CN104037721B - 一种空气开关及空气开关智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力开关技术领域，具体涉及一种空气开关及空气开关智能控制方法。所述空气开关采用电流互感器采集电流值，并将该电流值发送至单片机，单片机发送接通指令或切断指令给开闭装置，所述开闭装置根据接通指令或切断指令控制线圈的电流的通电方向，进而实现该开关的接通和关断。本发明的空气开关智能控制方法，通过统计空气开关回路24小时的平均电流，并且以平均值作为一个判定阈值，并且当电流超过该判定阈值的时候，向总线发出异常告警，这种方式可以灵活地设定设定保护电流值，模糊预测峰值，相比传统方式保护更及时准确。

Description

一种空气开关及空气开关智能控制方法

技术领域

本发明涉及一种电力开关技术领域，具体涉及一种空气开关及空气开关智能控制方法。

背景技术

空气开关(英文名：Air switch)，又名空气断路器，是断路器的一种。是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。

现有空气开关有以下两种方式实现断电保护，

1：热保护式，利用热脱扣器，对于电流过载保护类的热脱扣器，其传动机构一般都比较复杂，往往需要通过二级甚至三级传动才实现脱扣。且脱口后需要手动完成恢复操作。

2：短路保护式，电流过大时内部线圈驱动连杆动作断开开关。具体为使刀型的可动接触元件相对于固定集电子转动并进行接通、切断的结构的开闭接触部；用于拉长断路时的弧长并限流的消弧装置；通过联杆机构驱动开闭接触部的接通操作用电磁铁；以及根据切断指令进行动作的断开装置。这种方式结构也较为复杂。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种空气开关及空气开关智能控制方法，所述空气开关采用电流互感器采集电流值，并将该电流值发送至单片机，单片机发送接通指令或切断指令给开闭装置，所述开闭装置根据接通指令或切断指令控制线圈的电流的通电方向，进而实现该开关的接通和关断。本发明还提供一种空气开关智能控制方法基于上述的空气开关结构，并通过一些列步骤得到接通指令或切断指令，从而实现全智能的开关的接通和关断控制。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种空气开关，包括总线接口和空开装置，所述空开装置包括直流转换电路、电流取样电路、单片机控制电路、继电器控制电路和继电器，所述直流转换电路通过总线接口连接VCC电源，所述直流转换电路输出直流电源为单片机控制电路供电，所述单片机控制电路通过电流取样电路获得电流信息，并经过处理后输出控制信号给继电器控制电路，所述继电器控制电路控制继电器翻转而实现开关状态的改变。

