晶閘管自動重合閘開關的製作方法

2023-10-10 11:01:19 1

專利名稱：晶閘管自動重合閘開關的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種晶閘管自動重合閘開關，特別是涉及一種單片機控制的晶閘管反並聯自動重合閘無觸點式開關。

背景技術：
截止目前，國外的義大利、國內的江蘇省蘇州市、廣東省廣州市均有生產商提供自動重合閘開關，或稱三相自動重合閘漏電保護開關，其共同特點是利用機械自動化原理，結合現代電子技術的產品，其構造仍然屬於有觸點式，其共同缺點也就是有觸點式結構帶來的蔽端，觸頭容量受限制，觸頭電弧及火花為特殊應用場合帶來安全隱患。

發明內容
本發明的目的在於提供一種晶閘管自動重合閘開關，它是採用單片機控制的智能型，由晶閘管反並聯作為無觸點開關元件的自動重合閘開關。各單元電路之間的連接關係及信號傳遞的走向如晶閘管重合閘開關原理框圖(1)。
本發明的目的是通過下述方式實現的，本發明所述的晶閘管自動重合閘開關，包括SCR(晶閘管)反並聯主電路(3)和單片機控制系統，單相兩線(或三線)系統，主電路包含一對反並聯晶閘管功率元件；三相四線(或五線)系統，主電路包含三對反並聯晶閘管功率元件，晶閘管反並聯主電路是無觸點式開關元件；單片機控制系統包含單片機晶片MCU(2)(PIC16F690)及外圍電路；外圍電路包含電源信號採樣電路(4)、單片開關電源形成電路(5)、負載信號採樣電路(6)、開關狀態檢測電路(7)、觸發電路(8)、報警輸出接口電路(9)、幹接點輸出電路(10)。
本發明所述的晶閘管自動重合閘開關，其中單片開關電源形成電路(5)由市電供電，形成單片機晶片MCU(2)及其外圍電路所需的工作電源。
本發明所述的晶閘管自動重合閘開關，其中電源信號採樣電路(4)提供的信號與預存的基準值進行比較，經單片機晶片MCU(2)邏輯判斷為電網缺相、失壓、欠壓、過壓等故障狀態，MCU(2)發出控制指令，停發觸發信號，關閉SCR反並聯主電路(3)，晶閘管自動重合閘開關自動分閘。
本發明所述的晶閘管自動重合閘開關，其中負載信號採樣電路(6)提供的信號與預存的基準值進行比較，經MCU(2)邏輯判斷為負載過流、短路、漏電等故障狀態，MCU(2)發出控制指令，停發觸發信號，關閉SCR反並聯主電路(3)，晶閘管自動重合閘開關自動分閘。
本發明所述的晶閘管自動重合閘開關，其中電源信號採樣電路(4)及負載信號採樣電路(6)提供的信號經MCU(2)識別並判斷為電網故障消失或負載故障消除，MCU(2)發出正常觸發信號，開通SCR反並聯主電路(3)，晶閘管自動重合閘開關自動重合閘。
本發明所述的晶閘管自動重合閘開關，其中電源信號採樣電路(4)、負載信號採樣電路(6)或開關狀態檢測電路(7)提供的信號或MCU(2)自身工作狀態不正常，MCU(2)經報警輸出接口電路(9)輸出報警蜂鳴信號 前端電力網(市電)故障——4S響一聲； 後端負載故障——1S響一聲 「開關」自身故障——0.5S響一聲； 後端負載短路——長鳴！ 本發明所述的晶閘管自動重合閘開關，其中開關狀態檢測電路(7)提供的信號診斷出SCR反並聯主電路(3)有故障或MCU(2)自身工作狀態不正常，MCU(2)均自診斷為晶閘管自動重合閘開關故障，MCU(2)停發觸發信號，SCR反並聯主電路(3)自動分閘，MCU(2)經幹接點輸出電路(10)輸出控制信號啟動本開關之外的安全冗餘備份通道K2，使負載獲得正常連續供電。
本發明的晶閘管自動重合閘開關，是用單片機控制的晶閘管反並聯自動重合閘無觸點開關，克服了觸頭電弧及火花的隱患，目前採用國產反並聯晶閘管功率元件作為晶閘管自動重合閘開關的主要組成部件，其容量已經達到500A、1800V，今後隨著晶閘管功率元件技術及製造水平的提高，晶閘管自動重合閘開關的容量也可相應提高，隨著電力電子技術的發展，無觸點式自動重合閘開關代替有觸點式重合閘開關，是大勢所趨。
本發明的主要優點在於它具有傳統的開關功能，但無有形的刀閘或觸頭等部件，屬於無觸點式開關元件。本發明採用了現代電力電子技術及微機控制技術實現帶載「分」和「合」閘功能，並能在線檢測前端電網(市電電源)狀態和後端負載故障。本發明同時具備(1)故障識別；(2)故障指示；(3)重合閘之前故障檢測與判斷；(4)實時顯示電網電壓值；(5)能存儲歷史故障信息；(6)能以不同的音響區分電源故障、負載故障、開關自身故障的報警。當晶閘管自動重合閘開關有故障時，可以自動啟動本開關之外的安全冗餘備份通道K2，使負載獲得正常連續供電。
本發明可用於電信、移動、電力、廣電、交通等行業的無人值守機房配電，尤其是山高路遠地區，無觸點式自動重合閘可減少人員對機房的維護工作量，保障通信設備及時恢復正常工作，減少電網故障的二次損失。

