CN203632205U - 一种运行于旁路模式的抗晃电模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种运行于旁路模式的抗晃电模块，该抗晃电模块包括单片机、电磁继电器、固态继电器、储能电容组、AC/DC开关电源、DC/DC电源、电压转换芯片，以及两端分别与电网和单片机信号连接的交流电压采样器和状态检测器；且AC/DC开关电源的输入端和输出端分别与电网和储能电容组电连接，储能电容组的输出端分别经电压转换芯片和DC/DC电源与单片机和接触器电连接；电磁继电器的常闭接点设于电网上，其常开接点与固态继电器的常开接点一并串联在直流供电回路上。正常运行和晃电时分别对接触器供给交流电和直流电，既解决脉动直流启动的缺陷，又维持接触器吸合，可靠性高，满足连续性生产线的作业要求。

Description

一种运行于旁路模式的抗晃电模块

技术领域

本实用新型属于电力系统的抗晃电技术领域，特别涉及一种应用于工业企业380V及220V低压网络系统中，为防止接触器非正常脱扣而提出的运行于旁路模式的抗晃电模块。 

背景技术

电力系统在运行过程中，由于雷击、对地短路、故障重合闸、备自投、企业外部、内部的电网故障、大型设备起动等原因，所造成的电网故障，会造成电压瞬间较大幅度波动或者短时断电又恢复，这种现象称为“晃电”。 

晃电主要有以下几种情况： 

（1）电压骤降、骤升，持续时间0.5个周期至1min，电压上升至标称电压的110～180%或下降至标称电压的10～90%。 

（2）电压闪变，电压波形包络线呈规则的变化或电压幅值一系列的随机变化，一般表现为人眼对电压波动所引起的照明异常而产生的视觉感受。 

（3）短时断电，持续时间在0.5个周波至3S的供电中断（如备自投、重合闸等）。 

晃电的影响： 

（1）晃电对供电回路控制电器的影响 

接触器在低压电动机控制系统中的应用非常广泛，占了相当大的比例。由于电磁式接触器的工作原理特点，当电网出现晃电时，会造成接触器工作线圈短时断电或电压过低，导致靠电流维持吸合的动、静铁芯吸力小于释放弹簧的弹力，使接触器释放产生跳闸停机的重要原因。电磁式接触器的动作特性：国际IEC标准规定、额定电压的80%为临界可靠吸合电压。临界释放电压为额定工作电压的20～70%，现场使用中电磁式接触器一般都在标称的电压50%释放，所以因“晃电”导致电磁式接触器不受控制而自然跳闸停机是原理所致。 

（2）“晃电”造成跳闸停机原因 

随着电网的发展、容量及规模的不断扩大，晃电现象发生的频率越来越多，由于现代化工矿企业生产装置的规模越来越大，晃电持续时间虽然比较短，但对生产的影响却十分巨大。瞬间的电压波动将造成数百台电动机跳闸、设备停机，电网电压恢复后电机不能自行恢复运行，导致连续生产过程紊乱，并有可能造成生产及设备事故。对于大型装置来说，如果人工进行恢复，花费的时间比较长，而对于一些无人值守的野外装置，恢复的时间就更长。这对于石油、化工、农药等连续生产装置来说，产生的诸如安全、环保、废品、原料浪费、产量降低、效益低下等一系列损失是非常巨大的。 

（3）晃电对供电回路电动机的影响 

晃电由于低电压，会导致电动机过流，从而使电动机热保护动作跳闸。“晃电”短短的数秒钟，对连续生产中要求大量设备在工艺流程上不允许电动机跳闸停机的企业是灾难性的，轻者几十万、上千万经济损失，严重的还会发生火灾、爆炸乃至人身安全，对企业来讲真是灾难的几秒钟。 

为此，抗晃电模块面世并使用于连续性生产作业线，能使供电系统因雷击、短路重合等而发生瞬间失压、失电（俗称晃电）时均保持接触器不脱扣；其操作接通、分断与常规接触器完全相同。当事故停电超过抗晃电模块定时限时间时，接触器脱扣，达到了躲过晃电保持连续生产不停机的目的。抗晃电模块对保证在石油、化工、钢铁等企业发挥了积极作用，能有效的抵御电源电压不稳、瞬间失压、瞬间断电，满足了高要求的连续性生产线。 

