CN103618282A - 防晃电模块的智能跳闸控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防晃电模块的智能跳闸控制系统及其控制方法，该系统与防晃电系统相连，包括防晃电模块、接触器线圈、启动按钮以及急停按钮，所述接触器线圈、启动按钮以及急停按钮串联于防晃电模块的输出电源的两个引脚之间，所述接触器线圈的常开触点与所述启动按钮并联，防晃电模块的公共端连接至零线，所述防晃电模块的保护跳闸、手动跳闸、接触器状态以及备用四个引脚分别通过接触器线圈的四个辅助触点连接至火线，所述接触器线圈的辅助触点与微机保护相连。本发明中，将接触器线圈的辅助触点接入防晃电模块的开入量中，由于开入量的电流较小，这样能够有效避免接触器出现拉弧现象，从而降低经济损失并提高生产效率。

Description

防晃电模块的智能跳闸控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种防晃电模块的智能跳闸控制系统及其控制方法。

背景技术

目前，常规的防晃电模块U1和微机保护跳闸出口的连接方式如图1所示，所述防晃电模块U1包括引脚1～16，其中：引脚1和引脚2为输出电源；引脚3和引脚13为空；引脚4～引脚8为开入量，其中：引脚4为保护跳闸、引脚5为手动跳闸、引脚6为接触器状态、引脚7为备用、引脚8为公共端；引脚9和引脚10为通讯接口，连接至屏蔽双绞线；引脚11和引脚12为报警信号，连接至报警系统；引脚14～16为输入电源，连接至三相交流电源。接触器线圈KM、启动按钮SB1、微机保护跳闸出口中的常闭节点K以及急停按钮SB2串联于引脚1和引脚2之间，所述接触器线圈KM的常开触点KM1与所述启动按钮SB1并联，以形成自锁。当微机保护监测到系统故障，其跳闸出口中的常闭节点K断开，切断接触器线圈KM的供电，接触器线圈KM失电后，释放跳闸。这种方式中，由于要靠微机保护跳闸出口的常闭节点K来切断电源，而功率较大的交流接触器的维持吸合电流较大，一般为0.4A以上，且目前微机保护跳闸出口的接触器多为小型功率接触器，其导通能力较强，切断能力却很差，一般断开容量在50VA左右，按照220V供电电源来考虑，只能切断0.2A以下的电流回路。因此，在大功率接触器中，采用此微机保护跳闸出口的常闭节点K直接切断电源来进行接触器跳闸的方式，极易引起接触器拉弧失败，使接触器出口节点粘联，导致用户经常更换微机保护，或导致设备停电等其他经济损失并且降低了工作效率。

发明内容

本发明提供一种防晃电模块的智能跳闸控制系统及其控制方法，以解决现有的防晃电装置中微机保护跳闸出口的接触器断弧能力弱而造成无法跳开接触器线圈的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供防晃电模块的智能跳闸控制系统，与防晃电系统相连，包括防晃电模块、接触器线圈、启动按钮以及急停按钮，所述接触器线圈、启动按钮以及急停按钮串联于防晃电模块的输出电源的两个引脚之间，所述接触器线圈的常开触点与所述启动按钮并联，防晃电模块的公共端连接至零线，所述防晃电模块的保护跳闸、手动跳闸、接触器状态以及备用四个引脚分别通过接触器线圈的四个辅助触点连接至火线，所述接触器线圈的辅助触点与微机保护相连。

较佳地，所述保护跳闸引脚和接触器线圈的得失电状态通过光电隔离装置连接至所述防晃电系统的中央控制单元，所述中央控制单元控制所述接触器线圈的供电系统的切换和接触器线圈的智能跳闸。

较佳地，所述防晃电系统还包括交流电源、测量电路、交直流转换电路、交直流切换电路、电流切断电路以及直流电压自动变换电路，其中，

所述交流电源为接触器线圈提供交流电压；

所述测量电路测量交流电源的电压和电流信号，并反馈至所述中央控制单元；

所述交直流转换电路将所述交流电源提供的交流电转换为直流电，并将储存的直流电压信号反馈至所述中央控制单元；

所述交直流转换电路通过所述直流电压自动变换电路为接触器线圈提供直流电压；

所述中央控制单元根据所述交流电压和直流电压信号，控制所述交直流切换电路选择所述接触器线圈的供电系统；

所述电流切断电路设置于所述交流电源与接触器线圈之间，当所述接触器线圈的供电系统从交流系统切换至直流系统时，所述中央控制单元控制所述电流切断电路切断交流电源的电流。

