CN210443498U - 保护开关装置及电动机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种保护开关装置及电动机。保护开关装置包括处理器、继电器及相序检测模块；继电器的控制端与处理器连接，继电器的输出端用于与供电线路的相线连接；相序检测模块的输入端用于与相线连接，并在处理器接收到开关触发信号时，感测相线的相序信号，相序检测模块的输出端与处理器连接；处理器用于在收到开关触发信号后，根据相序信号确定相线的第N个过零时刻，并在第N个过零时刻之前的预设时长时，向继电器输出控制信号，继电器用于在接收到控制信号后的预设时长时使继电器的开关触头的触头间距在预设距离范围中。本方案能够改善继电器的开关触点因电弧而被烧坏的问题。

Description

保护开关装置及电动机

技术领域

本实用新型涉及电力设备技术领域，具体而言，涉及一种保护开关装置及电动机。

背景技术

接触器在分断过程中的电弧会导致触头磨损和触头熔焊，是影响接触器电寿命的主要原因。如何降低分断电弧能量、提高接触器电寿命成为新的研究方向。磁保持继电器具有动作时间短且稳定，而且可用自身永磁铁的磁力无能耗无噪音吸持，节能而又环保。近年来磁保持继电器的开发和性能的不断提高，为继电器开关触点零电压闭合与零电流分断带来了新的契机，本文所提的所有继电器主要是指磁保持继电器。继电器是一种具有隔离功能的电控制器件。继电器可以看做用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。因此，继电器在电路中起着安全保护、转换电路等作用。例如，在交流电领域中，继电器作为为大功率用电设备的开关，用户可以通过小电流控制继电器为大功率的用电设备上电。目前，当继电器作为大功率的用电设备的电源开关时，在继电器长期启动/关闭的过程中，继电器的开关触点容易被烧坏，从而影响开关的使用。

实用新型内容

本申请提供一种保护开关装置及电动机，能够改善开关触点被烧坏的问题。

为了实现上述目的，本申请实施例所提供的技术方案如下所示：

第一方面，本申请实施例提供一种保护开关装置，所述保护开关装置包括处理器、继电器及相序检测模块；

所述继电器的控制端与所述处理器连接，所述继电器的输出端用于与供电线路的相线连接；

所述相序检测模块的输入端用于与所述相线连接，并在所述处理器接收到开关触发信号时，感测所述相线的相序信号，所述相序检测模块的输出端与所述处理器连接；

所述处理器用于在收到所述开关触发信号后，根据所述相序信号确定所述相线的第N个过零时刻，并在所述第N个过零时刻之前的预设时长时，向所述继电器输出控制信号，所述继电器用于在接收到所述控制信号后的所述预设时长时使所述继电器的开关触头的触头间距在预设距离范围中，其中，N为大于或等于2的整数。

在上述实施方式中，继电器在接收到控制信号到执行完动作期间，通过在过零时刻前提前预设时长向继电器发送控制信号，使得继电器在过零时刻左右时开关触点动作所移动的位移已经在预设距离范围中，由于过零时刻左右开关触头的电压或流经的电流较小，从而能够降低或避免继电器执行动作所产生的电弧，从而改善继电器的开关触点因电弧而被烧坏的问题。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述供电线路包括三相供电线路，所述相序检测模块包括第一检测电路及第二检测电路；所述第一检测电路包括第一分压电阻、第一二极管、第一光耦合器、第一电容，所述第二检测电路包括第二分压电阻、第二二极管、第二光耦合器、第二电容；

所述第一分压电阻的一端用于与所述三相供电线路的第一相线连接，所述第一分压电阻的另一端与所述第一二极管的正极端连接，所述第一二极管的负极端与所述第一光耦合器的输入端连接，所述第一光耦合器的负极端用于与所述三相供电线路的第二相线连接，所述第一光耦合器的输出端用于与所述处理器连接，所述第一光耦合器的输出端还用于通过所述第一电容接地，所述第一光耦合器的接地端用于接地，其中，在所述第一相线的第一电压大于所述第二相线的第二电压，且所述第一电压与所述第二电压的差值大于或等于预设电压时，所述第一光耦合器的输出端用于输出与所述第一相线对应的第一相序信号；

所述第二分压电阻的一端用于与所述三相供电线路的第二相线连接，所述第二分压电阻的另一端与所述第二二极管的正极端连接，所述第二二极管的负极端与所述第二光耦合器的输入端连接，所述第二光耦合器的负极端用于与所述三相供电线路的第三相线连接，所述第二光耦合器的输出端用于与所述处理器连接，所述第二光耦合器的输出端还用于通过所述第二电容接地，所述第二光耦合器的接地端用于接地，其中，在所述第二电压大于所述第三相线的第三电压，且所述第二电压与所述第三电压的差值大于或等于所述预设电压时，所述第二光耦合器的输出端用于输出与所述第二相线对应的第二相序信号。

在上述实施方式中，通过相序检测模块可以感测三相供电线路中的相线的相序信号，以便于处理器利用相序信号确定相线的过零时刻，从而保证继电器在过零时刻前的预设时长时执行动作，以降低在执行动作过程中开关触点产生的电弧。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述处理器还用于根据所述第一相序信号、第二相序信号确定在收到所述开关触发信号后的首个过零电流时刻、所述首个过零电流时刻的相线；