目前，现有的抗晃电模块均为在线模式，即电源长期供电给接触器，如果发生电源故障和控制部分故障，即延时抗晃电功能失效与损坏，影响了连续性生产线正常作业，具体表现为： 

1、启动方式：脉动直流启动接触器，容易烧坏接触器线圈与装置器件；脉动直流启动接触器时，当使用大容量接触器时，接触器内阻很小（2～10欧）；（1）容易烧坏接触器：因为接触器内阻小，在脉动直流电压不变 情况下，通过接触器线圈电流很大（几十安培），从而导致接触器线圈容易损坏；（2）容易烧装置器件：因为装置本身是通过控制电磁继电器，把较高的脉动直流切换到开关电源提供的直流电压，所以大的电流是从本装置电磁继电器流过；在这种情况下，装置控制回路部分器件容易烧坏。 

2、控制部分原理:控制部分容易烧坏电磁继电器触点，以及烧坏装置内部线路板，从而减少装置使用寿命；（1）因为装置使用的是电磁继电器，多数电磁继电器触点通断直流容量不高，当直流电流流过电磁继电器触点大于电磁继电器额定值，电磁继电器触点在释放时会出现“拉弧”，因此常常出现电磁继电器触点烧坏，有时可能引起电磁继电器着火燃烧，严重会导致火灾的发生；（2）如果电磁继电器因“拉弧”而烧坏，电磁继电器触点存在两种可能性，第一种可能性为：接火线和零线电磁继电器触点都粘死在同一侧（常开或常闭），第二种可能性为：接火线电磁继电器触点“粘死”在常开侧而接零线电磁继电器触点“粘死”在常闭侧，或者接火线电磁继电器触点“粘死”在常闭侧而接零线电磁继电器触点“粘死”在常开侧；当发生第一种情况时，只是影响了装置不能控制切换动作，导致装置抗晃电的功能失效；当发生第二种情况时，交流电与开关电源提供的直流电短在一起，因此而导致线路板烧、器件烧坏、供电回路保护跳闸等情况。 

实用新型内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种可在正常运行时和发生晃电时分别对接触器供给交流电和直流电，实现接触器的电源不间断，解决了脉动直流启动接触器存在的缺陷，并维持接触器吸合，可靠性高，完全满足连续性生产线长期稳定作业要求的运行于旁路模式的抗晃电模块。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案： 

一种运行于旁路模式的抗晃电模块，包括有单片机、电磁继电器、固态继电器、储能电容组、AC/DC开关电源、DC/DC电源、电压转换芯片、交流电压采样器和状态检测器；其中，所述AC/DC开关电源的输入端和输出 端分别与电网和储能电容组的输入端电连接，所述储能电容组的其一输出端经电压转换芯片与单片机电连接，另一输出端与DC/DC电源的输入端电连接；所述DC/DC电源的输出端通过直流供电回路与设置在电网上的接触器电连接；所述交流电压采样器和状态检测器的输入端和输出端分别与电网和单片机信号连接；所述单片机的输出端与电磁继电器和固态继电器信号连接，且所述电磁继电器的常闭接点J1A、J1D设于电网上以接通电网和接触器，其常开接点J1B、J1C与固态继电器的常开接点J2一并串联在直流供电回路上。 

进一步地，所述电磁继电器的常闭接点J1A、J1D分别设于电网的N线和L线上；所述直流供电回路连接在位于电磁继电器的常闭接点J1A、J1D后方的N线和L线上，并且所述电磁继电器的常开接点J1B和固态继电器的常开接点J2串联在与电网的N线连接的直流供电回路上，所述电磁继电器的常开接点J1C串联在与电网的L线连接的直流供电回路上；所述交流电压采样器的输入端连接在电磁继电器的常闭接点J1A、J1D前方的N线和L线上，所述状态检测器的输入端连接在L线上，并位于串联有电磁继电器的常开接点J1C的直流供电回路的后方。 

进一步地，所述交流电压采样器为互感器；所述状态检测器主要由两组二极管、一个直流光耦和一个交直流两用光耦组成，其中，所述两组二极管反并连接，且每组二极管由两个二极管串联而成，所述直流光耦和交直流两用光耦并联在两组二极管上。 