较佳地，所述电流切断电路包括第一继电器、桥式整流电路、第一电阻以及第一晶体管，所述第一继电器的常闭触点串联于交流电源与接触器线圈之间，且与所述桥式整流电路的一组相对的输出引脚并联，所述桥式整流电路的另一组相对的输入引脚并联于所述第一晶体管的源极和漏极之间，且与所述第一电阻并联，所述第一晶体管的栅极与所述中央控制单元相连。

较佳地，所述交直流切换电路包括第二继电器、线性光耦、霍尔元件以及电压比较器，所述直流电压通过所述线性光耦与所述交直流转换电路中储存的直流电压信号在所述电压比较器中进行比较，其结果控制所述第二继电器的得失电，所述第二继电器得电时，所述第二继电器的第一常闭触点和第二常闭触点与直流系统连接；所述第二继电器失电时，所述第二继电器的第一常闭触点和第二常闭触点与交流系统连接。

较佳地，所述直流电压自动变换电路包括PWM、第二晶体管和二极管，所述第二晶体管的源极和漏极与所述二极管正向并联，所述第二晶体管的栅极与所述PWM连接，所述PWM与所述中央控制单元连接。

本发明还提供了一种防晃电模块的智能跳闸控制方法，应用于如上所述的防晃电模块的智能跳闸控制系统中，其步骤为：系统上电，当微机保护监测到系统故障，接触器线圈的辅助触点闭合，保护跳闸引脚变为高电平，中央控制单元判断接触器线圈的运行状态，若为交流运行状态，则切断交流供电系统；若为直流供电状态，则切断直流供电系统。

本发明提供的防晃电模块的智能跳闸控制系统及其控制方法与现有技术相比具有如下优点：

1.将接触器线圈的辅助触点接入防晃电模块的开入量中，由于开入量的电流较小，这样能够有效避免接触器出现拉弧现象，从而降低经济损失并提高生产效率；

2.防晃电模块连接至中央控制单元，通过所述中央控制单元控制交直流切换电路完成接触器线圈的智能跳闸过程，系统更加稳定。

附图说明

图1为现有的防晃电模块和微机保护跳闸出口的连接方式示意图；

图2为本发明一具体实施方式的防晃电模块的智能跳闸控制系统的结构示意图；

图3为本发明一具体实施方式的防晃电模块的智能跳闸控制系统与防晃电系统的连接电路图；

图4为本发明一具体实施方式的防晃电模块的智能跳闸控制方法的流程图。

图3中：10-测量电路、20-中央控制单元、30-交直流转换电路、40-交直流切换电路、50-电流切断电路、60-直流电压自动变换电路。

具体实施方式

为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。

请参考图2和图3，本发明提供的防晃电模块的智能跳闸控制系统，与防晃电系统相连，包括防晃电模块U1、接触器线圈KM、启动按钮SB1以及急停按钮SB2，所述接触器线圈KM、启动按钮SB1以及急停按钮SB2串联于防晃电模块U1的输出电源的两个引脚（引脚1和引脚2）之间，所述接触器线圈KM的常开触点KM1与所述启动按钮SB1并联，防晃电模块U1的公共端（引脚8）连接至零线N端，所述防晃电模块U1的保护跳闸（引脚4）、手动跳闸（引脚5）、接触器状态（引脚6）以及备用（引脚7）四个引脚分别通过接触器线圈KM的四个辅助触点KM2连接至火线L端，所述接触器线圈KM的辅助触点KM2与微机保护（图中未示出）相连。当微机保护监测到系统故障时，辅助触点KM2闭合，防晃电模块U1的开入量（引脚4至引脚8）检测到电位变化，控制防晃电模块U1的输出电源（引脚1和引脚2）切断接触器线圈KM的供电，避免出现继电器拉弧现象。当然，选用接触器线圈KM的辅助触点KM2作为接入开入量的微机保护跳闸出口也能够在接触器线圈KM回复初始状态后，辅助触点KM2也相应地回复至初始状态，无需人为置位，方便操作。

