CN1521785A

CN1521785A - 一种分相控制的高低压开关电器及其控制方法

Info

Publication number: CN1521785A
Application number: CNA031152201A
Authority: CN
Inventors: 张若愚; 林在荣
Original assignee: SHANGHAI TIANFENG TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI TIANFENG TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-18

Abstract

本发明涉及一种分相控制高低压开关电器及其控制方法，是利用微控制器快速分析判断，分相控制开关电器的触头通断的方法和装置，实现三相触头过零投切，从而抑制投入时产生的浪涌电流和切断时的拉弧问题，减少对供电网络冲击，延长开关电器的使用寿命，降低成本。本发明包括与开关电器连接的控制器，其控制器包括三相电压电流检测电路、电压电流锁相环倍频时钟电路、微控制器、自适应开关状态检测电路及执行单元；其中三相电压电流信号分别输入电压电流过零检测电路、电压电流锁相环倍频时钟电路，经过微控制器处理输出到执行单元；自适应开关状态检测电路将信号反馈到微控制器。

Description

一种分相控制的高低压开关电器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种高低压开关电器，更确切地说涉及一种分相控制的高低压开关电器及其控制方法。

背景技术

目前，在国内外电力和电器系统中所使用的交流三相开关，包括高低压电路中的各种断路器、脱扣器、空气开关、交流接触器等，在结构上均采用三相同时接通和分断的设计。采用这种交流三相开关电器，无法实现零电压或零电流接通和分断，尤其是在高电压和大电流应用中，开关时的火花、飞弧影响系统安全，电磁干扰严重。不仅影响供电网络，而且也易使触头烧损，开关寿命大大降低。以交流接触器为例，一般而言，其电气寿命只及其机械寿命的1/5～1/10，对于保护用电器，如断路器、脱扣器、空气开关等，由于无法实现过零分断，在动作执行中不仅触头拉弧严重，还常常在短路电流极大时，发生触头咬死，拉不开现象。

另一种改进技术是在上述触头两端并接晶闸管开关元件，利用晶闸管开关元件导通时的钳位电压进行防浪涌和灭弧。显然，这种技术在实施中成本较高，而且，当工作于10千伏以上的高压时，几乎不可能实现。

发明内容

本发明的目的是提出了一种利用微控制器快速分析判断的功能，分相控制触头通断的方法和装置，实现三相触头过零投切，从而，抑制投入时的浪涌电流切断时拉弧问题，减少对供电网络冲击，延长电器使用寿命，并使成本大大降低。

为了达到上述目的，本发明的解决方案是：包括一个高低压开关电器，其中有三个主开关触头，所述的三相高低压开关电器设置一控制器并对控制线包进行改进，设计成三个独立的控制线包，利用控制器的高速检测判断和运算，以实现分相控制触头的通断，并完成三相开关在零电压时的投入，在零电流时的关断；

所述控制器包括三相电压电流过零检测电路3、微控制器4、三相执行单元6、三相自适应开关检测电路5、电压锁相环倍频时钟电路1、电流锁相环倍频时钟电路2；

其中三相电压电流过零检测电路3的信号送入微控制器4，经过微控制器处理输出到三相执行电路6；

三相自适应开关检测电路5将延时信号反馈微控制器4，经过微控制器4处理后输出到三相执行单元6。

在上述解决方案中，在控制器里固化控制软件，包括手动、自动分闸流程、手动合闸流程、合闸动作流程、自检测流程。

发明效果：上述技术方案的各类产品及其控制方法，从根本上解决了开关电器分断时，实现三相触头过零，从而抑制投入时的浪涌电流和切断时拉弧问题，解决了本行业里长期期待解决而未解决的问题，具有显著的经济效果。

附图说明

图1为本发明的分相控制的三相高低压开关电器的原理框图；

图2为本发明的系统控制方法软件流程图；

图3为本发明的分相控制的三相高低压开关电器过零投切软件流程图；

图4为本发明的执行单元电气原理框图；

图5为本发明的三相电压、电流过零检测电路原理图；

图6为开关自检检测流程图；

图7为本发明的电压、电流锁相环倍频时钟电路原理图；

图8为本发明计算延时的波形时序图。

具体实施方式

以下结合附图及一个较佳实施例对本发明作进一步说明。

参照图1、图4，本发明包括与三相高低压开关电器连接的一个控制器，该控制器包括电压电流过零检测电路3，电压锁相环倍频时钟电路1，电流锁相环倍频时钟电路2，微控制器MCU4，自适应开关检测电路5，执行单元6；