当所述开关触发信号为关闭信号时，所述处理器还用于在第N个过零电流时刻之前的所述预设时长时向所述继电器输出第一控制信号，所述继电器用于根据所述第一控制信号控制所述继电器中的与所述首个过零电流时刻的相线连接的开关触头，在所述继电器接收到所述第一控制信号后的所述预设时长时，使所述开关触头在断开后的触头间距在所述预设距离范围中；

所述处理器还用于在输出所述第一控制信号后的四分之一预设周期，向所述继电器输出第二控制信号，所述继电器用于根据所述第二控制信号控制所述继电器中除与所述首个过零电流时刻的相线连接之外的开关触头，在所述继电器接收到所述第二控制信号后的所述预设时长时，使得所述继电器中除与所述首个过零电流时刻的相线连接之外的开关触头在断开后的触头间距在所述预设距离范围中。

在上述实施例方式中，继电器在各个相线上均在过零电流时刻附近执行断开动作，使得开关触点在断开的瞬间，各相线的电流较小或为零，从而降低或避免开关触点在断开的瞬间产生的电弧，从而改善继电器的触点因被电弧而烧坏的问题。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述处理器还用于当根据所述第一相序信号、第二相序信号确定所述三相供电线路的相序反相或缺相时，输出第一报警信号。

在上述实施方式中，通过在检测到供电线路的相序反相时，输出报警信号，有助于管理人员或设备及时根据报警信号进行处理，以避免因反相而出现供电故障。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述保护开关装置还包括开关电源，所述开关电源的输入端用于与所述供电线路连接，所述开关电源的输出端用于与所述处理器连接。

在上述实施方式中，保护开关装置可以通过开关电源从供电线路获取到电能，使得供电线路能够通过开关电源为保护开关装置供电。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述开关电源包括整流滤波模块及变压模块，所述整流滤波模块的一端与所述供电线路连接，所述整流滤波模块的另一端与所述变压模块的一端连接，所述变压模块的另一端与所述处理器连接。

在上述实施方式中，通过整流滤波模块及变压模块能够将供电线路提供的电源整合成处理器所需的电源。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述保护开关装置还包括与所述处理器连接的温度检测模块，所述温度检测模块用于设置在电动机上以感测所述电动机的温度，所述处理器还用于在所述温度大于或等于预设温度阈值时，输出第二报警信号。

在上述实施方式中，通过在检测到温度大于或等于预设温度阈值时，输出报警信号，有助于管理人员或设备及时根据报警信号进行处理，以避免因温度过高而出现故障。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述电动机包括液泵，所述保护开关装置还包括与所述处理器连接的液位检测模块，所述液位检测模块用于检测所述液泵在液体中的液位深度，所述处理器还用于在所述液位深度小于或等于预设深度阈值时，输出第三报警信号。

在上述实施方式中，通过在检测到液位深度小于或等于预设深度阈值时，输出报警信号，有助于管理人员或设备及时根据报警信号进行处理，以避免因液位过低而出现故障。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述保护开关装置还包括与所述处理器连接的报警模块，用于根据所述处理器输出的报警信号发出报警提示。

在上述实施方式中，通过报警模块根据报警信号发出报警提示，有助于管理人员及时发现报警状况。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述继电器包括磁保持继电器。

在上述实施方式中，利用磁保持继电器，有助于降低继电器在使用过程中的功耗。

第二方面，本申请实施例还提供一种电动机，所述电动机包括电机本体及上述的保护开关装置，所述保护开关装置中的继电器与所述电机本体电连接。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的保护开关装置的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的相序检测模块的电路原理示意图。

图3为本申请实施例提供的三相电的信号随时间的波形示意图。

图4为本申请实施例提供的开关电源的电路原理示意图。

图5为本申请实施例提供的保护开关装置的处理器的外围电路示意图。

图6为本申请实施例提供的电动机的结构示意图。

图7为本申请实施例提供的电机本体与继电器的开关触头连接的电路示意图。

图标：10-电动机；100-保护开关装置；110-处理器；120-继电器；121-开关触头；130-相序检测模块；131-第一检测电路；132-第二检测电路；140-开关电源；141-整流滤波模块；142-变压模块；150-温度检测模块；160-液位检测模块；170-电压检测模块；180-电流检测模块；200-电机本体。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请结合参照图1至图6，本申请实施例提供一种保护开关装置100。该保护开关装置100可以作为交流电的用电设备的电源开关，能够改善开关的触点因电弧被烧坏的问题。其中，用电设备可以包括处理器110、继电器120及相序检测模块130。

继电器120的控制端与处理器110连接，继电器120的输出端用于与供电线路的相线连接。

相序检测模块130的输入端用于与相线连接，并在处理器110接收到开关触发信号时，感测相线的相序信号，相序检测模块130的输出端与处理器110连接。

处理器110用于在收到开关触发信号后，根据相序信号确定相线的第N个过零时刻，并在第N个过零时刻之前的预设时长时，向继电器120输出控制信号，继电器120用于在接收到控制信号后的预设时长时使继电器120的开关触头(可参见图7的121)的触头间距在预设距离范围中，预设时长(可以记为T)为继电器120在接收到控制信号至开关触头开始执行动作所需的延时时间(可以称为第一时长，记为T1)与开关触头开始执行动作至开关触头的触头间距在预设距离范围中的时长(可以称为第二时长，记为T2)的和，即T＝T1+T2。其中，T2可以为一个时间范围，比如为0.3-0.4毫秒，也可以为该时间范围中的任意值，比如为0.3毫秒、0.35毫秒等，N为大于或等于2的整数。