较佳地，请重点参考图3，所述保护跳闸引脚（即引脚4）和接触器线圈KM的得失电状态通过光电隔离装置，例如光电耦合器，连接至所述防晃电系统的中央控制单元20，所述中央控制单元控制20所述接触器线圈KM的供电系统的切换以及智能跳闸过程。

较佳地，请继续参考图3，所述防晃电系统还包括交流电源（220V交流电）、测量电路10、交直流转换电路30、交直流切换电路40、电流切断电路50以及直流电压自动变换电路60，其中，

所述交流电源为接触器线圈KM提供交流电压；

所述测量电路10测量交流电源的电压和电流信号，其中，交流电压Uac、交流电流Iac，并将Uac和Iac的值反馈至所述中央控制单元20；具体地，所述测量电路10由电流互感器CT和电压互感器VT组成，串联在交流电源回路中的电流互感器CT用于测量交流电流Iac，并联于交流电源两端的电压互感器VT用于测量交流电压Uac。

所述交直流转换电路30将所述交流电源提供的交流电转换为直流电，并将储存的直流电压信号VE反馈至所述中央控制单元20，其中，储存的直流电压信号VE即为电容C两端的电压（电容C的充电量）；具体地，直流系统从交流系统引入220V交流电压，利用AC/DC将交流电压变换成直流电压，通过一大功率二极管D1来实现降压，降低后的电压通过电压变换器LDO转换为适用于所述中央控制单元20（即ARM）的驱动电压，为所述中央控制单元20供电；同时，降低后的电压接入一电容C的两端，并通过电压监视对电容C两端的电压VE进行测量，并将该测量信号传送至中央控制单元20内，当该信号（电压VE）达到预定值，说明电容C充电完毕，可以为接触器线圈KM进行直流供电。

所述交直流转换电路30通过所述直流电压自动变换电路60为接触器线圈KM提供直流电压Udc；

所述中央控制单元20根据所述交流电压Uac和容C两端的电压VE，控制所述交直流切换电路40选择所述接触器线圈KM的供电系统；

所述电流切断电路50设置于所述交流电源与接触器线圈KM之间，当所述接触器线圈KM的供电系统从交流系统切换至直流系统时，所述中央控制单元20控制所述电流切断电路50切断交流电源的电流，实现无弧切断电流电路的目的，避免电弧击穿第二接触器J2的第一常闭触点J2-1和第二常闭触点J2-2，对触点进行保护。

较佳地，请继续参考图3，所述电流切断电路50包括第一继电器J1、桥式整流电路、第一电阻R1以及第一晶体管IGBT1，所述第一继电器J1的常闭触点J1-1串联于交流电源与接触器线圈KM之间，且与所述桥式整流电路的一组相对的输出引脚并联，所述桥式整流电路的另一组相对的输入引脚并联于所述第一晶体管IGBT1的源极和漏极之间，且与所述第一电阻R1并联，所述第一晶体管IGBT1的栅极与所述中央控制单元20相连。

较佳地，请继续参考图3，所述交直流切换电路40包括第二继电器J2、线性光耦、霍尔元件以及电压比较器，具体地，所述线性光耦主要用于信号的隔离，以及抗干扰，所述霍尔元件用于测量直流电流Idc，所述直流电压Udc通过所述线性光耦与所述交直流转换电路30中储存的容C两端的电压VE在所述电压比较器中进行比较，其结果控制所述第二继电器J2的得失电，所述第二继电器J2得电时，所述第二继电器J2的第一常闭触点J2-1和第二常闭触点J2-2与直流系统连接；所述第二继电器J2失电时，所述第二继电器J2的第一常闭触点J2-1和第二常闭触点J2-2与交流系统连接。

