開關單一相同步開閉自動控制裝置的製作方法
2023-06-17 07:53:01
專利名稱：開關單一相同步開閉自動控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於交流開關電器開閉過程滅弧的自動控制裝置。
交流開關電器的觸頭在開斷或閉合負載時，電弧放電在觸頭間產生，觸頭的電磨損非常嚴重。雖然 在開關電器中已採用了各種方法加強滅弧室的滅弧能力及觸頭的截流能力，但現有的滅弧措施，及GK86 1 04487公開的自環流反饋自熄式滅弧交流接觸器中的環式觸頭，GG87 2 03775公開的滅弧裝置，CN2038278U公開的諧振滅弧開關，均為被動的滅弧方式。電弧仍然是觸頭磨損的主要原因，仍是提高觸頭開閉能力的障礙。
本實用新型的目的就是提供一種自動控制裝置，它可以減弱交流開關電器開閉時產生的電弧。如
圖1所示。
本實用新型的目是這樣實現的圖1是開關單一相同步開閉自動控制裝置原理附圖。
該自動控制裝置由開關單一相同步開斷電路和開關單一相同步閉合電路組成。
開關單一相同步開斷電路包括電流相位採樣比較單元①、啟動開關S1、啟動控制單元②、脈衝展寬單元③、電平調整單元④、開斷光耦合雙向過零開關驅動單元⑤、開斷控制雙向可控矽V5。
開關單一相同步開斷電路的電流相位採樣單元，通過電流相位採樣互感器TA與三相電源的任一相連接，並將所採樣的通過相位比較後，表徵被採樣相電流零相位點的定相脈衝，始終送入啟動控制單元。當被控負荷設備要求從電網中脫開時，按下啟動開關S1，啟動控制單元將電流相位採樣比較單元送入的高電平定相脈衝，同啟動開關S1送入高電平啟動脈衝一起以「與」邏輯組合，輸出一個仍然表徵被採樣相電流零相位點的高電平同步開斷控制脈衝，經脈衝展寬單元展寬，使同步開斷控制脈衝的寬度，與被控開關的開斷響應時間tr一致。展寬後的同步開斷控制脈衝經電平調整單元調整為低電平脈衝，送入開斷光耦合雙向過零開關驅動單元，驅動開斷光耦雙向過零開關D6，由常態的導通轉為瞬時關斷，受開斷光耦合雙向過零開關D6控制，常態為導通的開斷控制雙向可控矽V5同時瞬時關斷。因被開關的電磁驅動控制電路同開斷控制雙向可空矽V5串聯，故被控開關的三相主觸頭，在其中一相主觸頭與被採樣相電流的零相位點，同步的條件下開斷。
開關單一相同步閉合電路包括電壓相位採樣比較單元⑥、啟動開關S2、啟動控制單元⑦、脈衝展寬單元⑧、閉合光耦合雙向過零開關驅動單元⑨、閉合控制雙向可控矽V4。
開關單一相同步閉合電路的電壓相位採樣比較單元，通過電壓相位採樣變壓器TV與三相電源的任一相連接，並將所採樣的通過相位比較後，表徵被採樣相電壓峰值點的定相脈衝，始終送入啟動控制單元。當被控負荷設備要求進入電網時，按下啟動開關S2，啟動控制單元將電壓相位採樣比較單元送入的高電平定相脈衝，同啟動開關S2送入的高電平啟動脈衝一起以「與」邏輯組合，輸出一個仍然表徵被採樣相電壓峰值點的高電平同步閉合控制脈衝。經展寬單元展寬，使同步閉合控制脈衝的寬度，與被控開關的閉合響應時間tp一致。展寬後的同步閉合控制脈衝，送入閉合光耦合雙向過零開關驅動單元，驅動閉合光耦合雙向過零開關D6，由常態的關斷轉為瞬時導通，受閉合光耦合雙向過零開關D6』控制，常態為關斷的閉合控制雙向可控矽V4同時瞬時導通，因被控開關的電磁驅動控制電路同閉合控制雙向可控矽V4串聯，故被控開關的三相主觸頭，在其中一相主觸頭與被採樣相電壓峰值點，同步的條件下閉合。
