智能電子複合開關的製作方法

2023-06-15 09:42:06

專利名稱：智能電子複合開關的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子器件，尤其涉及一種智能電子複合開關。
背景技術：
傳統的無功補償電容器投切器件大致可分為交流接觸器、可控矽電子開關兩種。 但兩種開關都存在一定的缺陷，交流接觸器在電容器投入和切除時會產生很大的湧流和過 壓，暫態的高壓和投切衝擊電流會導致電容器絕緣擊穿、接觸器觸頭燒損；可控矽電子開關 雖然解決了電容器投切過程中的湧流、過壓、分斷電弧等問題，但其散熱難，需外加輔助散 熱器件多、結構複雜、成本高、佔用空間大。傳統複合開關是一種力爭解決上述兩種開關缺陷的電容器投切裝置，它把晶閘管 和繼電器融合在一起形成一個整體，利用晶閘管的易控和無觸點特性，使晶閘管工作在電 容器投切瞬間的暫態過程中，起到抑制湧流、過壓和拉弧作用，並能實現快速投切。利用繼 電器在可靠閉合時，其主觸點接觸電阻小、導通容量大、壓降小、功耗小、工作安全可靠等特 性，使其工作在電容器投入後和切除前的穩態過程中，起到電容器向電網提供無功能量的 主通道作用。然而，晶閘管對dv/dt的敏感性使得傳統複合開關也比較容易損壞，在雙向晶閘 管擊穿時，無法起到開關的作用，電容器將直接接入電網，在無功補償控制器發出切除電容 器的命令時，無法切除電容器組，導致無功倒送。因此，亟待提供一種改進的智能電子複合 開關以克服上述缺陷。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在於提供一種智能電子複合開關，該智能電子複合 開關可以有效防止晶閘管損壞，進而防止無功倒送。為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種智能電子複合開關，其包括連接 於電源模塊與電容器組之間的晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊、與所述晶閘管和磁保持繼 電器並聯模塊電連接的控制模塊、檢測模塊和時序控制模塊、用於與外部控制器電連接的 CPU模塊、以及電容器端電壓檢測模塊，所述CPU模塊分別與所述控制模塊、檢測模塊和時 序控制模塊電連接，所述晶間管和磁保持繼電器並聯模塊由晶間管和磁保持繼電器並聯而 成，所述電容器端電壓檢測模塊電連接於所述電容器組和所述CPU模塊之間。與現有技術相比，本實用新型的智能電子複合開關通過電容器端電壓檢測模塊實 施監測電容器的端電壓，以保證晶閘管能真正實現過零投切，從而最大限度的減少晶閘管 被擊穿的概率，進而保證了晶閘管的可靠性、防止無功倒送並提高了開關器件的使用壽命。 此外，所述CPU模塊通過檢測模塊監測晶間管和磁保持繼電器的運行狀態，在投入電容器 前，若檢測出晶間管或磁保持繼電器故障，則CPU模塊拒絕發送閉合指令。優選地，所述智能電子複合開關還包括防無功倒送接觸器，所述防無功倒送接觸 器串接於所述電源模塊和所述晶間管和磁保持繼電器並聯模塊之間且與所述CPU模塊電
3連接。在晶間管損壞的情況下，可以通過該放無功倒送接觸器斷開電容器組，進一步防止無 功倒送。較佳地，所述智能電子複合開關還包括電壓採樣通道，所述中央處理單元通過所 述電壓採樣通道與所述晶間管和磁保持繼電器並聯模塊的電源側電連接。所述CPU模塊通 過電壓採樣通道監控晶閘管、輸入電源和負載的運行情況，以實現電壓故障缺陷保護、電源 電壓缺相保護、欠壓保護、空載保護、停電保護等功能，完善本實用新型智能電子複合開關 的保護功能。較佳地，所述CPU模塊通過光耦隔離模塊與外部控制器電連接，通過控制電路與 主電路的光電隔離，提高智能電子複合開關的可靠性。較佳地，所述智能電子複合開關還包括告警模塊，所述告警模塊與所述CPU模塊 電連接。當檢測到晶閘管損壞時，發出告警信號告知工作人員。