申请人发现，对于三相正弦交流电，当开关触头在过零电流时刻时，开关触头的触头间距在第一固有距离范围时，开关触头在整个断开的动作过程中，不会产生电弧，或产生的电弧较弱。该第一固有距离范围可以通过开关触头从开始执行断开动作的时刻(可以记为T3)至断开后的触头间距在第一预设距离范围内时的时刻(可以记为T4)之差来反映。其中，该差值为T2，即，T2＝T4-T3。即，当开关触头执行从开始执行断开动作，至开始执断开行动作后的T2时，开关触头的触头间距在第一固有距离范围内。该第一固有距离范围即为第一预设距离范围，可以根据实际情况进行设置。

另外，当开关触头在过零电压时刻时，开关触头的触头间距在第二固有距离范围中时，开关触头在整个闭合的动作过程中，不会产生电弧，或产生的电弧较弱。该第二固有距离范围可以通过开关触头从开始执行闭合动作的时刻(可以记为T5)至闭合后的触头间距在第二预设距离范围内时的时刻(可以记为T6)之差来反映。其中，该差值为T2，即，T2＝T6-T5。第二预设距离范围中的最大值可以小于第一预设距离范围中的最小值。该第二固有距离范围即为第二预设距离范围，可以根据实际情况进行设置。

可理解地，开关触头包括两个触头，其中一个触头(可以称为第一触头)相对于继电器120可以固定不动，另一个触头(可以称为第二触头)用于在断开或闭合中运动。第一触头与第二触头相接触时，可以使得供电导通；第一触头与第二触头不接触时，可以使得供电断开。当需要供电断开时，可以驱动第二触头以远离第一触头的方向运动，以使第一触头、第二触头不接触，从而实现供电断开；当需要供电导通时，可以驱动第二触头靠近第一触头运动，以使第一触头、第二触头接触，从而实现供电导通。第一触头与第二触头之间的间隙即为触头间距。

在本实施例中，继电器120的数量及类型可以根据实际情况进行设置。例如，在单相供电线路中，继电器120的数量可以为一个。在三相供电线路中，继电器120可以为一个具有至少三路输出控制的继电器120，或者继电器120的数量为三个，三个继电器120的输出端分别与三相供电线路的每个相线连接，以控制每个相线供电的导通或断开。

相序检测模块130的输入端的数量可以根据供电线路的类型而设置。例如，当供电线路为单相供电线路时，相序检测模块130的输入端的数量可以为一个，用于与单相供电线路的相线连接。当供电线路为三相供电线路时，相序检测模块130的输入端的数量可以为三个，三个输入端分别与三相供电线路中的每个相线连接，用于检测至少两个相线中的相序信号。

在本实施例中，开关触发信号可以理解为用户需要控制继电器120导通相应的相线的触发信号、断开相应的相线的触发信号。该开关触发信号可以由用户通过按动按钮开关生成，也可以由定时器根据时间触发生成，或者触发模块(比如计时器或其他传感器)在满足触发条件时触发生成，开关触发信号的生成方式可以根据实际情况进行确定，不作具体限定。

例如，当继电器120作为用电设备的电源开关时，用户启动用电设备或关闭用电设备所产生的开关信号便为开关触发信号。保护开关装置100在接收到开关触发信号后，不会在接收到开关触发信号的时刻启动用电设备，而是从接收到开关触发信号的该时刻起，采集相线的相序信号，以确定具有周期性的过零时刻，并在首个过零时刻之后的过零时刻或在之后的过零时刻之前的预设时长内导通或关断相线的供电，从而启动或关闭用电设备。

在本实施例中，预设时长可以根据继电器120的实际情况进行设置。申请人经过长期研究发现，继电器120在接收到控制信号到执行动作存在时间延时。预设时长可以根据继电器120在接收到控制信号至执行动作所需的延时时间及动作后使得开关触头的触头间距在预设距离范围内时的时长进行确定。例如，若一继电器120的延时时间为5毫秒，则表示该继电器120在接收到控制信号后的5毫秒后，开关触头才开始执行动作。若在开关触头开始动作后的0.3至0.4毫秒，开关触头的触头间距在预设距离范围内，此时，该预设时长便为5.3至5.4毫秒之间的任意一值，其中，比如，可以为5.3毫秒(或者5.4毫秒)。若以当前时刻记为0毫秒，第N个过零时刻为接下来的第10毫秒，则处理器110需要在第10毫秒之前的5.3毫秒发送控制信号指继电器120。

过零时刻可以包括过零电压时刻、过零电流时刻中的至少一种。继电器120的动作与过零时刻的类型相对应。例如，若过零时刻为过零电压时刻，则可以用于在过零电压时刻之前开始压合继电器120开关的触头，以使被控的相线在过零电压时刻左右导通。若过零时刻为过零电流时刻，则可以用于在过零电流时刻之前开始断开继电器120开关的触头，以使被控的相线断开。

可理解地，在供电线路的供电电源为正弦交流电时，交流电的电流值、电压值通常随时间以正弦波的方式持续输出。过零电流时刻(或称为电流过零时刻)即为电流在正弦波上的幅值为零的时刻。在单相电路中，过零电压时刻(或称为电压过零时刻)即火线相电压在正弦波上幅值为零的时刻，在三相电路中，过零电压时刻为任意两相间的线电压在正弦波上幅值为零的时刻。在过零电压时刻前的预设时长向继电器120发送控制信号，继电器120在接收到控制信号后延时第一时长后才动作，即继电器120在过零电压时刻前的第二时长开始压合触头，此时开关触头两端的线电压较小，压合时通常不会产生电弧；当到过零电压时刻时，第一触头与第二触头已经间隔较近，由于在过零电压时刻时，电压为零，也就不会产生电弧；在电压过零后，将逐渐增大，当第一触头与第二触头接触时，开关触头两端的线电压仍然较小，通常不会产生电弧，或者产生的电弧较为微弱。因此，在过零电压时刻压合触头通常不会产生电弧，或者产生的电弧微弱。