開斷控制雙向可控矽V5與被控開關的常開輔助觸頭串聯後，同閉合控制雙向可控矽V4組成的並聯電路，與被控開關電磁驅動線圈串聯。V5與被控開關的常開輔助觸頭串聯，構成對被控開關處於同步閉合狀態的自鎖，因此V5的常態是導通狀態。當閉合控制雙向可控矽V4，在同步閉合控制脈衝的驅動下，由常態的關斷瞬時導通對電磁驅動線圈送電，被控開關進行閉合動作，使與V5串聯的常開輔助觸頭閉合。這樣常開輔助觸頭與常態為導通的V5構成了對電磁驅動線圈通電的自鎖，維持住被控開關的閉合狀態。同步閉合狀態的自鎖形成以後，V4就由瞬時導通恢復常態的關斷，等待下一次的閉合控制。如被控開關需開斷，只要使開斷控制雙向可控矽V5由常態的導通轉為瞬時關斷，則電磁線圈失電，常開輔助觸頭由閉合轉為常開，V5與常開輔助觸頭構成的自鎖解除，被控開關開斷，V5恢復為常態的導通狀態，等待下一次開斷控制。
與被控開關電磁驅動線圈串聯的開關K1、K2，為裝置的手動/自動轉換開關。K2閉合，K1斷開，裝置進入單一相同步開斷自動控制或單一相同步閉合自動控制狀態。若K2斷開，K1閉合，則被控開關由原有的常規起、停、保控制電路完成隨機開閉。
Vca、Vcb為裝置的直流工作電源。
除電流相位採樣互感器TA，電壓相位採樣變壓器TV，置於被控開關原安裝機架上外。其他元件則分兩大部分，安裝在兩塊印刷電路板(1)、(2)上，置於殼體(5)內。印刷板(1)為開關單一相同步開斷自動控制/開關單一相同步閉合自動控制電路板；印刷板(2)為開斷控制雙向可控矽V5，閉合控制雙向可控矽V4及裝置直流工作電源電路板。殼體(5)面板上裝有觸摸啟動開關(6)、(8)、手動/自動轉換開關(7)、裝置工作電源開關(9)。(4)為置於殼體(5)後蓋上的接線插座，(3)為置於殼體(5)內的裝置工作電源變壓器，見圖2。
本裝置獨立的存在於被控開關電器的原控制電路中，被控開關電器原控制電路的控制特性，不因裝置的植入而發生改變。
本自動控制裝置通過使被控開關三相主觸頭的其中任一相主觸頭，同三相電源單一相電流零相位點、電壓峰值點同步開、閉，降低了三相主觸頭的同步開閉相及非同步開閉相的開閉係數，從而減小了主觸頭開閉過程的電弧能量，降低了主觸頭的電磨損，提高了觸頭的使用壽命，同時也降低了開關開閉過程對電網的衝擊和能耗。
下面結合圖3及具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明。
圖3是開關單一相同步開閉自動控制裝置實施例原理圖。
開關單一相同步開斷電路，是通過電流相位採樣互感器TA，與三相電源的被採樣相連接的，輸出端是通過開斷控制雙向可控矽V5，與被控開關原有的電磁驅動控制電路連接的。
電流相位採樣比較單元，由電流相位採樣互感器TA，電阻R1、R2、或非門電路D1構成。電流零相位點採樣信號，由TA取自與TA連接的被採樣相，被採樣相可以是三相電源的任一相。接在TA次級起相位比較作用的，或非門電路D1兩輸入端之間的電阻R1、R2，為基準定相電阻，它們在D1兩輸入端上產生的電壓降，即為D1進行相位比較的基準零電壓軸。當D1的兩個輸入端上都為表徵被採相電流零相位點的低電平，並與基準零電壓軸交叉時，則D1以「或非」邏輯，輸出一個對應被採樣相電流零相位點的定相高電平脈衝，並始終送至啟動控制單元的與門電路D2的A輸入端。
啟動控制單元，由電阻R4、R5及與門電路D2構成。接在D2A、B兩輸入端上的電阻R4、R5，作用是使D2的A、B兩輸入端，在無電流定相高電平脈衝，無觸摸啟動開關送入的高電平啟動脈衝時，A、B兩輸入端均為低電平，並經後繼諸單元的調整和處理，使開斷控制雙向可控矽V5的常態為導通狀態。
接在D2B輸入端上的觸摸式啟動開關，由電阻R9、三級管V6及觸摸點ST1構成。用裸手指直接觸摸ST1，三級管V6導通，直流工作電源Vca通過V6，加在D2的B輸入端，使B輸入端的電平由低電平變為近於Vca的高電平。由於D2的A輸入端上一直加有電流定相高電平脈衝，所以D2在A、B兩輸入端上高電平的作用下，進入「與」邏輯狀態，輸出一個同步開斷控制脈衝。電阻R9為V6的偏置電阻，用於防止金屬物直接觸及觸摸點ST1時，使V6過載而燒毀。