进一步的，所述单片机控制电路由型号为PIC12F69单片机及其外围电路构成。

进一步的，所述电流取样电路包括电流互感器。

本发明提出一种空气开关智能控制方法，适用于上述空气开关，包括以下步骤：

步骤1、在继电器断开后，单片机控制电路通过电流互感器读取断开前状态的电流信息；

步骤2、单片机控制电路根据该电流信息，判断该继电器是否断开，若是则执行步骤3，否则执行步骤10；

步骤3、单片机控制电路判断断开前状态是否为过流保护，若是则执行步骤6，否则执行步骤4；

步骤4、单片机控制电路判断是否通过总线接口接收总线指令，所述总线指令包括打开或关闭空气开关指令，设置保护电流指令，若是则执行步骤13，否则执行步骤5；

步骤5、单片机控制电路统计时间T内的平均历史最大峰值电流，返回步骤3；

步骤6、单片机控制电路控制电流峰值超过设定的保护值，且控制电流在最大峰值工作超过设定时间T0，其中T0＝10min，执行步骤7；

步骤7、单片机控制电路判断电流峰值是否超过24小时统计的最大峰值，若是则执行步骤8，否则执行步骤9；

步骤8、单片机控制电路向总线接口发送警告信息，并返回步骤3，

步骤9、单片机控制电路同步到过零点，关闭开关，发出信息，执行步骤10；

步骤10、单片机控制电路判断是否收到总线指令，若是，则执行步骤13，否则执行步骤11；

步骤11、单片机控制电路判断是否收到外部指令，若是，则执行步骤12，否则，执行步骤13，

步骤12、单片机控制电路执行外部指令，并对继电器控制电路发出相应信号，控制继电器进行状态翻转；

步骤13、单片机控制电路接收总线信号，并提取控制信息，所述控制信息包括空气开关的开关指令，保护电流大小设置指令。

本发明通过采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下优点：

本发明的空气开关采用所述单片机控制电路通过电流取样电路获得电流信息，并经过处理后输出控制信号给继电器控制电路，所述继电器控制电路控制继电器翻转而实现开关状态的改变，从而能够实现空气开关智能控制。本发明中的空气开关与总线连接，因此可以共享总线信息，例如插座，可与插座、火警烟感等传感器通过总线通信，并可直接连接各种网络实现远程控制及参数实时传输，实现可扩展性。

本发明的空气开关智能控制方法，通过统计空气开关回路24小时的平均电流，并且以平均值作为一个判定阈值，并且当电流超过该判定阈值的时候，向总线发出异常告警，这种方式可以灵活地设定设定保护电流值，模糊预测峰值，相比传统方式保护更及时准确。而不是传统地需要达到某个峰值，而直接进行断开处理。

本发明的方法基于单片机对回路电流过零点及电源电压过零点的检测，及开关响应时间的中和判断处理，本空气开关采用独有无冲击的过零开关方式，系统通过同步到电源的过零点附近进线进行开关闭合动作，可以有效避免开过程的大电流冲击，保护开关触点及避免接触火花。系统通过同步到回路电流为零时进行开关断开动作，可以有效避免开关断开过程的拉弧问题，同时不需要像普通空气开关一样需要灭弧槽，保证了安全。

附图说明

图1是本发明的实施例的电路原理图。

图2是本发明磁保持继电器的结构示意图。

图3是本发明的实施例的流程图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

作为一个具体的实施例，如图1所示，一种智能型总线空开，包括总线接口和空开装置，所述空开装置包括直流转换电路、电流取样电路、单片机控制电路、继电器控制电路和继电器，所述直流转换电路通过总线接口连接VCC电源，所述直流转换电路输出直流电源为单片机控制电路供电，所述单片机控制电路通过电流取样电路获得电流信息，并经过处理后输出控制信号给继电器控制电路，所述继电器控制电路控制继电器翻转而实现开关状态的改变。

本实施例中，所述直流转换电路包括型号为78L05的三端集成稳压器U1、滤波电容E1和E2，二极管D1，所述三端集成稳压器U1的输入端经二极管D1、总线接口连接至VCC电源，所述三端集成稳压器U1的接地端经总线接口接地，所述滤波电容E1和E2分别并联在三端集成稳压器U1的电源输入端和输出端用于滤除干扰，所述三端集成稳压器U1输出端输出5V直流电源为单片机控制电路供电。所述单片机控制电路包括型号为PIC12F69单片机U2，所述电流取样电路包括电流传感器DL1、电阻R4、二极管D3、电阻R3和电容C2，电流传感器DL1并联电阻R4取样，取样电流经过二极管D3整流后，经过电容C2滤波后，电阻R3为电容C2放电后接到单片机U2的GP1端，所述单片机控制电路通过电流取样电路获得电流信息。所述继电器控制电路包括型号为BL8023的磁保持继电器驱动芯片U3，所述磁保持继电器驱动芯片U3的VCC端与5V直流电源连接，所述磁保持继电器驱动芯片U3的OUTA端和OUTB端分别与继电器的线圈两端连接。

