CN113936961B - 一种继电器过零保护方法及电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种继电器过零保护方法，包括：检测继电器触点间电压，当继电器触点间当前电压到达过零点时输出触发信号；监测继电器控制信号，当接收到继电器控制信号时，判断当前继电器触发信号是否到达，若是，则根据所述继电器控制信号进行触点状态的切换；否则，等到当前继电器触发信号到达后进行触点状态的切换。本申请还公开了用于实现上述保护方法的保护电路。本申请通过直接检测继电器触点间的电压/电流状态，来确定当前继电器的是否满足切换条件，并通过一定的延时，来补偿继电器线圈与触点的延时特性，从而保护继电器，使其在零状态切换触点状态。

Description

一种继电器过零保护方法及电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体为一种继电器过零保护方法及电路。

背景技术

继电器是工业控制中非常重要的电路控制元件。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成，在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过电流，从而产生电磁效应，衔铁在电磁效应的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）闭合。当线圈断电后，电磁效应消失，衔铁在弹簧的反作用力下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点释放，这样闭合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

现有的继电器过零保护电路，都是基于继电器两端交流电压过零时，直接对继电器触点进行闭合和断开的控制。这就存在几个问题:1、当电路存在非阻性负载时，电流与电压不同步，存在一定相位差，当交流电压过零时电路中的电流还未到达零点，此时如果继电器触点从闭合到断开，继电器仍然在承受非零状态切换，容易导致触点拉弧、黏连等问题，最终使得继电器失效；2、交流电压过零时，控制继电器触点吸合的瞬间存在可能的市电波峰电压影响，容易产生电火花现象。因此，基于交流电压过零的过零控制与继电器触点的过零切换无法真正实现同步，存在继电器切换时电压或者电流不为零的情况。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而提出了一种继电器过零保护方法及电路。

本申请采用的技术手段如下：一种继电器过零保护方法，包括：检测继电器触点间电压，当继电器触点间当前电压到达过零点时输出触发信号；监测继电器控制信号，当接收到继电器控制信号时，判断当前继电器触发信号是否到达，若是，则根据所述继电器控制信号控制继电器线圈得电或失电，继而实现触点状态的切换；否则，等到当前继电器触发信号到达后再控制继电器线圈得电或失电。

当电路中存在非阻性负载时会导致交流电压和交流电流存在相位差。尤其是针对继电器触点从闭合切换到断开的过程，如果是监测交流电压过零点，那即便是交流电压到零点了，触点间的电流还未到达零点，依然会存在非零切换。本申请采用监测触点间电压的方式，就是为了更好的保证在非阻性负载的情况(电压电流存在相位差)下，避免电压电流不同步导致的非零切换，保护继电器不发生黏连，更可以杜绝工频交流电波峰电压对于继电器动作的影响。其中，继电器控制信号一般代表的是：用于控制继电器的脉冲信号。

作为优选，在所述继电器触点间当前电压到达过零点后，做延时处理，用于补偿继电器线圈得电到触点闭合之间或继电器线圈失电到触点断开之间的时间偏差，以延时处理后的信号作为继电器执行控制信号的触发信号。

加入延时处理的作用是为了补偿了继电器线圈与触点的延时特性。

作为优选，所述继电器触点状态的切换包括：若当前继电器触点处于断开状态，则当电压过零时将触点状态切换为闭合；若当前继电器触点处于闭合状态，则当电流过零时将触点状态切换为断开。

本申请还提供了一种继电器过零保护电路，包括依次连接的触点过零检测电路、延时电路以及触发与反馈自锁控制电路；所述触点过零检测电路用于检测继电器触点间电压状态，输出电压过零信号至延时电路；所述触发与反馈自锁控制电路采用D触发器，将继电器控制信号连接至D触发器的信号脚，将经延时电路处理后的电压信号连接至D触发器的时钟脚，所述D触发器的输出脚与三极管基极连接，三极管集电极与继电器线圈连接，控制继电器线圈的通断。