同样地，在过零电流时刻前的预设时长时向继电器120发送断开控制信号，当继电器120接收到断开控制信号时，因继电器120自身硬件特性需要延时第一时长后才开始断开触头，在开关触头从开始断开到完全断开期间，流经开关触头121的电流为零或接近零，因此，在过零电流时刻断开触头通常不会产生电弧或者产生的电弧较为微弱，也就不容易因电弧烧蚀触头。

在上述实施方式中，通过在过零时刻前提前预设时长向继电器120发送控制信号，使得继电器120在过零时刻前执行动作，从而能够降低或避免继电器120执行动作所产生的电弧，从而改善继电器120的开关触点因电弧而被烧坏的问题。

请参照图2，在本实施例中，供电线路包括三相供电线路，相序检测模块130包括第一检测电路131及第二检测电路132；第一检测电路131包括第一分压电阻(R31)、第一二极管(D10)、第一光耦合器(IC2)、第一电容(C16)，第二检测电路132包括第二分压电阻(R32)、第二二极管(D11)、第二光耦合器(IC3)、第二电容(C17)。

第一分压电阻的一端用于与三相供电线路的第一相线(A相)连接，

第一分压电阻的另一端与第一二极管的正极端连接，第一二极管的负极端与第一光耦合器的输入端连接，第一光耦合器的负极端用于与三相供电线路的第二相线(B相)连接，第一光耦合器的输出端用于与处理器110连接，第一光耦合器的输出端还用于通过第一电容接地，第一光耦合器的接地端(GND端)用于接地，其中，在第一相线的第一电压大于第二相线的第二电压，且第一电压与第二电压的差值大于或等于预设电压时，第一光耦合器的输出端(GL1端)用于输出与第一相线对应的第一相序信号。其中，预设电压可以根据实际情况进行设置。

第二分压电阻的一端用于与三相供电线路的第二相线连接，第二分压电阻的另一端与第二二极管的正极端连接，第二二极管的负极端与第二光耦合器的输入端连接，第二光耦合器的负极端用于与三相供电线路的第三相线(C相)连接，第二光耦合器的输出端用于与处理器110连接，第二光耦合器的输出端还用于通过第二电容接地，第二光耦合器的接地端用于接地，其中，在第二电压大于第三相线的第三电压，且第二电压与第三电压的差值大于或等于预设电压时，第二光耦合器的输出端(GL2端)用于输出与第二相线对应的第二相序信号。

请结合参照图2和图3，第一相线到第二相线的电压可以记为Uab，第二相线到第三相线的电压可以记为Ubc。当Uab大于或等于第一光耦合器中的发光二极管导通电压(即预设电压)时，第一光耦合器便导通，此时GL1端输出的第一相序信号为低电平信号。当Uab小于第一光耦合器中的发光二极管导通电压(即预设电压)时，第一光耦合器便断开，此时GL1端输出的第一相序信号为高电平信号。

当Ubc大于或等于第二光耦合器中的发光二极管导通电压(即预设电压)时，第二光耦合器便导通，此时GL2端输出的第二相序信号为低电平信号。当Ubc小于第二光耦合器中的发光二极管导通电压(即预设电压)时，第二光耦合器便断开，此时GL2端输出的第二相序信号为高电平信号。

处理器110通过采集GL1端、GL2端输出的电平信号，可以解析得到电平信号中的上升沿、下降沿的时刻。其中，上升沿、下降沿的时刻在交流电电压正弦波(电流正弦波)中，对应的幅值通常是固定值。处理器110可以根正弦波中在上升沿、下降沿的幅值计算得到上升沿、下降沿到最近的过零时刻之间的时间长度。

作为一种可选的实施方式，例如，在图3中，处理器110可以通过第一相序信号的上升沿、下降沿计算得到t1、t3、t4、t7的时间点，以及根据t1时刻Uab的电压幅值(或t4时刻Uab的电压幅值)结合供电频率(例如可以为50赫兹、60赫兹等频率)、Uab最大幅值(或者额定电压，比如为380伏特)，计算得到从t1至Uab电压波形在过零时刻t8的时间长度，从而得到t8的时刻。其中，图3中的t6、t8时刻即为Uab的电压过零时刻。

作为一种可选的实施方式，在计算得到t4、t7(或者t1、t3)的时间点后，可以计算到t4至t7的中点时刻为t5＝(t4+t7)/2，该中点时刻即为Uab波谷所在时刻。基于供电频率，便可以计算得到Uab的电压过零时刻为

其中，T’为供电频率的周期。

可理解地，对于三相正弦交流电，若供电频率为50赫兹，每个相线中，正弦波的周期时长为20毫秒，在一个周期中，会出现两次过零电压时刻、以及两次过零电流时刻，同类型的过零时刻之间的间隔时长为10毫秒。