进一步地，所述电压转换芯片是LDO电源芯片，所述储能电容组由7个10F/2.5V的超级电容串联而成。 

进一步地，所述抗晃电模块还包括有电压监测器，主要由一个齐纳二极管和直流光耦组成，其两端分别与DC/DC电源和单片机信号连接。 

进一步地，所述直流供电回路上还串联有保险丝，所述AC/DC开关电源的输入端设有EMC电源滤波器。 

本实用新型的有益效果是： 

本实用新型通过上述技术方案，即可通过电网供给交流电启动接触器， 不会出现烧坏装置和接触器等情况，解决了脉动直流启动接触器存在的缺陷；而且晃电时通过储能电容组和DC/DC电源实现接触器的直流供电，维持接触器吸合，成本低、体积小、可靠性高；另外，本抗晃电模块还利用了固态继电器的动作及释放时间均比电磁继电器快的特性，解决了电磁继电器在释放时，电磁继电器触点会出现“拉弧”，常常出现电磁继电器触点烧坏等情况；相对于传统的抗晃电模块的原理，更可靠，满足了连续性生产线长期稳定作业的要求。 

附图说明

图1是本实用新型所述一种运行于旁路模式的抗晃电模块实施例的结构原理示意框图。 

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

如图1中所示： 

本实用新型实施例所述的一种运行于旁路模式的抗晃电模块，是离线模式抗晃电模块，包括有单片机1、电磁继电器2、固态继电器3、储能电容组4、AC/DC开关电源5、DC/DC电源6、电压转换芯片7、交流电压采样器8和状态检测器9。其中，所述AC/DC开关电源5的输入端和输出端分别与电网10和储能电容组4的输入端电连接，所述储能电容组4的其一输出端经电压转换芯片7与单片机1电连接，另一输出端与DC/DC电源6的输入端电连接；所述DC/DC电源6的输出端通过直流供电回路11与设置在电网10上的接触器12电连接；所述交流电压采样器8和状态检测器9的输入端和输出端分别与电网10和单片机1信号连接；所述单片机1的输出端与电磁继电器2和固态继电器3信号连接，且电磁继电器2的常闭接点J1A、J1D设于电网10上以接通电网10和接触器12，其常开接点J1B、J1C与固态继电器3的常开接点J2一并串联在直流供电回路11上。具体结构可以为：所述电磁继电器2的常闭接点J1A、J1D分别设于电网10的N线 和L线上；所述直流供电回路11连接在位于电磁继电器2的常闭接点J1A、J1D后方的N线和L线上，并且电磁继电器2的常开接点J1B和固态继电器3的常开接点J2串联在与电网10的N线连接的直流供电回路11上，所述电磁继电器2的常开接点J1C串联在与电网10的L线连接的直流供电回路11上；所述交流电压采样器8的输入端连接在电磁继电器2的常闭接点J1A、J1D前方的N线和L线上，所述状态检测器9的输入端连接在L线上，并位于串联有电磁继电器2的常开接点J1C的直流供电回路11的后方。 

其中，所述交流电压采样器8为互感器；所述状态检测器9主要由两组二极管、一个直流光耦和一个交直流两用光耦组成，所述两组二极管反并连接，且每组二极管由两个二极管串联而成，所述直流光耦和交直流两用光耦并联在两组二极管上；所述电压转换芯片是LDO电源芯片；所述储能电容组4由7个10F/2.5V的超级电容串联而成。 

本实用新型所述运行于旁路模式的抗晃电模块的工作原理为：上电后，按下启动按钮，电网10供给交流电启动接触器12可靠吸合，此时交流电压采样器8实时采集电网电压值，并输送给单片机1判断是否发生晃电；当发生晃电时，单片机1控制电磁继电器2的常闭接点J1A、J1D打开，电磁继电器2的常开接点J1B、J1C与固态继电器3的常开接点J2闭合，使储能电容组4对接触器12供给直流电，以维持接触器12吸合、不脱扣；延时结束后，单片机1控制电磁继电器2的常闭接点J1A、J1D闭合，同时打开电磁继电器2的常开接点J1B和固态继电器3的常开接点J2，切回通过电网10向接触器12供给交流电。同时状态检测器9也实时检测L线上的电流信息，并输送给单片机1判断接触器12的状态以及维持吸合状态的方式。 

这样，本实用新型所述的运行于旁路模式的抗晃电模块采用交流电启动接触器12，不会出现烧坏装置和接触器等情况，解决了脉动直流启动接触器存在的缺陷；而且晃电时通过对电磁继电器2和固态继电器3的控制实现储能电容组4对接触器12的直流供电，维持接触器12吸合，以及晃电后自动恢复电网10对接触器12交流供电，成本低、体积小、可靠性高； 并且该抗晃电模块只在出现晃电时才工作，即使损坏也不影响正常的接触器12的分合操作(此时保持在电网交流供电状态)，不会因使用了该抗晃电模块而带来了新的额外故障点；另外，本抗晃电模块还利用了固态继电器3的动作及释放时间均比电磁继电器2快的特性，解决了电磁继电器在释放时，电磁继电器触点会出现“拉弧”，常常出现电磁继电器触点烧坏等情况；相对于传统的抗晃电模块的原理，更可靠，满足了连续性生产线长期稳定作业的要求。 