圖1是 晶閘管自動重合閘開關原理框圖 圖2是 單片機晶片MCU-PIC16F690管腳及其外圍電路圖 圖3是 三相四線(或五線)晶閘管反並聯主電路 圖4是 電源信號採樣電路 圖5是 單片開關電源形成電路 圖6是 負載信號採樣電路 圖7是 開關狀態檢測電路 圖8是 觸發電路 圖9是 報警輸出電路 圖10是 幹接點輸出電路 具體實施方式
如原理框圖(1)所示，本發明的晶閘管自動重合閘開關包含以下9個強弱電組件構成，原理框圖中的晶閘管自動重合閘開關的主體SCR反並聯主電路是無觸點的開關電路。其它8個組件是MCU晶片(2)、電源信號採樣電路(4)、單片開關電源形成電路(5)、負載信號採樣電路(6)、開關狀態檢測電路(7)、觸發電路(8)、報警輸出電路(9)、幹接點輸出電路(10)。
具體實施方式
是將從單片機晶片MCU(2)到幹接點輸出電路(10)共8個弱電組件安裝在一塊印刷電路板上，(或者本發明已形成批產時，可集成為一塊晶片IC1)該印刷電路板固定在SCR反並聯主電路(3)的散熱器旁，並通過接插件與SCR反並聯主電路(3)連接；SCR反並聯主電路(3)屬於無觸點功率電子電路，必須根據負載大小與性質精心設計散熱器(通用器件，不屬於本發明之列)與其配套；反並聯主電路(3)用四隻金屬螺栓安裝在散熱器頂部；MCU晶片(2)及印刷電路板(或晶片IC1)等弱電組件安置在散熱器側面的金屬屏蔽盒內，通過接插件與散熱器頂部的功率電子主電路聯接。
下面說明本發明晶閘管自動重合閘開關工作過程。
三相四線(或五線)或單相三線制，以A相為例說明晶閘管自動重合閘開關的工作過程，從最典型的電網停電狀態說起。
由附圖(3)可知，當電網停電，UA＝0，SCR反並聯主電路中的SCR1、SCR2的陽極與陰極之間無電位差，全自動截止，相當於晶閘管自動重合閘開關自動分閘，負載RL失電。
當電網故障排除，電網重新送電後，單片機晶片MCU(2)經過單片開關電源(5)獲得工作電源，分別經過電源信號採樣電路(4)、負載信號採樣電路(6)、開關狀態檢測電路(7)分別檢測電源狀態、負載狀態、重合閘開關自身狀態是否符合重合閘條件，如果符合，單片機晶片MCU(2)在某時刻向A相觸發電路(8)輸入觸發信號，使A相反並聯晶閘管開通，實現自動重合閘。
自動重合閘之後，開關正常工作若干時間(幾日、幾周、幾月……)到達某時刻，開關狀態檢測電路(7)提供的信號被診斷為SCR反並聯主電路(3)有故障或單片機晶片MCU(2)自身工作狀態不正常，MCU(2)均自診斷為晶閘管自動重合閘開關故障，MCU(2)控制系統停發觸發信號，晶閘管自動重合閘開關自動分閘，同時，MCU(2)經幹接點輸出電路(10)輸出控制信號，啟動本開關之外的冗餘備份通道K2，使負載獲得正常連續供電。
自動重合閘之後，開關正常工作若干時間到達某時刻，單片機晶片MCU(2)檢測到負載有故障(過流、短路、漏電等)，則MCU(2)控制系統停發觸發信號，晶閘管自動重合閘開關自動分閘，避免負載故障擴大，甚至引起火災，造成重大經濟損失及人身傷害。
自動重合閘之後，開關正常工作若干時間到達某時刻，如電網故障(失壓、欠壓、過壓，缺相等)，MCU(2)診斷後會停止觸發信號，晶閘管自動重合閘開關自動分閘，避免不良電網電壓對負載造成的損害。
完成本發明晶閘管自動重合閘開關的單片機控制過程如下 1.電網恢復正常供電，單片開關電源形成工作電源，MCU(2)開始執行軟體程序； 2.初始化設定； 3.MCU(2)執行狀態檢測； 4.MCU(2)進行故障分析； 5.如是負載故障(Y)，MCU(2)關閉觸發信號，開關處於分閘狀態；如不是(N)，為重合閘準備了負載條件； 6.如是開關自身故障(Y)，MCU(2)關閉觸發信號，開關處於分閘狀態；在電網無故障(N)、負載無故障(N)的條件下啟動安全冗餘備份通道K2；如不是(N)，為重合閘準備了開關自身條件； 7.如是電網故障(Y)，開關處於分閘狀態；如不是(N)，輸出正常觸發信號； 8.會聚開關自身無故障、負載無故障、電源無故障三個條件全具備，晶閘管自動重合閘開關才自動重合閘，開關頂部LED顯示電網電壓值，開關進入正常運行狀態。
9.三個條件無論任何一個出現故障，晶閘管自動重合閘開關會自動分閘。