其中三相电压电流分别与三相电压电流过零检测电路3、电压锁相环倍频时钟1、电流锁相环倍频时钟2的输入端连接，其输出信号输入到微控制器4的输入接口，经过微控制器MCU处理后，输出到执行单元6。执行单元6包括开关电器的线包J_a、J_b、J_c(7～9)与S_a、S_b、S_c(28～30)、交流开关ACS_a、ACS_b、ACS_c(10～12)、电阻Rg₁～Rg₃(13～15)；

参照图5，这是本发明的三相电压、电流过零检测电路，RU₁、RU₂、RU₃(19～21)和微控制器4，RI₁、RI₂、RI₃(22～24)和微控制器4分别构成电压及电流过零检测电路3；其中R_A、R_B、R_C(25～27)一端分别接地，另一端接辅助检测触头与主触头S_A、S_B、S_C(28～30)联锁，和微控制器4，辅助检测触头的另一端接直流电源V_cc。以辅助触头S_A为例，当主触头S_A合上时，辅助触头随之合上，这时电阻R_A电平为高电平，否则为低电平。由此可以自适应检测开关电器从线包给电(断电)到触头合上(断开)时刻的时延数据。

参照图7，这是电压锁相环倍频时钟电路(电流锁相环倍频时钟电路与之相同)，该电路包括三极管T₁、T₂(35、34)、二极管D₁(37)、电阻(36、31、32、33、41、43、44)电容器C₁、C₂(40、42)、集成块U₁、U₂(38、39)、O₁、O₂二端(45、46)；

其中电压信号输入到电阻R₁(36)，其输出端O₁、O₂(45、46)接到微控制器MCU4，O₁端的频率为O₂端频率的512倍。

参照图8，这是计算时延的波形时序图。利用图5可检测出三相开关电器的动作时延常数N，故为了使开关电器在过零点动作，需要在Tg时刻发出动作信号。

本发明的控制方法即固化于微控制图中的软件程序。

参照图2a、图2b，该流程分手动和自动两种。如果是手动分闸，便可直接执行分闸动作使开关电器断开；如果是自动分闸，其步骤是：先检测三相电压和三相电流幅值，当超过预定阀值后，按先从A相开始计时到分断动作，B相开始计时到分断动作，最后是C相计时到分断动作；合闸流程到有合闸指令到执行合闸动作，如果没有合闸指令再等待指令。

参照图3，这是分相控制的交流三相开关电器过零投切软件流程，所述的分闸动作流程，其步骤是：先找到最近电流过零之相，然后加上分闸提前量找出最先动作执行相，并开始计数到最先动作相动作，到次动作相计数到次动作相动作，到末动作相计数到末动作相动作直到结束；其中有三次中任何一相计数时间未到便返回到前面进行等待；

如果是合闸动作流程，先找到最近电压过零点之相，然后重复上述的加上合闸提前量找出最先动作执行相直到流程结束。

参照图6，这是本发明控制方法的自检测流程，从自检开始先发出合闸指令、测合闸时间、存入参数、时延10秒、发出断闸指令、测断闸时间、存入参数，然后换相，返回程序重新开始，另一相自检直至三相全部检测完毕。

从原理上讲本发明的开关电器由三相电压检测、三相电流检测、三相电压过零检测、三相电流过零检测、电压锁相环时钟、电流锁相环时钟由微控制器控制。其中输入检测电路又分为三相电压和三相电流的模拟量检测和三相电压过零点、三相电流过零点以及电位锁相环时钟和电流锁相环时钟几部分组成。