若通过测量得到继电器120从开始执行动作，到过零时刻所需的时间(即为上述的第二时长)为0.35毫秒。假设，继电器120从接收到控制信号至开始执行动作所需要的延时时间(即为上述的第一时长)为5毫秒，t8为检测Uab得到的第一个过零电压时刻。那么，t6便为Uab的第四个过零电压时刻。处理器110可以在第四个过零电压时刻(即t6)到来之前的5.35毫秒时刻向继电器120发送导通控制信号。继电器120在接收到导通控制信号后，因为自身硬件特性，需要延迟5毫秒才开始闭合开关的触头。因此，继电器120闭合触头后的第二时长时，时间刚到t6时刻，而t6时刻为电压过零时刻，因此，在闭合过程中，可以在电压过零左右完成开关触头的压合动作，从而降低或避免在闭合过程中产生电弧。

假设，Uab首先为零，则表示A相、B相为同时首开相(首(合)开相可理解为在保护开关装置100接收到开关触发信号后，首个出现过零电压或过零电流的相线)，正相的相序为ABC(或BCA，或CAB，即，正相的相序为ABCABC中相邻的三相的顺序)，反相的相序便为ACB、BAC、CBA，每相的相位角相差120°。当首(合)开相A相与B相之间的电压Uab＝0时，A相与B相继电器120的触头可同时闭合，过四分之一周期后C相相电压Uc＝0时再闭合较为理想。处理器110在(t6时刻前的5.35毫秒)发送了导通控制信号后，间隔5毫秒(即，四分之一的预设周期，预设周期为供电频率的周期)时，处理器110发送控制信号至继电器120，以使继电器120中的与C相连接的触头在过零时刻左右压合，实现电压过零的触头闭合。触点在压合后，与触点连接的相应的相线便能导通供电。

基于上述设计，处理器110在各相线的过零电压前分别提前发送控制信号，使得继电器120压合触头时，对应的相线的线电压的瞬时值为零或接近零，从而能够避免或减弱在闭合触头过程中产生的电弧。当触头在闭合过程中，没有电弧或产生的电弧较弱时，触头便不容易被电弧烧蚀，从而能够延长继电器120触头的使用寿命。

其中，处理器110根据第一相序信号、第二相序信号(即GL1端、GL2端输出的电平信号)确定首开相的方式可以为：基于相序信号中的上升沿、下降沿与Uab、Ubc的波形图的对应关系，根据第一相序信号、第二相序信号中的首个上升沿、首个下降沿时刻，确定Uab、Ubc随时间变化的波形图，然后根据Uab、Ubc波形图确定各相线的相电压随时间变化的波形图；最后，在各相线的相电压的波形图中，将在接收到开关触发信号的时刻之后的首个电压幅值为零的相线作为首开相。首个电压幅值为零的时刻即为首个过零电压时刻。

在本实施例中，相序检测模块130还可以用于检测每个相线的电流过零时刻。例如，对于三相正弦交流供电线路，每个相线上可以设置用于检测电流过零时刻的相序检测模块130。该相序检测模块130可以为电流互感器及光耦合器。其中，一个电流互感器可以设置在一个相线上，用于感测一个相线的电流，一个电流互感器的输出端与一个光耦合器连接，电流互感器可以根据相线周期性的大电流，感应生成周期性的小电流。其中，在相同时段内，感应生成的周期性的小电流的波形与被感应的相线的电流的波形相同，因此，可以将电流互感器感应生成的电流的过零电流时刻作为相线电流的过零电流时刻。光耦合器可以根据周期性的微弱电流输出第三相序信号，该第三相序信号的功能作用与上述的第一相序信号、第二相序信号相类似，可以为高低电平信号，可以用于确定电流互感器感应生成的电流的过零电流时刻，其确定方式可以与上述的电压过零时刻相类似，这里不再赘述。

处理器110还可以用于根据第三相序信号确定在收到开关触发信号后的首个过零电流时刻、首个过零电流时刻的相线。其中，首个过零电流时刻、首个过零电流时刻的相线的确定方式与确定首个过零电压时刻的相线的方式相类似，这里不再赘述。

当开关触发信号为关闭信号时，处理器110还用于在第N个过零电流时刻之前的预设时长时向继电器120输出第一控制信号，继电器120用于根据第一控制信号控制继电器120中的与首个过零电流时刻的相线连接的开关触头，在继电器120接收到所述第一控制信号后的预设时长内，使所述开关触头在断开后的触头间距在所述预设距离范围中；

由于在过零电流时刻之前提前开始断开，在断开过程中(即开关触头开始断开至完成断开所需的时间)，当到电流过零时刻时，开关触点的触头的位移间距已经够大，在随后的移动过程中，虽然电流会持续增大，但触头之间的位移已经拉开，从而不容易产生电弧，或产生的电弧较弱。

处理器110还用于在输出第一控制信号后的四分之一预设周期，向继电器120输出第二控制信号，继电器120用于根据第二控制信号控制继电器120中除与首个过零电流时刻的相线连接之外的开关触头，在继电器120接收到第二控制信号后的预设时长内，使得继电器120中除与首个过零电流时刻的相线连接之外的开关触头，在断开后的触头间距在所述预设距离范围中，预设周期为三相供电线路的供电频率的周期。

在三相正弦交流电中，首开相的触头分断后，其它两相的相电流变为线电流，与首开相的相位角相差90°，所以在处理器110向继电器120发出用于分断首开相的第一控制信号后，延时