優選地，所述晶閘管包括兩片反向並聯的單相晶閘管，所述磁保持繼電器為觸點 式繼電器。兩片反向並聯的單相晶閘管構成交流開關電路，CPU模塊通過時序控制模塊控 制所述晶間管和磁保持繼電器的投切順序和時序。所述晶間管與磁保持繼電器並聯模塊在 投入和切除的瞬間由晶閘管承擔過零投切，即電壓過零時刻投入，電流過零時刻切除，晶閘 管導通時間很短(不產生發熱)，之後，轉換為磁保持繼電器接通運行。因此，它具有晶閘管 TSC開關過零投切無湧流的優點，又具有交流接觸器運行無功耗的特點，同時又避免了晶閘 管運行發熱和接觸器投切火花的缺陷，是較為理想的投切開關。特別是，由於磁保持繼電器 在吸合與斷開的瞬間都沒有湧流和火花，它的電器壽命會遠高於設計的壽命，因此該智能 電子複合開關具有很長的平均無故障時間。進一步地，所述晶閘管端並接有阻容吸收回路，以降低dv/dt對晶閘管的衝擊。所 述晶閘管通過M0C3083晶閘管驅動電路驅動以保證過零觸發，實現無湧流投切。可選地，所述晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊有多個，每個所述晶閘管和磁保持 繼電器並聯模塊對應有一組電容器組。由於具有多組晶間管和磁保持繼電器並聯模塊及電 容器組，當一個晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊的晶閘管損壞，導致其對應的電容器組一 直投入而無法退出的情況下，在需要降低功率因數時，可以退出其它組的電容器組以達到 目標功率因數的要求並發相關晶閘管損壞的告警信號。通過以下的描述並結合附圖，本實用新型將變得更加清晰，這些附圖用於解釋本 實用新型的實施例。

圖1為本實用新型智能電子複合開關的一個實施例的結構示意圖。
具體實施方式
現在參考附圖描述本實用新型的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元 件。如上所述，本實用新型提供了一種智能電子複合開關，該智能電子複合開關可以有效防 止晶閘管損壞，進而防止無功倒送。下面將結合附圖詳細闡述本實用新型實施例的技術方案。如圖1所示，本實用新 型的智能電子複合開關包括連接於電源模塊1與電容器組2之間的晶閘管和磁保持繼電器
4並聯模塊3、與所述晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊3電連接的控制模塊4、檢測模塊5和 時序控制模塊6、用於與外部控制器12電連接的CPU模塊7、以及電容器端電壓檢測模塊8， 所述CPU模塊7分別與所述控制模塊4、檢測模塊5和時序控制模塊6電連接，所述晶閘管 和磁保持繼電器並聯模塊3由晶閘管31和磁保持繼電器32並聯而成，所述電容器端電壓 檢測模塊8電連接於所述電容器組2和所述CPU模塊7之間，用於採樣所述電容器組2的 端電壓並發送給所述CPU模塊7。具體地，所述CPU模塊7可以為ARM單片機。進一步地，所述晶閘管31包括兩片反向並聯的單相晶閘管，所述磁保持繼電器32 可以為觸點式繼電器。兩片反向並聯的單相晶閘管構成交流開關電路，CPU模塊7通過所 述時序控制模塊6控制所述晶閘管31和磁保持繼電器32的投切順序和時序。所述晶閘管 與磁保持繼電器並聯模塊3在投入和切除的瞬間由晶閘管31承擔過零投切，即電壓過零時 刻投入，電流過零時刻切除，晶閘管31導通時間很短(不產生發熱)，之後，轉換為磁保持繼 電器32接通運行。因此，它具有晶閘管TSC開關過零投切無湧流的優點，又具有交流接觸 器運行無功耗的特點，同時又避免了晶閘管運行發熱和接觸器投切火花的缺陷，是較為理 想的投切開關。特別是，由於磁保持繼電器在吸合與斷開的瞬間都沒有湧流和火花，它的電 器壽命會遠高於設計的壽命，因此該智能電子複合開關具有很長的平均無故障時間。