继电器过零保护电路是对继电器过零保护方法的一种电路实现方式，具有继电器过零保护方法的优点，此外还带有自锁功能，当外部提供的继电器控制信号异常断开，继电器状态不会发生变化，保证电路在单一故障时的连续性，当继电器控制信号失效时，保持原有状态，避免误动作，还可用于电路与继电器的失效性检测。

作为优选，所述三极管集电极通过反馈电阻与D触发器的信号脚连接，形成自锁。

作为优选，所述触点过零检测电路包括两个限流电阻R1、R2，滤波电容C1，钳位二极管D1、D2，比较器U1；所述继电器触点间电压经限流电阻R1、R2后，经过C1滤波，经二极管D1、D2嵌位，送入比较器U1做过零判断，输出至延时电路。

作为优选，所述延时电路为RC充放电延时电路。

有益效果：（1）通过直接检测继电器触点间的电压/电流状态，来确定当前继电器的是否满足切换条件，并通过一定的延时，来补偿继电器线圈与触点的延时特性，从而保护继电器，使其在零状态切换触点状态；（2）该电路还带有自锁功能，当外部提供的继电器控制信号异常断开，继电器状态不会发生变化，保证电路在单一故障时的连续性，当继电器控制信号失效时，保持原有状态，避免误动作；（3）本申请提供的保护电路具有继电器状态反馈，可用于电路与继电器的失效性检测；（4）本申请所提供的继电器过零保护电路结构简单，体积小，更适于实际应用。

附图说明

图1是实施例一的方法流程图；

图2是实施例二的电路原理图；

图3是触点间电压示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一：

一种继电器过零保护方法，如图1所示，所述方法包括：直接检测继电器触点间电压，当继电器触点间当前电压到达过零点时输出第一触发信号；第一触发信号做延时处理，用于补偿继电器线圈得电到触点闭合之间或继电器线圈失电到触点断开之间的时间偏差，以延时处理后的信号作为继电器执行控制信号的第二触发信号。

监测继电器控制信号，当接收到继电器控制信号时，判断当前继电器第二触发信号是否到达，若是，则根据继电器控制信号进行触点状态的切换；否则，等到当前继电器第二触发信号到达后进行触点状态的切换。进一步地，接收到继电器控制信号后，若当前继电器触点处于断开状态，则当电压过零时将触点状态切换为闭合；若当前继电器触点处于闭合状态，则当电流过零时将触点状态切换为断开。其中继电器控制信号是指来自外部的用于控制继电器触点通断的信号。

具体地，当继电器触点处于断开状态时，触点两端的电压即为交流电压，当交流电压过零时（触点间电流也为零），经延时处理后生成第二触发信号；当继电器触点处于闭合状态时，由于本申请采用的是触点间电压，为触点接触压降，为阻性压降，当触点两端的电压为零时电流也为零，经延时处理后生成第二触发信号。采用直接检测继电器触点间电压的方式可以避免触点拉弧、黏连等问题，对于通过继电器控制的非阻性负载电路效果更明显。

实施例二：

一种继电器过零保护电路，如图2所示，包括依次连接的触点过零检测电路、延时电路以及触发与反馈自锁控制电路。该电路是对上述继电器过零保护方法的一种电路实现方式，具有继电器过零保护方法的优点，此外还带有自锁功能,当外部提供的继电器控制信号异常断开,继电器状态不会发生变化，保证电路在单一故障时的连续性，当继电器控制信号失效时,保持原有状态,避免误动作，还可用于电路与继电器的失效性检测。

触点过零检测电路用于检测继电器触点间电压状态。具体地，触点过零检测电路包括两个限流电阻R1、R2，滤波电容C1，钳位二极管D1、D2，比较器U1；继电器触点间电压经限流电阻R1、R2后，经过C1滤波，经二极管D1、D2嵌位，送入比较器U1做过零判断，输出电压过零信号至延时电路。延时电路为RC充放电延时电路，用于补偿继电器线圈与触点的延时特性，即继电器线圈通电到磁场建立或消失再到触点动作存在的时间差。