参考图2所示，所述继电器为磁保持继电器，且该继电器包括导磁体、永久磁铁、带动触点的衔铁、第一静触点和第二静触点，所述导磁体为U型导磁体，所述永久磁铁固定设置在U型导磁体U字底部，所述导磁体两侧分别绕射有线圈，所述线圈两端分别与磁保持继电器驱动芯片U3的OUTA端和OUTB端连接，与永久磁铁顶部与带动触点的衔铁连接，且该带动触点的衔铁一端伸出所述U型导磁体U字开口，所述U型导磁体U字开口处一侧设有第一静触点，另一侧设有第二静触点，所述带动触点的衔铁根据导磁体上的线圈的电流方向的不同，实现与第一静触点或第二静触点的接通。

例如，当单片机控制电路接收到电流采样电路的电流信号，通过内部比较器对电流进行比较，当电流超过比较器设定值后，判断该电流为过流，需要启动过流保护，则需要关断空气开关，此时，单片机U2通过GP0脚输出控制信号(改变当前电流方向)给磁保持继电器驱动芯片U3的INA脚，所述磁保持继电器驱动芯片U3通过改变对磁保持继电器的电流方向，使得带动触点的衔铁改变对第一静触点或第二静触点的接通，例如，之前是接通第一静触点，那么此时就接通第二静触点，进而实现整个空气开关由接通到关断而实现继电保护。此时，如果是传统的继电器，则通常需要人为的方式来恢复到接通状态，而本方案由于采用了上述的继电器结构，能够不需要通过人为或机械的方式来恢复空气开关的接通，直接通过总线接口发送命令给单片机，则可以实现空气开关的接通，为了达到上述目的，参考图1和图2所示，导磁体左侧电流为正向电流I+，导磁体右侧电流为负向电流I-，此时，带动触点的衔铁与第一静触点(图2中显示为左侧的静触点)连通，此时空气开关处于关断状态，当需要实现该空气开关的接通，只需要在总线接口给出控制信号给单片机控制电路，所述单片机控制电路中的单片机U2的GP5脚经过电阻R1连接至总线接口的数据总线，数据总线还连接对地电阻R6，来自总线的控制信号(接通空气开关信号)发送给单片机，单片机接收该控制信号并对继电器控制电路发送控制命令，进而控制继电器的翻转而实现空气开关的接通。本方案完全实现了全智能的空气开关控制，无需人工上电，真正实现智能化，而本发明中，单片机控制电路与其他电路之间的关系在于信号的输入和输出关系，而单片机内部程序的运行是本领域技术人员的公知常识，其为实现本方案的实际运用过程中，可以根据本领域技术人员的实际需求而进行程序的编写，并不是本发明需要保护的技术方案，所述程序也不是本方案的发明点，本方案公开了组成智能空气开关的各硬件组成部件以及各部件之间的具体连接关系，该连接关系包括的电性连接和信号连接(例如单片机控制信号的连接)。

为了实现本运用的拓展，本方案还做了补充，参考图1所示，还包括报警电路，由LED1和电阻R5构成，单片机U2的GP2端输出的报警信号经过电阻R5后驱动LED1灯发出光报警。