预设周期向继电器120发出用于分断其它两相的第二控制信号，则三个相线都在过零电流时刻或在过零电流时刻的附近实现了分断，从而能够降低或避免在分断过程中出现的电弧。当在分断过程中，触头没有出现电弧或出现的电弧强度较弱，则触头便不容易被电弧烧蚀，从而能够延长继电器120触头的使用寿命，以保障继电器120长期正常使用。

作为一种可选的实施方式，处理器110还用于当根据第一相序信号、第二相序信号确定三相供电线路的相序反相或缺相时，输出第一报警信号。

在本实施例中，处理器110可以将确定的三相供电线路的当前相序与预设相序进行比对。若当前相序与预设相序不相同，则认为三相供电线路的相序反相。若当前相序与预设相序相同，则认为三相供电线路的相序相同。其中，预设相序可以根据实际情况进行设置，例如可以根据与继电器120接入的用电设备的接线相序进行确定。

其中，处理器110确定当前相序的方式可以为：在确定首开相的过程中，可以得到各相线的相电压的波形图，例如，将波形图中相邻的三个峰值(或谷值)的相线顺序作为当前相序。或者，根据第一相序信号、第二相序信号中上升沿、下降沿对应时刻的电平来确定。

请参照图3，例如，假设图3所示的相序为正相序。在当输出端GL1输出的P₀的波形上升沿时刻时t1或t4，处理器110判定外部中断引脚，若此时输出端P₁是低电平(即，输出端P₁的电平为预设电平，该预设电平为低电平)，则判定为正相序，波形即如同图3所示。如果当捕获到输出端P₀的波形上升沿时刻t1或t4，此时输出端P₁输出是高电平(即，输出端P₁的电平不是预设电平)，则判定为此时三相电源是反相序。

在本实施例中，处理器110可以通过各相线的相电压的波形图确定三相供电线路是否缺相，或者根据第一相序信号、第二相序信号中上升沿、下降沿对应时刻的电平确定。例如，若波形图中只有两相或一相的波形图，则确定三相供电线路缺相。第一相序信号、第二相序信号中不存在上升沿或下降沿，则处理器110可以确定三相供电线路缺相，或者，第一相序信号、第二相序信号中，一个高电平脉冲持续的时长不是预设时长(该预设时长为不缺相/相序正常时一个高电平脉冲的持续时长)，则确定确定三相供电线路缺相。

在本实施例中，通过相序检测，缺相检测，可以避免因反相、缺相而导致用电设备出现故障。其中，用电设备可以为电机或其他设备，例如，为水泵。比如，在三相交流电中，水泵的正反转与接入的相序相关，若水泵的相序接反或缺相，则会导致水泵反转或被烧坏，从而影响水泵的正常使用。

在本实施例中，保护开关装置100的供电可以从供电线路获取。或者，保护开关装置100可以包括与处理器110连接的供电模块提供。该供电模块可以是发电机、电池模组等，用于提供与保护开关装置100相匹配的电源。

请参照图4，作为一种可选的实施方式，保护开关装置100还包括开关电源140，开关电源140的输入端用于与供电线路连接，开关电源140的输出端用于与处理器110连接。

在本实施例中，开关电源140在接入到供电线路中时，可以提供与处理器110相匹配的电源。其中，开关电源140可以提供一路或多路电源，每路电源可以相同，也可以不同，可以根据实际情况确定开关电源140输出的电源类型。

作为一种可选的实施方式，开关电源140包括整流滤波模块141及变压模块142，整流滤波模块141的一端与供电线路连接，整流滤波模块141的另一端与变压模块142的一端连接，变压模块142的另一端与处理器110连接。

其中，整流滤波模块141可以包括整流桥及滤波电容。整流桥的输入端分别接三相供电线路的相线，以将交流电整流为直流电，滤波电容与整流桥并联，用于对整流后的直流电滤波，以使输出的直流电的电压/电流波形平滑，提高整流后的电源的质量。

变压模块142可以将整流滤波后的电压进行变换，以匹配保护开关装置100中的相应模块，以为相应模块供电。例如，变压模块142可以输出与处理器110、相序检测模块130、继电器120等模块相匹配的电源。基于此，保护开关装置100可以无需外接供电模块，通过开关电源140便可以从供电线路获取到电能，从而实现保护开关装置100的供电。其中，处理器110、相序检测模块130、继电器120等模块所需的电源的型号可以根据实际情况进行确定，这里不作具体限定。

请结合参照图5至图7，作为一种可选的实施方式，保护开关装置100还包括与处理器110连接的温度检测模块150，温度检测模块150用于设置在电动机10上以感测电动机10的温度，处理器110还用于在温度大于或等于预设温度阈值时，输出第二报警信号。其中，预设温度阈值可理解为电动机10正常工作期间能承受的最大温度值，或者为小于该最大温度值的一个温度值，该最大温度值、预设温度阈值可以根据实际情况进行设置，这里不作具体限定。

温度检测模块150为用于检测电动机10温度的温度传感器，其型号可以根据实际情况进行选择，这里不作具体限定。

在上述实施方式中，通过在检测到温度大于或等于预设温度阈值时，输出报警信号，有助于管理人员或保护开关装置100及时根据报警信号进行处理，以避免因温度过高而出现故障。比如，在电动机10运行期间，若检测到温度过高(比如，温度大于或等于预设温度阈值)，处理器110便生成用于关闭电动机10的控制信号，然后基于控制信号控制电动机10的各相线在过零电流时刻断电。

