CN205724914U - 三相智能复合开关 - Google Patents

Abstract

一种三相智能复合开关由交流采样单元、电压变换单元、整流滤波单元、过零采样单元、光电隔离单元、微处理器单元、LED显示报警单元、通讯单元、输出状态检测单元、可控硅单元、磁保持继电器单元、放电回路单元、补偿电容器单元及温度传感器组成。本三相智能复合开关采用先进的微型处理器进行控制，独特的PCB设计工艺，抗干扰能力强，能精确的检测交流电过零点，使电容在过零点投入，无谐波无冲击，同时采用工业磁保持继电器为执行机构，其触点能力强，过电流大，不易烧触点，正是弥补了国内以磁保持继电器为投切机构的普通复合开关触点不足之处，当三相智能复合开关出现机械故障或电网电压出现过压，欠压，缺相，严重畸变时，三相智能复合开关拒绝投入，并通过RS232/485把相关信息传递给主控室的上位机程序，使监控人员能及时发现问题。

Description

三相智能复合开关

技术领域

本发明涉及一种低压电力电网无功功率补偿装置使用电力电容器进行投切的开关装置，特别是一种用于磁保持继电器切换电力电容器进行开关控制的三相智能复合开关。

背景技术

无功补偿装置在保证电力系统电能质量，降低电网损耗，提高电网的输送能力和设备利用率方面具有重要作用和意义。在无功补偿装置中，非常重要的是电容器投切过程，传统的投切开关存在涌流大(对电网及电容器有较大冲击及损害)、功耗大(接触器保持损耗、半导体器件导通损耗)等缺点，逐步被晶闸管加磁保持继电器的智能复合开关所代替，智能复合开关拥有较好的性能优势而被市场认可。

传统的用接触器或可控硅作为投切装置，这两种投切装置在实际现场使用过程中始终存在这样或那样的问题。

交流接触器作为投切装置其优点是接触电阻小，投切时间较慢，在投切过程中容易产生涌流，在大电流高电压情况下易产生火花及电弧，长期使用其触点非常容易烧结粘连，严重影响投切装置及补偿电力电容器寿命。且交流接触器在动作过程中震动较大导致安装架以及节点的加速老化，同时产生较大的噪音。并且交流接触器为保持吸合状态自身也需要消耗能量，不符合节能要求。

可控硅作为投切装置其优点是响应速度快，可以克服涌流问题。但是，可控硅本身存在功耗，在大功率应用时，会有明显的发热，由于可控硅对过流、过压及对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。在实际应用中，投切装置故障多半是由可控硅损坏所引起的。

由以上分析得知，我们需要有一种能够兼顾以上两种投切装置优点，克服存在问题的投切装置，这就是采用磁保持继电器+可控硅模块的智能复合开关。

发明内容

本发明的目的是基于微处理器控制可控硅与磁保持继电器进行投切动作，将可控硅与磁保持继电器触点并联使用，由可控硅实现电压过零投入与电流过零切除，由磁保持继电器接点来通过连续电流，这样就避免了可控硅的导通损耗问题，避免了电容器在投入时的涌流。也消除了噪音和支持导通需要的能量。

本实用新型发明通过以下技术方案予以实施。

三相智能复合开关由交流采样单元1、电压变换单元2、整流滤波单元3、过零采样单元4、光电隔离单元5、微处理器单元6、LED显示报警单元7、通讯单元8、输出状态检测单元9、可控硅无触点开关单元10、磁保持继电器单元11、放电回路单元12、补偿电容器单元13及温度传感器14组成。

进一步，三相交流电源输入到交流采样单元1，通过交流采样单元1将交流采样信号输出到光电隔离单元5，经过隔离的交流采样信号送入微处理器单元6。

进一步，三相交流电源输入到电压变换单元2，过零采样单元4对电压变换单元2的交流电压进行交流采样，采样后的交流过零信号输入到微处理器单元6。

进一步，三相交流电源输入到电压变换单元2，整流滤波单元3的输入端与电压变换单元2的输出连接，整流滤波单元3的输出用于为相关单元电路提供直流工作电压。

进一步，微处理器单元6输出报警信号给LED显示报警单元7，使其发出报警显示。

进一步，微处理器单元6与通讯单元8连接，实现数据通信功能。

进一步，微处理器单元6与可控硅无触点开关单元10及磁保持继电器单元11相连接，用于控制可控硅无触点开关单元10及磁保持继电器单元11的动作。

进一步，输出状态检测单元9与磁保持继电器单元11相连接，用于检测磁保持继电器单元11的工作状态。进一步，可控硅无触点开关单元10及磁保持继电器单元11与补偿电容器单元13进行并联连接，三相交流电源并联输入到可控硅无触点开关单元10及磁保持继电器单元11输入端。

进一步，放电回路单元12与补偿电容器单元13连接。

进一步，温度传感器14与补偿电容器单元13连接，将检测的温度信号送入微处理器单元6。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果:

