CN106783395A - 一种灭弧继电器及其灭弧方法 - Google Patents

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吴建中
孙明宏
朱琛琦
潘金伟
齐忠蒙
欧阳益青
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江苏金坛绿能新能源科技有限公司
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    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/02Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay

Abstract

本发明公开一种灭弧继电器,包括驱动电路和由线圈和触点组成的继电器模块,其特征在于:所述灭弧继电器还包括电流采集电路、电压采集电路和控制电路,交流电源、继电器和负载组成闭合电回路,所述的电流采集电路和电压采集电路均与控制电路连接,所述的控制电路连接驱动电路,以控制驱动电路吸合或断开继电器触点。一种灭弧继电器,由于采用上述结构,可以减少继电器在触点吸和或释放时的拉弧现象,增加继电器的使用寿命和可靠性。同时检测继电器的动作时间,在达到额定动作时间时,发出警报。

Description

一种灭弧继电器及其灭弧方法
技术领域
[0001] 本发明涉及继电器领域,特别涉及一种具有灭弧功能的继电器及其灭弧的方法。
背景技术
[0002] 无论在汽车电子领域、工业自动化领域或者是家用电器等领域,继电器都广泛的 使用,通过继电器控制电加热器、交流接触器、电磁阀、嗽叭、电动机或发电机断路器、压缩 机、变压器等阻性、感性、容性负载。但是现有的继电器在吸和释放过程中触点的机械振动 抖动以及负载的感性、容性成分,导致吸和核释放过程中出现浪涌电流或拉弧现象,这会加 速继电器触点的氧化、碳化灼烧,导致继电器接触电阻增大,产生发热、接触不良或粘连现 象。同时在拉弧飞派的氧化碳化物在继电器内部形成粉末堆积,一定的积累后,会形成粉末 电阻,导致继电器失效。因此继电器的涉及与使用中如何有效准确的减少拉弧或浪涌电流 对继电器来说至关重要。
[0003] 现有技术中是采用RC、压敏、热敏等原件并联触点以吸收电弧,此方案虽较方便, 但是效果有限,同时压敏等器件损坏很可能会形成导通内阻,导致负载一直供电,风险较 大。
[0004] 现有技术中的继电器实现灭弧的方式并不能很好的实现,且继电器的运行大都无 法实现反馈和监控预警,使得继电器的使用存在许多问题,急需一种具有灭弧且能够监测 反馈的继电器。
发明内容
[0005] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提供一种灭 弧继电器及其灭弧方法,以达到减少拉弧现象和浪涌电流的目的。
[0006] 为了实现上述目的,本发明采取的技术方案为:一种灭弧继电器,
[0007] —种灭弧继电器,包括驱动电路和由线圈和触点组成的继电器模块,其特征在于: 所述灭弧继电器还包括电流采集电路、电压采集电路和控制电路,交流电源、继电器和负载 组成闭合电回路,所述的电流采集电路和电压采集电路均与控制电路连接,所述的控制电 路连接驱动电路,以控制驱动电路吸和或断开继电器触点。
[0008] 所述控制电路由单片机及其外围电路组成。
[0009] 所述电流采集电路用于采集闭合电回路的电流数据,所述单片机根据电流数据获 取电流过零信号并控制继电器在零电流点断开。
[0010] 所述电压采集电路用于采集交流电源的电压数据,所述单片机根据对信号的分析 处理得到电压过零点信号,并控制继电器在零电压点吸和。
[0011] 所述单片机发出控制信号至驱动电路以驱动继电器动作时,所述单片机控制计数 模块记录继电器动作次数,在计数模块的记录此时大于单片机内设置的动作次数阀值时, 单片机发出控制信号至报警模块。
[0012] 所述单片机连接显示模块用于显示继电器的动作次数和阀值次数。
[0013] 一种灭弧继电器的灭弧方法,其特征在于:包括如下步骤:
[0014] 数据获取与设定步骤:
[0015] (1)、在继电器使用前获取在驱动信号发出后,继电器完成动作的时间:吸和动作 时间11和释放动作时间t2;
[0016] (2)、获取电流过零点信号和/或电压过零点信号、交流电的频率,确定电压过零周 期Ton或电流过零周期Toff;
[0017] 使用过程中的灭弧步骤:
[0018]在单片机获得需要动作时,单片机根据步骤(1)数据分析得出距电压过零点的时 间Tzv,在吸合时:在当Tzv>tl,所述单片机延时Tzv-tl时间后发出驱动控制信号以驱动继 电器动作;当Tzv〈tl时,单片机延时时间:Tzv-tl+Ton后发出驱动信号控制继电器吸和,使 的继电器触点在电压过零点附近吸合;