作为一种可选的实施方式，电动机10包括液泵，保护开关装置100还包括与处理器110连接的液位检测模块160，液位检测模块160用于检测液泵在液体中的液位深度，处理器110还用于在液位深度小于或等于预设深度阈值时，输出第三报警信号。其中，预设深度阈值可以为液泵正常工作过程中能够承受的最低深度或者大于该最低深度的一个值。

液位检测模块160可以为用于检测液面与电动机10表面的相对距离的传感器。例如，液位检测模块160可以为用于检测液面与电动机10表面的相对距离的水位浮球，或其他传感器。

在上述实施方式中，通过在检测到液位深度小于或等于预设深度阈值时，输出报警信号，有助于管理人员或保护开关装置100及时根据报警信号进行处理，以避免因液位过低而使得液泵出现故障。比如，在液泵运行期间，若检测到液位过低(比如，液位深度小于或等于预设深度阈值)，处理器110便生成用于关闭液泵的控制信号，然后基于控制信号控制液泵的各相线在过零电流时刻断电，以避免液泵因液位过低而出现故障(故障可以为：比如，因没液体冷却而烧坏)。

作为一种可选的实施方式，保护开关装置100还包括与处理器110连接的报警模块，用于根据处理器110输出的报警信号发出报警提示。

在本实施例中，报警模块可以发出灯光、声音中的一种或多种组合进行报警。例如，报警模块可以为指示灯、喇叭等。可理解地，报警模块可以根据处理器110输出的报警信号(比如第一报警信号、第二报警信号、第三报警信号等)发出相应的报警提示。对于不同的报警信号，可以发出不同的提示，以进行便于管理人员进行区分。例如，可以通过不同的声音、灯光等区分报警内容。

作为一种可选的实施方式，继电器120包括磁保持继电器、时间继电器等。

其中，磁保持继电器在运行过程中，只需要在开关变换期间为开关的绕组线圈通电。在开关触点闭合后或者在开关触点断开后，不需要再为绕组线圈通电，磁保持继电器通过永久磁铁保持开关触点断开或闭合，从而有助于降低继电器120在使用过程中的功耗。

作为一种可选的实施方式，保护开关装置100还可以包括与处理器110连接的电压检测模块170。电压检测模块170的数量可以为一个也可以为多个，可以用于检测每相相线的电压，或者还可以用于检测开关电源140输出的电压。当处理器110确定所检测到的电压未在相应的预设电压范围内时，处理器110可以生成第四报警信号。其中，预设电压范围可以根据相电压的正常工作电压范围、保护开关装置100中相应器件(比如处理器110、继电器120等)中正常工作的电压范围而确定，这里不作具体限定。

保护开关装置100可以根据第四报警信号进行相应的处理。例如，在检测到开关电源140输出的电源的电压未在该电源的预设电压范围内时，保护开关装置100便停止运行，以避免开关电源140输出的电压过大而被烧坏保护开关装置100中的器件(例如继电器120、处理器110等)。

请结合参照图6和图7，本申请还提供一种电动机10。该电动机10可以包括电机本体200及上述实施例中的保护开关装置100，保护开关装置100中的继电器120与电机本体200电连接。该电动机10本体可以为三相电机，工作在三相交流电中。

在本实施例中，保护开关装置100作为电动机10本体的电源开关，可以对电动机10本体供电的相序、过零时刻、正反相、缺相、温度等参数进行检测，以提高电动机10本体运行的安全性，从而有助于延长电动机10的寿命。

请参照图7，保护开关装置100还可以包括与处理器110连接的电流检测模块180。电流检测模块180可以包括一个或多个电流互感器，一个电流互感器可以设置在一个相线上，用于感测相线的电流。处理器110可以根据其中一个或多个电流互感器测量得到的电流，并在电流大于或等于预设电流阈值时，生成第五报警信号，以便于保护开关装置100根据第五报警信号断开继电器120中的开关触点，避免与继电器120连接的电动机10因电流过大而被烧坏。其中，预设电流阈值可以为电动机10电动机10正常工作的最大电流，或高于该最大电流的一个值，该预设电流阈值可以根据实际情况进行设置，这里不做具体限定。

处理器110可以是通用处理器110。例如，该处理器110可以是中央处理器110(Central Processing Unit，CPU)、数字信号处理器110(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。例如，处理器110可以为STM32系列单片机。

作为一种可选的实施方式，保护开关装置100还可以包括与处理器110连接的存储器。存储器可以是，但不限于，随机存取存储器，只读存储器，可编程只读存储器，可擦除可编程只读存储器，电可擦除可编程只读存储器等。在本实施例中，存储器可以用于存储预设时长、预设周期等预设阈值。当然，存储器还可以用于存储程序，处理器110在接收到执行指令后，执行该程序。

需要说明的是，存储器可以集成在处理器110中，使得处理器110具有存储器的存储功能。或者存储器为独立于处理器110的电子器件。

综上所述，本申请提供一种保护开关装置及电动机。保护开关装置包括处理器、继电器及相序检测模块；继电器的控制端与处理器连接，继电器的输出端用于与供电线路的相线连接；相序检测模块的输入端用于与相线连接，并在处理器接收到开关触发信号时，感测相线的相序信号，相序检测模块的输出端与处理器连接；处理器用于在收到开关触发信号后，根据相序信号确定相线的第N个过零时刻，并在第N个过零时刻之前的预设时长时，向继电器输出控制信号，继电器用于在接收到控制信号后的预设时长时使继电器的开关触头的触头间距在预设距离范围中，其中，N为大于或等于2的整数。在本方案中，继电器在接收到控制信号到执行动作存在延时，通过在过零时刻前提前预设时长向继电器发送控制信号，使得继电器在过零时刻左右执行动作，从而能够降低或避免继电器执行动作所产生的电弧，从而改善继电器的开关触点因电弧而被烧坏的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种保护开关装置，其特征在于，所述保护开关装置包括处理器、继电器及相序检测模块；

