CN203721639U - 一种防晃电延时器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种防晃电延时器，包括：滤波单元，整流储能单元，DC/DC转换单元，采样单元，单片机控制单元，显示设置单元和切换单元。通过防晃电延时电路以适配交流接触器工作电压启动，保证了全范围启动的可靠性，再转换为直流低电压维持其工作，此种工作方式大幅降低了交流接触器的功耗，节能在80%以上。在电压波动或“晃电”时，直接延时保持；无需分段选型，通用性强；体积小，成本低。

Description

一种防晃电延时器

技术领域

本实用新型涉及一种延时器，具体涉及一种防晃电延时器。

背景技术

电力系统在运行过程中，由于雷击，对地短路、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，这种电网故障使得电压瞬间较大幅度波动或者瞬时断电又恢复的现象称为“晃电”。

交流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。由于交流接触器的工作原理特点，当电网出现“晃电”时，会造成交流接触器工作线圈短时断电或电压过低，是交流接触器释放，产生断电停机的重要原因。国际IEC标准规定：额定电压的80%为临界可靠吸合电压是电磁式交流接触器的动作特性，所以因“晃电”导致电磁式交流接触器失去控制而自然跳闸停机是其原理所致。“晃电”短短的几十毫秒到几秒钟，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。

目前现有的技术有以下两种：

第一类为用直流高压输出启动交流接触器工作，启动后用直流低压维持工作状态。蓄能方式为电容或电池，“晃电”或掉电时，能保证维持时间不低于设定值。其特点是：节能效果显著。但也存在缺陷：1、由于工作方式是跨接在输入电源与交流接触器之间，自身出现故障，原有切换电路不能工作，造成二次故障。2、为分段式控制，有选型要求，因为此种方案在启动时，不是用相适配交流电工作的，由于功率大小不同的交流接触器吸合时机械力大小不一，各生产厂家交流接触器线圈直流电阻不尽相同，因此对功率大小不同的交流接触器有选型要求。3、接线复杂（有不同负载跳线），使用适应性较差。

第二类为交流启动，交流维持工作状态，当检测到电压波动或“晃电”时，切换到直流电压端维持交流接触器不脱扣，蓄能方式为电容。其特点是：始终在交流电压下工作，自身有故障检测电路，自身出现故障，不会影响原有切换电路正常工作。本技术存在以下缺点：1、由于是检测到电压波动或“晃电”时才向直流电压保持端切换，在工业现场由于电网持续不断的干扰，使得切换动作太频繁，很容易将触点及机械转换装置损坏，装置损坏失效。如果将检测回路灵敏度降低，将可能造成“晃电”时，切换到直流保持端时间延迟，而造成交流接触器保持失败，不能保证工作的可靠性。而检测与切换是一对矛盾，而现场条件又复杂多变，由于工作原理设计所限，抗干扰能力较差。2、体积大，成本高，不节能。3、为分段式控制，有选型要求，使用适应性较差。

实用新型内容

本实用新型根据上述存在的技术问题，提供一种防晃电延时器，解决上述存在的切换电路不能工作时造成二次故障及切换频繁损坏装置的问题。

本实用新型采用的解决方案是：一种防晃电延时器，包括：

滤波单元，用于对接入的电网电压进行滤波并输出滤波后的电压信号；

整流储能单元，与滤波单元的输出端连接，对滤波后的电压信号进行整流输出直流电压，并进行电能的储存；

DC/DC转换单元，对整流储能单元输出的直流电压进行直流电压变换并输出；

采样单元，所述采样单元设置在电网上，对电网电压进行采样并输出；

单片机控制单元，所述单片机控制单元与DC/DC转换单元连接，接收采样单元的采样信息，并输出控制信息；

显示设置单元，与单片机控制单元连接，接收单片机控制单元发送到的显示信息，并将设置信息发送到单片机控制单元；

切换单元，所述切换单元设置在交流接触器上，与单片机控制单元的输出端连接。

进一步地，所述滤波单元采用EMI（Electro Magnetic Interference，电磁干扰）滤波单元，主要由共模扼流圈和滤波电容组成，所述滤波单元的输入端与电网连接，通过共模扼流圈和跨接共模扼流圈上的滤波电容输出。