權利要求1.一種晶閘管自動重合閘開關，包括無觸點晶閘管反並聯主電路和控制主電路自動分合閘的單片機控制系統，其特徵是包括SCR晶閘管反並聯主電路(3)，是代替機械有觸點開關的無觸點電子開關的主體；控制主電路自動分、合閘的單片機控制系統包括單片機晶片MCU(2)；以及單片機外圍控制電路電源信號採樣電路(4)、單片開關電源形成電路(5)、負載信號採樣電路(6)、開關狀態檢測電路(7)、觸發電路(8)、報警輸出接口電路(9)、幹接點輸出電路(10)。
2.根據權利要求1所述的晶閘管自動重合閘開關，其特徵是SCR反並聯主電路(3)是無觸點式電力電子開關組件。
3.根據權利要求2所述的晶閘管自動重合閘開關，其特徵是由市電電源經單片開關電源形成電路(5)形成的工作電源供單片機晶片MCU(2)及其外圍電路用電。
4.根據權利要求3所述的晶閘管自動重合閘開關，其特徵是電源信號採樣電路(4)採得的市電電源信號與預存的基準值進行比較，經單片機晶片MCU(2)作出邏輯判斷、並發出電源故障報警信號，並指令晶閘管自動重合閘開關自動分閘。
5.根據權利要求4所述的晶閘管自動重合閘開關，其特徵是負載信號採樣電路(6)採得的負載信號與預存的基準值進行比較，經單片機晶片MCU(2)作出邏輯判斷，並發出負載故障報警信號，並指令晶閘管自動重合閘開關自動分閘。
6.根據權利要求5所述的晶閘管自動重合閘開關，其特徵是電源信號採樣電路(4)及負載信號採樣電路(6)提供的信號經單片機晶片MCU(2)識別並判斷為電網故障消失或負載故障消除單片機晶片MCU(2)發出正常觸發信號，開通SCR反並聯主電路(3)，晶閘管自動重合閘開關自動重合閘。
7.根據權利要求6所述的晶閘管自動重合閘開關，其特徵是根據電源信號採樣電路(4)、負載信號採樣電路(6)或開關狀態檢測電路(7)提供的信號判斷有故障或單片機晶片MCU(2)自身工作狀態不正常，單片機晶片MCU(2)經報警輸出接口電路輸出蜂鳴報警信號。
8.根據權利要求7所述的晶閘管自動重合閘開關，其特徵是開關狀態檢測電路(7)提供的信號或單片機晶片MCU(2)自身工作狀態不正常，單片機晶片MCU(2)均自診斷為晶閘管自動重合閘開關故障，單片機晶片MCU(2)停發觸發信號，SCR反並聯主電路(3)自動分閘，單片機晶片MCU(2)經幹接點輸出電路(10)輸出控制信號，啟動本開關之外的冗餘備份通道K2，使負載獲得正常連續供電。
專利摘要一種晶閘管自動重合閘開關，包括晶閘管反並聯主電路和單片機控制系統，晶閘管反並聯主電路屬於無觸點式電力電子元件；單片機控制系統包含單片機晶片及外圍電路；外圍電路包含電源信號採樣、單片開關電源形成、負載信號採樣、開關狀態檢測、觸發電路、報警輸出接口、幹接點輸出電路等；採用了現代電力電子技術及微機控制技術實現無觸點式分和合閘功能，並能在線檢測電源、負載及自身故障；本實用新型可用於電信、移動、電力、廣電、交通等行業的無人值守機房配電，尤其是山高路遠地區，無觸點式自動重合閘可減少人員對機房的維護工作量，保障通信設備及時恢復正常工作，減少電網故障的二次損失。
文檔編號H02H3/06GK201584741SQ20092015303
公開日2010年9月15日 申請日期2009年5月18日 優先權日2009年5月18日
發明者葉曉燕, 任哲 申請人:葉曉燕, 任哲