作为本实用新型抗晃电模块的一优选方案，所述抗晃电模块还包括有电压监测器13，主要由一个齐纳二极管和直流光耦组成，其两端分别与DC/DC电源6和单片机1信号连接。运行时，电压监测器13实时检测DC/DC电源6的电源，并将电源检测数据传输给单片机1，然后单片机1根据该电源检测数据判断本抗晃电模块自身是否存在故障，如果有故障，即抗晃电功能自动退出，以交流电维持接触器12吸合，不影响正常接触器分合闸，性能更可靠。 

另外，所述直流供电回路11上还串联有保险丝（图中未表示出来），所述AC/DC开关电源5的输入端设有EMC电源滤波器（图中未表示出来），有效提高本抗晃电模块的安全性和抗干扰能力，性能更稳定。 

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。 

Claims (6)

1.一种运行于旁路模式的抗晃电模块，其特征在于，包括有单片机（1）、电磁继电器（2）、固态继电器（3）、储能电容组（4）、AC/DC开关电源（5）、DC/DC电源（6）、电压转换芯片（7）、交流电压采样器（8）和状态检测器（9）；其中，所述AC/DC开关电源（5）的输入端和输出端分别与电网（10）和储能电容组（4）的输入端电连接，所述储能电容组（4）的其一输出端经电压转换芯片（7）与单片机（1）电连接，另一输出端与DC/DC电源（6）的输入端电连接；所述DC/DC电源（6）的输出端通过直流供电回路（11）与设置在电网（10）上的接触器（12）电连接；所述交流电压采样器（8）和状态检测器（9）的输入端和输出端分别与电网（10）和单片机（1）信号连接；所述单片机（1）的输出端与电磁继电器（2）和固态继电器（3）信号连接，且所述电磁继电器（2）的常闭接点J1A、J1D设于电网（10）上以接通电网（10）和接触器（12），其常开接点J1B、J1C与固态继电器（3）的常开接点J2一并串联在直流供电回路（11）上。

2.根据权利要求1所述的运行于旁路模式的抗晃电模块，其特征在于，所述电磁继电器（2）的常闭接点J1A、J1D分别设于电网（10）的N线和L线上；所述直流供电回路（11）连接在位于电磁继电器（2）的常闭接点J1A、J1D后方的N线和L线上，并且所述电磁继电器（2）的常开接点J1B和固态继电器（3）的常开接点J2串联在与电网（10）的N线连接的直流供电回路（11）上，所述电磁继电器（2）的常开接点J1C串联在与电网（10）的L线连接的直流供电回路（11）上；所述交流电压采样器（8）的输入端连接在电磁继电器（2）的常闭接点J1A、J1D前方的N线和L线上，所述状态检测器（9）的输入端连接在L线上，并位于串联有电磁继电器（2）的常开接点J1C的直流供电回路（11）的后方。

3.根据权利要求1或2所述的运行于旁路模式的抗晃电模块，其特征在于，所述交流电压采样器（8）为互感器；所述状态检测器（9）主要由两组二极管、一个直流光耦和一个交直流两用光耦组成，其中，所述两组二极管反并连接，且每组二极管由两个二极管串联而成，所述直流光耦和交直流两用光耦并联在两组二极管上。

4.根据权利要求3所述的运行于旁路模式的抗晃电模块，其特征在于，所述电压转换芯片（7）是LDO电源芯片，所述储能电容组（4）由7个10F/2.5V的超级电容串联而成。

5.根据权利要求1或2或4所述的运行于旁路模式的抗晃电模块，其特征在于，所述抗晃电模块还包括有电压监测器（13），主要由一个齐纳二极管和直流光耦组成，其两端分别与DC/DC电源（6）和单片机（1）信号连接。

6.根据权利要求1或2或4所述的运行于旁路模式的抗晃电模块，其特征在于，所述直流供电回路（11）上还串联有保险丝，所述AC/DC开关电源（5）的输入端设有EMC电源滤波器。

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