CN101908439B - 一种自适应的电磁继电器过零通断控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应的电磁继电器过零通断控制方法，其特征在于不管电压是否存在谐波及继电器有否抖动，均能自动适应继电器不同开启及关闭提前量，实现过零通断。包括微型控制器、交流电源过零检测电路、继电器触点两端电压检测器、负载电流过零检测器、电磁式继电器、继电器用稳压电源、通断控制信号。所述交流电源过零检测电路用于电压过零检测；所述继电器触点两端电压检测器用于检测触点两端电压；所述负载电流过零检测器用于电流过零检测；所述继电器用直流稳压电源用于对继电器的供电；所述继电器控制触点与负载相接；所述通断控制信号用于接收通断命令；所述控制器实现所有输入信号的采集，并存储和计算及对继电器的控制。

Description

一种自适应的电磁继电器过零通断控制方法

技术领域

本发明属于控制电器领域中的继电器控制技术领域，涉及一种自适应的电磁继电器过零通断控制方法。

背景技术

电磁继电器是一个机械的电磁开关，其基本原理是在给线圈加电时，其产生的磁场会将衔铁从一种状态转换到另一种状态，使触点接触或断开，因为是金属触点，所以继电器具有导通电阻非常小，断开阻抗非常大的特点，可以应用来控制大功率的负载。也因为电磁继电器的通断是机械性的，所以在给继电器加电的时候，触点从一种状态转换到另一种状态时需要一定的时间，这就是继电器的动作时间。触点从断开状态到接通状态，需要的时间叫吸合时间；触点从接通状态到断开状态，需要的时间叫断开时间，一般断开时间比吸合时间小。一般继电器的动作时间在10-120mS，接通及断开的时间也不同，而且具有较大的个体差异，如随意动作，则有可能产生浪涌电流及拉弧，对电网造成冲击并影响继电器的寿命。因此，要求继电器能在电压过零点接通及在负载电流过零时断开负载，所采取的控制方法是在给继电器一个提前吸合时间，在电压过零前提前吸合时间控制继电器导通，这样可保证在电压过零时，触点刚好接触，避免了浪涌电流；而在断开时，同样在电流过零点前给继电器一个提前断开时间，在电流过零前提前断开时间控制继电器断开，这样可保证在电流过零时，触点刚好断开，避免了拉弧；但由于继电器的个体吸合及断开时间差异很大，无法指定一个统一时间，因此简单地指定一个时间不实用。实用新型专利ZL200920076196.7及ZL200720042341.0均给出了一种电磁继电器过零开关电路，但因这二专利检测继电器两端电压方法是用过零脉冲形式，在电压存在谐波及继电器有抖动时，无法正确检测到电压真正过零点时间及触点真正接触时间，因此适应性不强。

发明内容

本发明专利一种自适应的电磁继电器过零通断控制方法正是为了解决电压不管是否存在谐波及继电器是否有抖动，均能自动适应不同继电器不同开启提前量及关闭提前量，实现自动跟踪，达到电压过零开启，负载电流过零关闭这一目的。

本发明专利的技术解决方案是：一种自适应的电磁继电器过零通断控制方法，包括微型控制器、交流电源电压过零检测电路、负载电流过零检测器、继电器触点两端电压检测器、电磁式继电器、继电器用稳压电源。其中：

1、电源电压过零检测器输入接电源电压的两端，输出接微型控制器脉冲输入信号输入端；

2、继电器触点两端电压检测器输入接继电器触点两端，输出接微型控制器的AD转换输入端；

3、负载电流过零检测器检测负载电流过零信号，输出接微型控制器的脉冲信号输入端(此部分如负载性质固定，如纯电容性或纯电阻性负载，可省略，根据电源电压与负载中电流的相位关系，控制器可从电压过零点时间计算电流过零点时间；如负载性质变化，则不能省略)；

4、继电器控制触点与交流负载相接；

5、电磁式继电器用直流稳压电源专门用于对继电器的供电，以解决因电源不稳而导致TON(开启提前量)及TOFF(关闭提前量)的不稳定问题；

6、控制器接收交流电压信号过零信号、电流过零信号、通断控制信号和电磁继电器触点两端电压信号的采集，并存储和计算，实现对电磁继电器的开关控制。

本发明的工作过程如下：

1、接通。

在控制器内部存储有一个所用此批继电器平均开启提前量TON作默认初始值，在首次接到开启继电器信号后，根据电压周期值T及默认提前量TON选取TX(如T/2＞TON，则TX＝T/2；如T/2＜＝TON，则TX＝T/2+N*T/2，N为整数，从1开始往大值取，直到TX＞TON)在电源电压过零时，延时TX-TON后开启继电器，随后采样继电器触点两端的电压，通过滤波计算，不管电压是否有谐波及继电器触点是否抖动，均能找出电压真正过零时间及触点真正吸合时间，若吸合时间正好是在电压过零点，则提前量TON不变；如比过零点提前，则提前量TON＝提前量TON-提前值；如比过零点滞后，则提前量TON＝提前量TON+滞后值，将此次修正后的提前量TON作为下次提前量。经过几次修正，即可完成跟踪，以后继电器都会在电源电压过零点吸合。