进一步地，所述整流储能单元包括整流电路和储能电路，所述整流电路的输入端连接所述滤波单元的输出端，所述储能电路并联在所述整流电路的输出端。

更进一步地，所述储能电路为电容。

更进一步地，所述储能电路为电池充电电路和蓄电池，所述滤波单元的输出端连接所述电池充电电路，所述电池充电电路与蓄电池连接。

进一步地，所述DC/DC转换单元将储能电容的高压直流电转换成维持交流接触器工作及单片机控制系统工作所要求的相应的直流电压。

进一步地，所述单片机控制单元设置看门狗电路。

进一步地，所述显示设置单元包括显示屏和输入按键，所述显示设置单元与单片机控制单元的输出端连接，所述输入按钮与单片机控制单元的输入端连接。

进一步地，所述采样单元设置隔离电路。

更进一步地，所述隔离电路为变压器隔离或光耦隔离中的任意一种。

本实用新型的优点是：本实用新型提出的一种防晃电延时器，克服了产品不能全系列启动的问题，无需分段选型，通用性强；解决了模块自身出现故障，不会影响原有切换电路正常工作，不会造成二次故障。改进了工作模式，正常吸合工作状态和在电压波动或“晃电”时的延时保护合二为一，电压波动时，直接延时保持，无需转换，大大提高了抗干扰能力和使用的可靠性，解决了检测和切换保持中的不稳定性，同时采用直流低压维持其工作，此种工作方式大幅降低了交流接触器的功耗，节能在80%以上，产品体积小，成本低。

附图说明

图1是本实用新型提出的防晃电延时器结构示意图；

图2是本实用新型提出的防晃电延时器实际应用接线图。

具体实施方式

参见图1所示，是本实用新型提出的防晃电延时器结构示意图。

如图1所示，一种防晃电延时器，包括：

滤波单元1，用于对接入的电网电压进行滤波并输出滤波后的电压信号；

整流储能单元2，与滤波单元的输出端连接，对滤波后的电压信号进行整流输出直流电压，并进行电能的储存；

DC/DC转换单元3，对整流储能单元输出的直流电压进行直流电压变换并输出；

采样单元6，所述采样单元设置在电网上，对电网电压进行采样并输出；

单片机控制单元5，所述单片机控制单元与DC/DC转换单元连接，接收采样单元的采样信息，并输出控制信息；

显示设置单元4，与单片机控制单元连接，接收单片机控制单元发送到的显示信息，并将设置信息发送到单片机控制单元；

切换单元7，所述切换单元设置在交流接触器上，与单片机控制单元的输出端连接。

本实用新型实施例中，通过防晃电延时器以适配交流接触器工作电压启动，保证了全范围启动的可靠性，再转换为直流低电压维持其工作，此种工作方式大幅降低了交流接触器的功耗，节能在80%以上，在电压波动或“晃电”时，直接延时保持；无需分段选型，通用性强；体积小，成本低。

进一步地，所述滤波单元采用EMI滤波单元，主要由共模扼流圈和滤波电容组成，所述滤波单元的输入端与电网连接，通过共模扼流圈和跨接共模扼流圈上的滤波电容输出。

本实用新型实施例中，滤波单元是对电网噪声干扰进行滤波，电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10KHz～30MHz，最高可达150MHz。EMI滤波单元中包括共模扼流圈（亦称共模电感）L、滤波电容C。L对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，达到消除电磁干扰的作用。共模扼流圈的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会互相加强。滤波电容和差模电感对差模干扰信号起到抑制作用。