所述继电器的控制端与所述处理器连接，所述继电器的输出端用于与供电线路的相线连接；

所述相序检测模块的输入端用于与所述相线连接，并在所述处理器接收到开关触发信号时，感测所述相线的相序信号，所述相序检测模块的输出端与所述处理器连接；

所述处理器用于在收到所述开关触发信号后，根据所述相序信号确定所述相线的第N个过零时刻，并在所述第N个过零时刻之前的预设时长时，向所述继电器输出控制信号，所述继电器用于在接收到所述控制信号后的所述预设时长时使所述继电器的开关触头的触头间距在预设距离范围中，其中，N为大于或等于2的整数。

2.根据权利要求1所述的保护开关装置，其特征在于，所述供电线路包括三相供电线路，所述相序检测模块包括第一检测电路及第二检测电路；所述第一检测电路包括第一分压电阻、第一二极管、第一光耦合器、第一电容，所述第二检测电路包括第二分压电阻、第二二极管、第二光耦合器、第二电容；

所述第一分压电阻的一端用于与所述三相供电线路的第一相线连接，所述第一分压电阻的另一端与所述第一二极管的正极端连接，所述第一二极管的负极端与所述第一光耦合器的输入端连接，所述第一光耦合器的负极端用于与所述三相供电线路的第二相线连接，所述第一光耦合器的输出端用于与所述处理器连接，所述第一光耦合器的输出端还用于通过所述第一电容接地，所述第一光耦合器的接地端用于接地，其中，在所述第一相线的第一电压大于所述第二相线的第二电压，且所述第一电压与所述第二电压的差值大于或等于预设电压时，所述第一光耦合器的输出端用于输出与所述第一相线对应的第一相序信号；

所述第二分压电阻的一端用于与所述三相供电线路的第二相线连接，所述第二分压电阻的另一端与所述第二二极管的正极端连接，所述第二二极管的负极端与所述第二光耦合器的输入端连接，所述第二光耦合器的负极端用于与所述三相供电线路的第三相线连接，所述第二光耦合器的输出端用于与所述处理器连接，所述第二光耦合器的输出端还用于通过所述第二电容接地，所述第二光耦合器的接地端用于接地，其中，在所述第二电压大于所述第三相线的第三电压，且所述第二电压与所述第三电压的差值大于或等于所述预设电压时，所述第二光耦合器的输出端用于输出与所述第二相线对应的第二相序信号。

3.根据权利要求2所述的保护开关装置，其特征在于，所述处理器还用于根据所述第一相序信号、第二相序信号确定在收到所述开关触发信号后的首个过零电流时刻、所述首个过零电流时刻的相线；

当所述开关触发信号为关闭信号时，所述处理器还用于在第N个过零电流时刻之前的所述预设时长时向所述继电器输出第一控制信号，所述继电器用于根据所述第一控制信号控制所述继电器中的与所述首个过零电流时刻的相线连接的开关触头，在所述继电器接收到所述第一控制信号后的所述预设时长内，使所述开关触头在断开后的触头间距在所述预设距离范围中；

所述处理器还用于在输出所述第一控制信号后的四分之一预设周期，向所述继电器输出第二控制信号，所述继电器用于根据所述第二控制信号控制所述继电器中除与所述首个过零电流时刻的相线连接之外的开关触头，在所述继电器接收到所述第二控制信号后的所述预设时长内，使得所述继电器中除与所述首个过零电流时刻的相线连接之外的开关触头在断开后的触头间距在所述预设距离范围中，所述预设周期为所述三相供电线路的供电频率的周期。

4.根据权利要求2所述的保护开关装置，其特征在于，所述处理器还用于当根据所述第一相序信号、第二相序信号确定所述三相供电线路的相序反相或缺相时，输出第一报警信号。

5.根据权利要求1所述的保护开关装置，其特征在于，所述保护开关装置还包括开关电源，所述开关电源的输入端用于与所述供电线路连接，所述开关电源的输出端用于与所述处理器连接。

6.根据权利要求1所述的保护开关装置，其特征在于，所述继电器包括磁保持继电器。

7.根据权利要求1所述的保护开关装置，其特征在于，所述保护开关装置还包括与所述处理器连接的温度检测模块，所述温度检测模块用于设置在电动机上以感测所述电动机的温度，所述处理器还用于在所述温度大于或等于预设温度阈值时，输出第二报警信号。

8.根据权利要求7所述的保护开关装置，其特征在于，所述电动机包括液泵，所述保护开关装置还包括与所述处理器连接的液位检测模块，所述液位检测模块用于检测所述液泵在液体中的液位深度，所述处理器还用于在所述液位深度小于或等于预设深度阈值时，输出第三报警信号。

9.根据权利要求1所述的保护开关装置，其特征在于，所述保护开关装置还包括与所述处理器连接的报警模块，用于根据所述处理器输出的报警信号发出报警提示。

10.一种电动机，其特征在于，所述电动机包括电机本体及如权利要求1-9中任意一项所述的保护开关装置，所述保护开关装置中的继电器与所述电机本体电连接。

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