2、关闭。

关闭方式有二种。

一是因负载不定，要使用到负载电流过零信号，则关闭过程与吸合过程相同，只要将电压过零信号改为电流过零信号，TON改为TOFF，接通改为关闭即可。

二是固定性质的负载，不用电流过零检测信号，根据电压与负载中电流相位的关系，控制器通过电压过零信号时间计算电流过零时间。在控制器内部存储有一个所用此批继电器平均关闭提前量TOFF作默认初始值，在首次接到关闭继电器信号后，根据电压周期值T、默认提前量TOFF及继电器所接负载性质确定TX(第1步，先确定T1。如负载为纯电阻，则T1＝T*1/2；如负载为纯电容或纯电感，则T1＝T*1/4；如为其它性质的负载，则根据负载性质计算电压过零点后，电流为零时的时间值T1；第2步，确定TX。如T1＞TOFF，则TX＝T1；如T1＜＝TOFF，则TX＝T1+N*T/2，N为整数，从1开始往大值取，直到TX＞TOFF)，在电源电压过零时，延时TX-TOFF后关闭继电器，随后采样继电器触点两端的电压，通过计算，不管电源电压是否有谐波及继电器触点是否抖动，均能找出触点真正关断时间及电流过零时间，若关断时间正好是在电流过零点，则提前量TOFF不变；如比过零点提前，则提前量TOFF＝提前量TOFF-提前值；如比过零点滞后，则提前量TOFF＝提前量TOFF+滞后值，将此次修正后的提前量TOFF作为下次提前量。经过几次修正，即可完成跟踪，以后继电器都会在电流过零点关闭。

附图说明

图1是本发明原理框图。

图2是本发明一实施例中负载为纯电容的一种自适应的电磁继电器过零通断控制电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的实施方式做进一步说明。

如图1所示，微型控制器接收交流电源过零检测电路送来的信号，当电压过零，电路会发送出一个脉冲，控制器据此知此时，电源电压过零；控制器通过AD转换输入端接收继电器触点两端电压检测器输入信号进行AD转换，通过滤波计算，不管电源电压是否有谐波或是继电器触点是否抖动，均能找出接收继电器触点两端电压真正过零点及触点真正接通或断开时间，为开启提前量及关闭提前量的准确计算与调整提供依据；控制器接收负载电流过零检测器(此部分如负载性质固定，可省略。根据电源电压与负载中电流相位的关系，控制器可利用电压过零点时间计算电流过零点时间，如纯电容性或纯电阻性负载。如实施例2，因负载是纯电容，省略)检测负载电流过零信号，当负载电流过零，电路会发送出一个脉冲，控制器据此知此时，负载电流过零；继电器控制触点与交流负载相接，控制负载的通断；继电器用直流稳压电源专门用于对继电器的供电，以解决因电源不稳而导致开启提前量及关闭提前量不稳定问题；控制器对所有信号采集后，进行分析计算，据通断控制信号对继电器进行开启及关闭控制。

如图2所示，所供电源为220V单相交流电，负载为纯电容CF，主要用于低压无功补偿。因是纯电容性负载，电流总是提前电压90度，因此取消电流过零检测模块，根据周期值及电压过零点时间计算出电流过零点时间，这样有利于降低成本。此电路中，用单片机PIC76F873A作控制器，是控制电路的核心，控制协调其他电路的工作，此芯片内部有EEPROM，能随时修改数据，为提前量修改提供了基础；与U1 TLP521-1相连接的元件用作电源电压过零检测，作用一是检测电源过零，一是提供电源电压与单片机的隔离；PT、电阻R9及R10、运放TL084与相关的元件构成继电器触点两端电压检测输入信号并进行电平转换，转换成单片机PIC76F873A能接收的AD转换信号电平范围(0-5V)；R12及三极管构成驱动继电器开关，由PIC76F873A控制器控制继电器开启及关闭；电源模块则提供三个电压，一是继电器用电压12V，一是单片机电压+5V，一是运放用-5V电压；与U7TLP521-1相连接的元件用作检测输入动作控制信号，SONOFF高为关闭，低为开启。

Claims (3)

1.一种自适应的电磁继电器过零通断控制方法，其特征在于：包括微型控制器、交流电源过零检测电路、继电器触头两端电压检测器、负载电流过零检测器、电磁式继电器、继电器用稳压电源、通断控制信号，其中：

所述的交流电源过零检测电路用于电源电压过零检测；

所述的继电器触头两端电压检测器用于检测继电器触点两端电压，输出接微型控制器的AD转换输入端；

所述负载电流过零检测器用于负载电流过零检测；

所述的继电器用稳压电源用于对电磁式继电器的供电；

所述的电磁式继电器的控制触点与负载相接；

所述的通断控制信号用于接收通断命令；

所述的微型控制器实现所有输入信号的采集，并存储和计算及对继电器的控制。

2.根据权利要求1所述的自适应的电磁继电器过零通断控制方法，其特征在于：不管电源电压是否存在谐波及继电器是否抖动，通过检测触点两端电压，控制器用滤波算法，均能找到触点两端电压真正过零点时间及触点真正通断时间。

3.根据权利要求1所述的自适应的电磁继电器过零通断控制方法，其特征在于：自动跟踪继电器开启提前量及关闭提前量，每次均进行调整，能自适应各种电磁继电器不同的开启提前量及关闭提前量，实现电压过零开启负载，电流过零关闭负载。