进一步地，所述整流储能单元包括整流电路和储能电路，所述整流电路的输入端连接所述滤波单元的输出端，所述储能电路并联在所述整流电路的输出端。

本实用新型实施例中，在晃电的情况下维持交流接触器的吸合是采用直流输出方式，同时控制电路及单片机都是工作在直流电源下，因此采用将交流输入电源通过整流滤波转换成直流电压。

同时在晃电的情况下，控制电路和交流接触器要能工作数秒中的时间。需要在断电的过程中进行续电，所需的能量要提前储存。采用储能电路进行电能的供给，本实用新型实施例中储能电路可以采用电容，也可以采用蓄电池，还可以是其他能够进行储能的电路或元件，本实用新型实施例对此不作限制，以本领域技术人员能够实现该功能为准。

进一步地，所述储能电路为电容。

本实用新型实施例中，储能电路采用电容，根据负载对象的不同，选择不同容量的电容，电容取值在几百至数千微法之间，对于特殊的交流接触器，为了满足工作要求，需要更大容量的电容进行储能。

进一步地，所述储能电路为电池充电电路和蓄电池，所述滤波单元的输出端连接所述电池充电电路，所述电池充电电路与蓄电池连接。

本实用新型实施例中，通过采用蓄电池为断电后提供电能，蓄电池通过电池充电电路与滤波单元的输出端连接，通过电网为蓄电池充电，不需要额外增加电源，电路结构简单。

本实用新型实施例中，所述DC/DC转换单元是将储能电容的高压直流电转换成维持交流接触器工作及单片机控制系统工作所要求的相应的直流电压。对于交流接触器在吸合的状态下，大部分接触器只需接入10至30伏直流电压，提供十到几百毫安电流的情况下即可维持可靠吸合工作状态。通过将高压直流电转换为较低的直流电压维持交流接触器工作，减少电能的损耗。同时对与低压工作的单片机和其他低压工作设备提供电源，不需要进行另行配置电源，减少电路。当然这里还要考虑其他辅助电路的直流电压提供的问题。

进一步地，所述单片机控制单元设置看门狗电路。

本实用新型实施例中，单片机控制单元协调各个单元进行工作。本实用新型采用的单片机主要考虑工业环境下单片机工作的抗干扰能力。通过设置看门狗提高系统电路的可靠性，同时单片机对外驱动采用多腿异电平控制和单稳联合控制的方式，保证在单片机损坏或程序失效后，将对接触器的传统控制功能的影响减到最小。在该延时电路受损后不影响原控制电路的正常工作。

所述显示设置单元包括显示屏和输入按键，所述显示设置单元与单片机控制单元的输出端连接，所述输入按钮与单片机控制单元的输入端连接。

本实用新型实施例中，显示设置单元和单片机单元是一体的，用来显示模块的工作状态，同时在单片机的控制下，通过按键的选择决定模块的工作流程及选择晃电后，交流接触器要求维持吸合的时间，并将所有的设置存储到单片机内。

进一步地，所述采样单元设置隔离电路。

采样单元将外部环境及当前的状态进行采集，并发送到单片机上，单片机接收到采样单元的采集信号，进而决定下一步的工作流程。采样单元采集的信号包括：电网电压，接触器控制开关的状态，交流电压的相角，环境温度，虚电状况等。

采集的过程中既要保证采集量的瞬时性，又要保证信号的可靠性。因此对于模块外部进入的模拟量采集时需要进行隔离，用于隔绝外部的高频干扰。隔离方式以本领域技术人员能够实现为准，采样单元的隔离电路采用变压器隔离或者光耦隔离。

图2是本实用新型提出的防晃电延时器实际应用接线图。

参见图2所示，切换单元直接与交流接触器连接，对交流接触器进行控制。传统的交流接触器控制连接方案是将K点和A1点连接，增加延时电路后，切换单元连接在K点与A1点之间，在单片机的控制下，切换单元将交流接触器控制切换到直流电压，使交流接触器的与DC/DC转换单元连接，当单片机损坏或故障时，切换单元将K点与A1点连接，回到初始状态。