1.在电容器的投切过程中，对触点型开关，往往会在其触点间产生较强的电弧损伤触点，致使触头接触不良，甚至会发生触点熔融的现象；对可控硅无触点型开关，因其功耗大，发热问题尤为突出。针对上述情况，三相智能复合开关在设计时，增加了延时电路。在开通时，可控硅无触点开关先导通，延时一定周期后，磁保持继电器闭合，可控硅无触点开关关断，负载工作电流由磁保持继电器提供；在关断时，可控硅无触点开关先导通，磁保持继电器关断，可控硅无触点开关延迟一定周期后关断。这样，从根本上解决了磁保持继电器在接通和关断时出现的涌流及触头间拉弧现象，也消除了可控硅无触点开关发热问题，使可控硅组成的无触点开关的使用寿命接近其机械寿命，既大大延长了可控硅无触点开关的使用寿命，又提高了系统运行的可靠性。

2.传统的接触器投入电容时会产生大量的谐波，污染了电网，同时也减少了电容器的使用寿命，而本三相智能复合开关采用先进的微型处理器进行控制，独特的PCB设计工艺，抗干扰能力强，能精确的检测交流电过零点，使电容在过零点投入，无谐波无冲击，同时采用工业磁保持继电器为执行机构，其触点能力强，过电流大，不易烧触点，正是弥补了国内以磁保持继电器为投切机构的普通复合开关触点不足之处，当三相智能复合开关出现机械故障或电网电压出现过压，欠压，缺相，严重畸变时，三相智能复合开关拒绝投入，并通过RS232/485把相关信息传递给主控室的上位机程序，使监控人员能及时发现问题。

3.磁保持继电器触点开关状态检测是本发明的一个特点，磁保持继电器作为为执行机构是靠触点的闭合来接通与断开与负载的连接，为保证设备的正常工作与负载安全，磁保持继电器触点状态的检测就显得相当重要。触点是否发生粘连、接触不良及负载（补偿电容器）是否有问题，在经过实时检测以后其信号发送给微处理器，微处理器根据检测的信号予以判断发出相应控制指令，控制报警电路予以现场声光报警，同时将此信号通过RS232/485通讯电路上传到远程控制室，最大限度的保证了设备的正常工作和设备的安全。