较佳地，请继续参考图3，所述直流电压自动变换电路60包括PWM、第二晶体管IGBT2和二极管D2，所述第二晶体管IGBT2的源极和漏极与所述二极管D2正向并联，所述第二晶体管IGBT2的栅极与所述PWM连接，所述PWM与所述中央控制单元20连接。

当所述防晃电模块U1的输出电源（引脚1和引脚2）得到跳闸信号后，通过中央控制单元20控制接触器线圈KM释放跳闸，整个过程中无触点断弧过程。

请重点参考图4，本发明还提供了一种防晃电模块的智能跳闸控制方法，应用于如上所述的防晃电模块的智能跳闸控制系统中，其步骤为：系统上电，当微机保护监测到系统故障，接触器线圈KM的辅助触点KM2闭合，保护跳闸引脚（引脚4）变为高电平，中央控制单元20判断接触器线圈KM的运行状态，若为交流运行状态，则切断交流供电系统；若为直流供电状态，则切断直流供电系统。

具体地，整个智能跳闸过程的程序流程为：

S100：从智能跳闸程序入口进入智能跳闸程序；

S110：判断智能跳闸标志的状态，具体地，所述智能跳闸标志的状态有两种，为1时，表示已执行跳闸程序，为0时，表示未执行跳闸程序。当智能跳闸标志为1时，执行步骤S130，当智能跳闸标志为0时，执行步骤S111；

S111：判断智能跳闸开入的状态，即防晃电模块U1引脚4的状态，为1表示有跳闸信号，为0表示无跳闸信号。当智能跳闸标志为1时，执行步骤S112，当智能跳闸标志为0时，执行步骤S140；

S112：跳闸延时计数器+1，执行步骤S113；

S113：判断跳闸延时计数器是否大于10ms，该步骤为可靠性设计，避免外部的干扰以及信号的抖动而导致的跳闸。若是，则执行步骤S114，若否，则表示是干扰信号而非跳闸信号，则跳出智能跳闸程序；

S114：判断接触器线圈KM的运行模式，是否为交流供电系统供电，若是，则执行步骤S115，若否，则执行步骤S150；

S115：中央控制单元20触发第一晶体管IGBT1导通，并启动第一继电器J1，执行步骤S116；

S116：延时8ms，确保第一继电器J1的第一常闭触点J1-1已经断开，执行步骤S117；

S117：关断第一晶体管IGBT1，此时第一晶体管IGBT1的阻抗可认为是无穷大，则与第一晶体管IGBT1并联的第一电阻R1接入回路中，使得回路中的电流迅速减小，接触器线圈KM开始释放跳闸，执行步骤S118；

S118：将智能跳闸标志置1，禁止切换标志置1，所述禁止切换标志为1时，表示禁止切换供电系统，避免此时切断交流供电系统供电后，防晃电系统自动切换到直流供电系统进行供电。执行步骤S119；