採用觸摸式啟動開關，是為了消除動觸式開關接觸時的振顫幹擾，使同步開斷電路可靠啟動。
脈衝展寬單元，由兩極管V1、電阻R3、電容器C1所構成的電平延時網絡及與門電路D3組成。由啟動控制單元送入的同步開斷控制脈衝，在脈衝展寬單元分為兩路，一路信號直達與門電路D3，另一路則通過由V1、R3、C1構成的延時網絡，到達與門電路D3。這樣由於延時網絡的電平延遲作用，D3輸出的脈衝就是一個被展寬的同步開斷控制脈衝。調節電阻R3的值，改變了C1的充電時間，也即改變了同步開斷控制脈衝的寬度。兩極管V1起電平隔離作用，防止C1上的高電平電壓通過R3迅速放電，影響D3進入「與」邏輯狀態。
電平調整單元，由電阻R7、R8、R6及反相電路D4構成D3輸出的展寬後的高電平同步開斷控制脈衝，由D4轉換為低電平的同步開斷控制脈衝。R7的作用是使D4的輸入端在無高電平同步開斷控制脈衝時為低電平。電阻R6、R8為D4的oc輸出端的直流偏置電阻，使D4的oc輸出端為正常的直流偏置狀態。
開斷光耦合雙向過零開關驅動單元，由反相驅動電路D5、開斷雙向過零開關D6構成。同步開斷電路未啟動時，只要電路有直流工作電源Vca加入，D5的輸出端就是常態的低電平，開斷光耦合雙向過零開關D6就一直是導通的，從而保證與D6連接的開斷控制雙向可控矽V5的常態為導通狀態。
當D4的輸入端，出現高電平同步開斷控制脈衝時，D4將此脈衝轉換為低電平脈衝，送入D5驅動D6由常態的導通轉為瞬時關斷，V5也隨之瞬時關斷，被控開關的三相主觸頭，在其中一相主觸頭與被採樣相電流零相位點同步的條件下開斷。開斷穩定之後，D5、V5恢復常態。
開關單一相同步閉合電路，通過電壓相位採樣變壓器TV，與三相電源的被採樣相連接，輸出端通過閉合控制雙向可控矽V4與被控開關的電磁驅動電路連接。
電壓相位採樣比較單元，由電壓相位採樣變壓器TV，電容器C2、C3，場效應管V2、V3，電阻R1』、R2』，或非門電路D1』構成。電壓峰值點採樣信號由TV取自與TV初級連接的被採樣相，被採樣相可以是三相電源的任一相。TV採樣所取得電壓峰值點信號經電容器C2、C3，場效應管V2、V3所組成的兩個對稱的移相電路移相90°後，由D1』進行相位比較。接在移相電路的輸出端與D1』兩輸入端之間的電阻R1』、R2』，其作用是給進行相位比較的或非門電路D1』，提供基準零電壓軸。當D1』的兩個輸入端上都為移相電路送入的，表徵被採樣相電壓峰值點的低電平，並與基準零電壓軸交叉時，則D1』以「或非」邏輯，輸出一個對應被採樣相電壓峰值點的高電平定相脈衝，始終送至啟動控制單元的與門電路D2』的A輸入端。
接在D2』的A、B兩輸入端上的電阻R4』、R5』，是使D2』的A、B兩輸入端，在無電壓定相高電平脈衝、無觸摸啟動開關送入的啟動高電平脈衝時，均為低電平，並經後繼諸單元的調整與處理，使閉合控制雙向可控矽V4常態為關斷關態。
接在D2』的B輸入端上的觸摸啟式動開關，由電阻R9』、三極體V6』及觸點ST2構成。此觸摸式啟動開關的工作原理及採用觸摸方式的目的，同開關單一相同步開斷電路的觸摸式啟動開關。
脈衝展寬單元，由兩極管V1』、電阻R3』、電容器C1』，這三個元件構成的電平延時網絡，及與門電路D3組成。脈衝展寬的原理以及工作過程，同位於同步開斷電路中的脈衝展寬單元。但作用是使同步閉合控制脈衝的寬度，與被控開關的閉合響應時間tp一致閉合光耦雙向過零開關驅動單元，由反相驅動電路D5』、電阻R7』、閉合光耦合雙向過零開關D6』構成。電阻R7』的作用是使D5』的輸入端，在無同步閉合控制脈衝時 處於低電平。也就使得D5』在同步閉合電路未啟動時，只要有直流工作電源Vca加入，D5』的輸出端就是常態高電平。閉合光耦合雙向過零開關也就處於一直關斷的狀態，從而保證閉合控制雙向可控矽V4為常態的關斷。當D5』的輸入端出現由脈衝展寬單元送入的高電平同步閉合控制脈衝時，D5』的輸出端由常態的高電平瞬時轉換為低電平，並驅動D6』也瞬時導通，V4也隨之由常態的關斷瞬時導通。被控開關的三相主觸頭，在其中一相主觸頭與被採樣相電壓峰值點同步的條件下閉合。閉合穩定後D5』、V4恢復常態。