具体地，如图3所示，假设触点间电压两个过零点t1、t2的时间距离是T1，继电器本身延时T2。当检测到当前触点间电压过零（即达到t1点）时，经过延时电路延时T3，再加上继电器本身的延时T2，T2+T3=T1，相当于继电器触点动作的执行是在下一个过零点处即t2点。

触发与反馈自锁控制电路采用D触发器，将继电器控制信号连接至D触发器的信号脚，将经延时电路处理后的电压信号连接至D触发器的时钟脚，D触发器的输出脚与三极管Q1基极连接，三极管Q1集电极与继电器线圈连接，控制继电器线圈的通断，其中三极管Q1集电极通过反馈电阻R4与D触发器的信号脚连接，形成自锁，当外部提供的继电器控制信号异常断开时，继电器状态不会发生变化，保证电路在单一故障时的连续性。

更具体地，当外部继电器控制信号意外断开，出现开路情况，本电路中的触发与反馈自锁控制电路中，反馈电阻R4将继电器的驱动状态反馈至触发器的D触发信号脚，由于触发器输出与输入存在逻辑的反向，在驱动三极管Q1的反向驱动下，形成同相自锁。即当继电器线圈导通状态时，反馈电阻R4将三极管Q1的集电极的低压反馈至触发器输入，触发器输出则为高，驱动三极管Q1开通，Q1集电极保持导通状态，维持低电平；而当继电器线圈不导通状态时，R4将Q1的集电极的高压反馈至触发器输入，触发器输出则为低，不能驱动Q1三极管开通，Q1集电极保持关断状态，维持高电平。而此时如果外部继电器控制信号侧不能读取到R4的反馈信号，则可以实现控制线路丢失告警，从而达到既实现保护电路的持续稳定性，也实现了电路故障的检测和告警。简而言之，就是由于有反馈电阻R4，外部继电器控制引脚可以将继电器状态输出，使外部控制设备可以读取继电器状态，因此当电路中任意部件环节出现故障都可以在此状态中体现，以此用作故障告警。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种继电器过零保护方法，其特征在于，包括：

针对非阻性负载电路，检测继电器触点间电压，当继电器触点间当前电压到达过零点时输出触发信号；

监测继电器控制信号，当接收到继电器控制信号时，判断当前继电器触发信号是否到达，若是，则根据所述继电器控制信号控制继电器线圈失电或得电，继而实现触点状态的切换；否则，等到当前继电器触发信号到达后再控制继电器线圈失电或得电；

所述继电器触点状态的切换包括：若当前继电器触点处于断开状态，则当触点间电压过零时将触点状态切换为闭合；若当前继电器触点处于闭合状态，则当触点间电流过零时将触点状态切换为断开；

用于实现上述保护方法的继电器过零保护电路，包括依次连接的触点过零检测电路、延时电路以及触发与反馈自锁控制电路；

所述触点过零检测电路用于检测继电器触点间电压状态，包括两个限流电阻R1、R2，滤波电容C1，钳位二极管D1、D2，比较器U1；继电器触点间电压经限流电阻R1、R2后，经过C1滤波，经二极管D1、D2嵌位，送入比较器U1做过零判断，输出电压过零信号至延时电路；

触点过零检测电路延时电路为RC充放电延时电路；

触发与反馈自锁控制电路采用D触发器，将继电器控制信号连接至D触发器的信号脚，将经延时电路处理后的电压信号连接至D触发器的时钟脚，D触发器的输出脚与三极管Q1基极连接，三极管Q1集电极与继电器线圈连接，控制继电器线圈的通断，其中三极管Q1集电极通过反馈电阻R4与D触发器的信号脚连接，形成自锁，当外部提供的继电器控制信号异常断开时，继电器状态不会发生变化，保证电路在单一故障时的连续性。

2.根据权利要求1所述的一种继电器过零保护方法，其特征在于，在所述继电器触点间当前电压到达过零点后，做延时处理，用于补偿继电器线圈得电到触点闭合之间或继电器线圈失电到触点断开之间的时间偏差，以延时处理后的信号作为继电器执行控制信号的触发信号。

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