S119：判断交流电流Iac是否无流，即检验交流电流Iac是否被切断，若是，则执行步骤S120，若否，则跳回至步骤S113；

S120：关断第一继电器J1，执行步骤S121；

S121：智能跳闸标志置0，智能跳闸程序结束。

S130：判断运行模式是否为交流供电系统供电，若是，则执行步骤S119，若否，则执行步骤S152。

S140：跳闸延时计数器置0，执行步骤S113。

S150：禁止PWM输出电压，即切断直流供电系统的供电，执行步骤S151；

S151：智能跳闸标志置1，禁止切换标志置1，执行步骤S152；

S152：判断直流电流Idc是否无流，即检验直流电流Idc是否被切断，若是，则执行步骤S153，若否，则跳出智能跳闸程序；

S153：关断第一继电器J1和第二继电器J2，智能跳闸程序结束。

本发明提供的防晃电模块的智能跳闸控制系统及其控制方法，该系统与防晃电系统相连，包括防晃电模块U1、接触器线圈KM、启动按钮SB1以及急停按钮SB2，所述接触器线圈KM、启动按钮SB1以及急停按钮SB2串联于防晃电模块U1的输出电源的两个引脚之间，所述接触器线圈KM的常开触点KM1与所述启动按钮SB1并联，防晃电模块U1的公共端连接至零线，所述防晃电模块U1的保护跳闸、手动跳闸、接触器状态以及备用四个引脚分别通过接触器线圈KM的四个辅助触点KM2连接至火线，所述接触器线圈KM的辅助触点KM2与微机保护相连。本发明中，将接触器线圈KM的辅助触点KM2接入防晃电模块U1的开入量中，由于开入量的电流较小，这样能够有效避免接触器出现拉弧现象，从而降低经济损失并提高生产效率。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种防晃电模块的智能跳闸控制系统，与防晃电系统相连，包括防晃电模块、接触器线圈、启动按钮以及急停按钮，其特征在于，所述接触器线圈、启动按钮以及急停按钮串联于防晃电模块的输出电源的两个引脚之间，所述接触器线圈的常开触点与所述启动按钮并联，防晃电模块的公共端连接至零线，所述防晃电模块的保护跳闸、手动跳闸、接触器状态以及备用四个引脚分别通过接触器线圈的四个辅助触点连接至火线，所述接触器线圈的辅助触点与微机保护相连。

2.如权利要求1所述的防晃电模块的智能跳闸控制系统，其特征在于，所述保护跳闸引脚和接触器线圈的得失电状态通过光电隔离装置连接至所述防晃电系统的中央控制单元，所述中央控制单元控制所述接触器线圈的供电系统的切换和接触器线圈的智能跳闸。

3.如权利要求2所述的防晃电模块的智能跳闸控制系统，其特征在于，所述防晃电系统还包括交流电源、测量电路、交直流转换电路、交直流切换电路、电流切断电路以及直流电压自动变换电路，其中，

所述交流电源为接触器线圈提供交流电压；

所述测量电路测量交流电源的电压和电流信号，并反馈至所述中央控制单元；

所述交直流转换电路将所述交流电源提供的交流电转换为直流电，并将储存的直流电压信号反馈至所述中央控制单元；

所述交直流转换电路通过所述直流电压自动变换电路为接触器线圈提供直流电压；

所述中央控制单元根据所述交流电压和直流电压信号，控制所述交直流切换电路选择所述接触器线圈的供电系统；

所述电流切断电路设置于所述交流电源与接触器线圈之间，当所述接触器线圈的供电系统从交流系统切换至直流系统时，所述中央控制单元控制所述电流切断电路切断交流电源的电流。

4.如权利要求3所述的防晃电模块的智能跳闸控制系统，其特征在于，所述电流切断电路包括第一继电器、桥式整流电路、第一电阻以及第一晶体管，所述第一继电器的常闭触点串联于交流电源与接触器线圈之间，且与所述桥式整流电路的一组相对的输出引脚并联，所述桥式整流电路的另一组相对的输入引脚并联于所述第一晶体管的源极和漏极之间，且与所述第一电阻并联，所述第一晶体管的栅极与所述中央控制单元相连。

5.如权利要求3所述的防晃电模块的智能跳闸控制系统，其特征在于，所述交直流切换电路包括第二继电器、线性光耦、霍尔元件以及电压比较器，所述直流电压通过所述线性光耦与所述交直流转换电路中储存的直流电压信号在所述电压比较器中进行比较，其结果控制所述第二继电器的得失电，所述第二继电器得电时，所述第二继电器的第一常闭触点和第二常闭触点与直流系统连接；所述第二继电器失电时，所述第二继电器的第一常闭触点和第二常闭触点与交流系统连接。

6.如权利要求3所述的防晃电模块的智能跳闸控制系统，其特征在于，所述直流电压自动变换电路包括PWM、第二晶体管和二极管，所述第二晶体管的源极和漏极与所述二极管正向并联，所述第二晶体管的栅极与所述PWM连接，所述PWM与所述中央控制单元连接。

7.一种防晃电模块的智能跳闸控制方法，应用于如权利要求1-6中任意一项所述的防晃电模块的智能跳闸控制系统中，其特征在于，其步骤为：系统上电，当微机保护监测到系统故障，接触器线圈的辅助触点闭合，保护跳闸引脚变为高电平，中央控制单元判断接触器线圈的运行状态，若为交流运行状态，则切断交流供电系统；若为直流供电状态，则切断直流供电系统。

Images