附图说明

图1是三相智能复合开关系统框图 ；

图2是三相智能复合开关可控硅单元和磁保持继电器单元控制框图；

图3是低噪声节能三相智能复合开关程序结构框图。

具体实施方式

图1为三相智能复合开关系统框图 ，三相交流电源输入到交流采样单元1，交流采样单元按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，通过交流采样单元1将采样信号输出到光电隔离单元5，光电隔离单元5其目的在于从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使测控装置与现场仅保持信号联系，而不直接发生电的联系。隔离的实质是把引进的干扰通道切断，从而达到隔离现场干扰的目的；光电隔离单元5的光电隔离器件采用光电耦合器，光电耦合器具有：信号传递采取电-光-电的形式，发光部分和受光 部分不接触，能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰；抑制噪声干扰能力强；具有耐用、可靠性高和速度快等优点，经过隔离的信号送入微处理器6，微处理器6根据交流采样单元1和光电隔离单元5送来的交流信号进行分析判断，当发现输入交流电压高于或低于设计值及交流输入信号缺相后，微处理器6将通过LED显示报警单元7予以报警，并控制可控硅无触点开关单元10及磁保持继电器单元11的输出工作状态处于关闭，保证整个系统的安全，同时通过通讯单元8将数据上传主控室上位机。三相交流电源输入到电压变换单元2，电压变换单元2三相交流电源输入电压进行电压变换成为低电压值的交流电压，一路送入过零采样单元4，过零采样单元4对电压变换单元2的交流电压进行采样，采样后的过零信号输入到微处理器单元6；过零就是交流电的电压或者电流到“零”的时刻，这个时候的瞬间电压或者电流都为零；过零检测的作用是为了控制可控硅的触发角，在过零时刻触发可控硅其干扰最小，安全性最好。电压变换单元2的另一路送入整流滤波单元3，整流滤波单元3的输出用于给微处理器单元6及其各控制单元、显示单元、通讯单元及驱动执行单元提供直流工作电压。微处理器单元6输出报警信号给LED显示报警单元7，LED显示报警单元7中的LED指示灯分别由一只蓝色发光二极管，二只绿色发光二极管和四只红色发光二极管组成，蓝色发光二极管为电源正常指示灯并以每0.5S的时间闪烁，表示复合开关运行正常，二只绿色发光二极管在开关合闸状态亮或开关断开后电容放电完毕前亮，红色发光二极管为电源异常指示灯，当复合开关出现输入电压缺相，过欠压，接触器接触不良，输出未接负载等故障，则相关红色发光二极管长亮。微处理器单元6与通讯单元8连接，通讯单元8采用RS232串口，该单元由一块MAX232芯片及通信接口组成，通讯单元8与微处理器单元6中的微处理器RXD/TXD引脚连接，微处理器通过引脚TXD把三相智能复合开关各项状态信息，发送给MAX232芯片,经过电平转化后由通信接口把数据传送给主控室上位机，监控人员能通过上位机软件监控三相智能复合开关的运行状态以便于及时有效的维护，从而实现数据通信功能。微处理器单元6与可控硅无触点开关单元10及磁保持继电器单元11相连接，微处理器单元6输出控制指令，用于控制可控硅无触点开关单元10及磁保持继电器单元11的动作。输出状态检测单元9与磁保持继电器单元11相连接，用于检测磁保持继电器单元11的工作状态,磁保持继电器作为为执行机构是靠触点的闭合来接通与断开与负载的连接，为保证设备的正常工作与负载安全，磁保持继电器触点状态的检测就显得相当重要。触点是否发生粘连、接触不良及负载（补偿电容器）是否有问题，在经过实时检测以后其信号发送给微处理器单元6，微处理器单元6根据检测的信号予以判断发出相应控制指令，控制报警电路予以现场声光报警，同时将此信号通过RS232/485通讯电路上传到远程控制室，最大限度的保证了设备的正常工作和设备的安全。可控硅无触点开关单元10及磁保持继电器单元11与补偿电容器单元13进行并联连接，三相交流电源并联输入到可控硅无触点开关单元10及磁保持继电器单元11输入端，在工作时，微处理器单元6通过采集过零采样单元4的交流过零信号进行分析判断，发出动作指令让可控硅先导通，延时一定周期后，磁保持继电器触点闭合，可控硅关断，补偿电容器单元13投入运行，此时补偿电容器单元13工作电流由接触器提供； 在交流过零点时可控硅导通，磁保持继电器触点关断，可控硅延迟一定周期后关断，切除补偿电容器单元13，补偿电容器单元13上面的残余电压通过放电回路单元12中的RC吸收电路进行放电处理，消除补偿电容器单元13在下一次投切时产生的尖峰电压，避免可供硅击穿，通过以上工作过程，基本上解决了磁保持继电器在接通和关断时出现的涌流及触头间拉弧现象，也消除了由可控硅构成的无触点开关的发热问题，使可控硅开关的使用寿命接近其机械寿命，大大提高了系统运行的可靠性。温度传感器14与补偿电容器单元13连接，将检测的补偿电容器单元13上面温度信号送入微处理器单元6，如果温度值高于设计值后，微处理器单元6将发出报警信号予以警示，同时通过通讯单元8上传主控室上位机。

图2是三相智能复合开关可控硅单元和磁保持继电器单元控制框图。

图3是 三相智能复合开关软件流程图，采用C语言编写，在此就不予以详细阐述。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域技术人员公知的现有技术，虽然本发明己通过有关的实施案例进行了图示和描述，但是，本专业技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (2)

1.三相智能复合开关其特征在于：由交流采样单元（1）、电压变换单元（2）、整流滤波单元（3）、过零采样单元（4）、光电隔离单元（5）、微处理器单元（6）、LED显示报警单元（7）、通讯单元（8）、输出状态检测单元（9）、可控硅无触点开关单元（10）、磁保持继电器单元（11）、放电回路单元（12）、补偿电容器单元（13）及温度传感器（14）组成；三相交流电源输入到交流采样单元（1），通过交流采样单元（1）将交流采样信号输出到光电隔离单元（5），经过隔离的交流采样信号送入微处理器单元（6）；三相交流电源输入到电压变换单元（2），过零采样单元（4）对电压变换单元（2）的交流电压进行交流采样，采样后的交流过零信号输入到微处理器单元（6）；三相交流电源输入到电压变换单元（2），整流滤波单元（3）的输入端与电压变换单元（2）的输出连接，整流滤波单元（3）的输出用于为各相关单元提供直流工作电压；微处理器单元（6）输出报警信号给LED显示报警单元（7），使其发出报警显示；微处理器单元（6）与通讯单元（8）连接，实现数据通信功能；微处理器单元（6）与可控硅无触点开关单元（10）及磁保持继电器单元（11）相连接，用于控制可控硅无触点开关单元（10）及磁保持继电器单元（11）的动作；输出状态检测单元（9）与磁保持继电器单元（11）相连接，用于检测磁保持继电器单元（11）的工作状态；可控硅无触点开关单元（10）及磁保持继电器单元（11）与补偿电容器单元（13）进行并联连接，三相交流电源并联输入到可控硅无触点开关单元（10）及磁保持继电器单元（11）输入端；放电回路单元（12）与补偿电容器单元（13）连接；温度传感器（14）与补偿电容器单元（13）连接，将检测的温度信号送入微处理器单元（6）。

2.根据权利要求1所述三相智能复合开关其特征在于：LED显示报警单元（7）中的LED指示灯分别由一只蓝色发光二极管，二只绿色发光二极管和四只红色发光二极管组成。