[0019]在释放时:数据分析得出距电流过零点的时间Tzc,当Tzc>t2时,单片机延时Tzc-t2时间后发出驱动信号控制继电器触点释放,当Tzc<t2时,单片机延时时间:Tzc-t2+Toff 后发出驱动信号控制继电器触点释放。
[0020]所述继电器的动作时间tl或t2由如下方法获得:所述继电器的动作时间^或以由 如下方法获得:单片机发出驱动控制信号至驱动电路的同时开始计时,在吸和动作时,在电 路中有电流时停止计时,从开始计时到计时结束的时间间隔作为继电器的吸和动作时间 tl;释放动作时,在继电器组成的闭合电回路中电路处于断路状态时停止计时,从开始计时 到计时结束的时间间隔作为继电器的动作释放时间t2。
[0021] —种灭弧继电器,由于采用上述结构,可以减少继电器在触点吸和或释放时的拉 弧现象,增加继电器的使用寿命和可靠性。同时检测继电器的动作时间,在达到额定动作时 间时,发出警报。
附图说明
[0022]下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
[0023] 图1为本发明的结构原理图 [0024] 图2为继电器及其驱动电路原理图 [0025]图3为电流采集信号原理图
[0026]图4为电流采集信号中电流互感器的参考地电路原理图 [0027]图5电压过零信号采集电路原理图
具体实施方式
[0028]如图1和图2所示,一种灭弧继电器,包括驱动电路、由线圈和触点组成的集成式继 电器模块、电流采集电路、电压采集电路和控制电路,交流电源、继电器和负载组成闭合电 回路,电流采集电路和电压采集电路均与控制电路连接,控制电路连接驱动电路,以控制驱 动电路吸和或断开继电器触点。控制电路由单片机及其外围电路组成。单片机外围电路包 括单片机最小系统等。电流采集电路用于采集闭合电回路的电流数据,单片机根据电流数 据获取电流过零信号并控制继电器在零电流点断开。电压采集电路用于采集交流电源的电 压数据,所述单片机根据对信号的分析处理得到电压过零点信号,并控制继电器在零电压 点吸和。
[0029] 如图1,集成式继电器负载电路包括继电器、负载和交流电源组成,其组成一个导 通的闭合电回路,负载电流采集电路用于采集该电回路中的电流数据,并将电流数据发送 至单片机,电压过零采集电路为交流电源电压采集电路,其采集交流电源的电压信号得到 过零点检测信号发送至单片机,单片机根据过零点信号输出驱动控制信号至继电器驱动电 路,由继电器驱动电路驱动继电器吸和或释放。单片机的关闭信号可以根据电流采集模块 采集的过流信号分析电路故障,自动控制电路的释放保护电路或根据其他控制模块发来的 控制信号至单片机由单片机调节负载电路的断开闭合。同时单片机也可以根据电流采集信 号采集的数据分析出电路的短路、断路状态,及时通过报警模块发出警报。
[0030] 在单片机发出控制信号至驱动电路以驱动继电器动作时,单片机控制其内部计数 模块记录继电器动作次数,在计数模块的记录次数大于单片机内设置的动作次数阀值时, 单片机发出控制信号至报警模块。从而给予提醒,防止因继电器过度实用造成的危险。同时 单片机可连接显示模块用于显示继电器的动作次数和阀值次数。方便维修人员查看和监 管。单片机可以连接显示模块用于显示继电器的动作次数、阀值次数、负载电流、次数超阈 值预警、短路、断路故障报警。
[0031] 一种灭弧继电器的灭弧方法,包括如下步骤:
[0032] 数据获取与设定步骤:(1)、在继电器使用前获取在驱动信号发出后,继电器完成 动作的时间:吸和动作时间tl和释放动作时间t2;
[0033] (2)、获取电流过零点信号和/或电压过零点信号、交流电的频率,确定电压过零周 期Ton或电流过零周期Toff;
[0034] 使用过程中的灭弧步骤:
[0035] 在单片机获得需要动作时,单片机根据步骤(1)数据分析得出下一个即将到来的 电压过零点距此刻的时间Tzv,在吸合时:在当Tzv>tl,所述单片机延时Tzv-tl时间后发出 驱动控制信号以驱动继电器动作;当Tzv<tl时,单片机延时时间:Tzv-tl+Ton后发出驱动信 号控制继电器吸和,使的继电器触点在电压过零点附近吸合;
[0036] 在释放时:当数据分析得出即将到来的电流过零点距此刻的时间Tzc,TZC>t2时, 单片机延时Tzc-t2时间后发出驱动信号控制继电器触点释放,当Tzc<t2时,单片机延时时 间:Tzc-t2+T〇ff后发出驱动信号控制继电器触点释放。
[0037]由于长时间运行,继电器的动作时间会发生变化,所以还包括动作时间校正步骤: 可在单片机内部设定时间阀值,在达到阀值后重新获取动作时间tl和t2。
[OO38]如图2所示,驱动电路的由三极管Q2组成,驱动信号由OUT端输入,通过限流电阻 R11与三极管Q2的基极连接,三极管Q2的发射极接地,发射极与基极之间通过电阻R12连接。 三极管的Q2的发射极连接继电器线圈,二极管D8并联在线圈两端,二极管的正极连接三极 管的发射极。