本实用新型提供的一种防晃电延时器的工作流程如下：

1）当初始上电后，交流接触器处于传统连接方式。交流电经过第一单元EMI滤波后，消除高频电磁干扰杂波。

2）由第二单元整流滤波把交流输入电压转换成高压直流电储存在储能器件中。

3）DC/DC将高压直流变换成：①维持接触器的10V—30V直流。②辅助电路的DC电压。③单片机工作的DC5V。

4）此时单片机按照已设置的参数进行控制。首先，单片机检查系统是否正常，如不正常，维持当前状态。

5）如电路正常，检查外部电压是否正常，也就是交流电压应在正常值的80%以上。不正常，则一直等待正常。

6）交流输入电压正常后，检查交流接触器是否进入工作状态。没有，则等待。

7）接触器进入工作状态后，短暂的等待，以便接触器稳定吸合，而后将接触器切换到直流控制。

8）检查外部控制开关是否要断开接触器，如检测到断开信号，则单片机通过指令断开接触器，跳到5。

9）检查是否晃电，没有跳到8。

10）按照设置时间进行延时，时间到后，断开接触器，跳到5。

在工作流程8中，检查外部开关时，要同时检查虚电的情况。具体是当外部电压正常时，开关电压在虚电门槛以上，则视为没有断开。在虚电门槛以下时，则视为断开。虚电门槛的设定视现场线路情况而定。

本实用新型的晃电的门槛设计为低于正常电压的20%到30%，也可根据用户和实际情况给定，本实用新型对此不作限制。

以上对本实用新型所提供的一种防晃电延时器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种防晃电延时器，其特征在于，包括：

滤波单元，用于对接入的电网电压进行滤波并输出滤波后的电压信号；

整流储能单元，与滤波单元的输出端连接，对滤波后的电压信号进行整流输出直流电压，并进行电能的储存；

DC/DC转换单元，对整流储能单元输出的直流电压进行直流电压变换并输出；

采样单元，所述采样单元设置在电网上，对电网电压进行采样并输出；

单片机控制单元，所述单片机控制单元与DC/DC转换单元连接，接收采样单元的采样信息，并输出控制信息；

显示设置单元，与单片机控制单元连接，接收单片机控制单元发送到的显示信息，并将设置信息发送到单片机控制单元；

切换单元，所述切换单元设置在交流接触器上，与单片机控制单元的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种防晃电延时器，其特征在于，所述滤波单元采用EMI滤波单元，主要由共模扼流圈和滤波电容组成，所述滤波单元的输入端与电网连接，通过共模扼流圈和跨接共模扼流圈上的滤波电容输出。

3.根据权利要求1所述的一种防晃电延时器，其特征在于，所述整流储能单元包括整流电路和储能电路，所述整流电路的输入端连接所述滤波单元的输出端，所述储能电路并联在所述整流电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的一种防晃电延时器，其特征在于，所述储能电路为电容。

5.根据权利要求3所述的一种防晃电延时器，其特征在于，所述储能电路为电池充电电路和蓄电池，所述滤波单元的输出端连接所述电池充电电路，所述电池充电电路与蓄电池连接。

6.根据权利要求1所述的一种防晃电延时器，其特征在于，所述DC/DC转换单元将储能电容的高压直流电转换成维持交流接触器工作及单片机控制系统工作所要求的相应的直流电压。

7.根据权利要求1所述的一种防晃电延时器，其特征在于，所述单片机控制单元设置看门狗电路。

8.根据权利要求1所述的一种防晃电延时器，其特征在于，所述显示设置单元包括显示屏和输入按键，所述显示设置单元与单片机控制单元的输出端连接，所述输入按钮与单片机控制单元的输入端连接。

9.根据权利要求1所述的一种防晃电延时器，其特征在于，所述采样单元设置隔离电路。

10.根据权利要求9所述的一种防晃电延时器，其特征在于，所述隔离电路为变压器隔离或光耦隔离中的任意一种。