電路中所有標有GND的線連接在一起構成裝置對強電元件控制公共地線。
圖4、圖5是開關單一相同步開閉自動控制裝置電流相位採樣比較單元、電壓相位採樣比較單元的另二個補充實施電路。
圖4是補充實施電路一；圖6是補充實施電路二。
兩個實施中的電路都是交叉零點檢測電路二實施一電路由電壓比較器N1、2，兩極管V7、V8，電阻R10、R11、R12、R13、R14、R15構成電阻R10、R11，兩極管V7、V8構成電路輸出的定相脈衝Vo脈寬調整網絡。V7、V8通過
偏置後取得管壓降，並由R10、R11對此管壓降分壓，產生電壓比較器N1、2的轉折電壓，加在比較器N1的的反相輸入端2』，與N2同相輸入端5』之上，即為電路進行零點比較的基準零電壓軸。同時轉折電壓的大小又決定了Vo的脈寬，因此調整R10或R11的值，都可改變Vo的脈寬。
電阻R12、R13為比較器N1同相輸入端3』，比較器N2反相輸入端6』的偏置電阻，同時又是兩極管V7、V8的偏置電阻。電阻R14、R15為比較器N1，N2的OC輸出端的直流偏置電阻，提供OC端的直流通路。
輸入的採樣信號與基準零電壓軸的交叉零點比較，由電壓比較器N1、2完成。輸入的採樣信號由N1的反相輸入端2』、N2的同相輸入端5』輸入比較電路，當與比較電路提供的基準零電壓軸交叉時，比較電路的輸出Vo，就為表徵被採樣相電流零相位點或電壓峰值點的定相脈衝。
交叉零點比較電路的A』、B』端，與電流採樣互感器TA的A』、B』端連接，構成電流相位採樣比較單元。如電路的A』、B』端，與電壓採樣電路的A』，B』端連接，構成電壓相位採樣比較單元。比較單元通過電流採樣互感器TA，或電壓採樣變壓器TV，與三相電源的任一相連接，並採樣比較。
實施二電路由電壓比較器N1、2，電阻R16、R17、R18、R19、R14、R15構成。
電阻R16 R17構成的分壓網絡對
分壓，在R17上取得比較器N2同相輸入端5』的 基準零電壓軸。電阻R18、R19構成的分壓網絡對
分壓，在R19上取得比較器N1反相輸入端2』的基準零電壓軸。這兩個基準零電壓軸由比較器N1、比較器N2疊加，形成一個N1與N2共有的基準零電壓軸。但兩個基準零電壓軸的時間滯後差，決定了電路輸出Vo的脈寬，因此對稱的調節R17與R19的值可改變Vo的脈寬。
由電流採樣互感器TA，或電壓採樣變壓器TV取得的採樣信號，由電路的A端送入N1的同相輸入端3』、N2的反相輸入端6』，進行相位比較。當輸入信號的零點與基準零電壓軸交叉時，電路的輸出Vo就為表徵被採樣相電流零相位點或電壓峰值點的定相脈衝。
將TA的A』端與電路的A』端連接，構成電流相位採樣比較單元；將電壓採樣電路的A』端與比較電路的A』端連接，構成電壓相位採樣比較單元。
兩個單元電路分別通過TA或TV，與三相電源的任一相連接，並取得採樣信號。
構成電壓相位採樣單元的電壓採樣電路，由電壓採樣變壓器TV、電容器C2、場效應管V2組成。電容器C2、場效應管V2構成90°移相網絡，對TV採得的電壓峰值信號中行90°移相，使之經過比較電路交叉零點比較後，電路的輸出Vo表徵被採樣相電壓的峰值點。
電流採樣互感器TA次級迴路中的電阻R為TA次級阻抗匹配電阻，使TA在最佳負載下輸出採樣信號。