微控制器采用抗干扰性强的工业级芯片。其输入部分，有三相电压三相电流共6通道模拟输入量。另外，三相电压三相电流过零点和电压、电流锁相环倍频时钟共8个开关输入量。作为能适应时延检测，还有3个开关输入量，最后，对于分相式控制接触器线包，有三个输出开关量。对于三相电压和三相电流的模拟量测量，可以依照不同工作对象和性价比要求，选用常用的ADC转换方式。

例如：模拟转换(ADC)可以用外挂式，也可用MCU内置式。前置模拟通道可以用绝对值整流型，也可以用其有效值转换。此外再不整过。

输出执行部分采用ACS交流开关，可使线包动作无附加时延。

Claims

1、一种分相控制的高低压开关电器，包括一个三相高低压开关电器，其中有三个开关主触头，其特征在于：

所述三相高低压开关电器配有一微控制器，它的控制线包为三个独立的控制线包，利用微控制器的高速检测判断和运算，实现分相控制触头的通断，并完成三相开关在零电压时投入，在零电流时关断；

所述微控制器包括三相电压、电流过零检测电路(3)，电压、电流锁相环倍频时钟电路(1、2)，微控制器MCU(4)，三相执行单元(6)，自适应开关检测电路(5)；

其中电压、电流过零检测电路(3)的信号送入微控制器MCU(4)，经过微控制器(4)处理后输出到三相执行单元(6)；

自适应开关检测电路(5)将时延信号反馈给微控制器MCU(4)；自适应开关检测触头与三相主触头机械连动。

2、一种分相控制的高低压开关电器的控制方法，其特征在于：

包括手动、自动分闸流程、手动合闸流程、合分闸动作流程、自检测量流程；

所述的手动、自动分闸流程的步骤是：如果是手动分闸，便直接到执行分闸动作使开关电器断开；如果是自动分闸，检测三相电压和三相电流幅值，当超过预定阀值后，按先从A相开始计时到分断动作，B相开始计时到分断动作，最后是C相计时到分断动作；合闸流程到有合闸指令到执行合闸动作，如果没有合闸指令再等待指令。

3、如权利要求2所述的分相控制高低压开关电器的控制方法，其特征在于：

所述的分闸动作流程，其步骤是：先找到最近电流过零之相，然后加上分闸提前量找出最先动作执行相，并开始计数到最先动作相动作，到次动作相计数到次动作相动作，到末动作相计数到末动作相动作直到结束；

如果是合闸动作流程，先找到最近电压过零点之相，并重复上述的加上合闸提前量找出最先动作执行相直到流程结束。

4、如权利要求2所述的分相控制高低压开关电器的控制方法，其特征在于：

所述的自检测量流程是：从自检开始先发出合闸指令、测合闸时间、存入参数、时延10秒、发出断闸指令、测断闸时间、存入参数，然后换相，返回程序重新开始，另一相自检直至三相全部检测完毕。

5、如权利要求1所述的分相控制的高低压开关电器，其特征在于：

所述的三相执行单元包括三只交流开关ACS_a、ACS_b、ACS_c(10～12)，它的控制端电阻Rg₁～Rg₃(13～15)接至微控制器MCU(4)的输出端；交流开关ACS_a～ACS_c(10～12)分别与开关电器的线包J_a～J_c(7～9)串接。

6、如权利要求1所述的分相控制的高低开关电器，其特征在于：

所述的电压锁相环倍频时钟电路包括三极管T₁、T₂(35、34)、电阻R₁～R₇(36、31、32、33、41、43、44)、电容C₁、C₂(40、42)、二极管D₁(37)、集成块U₁、U₂(38、39)；电压信号送入电阻R₁(36)一端，其输出端O₁、O₂(45、46)，接到微控制器(4)，其中O₁端频率为O₂端频率的512倍；

所述的电流锁相环倍频时钟电路，其电路结构及信号传递与上述电压锁相环倍频时钟电路相同。

7、如权利要求1所述的分相控制的高低压开关电器，其特征在于：

所述的电压、电流过零检测电路包括电压检测电路的电阻RU₁～RU₃(19～21)、电流检测电路的RI₁～RI₃(22～24)、微控制器MCU(4)、电阻R_A～R_C(25～27)、开关电器的触头S_A、S_B、S_C(28～30)。