作為本實用新型的優選實施例，本實施例的智能電子複合開關還包括防無功倒送 接觸器9，所述防無功倒送接觸器9串接於所述電源模塊1和所述晶間管和磁保持繼電器並 聯模塊3之間且與所述CPU模塊7電連接。當所述CPU模塊7通過檢測模塊5檢測到晶閘 管31損壞的情況下，可以控制該放無功倒送接觸器9斷開電容器組2，進一步防止無功倒 送。進一步地，本實施例的智能電子複合開關還包括電壓採樣通道10，所述中央處理 單元7通過所述電壓採樣通道10與所述晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊7的電源側電連 接，即圖中所述輸入端。所述CPU模塊7通過電壓採樣通道10監控晶閘管、輸入電源和負 載的運行情況，以實現電壓故障缺陷保護、電源電壓缺相保護、欠壓保護、空載保護、停電保 護等功能，完善本實用新型智能電子複合開關的保護功能。具體地，電壓故障缺相保護為系 統電壓缺相供電時，開關拒絕閉合；接通後若檢測到缺相則自動退投。電源電壓缺相保護為 工作電源缺相供電時，開關拒絕閉合；接通後若出現缺相則自動退投；欠壓保護為電壓< 額定電壓(220V)的20%時，開關拒絕閉合；空載保護為未接負載時開關拒絕閉合；停電保 護為接通後遇突然停電時，自動跳閘斷開。較佳地，所述CPU模塊7可以通過光耦隔離模塊11與外部控制器12電連接，通過 將控制電路與主電路的光電隔離，提高智能電子複合開關的可靠性。控制信號經過快速光 耦隔離後再經過低通濾波電路傳遞到ARM單片機I/O 口上，單片機定時掃描I/O 口的變化， 再利用軟體濾波去除幹擾，確定出正確的信息後依據此信息決定開關的開合。較佳地，所述智能電子複合開關還可以包括告警模塊(圖未示)，所述告警模塊與 所述CPU模塊電連接。當檢測到晶閘管損壞時，發出告警信號告知工作人員。可選地，所述晶閘管31端並接有阻容吸收回路(圖未示)，以降低dv/dt對晶閘管 的衝擊。所述晶閘管31通過M0C3083晶閘管驅動電路驅動以保證過零觸發，實現無湧流投 切。只有在CPU模塊7，即ARM單片機發出的投入信號及電網此相電壓過零條件同時成立的 情況下，兩光耦才導通，觸發信號送給可控矽，讓可控矽導通。由於該部分內容為現有技術，故在此略去詳細描述。本實施例的智能電子複合開關適用於無功補償成套裝置中電容器的頻繁投切。其 工作過程如下投入動作過程①智能電子複合開關收到外部控制器12發出投入電容器命令時， 通過雙向可控矽的觸發電路投入晶閘管31 ；②晶閘管31導通後通過時序控制模塊6控制 磁保持繼電器32吸合，使兩路開關並聯工作於同一相；③直到磁保持繼電器32可靠閉合 後，切除晶閘管31的投入信號，晶閘管31靠自身特性從電路中斷開，讓磁保持繼電器32獨 立工作，至此完成投入動作。切除動作過程①智能電子複合開關收到外部控制器12發出切除電容器命令時， 通過雙向可控矽的觸發電路投入晶閘管31 ；②經過40 60ms，待晶閘管31工作穩定後， CPU模塊7通過時序控制模塊6切除磁保持繼電器32 ；③經過1 2個工頻周期即20 40ms，待磁保持繼電器32完全斷開後，切除晶閘管31投入信號，晶閘管31靠自身特性從電 路中斷開。本實用新型為避免晶閘管頻繁被擊穿，保證裝置的可靠性，採用了 ①在晶閘管端 並接阻容吸收回路，以降低dv/dt對晶閘管的衝擊；②系統側通過M0C3083晶閘管驅動電路 保證過零觸發，實現無湧流投切。③在晶閘管投入時，通過ARM單片機內置的A/D通道和多 路轉換開關對對應電容器組上電壓的進行監測，通過設定相應的門檻電壓，避免因電容器 上存在較高的殘壓時，導致晶閘管在觸發導通時被擊穿的可能，提高智能電子複合開關動 作的使用壽命和可靠性，防止無功倒送。可選地，所述晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊3有多個(圖未示)，每個所述晶閘 管和磁保持繼電器並聯模塊3對應有一組電容器組2。