權利要求1.一種用於交流電器的開關單一相同步開閉自動控制裝置，它包括開關單一相同步開斷電路和開關單一相同步閉合電路，其特徵是開關單一相同步開斷電路包括依次串接的電流相位採樣比較單元(1)、啟動控制單元(2)、脈衝展寬單元(3)、電平調整單元(4)、開斷光耦合雙向過零開關驅動單元(5)、開斷控制雙向可控矽V5；開關單一相同步閉合電路包括依次串接的電壓相位採樣比較單元(6)、啟動控制單元(7)、脈衝展寬單元(8)、閉合光耦合雙向過零開關驅動單元(9)、閉合控制雙向可控矽V4。
2.根據權利要求1所述的開關單一相同步開閉自動控制裝置，其特徵是電流相位採樣比較單元(1)包括電流相位採樣互感器TA、基準定相電阻R1和R2、或非門電路D1；電流相位採樣互感器TA次級和或非門電路D1兩個輸入端之間，並聯接有串聯電阻R1和R2，電阻R1和R2的串接中點接電路地。
3.根據權利要求1所述的開關單一相同步開閉自動控制裝置，其特徵是電壓相位採樣比較單元(6)包括電壓相位採樣變壓器TV電容器C2和C3、場效應管V2和V3、基準定相電阻R1』和R2』、或非門電路D1』；電容器C2和C3分別串接在電壓相位採樣變壓器TV的次級和或非門電路D1』的輸入端之間，或非門電路D1』兩輸入端間並聯接有串聯電阻R1』和R2』及串接的場效應管V2和V3，場效應管V2和V3的柵極接直流工作電源(Vcb)，場效應管V2和V3的串接點與電阻R1』和R2』的串接點接電路地。
4.根據權利要求1所述的開關單一相同步開閉自動控制裝置，其特徵是電流相位採樣比較單元包括相位比較路。
5.根據權利要求1所述的開關單一相同步開閉自動控制裝置，其特徵是電壓相位採樣比較單元包括相位比較電路。
6.根據權利要求4或5所述的開關單一相同步開閉自動控制裝置，其特徵是相位比較電路包括電壓比較器N1、N2，電阻R10、R11、R12、R13、R14、R15，兩極管V7、V8；電阻R10串接在電壓比較器N1的反相輸入端(2』)與N2的同相輸入端(5』)的接點及電路的輸入端(A』)之間，電阻R11接在電壓比較器N1的反相輸入端(2』)與電壓比較器N2的同相輸入端(5』)及電路地端(B』)之間，電阻R12、兩極管V7、電阻R13、兩極管V8串聯後並接在直流工作電源(V+ca)與(V-cb)之間，電阻R12與兩極管V7的串接點接電壓比較器N1的同相輸入端(3』)， 兩極管V7與V8的串接點接電路地端(B』)，電阻R13與兩級管V8的串接點接電壓比較器N2的反相輸入端(6』)；電阻R14、R15串聯後並接在直流工作電源(V+ca)與電路地端(B』)之間，電壓比較器N1、N2的輸出端(1』)、(7』)同接於電阻R14與R15的串接點。
7.根據權利要求4或5所述的開關單一相同步開閉自動控制裝置，其特徵是相位比較電路包括電壓比較器N1、N2，電阻R16、R17、R18、R19、R14、R15；串聯電阻R16、R17的串接點接電壓比較器N2的同相輸入端(5』)，串聯電阻R18、R19並接在直流工作電源(V+ca)與電路地之間，電阻R16、R17的串接點接電壓比較器N1的反相輸入端(2』)，串聯電阻R14、R15並接在直流工作電源(V+ca)與電路地之間，電阻R14、R15的串接點接電壓比較N1、N2的輸出端(1』)、(7』)；電壓比較器N1的同相輸入端(3』)與電壓比較器N2的反相輸入端(6』)相接為電路的輸入端(A』)。
專利摘要本實用新型涉及一種用於交流開關電器的自動控制裝置。所說的裝置主要包括開關單一相同步開斷自動控制電路，開關單一相同步閉合自動控制電路。其作用是以自動定相的方式，控制被控開關的三相主觸頭，在其中一相主觸頭同三相電源單一相電流零相位點，電壓蜂值點，同步的條件下開斷或閉合。有效地減弱被控開關開閉時的電弧，從而延長觸頭的使用壽命。
文檔編號H01H9/54GK2266190SQ9424865
公開日1997年10月29日 申請日期1994年12月20日 優先權日1994年12月20日
發明者周亞力 申請人:周亞力