CN102983546A - 可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护器，包括中央处理器、控制模块、电源模块、继电器模块、电压和电流采集电路；继电器模块包括磁保持继电器，磁保持继电器的触点串接在220VAC电源相线上，电流信号采集电路包括电流互感器，电流互感器由线圈和开口式磁环构成，当交流电压正常时，中央处理器在采集到交流电压第一个过零点时，于t3时刻发出吸合信号给继电器模块，经继电器吸合响应时间后，恰好在交流电压过零点时吸合；当电压异常时，中央处理器在采集到第一个交流电流过零点后，于t4时刻发出分断信号给继电器模块，经继电器分断响应时间后，恰好在交流电过零点时分断；无电弧分断使触头材料不被烧蚀，触点间接触电阻小，能耗降低，电寿命高，机械寿命高，同时避免了电弧引起的相间短路问题。

Description

可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护器

技术领域

本发明涉及电器开关技术，特别涉及一种可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护

器。

背景技术

众所周知，凡是有触点的电力开关在分断的过程中都有不同程度的电弧产生。长期以来，电力开关的电弧问题是国内外电力开关行业的非常重视的一大研究课题，从电弧的角度讲，“无电弧分断”是国内外电力开关行业追求的最高境界。

    电弧的危害主要表现在以下几方面：1、延长了开关电器切断故障的时间，由于电弧的温度很高，其表面温度可达3000－4000度，中心温度可达10000度，如果电弧长时间燃烧，不仅将触头表面的金属熔化或蒸发，而且引起电弧附近电气绝缘材料烧坏，并且容易引起以下事故：a.使开关的内部温度和压力剧增引起爆炸； b.形成飞弧，造成电源短路事故。2、减少了开关的电寿命和机械寿命，3、尤其是在可燃气体环境中，电弧产生会引起火灾，给人民生命财产造成极大损失。

目前传统的有触点的自复式过欠电压保护器，其进行合分的执行机构多数为继电器，并且未采用任何灭弧手段。而目前国内尚无能达到无电弧要求的过、欠电压保护器产品和文献报道，因此需要研制一种采用新技术的带触点保护器，从根本上解决电弧的问题。

发明内容

    鉴于现有技术存在的不足，本发明的目的是，提供一种解决方案，采用“过零分断”技术，利用交流电周期性的规律和特点，使保护器在过零点的时刻分断，有效地解决这一问题，使保护器在动、静触头分离的过程中，从根本上抑制电弧的产生，从而实现 “无电弧合分”。  

    为实现上述目的，本发明是采用这样的方案实现的：可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护器，其特征在于，包括中央处理器、控制模块、电源模块、继电器模块、电压信号采集电路和电流信号采集电路；中央处理器采用 PIC16F676 单片机，控制模块包括触发电路，触发电路由光电耦合器、电阻和二极管连接组成，继电器模块包括继电器驱动电路和磁保持继电器，磁保持继电器的触点串接在220V AC电源相线上，电压信号采集电路由四运放LM324、光电耦合器、稳压二极管和电阻连接组成，电流信号采集电路由电流互感器、稳压二极管和阻容元件连接组成；其中，用于采集电流信号的电流互感器由线圈和开口式磁环构成，开口式磁环的开口方向与半径夹角为50度，开口间隙为2.1mm。

可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护器实现过零点合、分的方法，包括如下步骤：

   a)电压信号采集电路的输入端连接220V AC电源，采集的交流电压经电阻接到光电耦合器的输入端，经光电耦合，光电耦合器的输出端将耦合电压信号传送给中央处理器；

   b)当交流电压正常时，中央处理器迅速识别判断，并在采集到交流电压第一个过零点时，于t3时刻发出吸合信号输入到继电器模块，经继电器吸合响应时间后，恰好在交流电压过零点时吸合；中央处理器判断、处理电压变化的程序根据电压信号时序编制；电压信号时序在电压信号时序坐标图中标示，在电压信号时序坐标图中t1：为中央处理器接收到电压正常信号后采集到的第一个零点；t1～t2：为一个周波；t合：为继电器吸合响应时间，t合=12ms；t3：为从第一个过零点到继电器执行脱扣瞬间前一段的时间,t3=（20-t合）ms=8ms；