[0039]如图3所示为电流采集电路的原理图,该电路通过电流互感器实现,电流互感器的 I-SENS端通过电阻R12连接运放U1A的方向输入端,电流互感器的VGND与参考地电路连接, 如图所示4所示。运放U1A的同相输入端通过电容C13接地,其反相输入端和输出端之间通过 电阻R13连接,电阻R13两端并联电容C15,运放U1A的输出端通过电阻R8连接单片机的输入 端,同时在单片机的输入端和电阻R8之间通过电容C14接地。电流采集电路的参考地电路如 图4JGND与电流米集电路的相对应位置连接即电流互感器的VGND端连接运放U1B的输出 端,运放U1B同相输入端连接通过电阻R1、电容C2接地,在电容C2与电阻以之间连接+5V电 源。运放uib的同相输入端通过电阻Re接地,在电阻R6两端并联^。运放U1B的方向输入端与 输出端连接,输出端通过电阻R3连接单片机的I/O输入口。此电路VGND作为电流互感器正弦 交流信号的参^第,并3^过单片机采集此参考地,提升电流采集信号的准确性。在获取电流 零点时,电流米集电路米集的交流电信号转换为电压信号并通过单片机内置的AD采集此电 压,当采集到的电压信号为参考;t^VGNG-AD相同时,即为电流零点信号,记录该零点信号。 [0040]如图5为电压过零信号采集电路的原理图,交流电压源两端连接在四个二极管组 成的整流桥的输入端,输出端通过光耦器件隔离输出电压过零检测信号至单片机。电压过 零点采集原理:将交流电压信号转换为数字信号,电压过零点为数字信号的上升沿和下降 沿,通过单片机捕获端口有效采集数字信号上升沿和下降沿。通过上升沿和下降沿获取电 压零点。在获得上述过零点电压和电流的时刻后,根据交流电的周期可以算出下一个过零 点和之后的每一个过零点的时刻,单片机根据过零点时刻可以方便的根据控制继电器的动 作在零点处。
[0041]上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式 白勺P艮制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改 进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1. 一种灭弧继电器,包括驱动电路和由线圈和触点组成的继电器模块,其特征在于:所 述灭弧继电器还包括电流采集电路、电压采集电路和控制电路,交流电源、继电器和负载组 成闭合电回路,所述的电流采集电路和电压采集电路均与控制电路连接,所述的控制电路 连接驱动电路,以控制驱动电路吸合或断开继电器触点。
2. 如权利要求1所述的一种灭弧继电器,其特征在于:所述控制电路由单片机及其外围 电路组成。
3. 如权利要求2所述的一种灭弧继电器,其特征在于:所述电流采集电路用于采集闭合 电回路的电流数据,所述单片机根据电流数据获取电流过零信号并控制继电器在零电流点 断开。
4. 如权利要求2所述的一种灭弧继电器,其特征在于:所述电压采集电路用于采集交流 电源的电压数据,所述单片机根据对信号的分析处理得到电压过零点信号,并控制继电器 在零电压点吸合。
5. 如权利要求2所述的一种灭弧继电器,其特征在于:所述单片机发出控制信号至驱动 电路以驱动继电器动作时,所述单片机控制计数模块记录继电器动作次数,在计数模块的 记录次数大于单片机内设置的动作次数阀值时,单片机发出控制信号至报警模块。
6.如权利要求5所述的一种灭弧继电器,其特征在于:所述单片机连接显示模块用于显 示继电器的动作次数和阀值次数。
7.如权利要求1-6任一所述的一种灭弧继电器的灭弧方法,其特征在于:包括如下步 骤: 数据获取与设定步骤: (1) 、在继电器使用前获取在驱动信号发出后,继电器完成动作的时间:吸合动作时间 tl和释放动作时间t2; (2) 、获取电流过零点信号和/或电压过零点信号、交流电的频率,确定电压过零周期 Ton或电流过零周期Toff; 使用过程中的灭弧步骤: 在单片机获得需要动作时,单片机根据步骤(1)数据分析得出距电压过零点的时间 Tzv,在吸合时:在当Tzv>tl,所述单片机延时Tzv-tl时间后发出驱动控制信号以驱动继电 器动作;当Tzv〈tl时,单片机延时时间:Tzv-tl+Ton后发出驱动信号控制继电器吸和,使的 继电器触点在电压过零点附近吸合; 在释放时:当数据分析得出距电流过零点的时间TZC,TZC>t2时,单片机延时Tzc-12时 间后发出驱动信号控制继电器触点释放,当Tz c < 12时,单片机延时时间:Tz c-t2+Tof f后发 出驱动信号控制继电器触点释放。
8.如权利要求7所述的一种灭弧继电器的灭弧方法,其特征在于:所述继电器的动作时 间11或t2由如下方法获得:单片机发出驱动控制信号至驱动电路的同时开始计时,在吸合 动作时,在电路中有电流时停止计时,从开始计时到计时结束的时间间隔作为继电器的吸 和动作时间11;释放动作时,在继电器组成的闭合电回路中电路电流处于断路状态时停止 计时,从开始计时到计时结束的时间间隔作为继电器的动作释放时间t2。
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