由於具有多組晶間管和磁保持繼電 器並聯模塊3及電容器組2，當一個晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊3的晶閘管31損壞，導 致其對應的電容器組2 —直投入而無法退出的情況下，在需要降低功率因數時，可以退出 其它組的電容器組以達到目標功率因數的要求並發相關晶閘管損壞的告警信號。若在退出 所有能退出的電容器組後，仍然超出目標功率因數或者導致無功倒送，則CPU模塊7觸發防 無功倒送接觸器9動作，強行斷開無功成套裝置的投入，同時CPU模塊7發出告警信號。
權利要求一種智能電子複合開關，包括連接於電源模塊與電容器組之間的晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊、與所述晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊電連接的控制模塊、檢測模塊和時序控制模塊、以及用於與外部控制器電連接的CPU模塊，所述CPU模塊分別與所述控制模塊、檢測模塊和時序控制模塊電連接，所述晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊由晶閘管和磁保持繼電器並聯而成，其特徵在於還包括電容器端電壓檢測模塊，所述電容器端電壓檢測模塊電連接於所述電容器組和所述CPU模塊之間。
2.根據權利要求1所述的智能電子複合開關，其特徵在於還包括防無功倒送接觸器， 所述防無功倒送接觸器串接於所述電源模塊和所述晶間管和磁保持繼電器並聯模塊之間 且與所述CPU模塊電連接。
3.根據權利要求1所述的智能電子複合開關，其特徵在於所述CPU模塊通過光耦隔 離模塊與外部控制器電連接。
4.根據權利要求1所述的智能電子複合開關，其特徵在於還包括電壓採樣通道，所述 中央處理單元通過所述電壓採樣通道與所述晶間管和磁保持繼電器並聯模塊的電源側電 連接。
5.根據權利要求1所述的智能電子複合開關，其特徵在於還包括告警模塊，所述告警 模塊與所述CPU模塊電連接。
6.根據權利要求1所述的智能電子複合開關，其特徵在於所述晶閘管包括兩片反向 並聯的單相晶閘管，所述磁保持繼電器為觸點式繼電器。
7.根據權利要求1-6任一項所述的智能電子複合開關，其特徵在於所述CPU模塊為 ARM單片機。
8.根據權利要求1-6任一項所述的智能電子複合開關，其特徵在於所述晶閘管端並 接有阻容吸收回路。
9.根據權利要求1-6任一項所述的智能電子複合開關，其特徵在於所述晶閘管通過 M0C3083晶閘管驅動電路驅動。
10.根據權利要求1-6任一項所述的智能電子複合開關，其特徵在於所述晶閘管和磁 保持繼電器並聯模塊有多個，每個所述晶間管和磁保持繼電器並聯模塊對應有一組電容器 組。
專利摘要本實用新型公開了一種智能電子複合開關，其包括連接於電源模塊與電容器組之間的晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊、與所述晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊電連接的控制模塊、檢測模塊和時序控制模塊、用於與外部控制器電連接的CPU模塊、以及電容器端電壓檢測模塊，所述CPU模塊分別與所述控制模塊、檢測模塊和時序控制模塊電連接，所述晶閘管和磁保持繼電器並聯模塊由晶閘管和磁保持繼電器並聯而成，所述電容器端電壓檢測模塊電連接於所述電容器組和所述CPU模塊之間。該智能電子複合開關可以有效防止晶閘管損壞，進而防止無功倒送。
文檔編號H02J3/18GK201774257SQ20102021780
公開日2011年3月23日 申請日期2010年6月1日 優先權日2010年6月1日
發明者鄧小明 申請人:湖北長江通用自動化有限公司