   c) 电流信号采集电路的电流互感器初级连接220V AC电源，电流感应信号从电流互感器次级输出，经稳压二极管稳压、阻容滤波后送入到中央处理器；

   d)当电压异常时中央处理器迅速识别判断，并在采集到第一个交流电流过零点后，于t4时刻发出分断信号输入到继电器模块，经继电器分断响应时间后，恰好在交流电过零点时分断；

中央处理器判断、处理电流变化的程序根据电流信号时序编制；电流信号时序在电流信号时序坐标图中标示；在电流信号时序坐标图中，t1：为CPU接收到电源异常后采集到的第一个零点；t1～t2：为一个周波；t分：为继电器分断响应时间，t分=8ms；t4：为从第一个过零点到继电器执行脱扣瞬间前一段的时间，t4=（20- t分）ms=12ms；

   e)选用的磁保持继电器的平均闭合响应时间为t合=12ms，一个周波为20ms，即t3=8ms；

磁保持继电器的平均分断响应时间为t分=8ms，一个周波为20ms，即t4=12ms；

    根据上述方法，可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护器 “合-分”达到30万次。

    本发明的有益效果：本发明是一种避免触头合、分时产生电弧的有效方法，即利用交流电周期性特点，交流电压过零点时刻接通，交流电流过零点时刻分断，以实现自复式过欠电压保护器合、分时没有电弧产生。由于无电弧分断使触头材料不被烧蚀，所以触点间接触电阻小，能耗降低。并且减少了贵金属资源的消耗，使保护器的电寿命提高数十倍，机械寿命也得到较大提高，同时避免了电弧引起的相间短路问题。

附图说明

图1、可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护器电路框图；

图2、电压信号时序坐标图；

图3、电流信号时序坐标图；

图4、零合零分程序流程图；

图5、开口磁环示意图；

图6、电压采集电路图；

图7、电流采集电路图；

图8、触发电路图；

图9、开口磁环立体图。

图中：1. 开口磁环，2. 磁环开口。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明：

     如图1至图9所示，可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护器，包括中央处理器、控制模块、电源模块、继电器模块、电压信号采集电路和电流信号采集电路，中央处理器采用PIC16F676单片机。  

控制模块包括触发电路，触发电路由光电耦合器、电阻和二极管连接组成。

继电器模块包括继电器驱动电路和磁保持继电器。

电压采集电路由四运放LM324、光电耦合器、稳压二极管和电阻连接组成。

电流采集电路由电流互感器、稳压二极管和阻容元件连接组成；其中，用于采集电流信号的电流互感器由线圈和开口式磁环1构成，开口式磁环1的开口2方向与半径夹角为50度，开口间隙为2.1mm。

采用以开口式磁环为磁芯体绕制电流互感器可以大大提高磁通量，提高感应电流的精度。

电压信号采集电路的输入端连接220V AC电源，采集的交流电压经电阻接到光电耦合器的输入端，经光电耦合，光电耦合器的输出端将耦合电压信号传送给中央处理器。

     如图2所示电压信号时序坐标图中， 当交流电压正常时，中央处理器迅速识别判断，并在采集到交流电压第一个过零点时，于t3时刻发出吸合信号输入到继电器模块，经继电器吸合响应时间后，恰好在交流电压过零点时吸合；t1为中央处理器接收到电压正常信号后采集到的第一个零点；t1～t2为一个周波； t合为继电器吸合响应时间，t合=12ms；t3为从第一个过零点到继电器执行脱扣瞬间前一段的时间,t3=（20-t合）ms=8ms。

