特征在于:LED顯示報警單元(7)中的LED指 示燈分別由一只藍色發光二極管，二只綠色發光二極管和四只紅色發光二極管組成。
【文檔編號】H02J3/18GK205724914SQ201620342287
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】陳軍, 馮偉, 楊波, 許祝
【申請人】重慶瑞升康博電氣有限公司