单片机U2的GP3通过R2接地，该端为控制输入端，通过电阻R7、电阻R2和二极管D4与轻触开关ON/OFF组成开关触发电路。

本发明提出一种空气开关智能控制方法，适用于上述空气开关，包括以下步骤：

步骤1、在继电器断开后，单片机控制电路通过电流互感器读取断开前状态的电流信息；

步骤2、单片机控制电路根据该电流信息，判断该继电器是否断开，若是则执行步骤3，否则执行步骤10；

步骤3、单片机控制电路判断断开前状态是否为过流保护，若是则执行步骤6，否则执行步骤4；

步骤4、单片机控制电路判断是否通过总线接口接收总线指令，所述总线指令包括打开或关闭空气开关指令，设置保护电流指令，若是则执行步骤13，否则执行步骤5；

步骤5、单片机控制电路统计时间T内的平均历史最大峰值电流，返回步骤3；T一般取4-20分钟。

步骤6、单片机控制电路控制电流峰值超过设定的保护值，且控制电流在最大峰值工作超过设定时间T0，其中T0＝10min，执行步骤7；

步骤7、单片机控制电路判断电流峰值是否超过24小时统计的最大峰值，若是则执行步骤8，否则执行步骤9；

步骤8、单片机控制电路向总线接口发送警告信息，并返回步骤3，

步骤9、单片机控制电路同步到过零点，关闭开关，发出信息，执行步骤10；

步骤10、单片机控制电路判断是否收到总线指令，若是，则执行步骤13，否则执行步骤11；

步骤11、单片机控制电路判断是否收到外部指令，若是，则执行步骤12，否则，执行步骤13，

步骤12、单片机控制电路执行外部指令，并对继电器控制电路发出相应信号，控制继电器进行状态翻转；

步骤13、单片机控制电路接收总线信号，并提取控制信息，所述控制信息包括空气开关的开关指令，保护电流大小设置指令。

本发明的空气开关智能控制方法，通过统计空气开关回路24小时的平均电流，并且以平均值作为一个判定阈值，并且当电流超过该判定阈值的时候，向总线发出异常告警，这种方式可以灵活地设定设定保护电流值，模糊预测峰值，相比传统方式保护更及时准确。而不是传统地需要达到某个峰值，而直接进行断开处理。

本发明的方法基于单片机对回路电流过零点及电源电压过零点的检测，及开关响应时间的中和判断处理，本空气开关采用独有无冲击的过零开关方式，系统通过同步到电源的过零点附近进线进行开关闭合动作，可以有效避免开过程的大电流冲击，保护开关触点及避免接触火花。系统通过同步到回路电流为零时进行开关断开动作，可以有效避免开关断开过程的拉弧问题，同时不需要像普通空气开关一样需要灭弧槽，保证了安全。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种空气开关智能控制方法，适用于如此空气开关，包括总线接口和空开装置，所述空开装置包括直流转换电路、电流取样电路、单片机控制电路、继电器控制电路和继电器，所述直流转换电路通过总线接口连接VCC电源，所述直流转换电路输出直流电源为单片机控制电路供电，所述单片机控制电路通过电流取样电路获得电流信息，并经过处理后输出控制信号给继电器控制电路，所述继电器控制电路控制继电器翻转而实现开关状态的改变，所述电流取样电路采用电流互感器，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、单片机控制电路通过电流互感器读取电流信息；

步骤2、单片机控制电路根据该电流信息，判断该继电器是否断开，若是则执行步骤3，否则执行步骤10；

步骤3、单片机控制电路判断断开前状态是否为过流保护，若是则执行步骤6，否则执行步骤4；

步骤4、单片机控制电路判断是否通过总线接口接收总线指令，所述总线指令包括打开或关闭空气开关指令，设置保护电流指令，若是则执行步骤13，否则执行步骤5；

步骤5、单片机控制电路统计时间T内的平均历史最大峰值电流，返回步骤3；

步骤6、单片机控制电路在当电流峰值超过设定的保护值，且在当电流在最大峰值工作超过设定时间T0，其中T0＝10min，执行步骤7；

步骤7、单片机控制电路判断电流峰值是否超过24小时统计的平均值，若是则执行步骤8，否则执行步骤9；

步骤8、单片机控制电路向总线接口发送警告信息，并返回步骤3，

步骤9、单片机控制电路同步到过零点，关闭开关，发出信息，执行步骤10；

步骤10、单片机控制电路判断是否收到总线指令，若是，则执行步骤13，否则执行步骤11；

步骤11、单片机控制电路判断是否收到外部指令，若是，则执行步骤12，否则，执行步骤13，

步骤12、单片机控制电路执行外部指令，并对继电器控制电路发出相应信号，控制继电器进行状态翻转；

步骤13、单片机控制电路接收总线信号，并提取控制信息，所述控制信息包括空气开关的开关指令，保护电流大小设置指令。