    电流信号采集电路的电流互感器初级连接220V AC电源，电流感应信号从电流互感器次级输出，经稳压二极管稳压、阻容滤波后送入到中央处理器。

    如图3所示电流信号时序坐标图中，当电压异常时中央处理器迅速识别判断，并在采集到第一个交流电流过零点后，于t4时刻发出分断信号输入到继电器模块，经继电器分断响应时间后，恰好在交流电过零点时分断；t1为CPU接收到电源异常后采集到的第一个零点；t1～t2：为一个周波；t分：为继电器分断响应时间，t分=8ms；t4：为从第一个过零点到继电器执行脱扣瞬间前一段的时间，t4=（20- t分）ms=12ms。

    本实施例中，磁保持继电器的平均闭合响应时间为t合=12ms，一个周波为20ms，  即t3=8ms；磁保持继电器的平均分断响应时间为t分=8ms，一个周波为20ms，即t4=12ms。

   与接触器等低压控制元件相比，本公司的专用磁保持继电器的结构不同，触头的开距、超程技术参数不同。

经过30万次以上“合-分”的试验，均在过零点时合分，磁保持继电器响应时间的变化可忽略不计。

由于触头材料不烧蚀，所以触点间接触电阻小，能耗降低。并且减少了贵金属资源的消耗，使保护器的电寿命提高数十倍，机械寿命也得到较大提高，同时避免了电弧引起的相间短路问题。

根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (2)

1.可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护器，其特征在于，包括中央处理器、控制模块、电源模块、继电器模块、电压信号采集电路和电流信号采集电路；中央处理器采用 PIC16F676 单片机；控制模块包括触发电路，触发电路由光电耦合器、电阻和二极管连接组成；继电器模块包括继电器驱动电路和磁保持继电器，磁保持继电器的触点串接在AC 220V电源相线上；电压信号采集电路由四运放LM324、光电耦合器、稳压二极管和电阻连接组成；电流信号采集电路由电流互感器、稳压二极管和阻容元件连接组成；其中，用于采集电流信号的电流互感器由线圈和开口式磁环构成，开口式磁环的开口方向与半径夹角为50度，开口间隙为2.1mm。

2.根据权利要求1所述可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护器，其特征在于，实现过零点合、分的方法，包括如下步骤：

   a)电压信号采集电路的输入端连接220V AC电源，采集的交流电压经电阻接到光电耦合器的输入端，经光电耦合，光电耦合器的输出端将耦合电压信号传送给中央处理器；

   b)当交流电压正常时，中央处理器迅速识别判断，并在采集到交流电压第一个过零点时，于t3时刻发出吸合信号输入到继电器模块，经继电器吸合响应时间后，恰好在交流电压过零点时吸合；中央处理器判断、处理电压变化的程序根据电压信号时序编制；电压信号时序在电压信号时序坐标图中标示，在电压信号时序坐标图中t1：为中央处理器接收到电压正常信号后采集到的第一个零点；t1～t2：为一个周波；t合：为继电器吸合响应时间，t合=12ms；t3：为从第一个过零点到继电器执行脱扣瞬间前一段的时间,t3=（20-t合）ms=8ms；

   c) 电流信号采集电路的电流互感器初级连接220V AC电源，电流感应信号从电流互感器次级输出，经稳压二极管稳压、阻容滤波后送入到中央处理器；

   d)当电压异常时中央处理器迅速识别判断，并在采集到第一个交流电流过零点后，于t4时刻发出分断信号输入到继电器模块，经继电器分断响应时间后，恰好在交流电过零点时分断；

中央处理器判断、处理电流变化的程序根据电流信号时序编制；电流信号时序在电流信号时序坐标图中标示；在电流信号时序坐标图中，t1：为CPU接收到电源异常后采集到的第一个零点；t1～t2：为一个周波；t分：为继电器分断响应时间，t分=8ms；t4：为从第一个过零点到继电器执行脱扣瞬间前一段的时间，t4=（20- t分）ms=12ms；

   e)选用的磁保持继电器的平均闭合响应时间为t合=12ms，一个周波为20ms，即t3=8ms；

磁保持继电器的平均分断响应时间为t分=8ms，一个周波为20ms，即t4=12ms；

    根据上述方法，可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护器 “合-分”达到30万次。

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