专利名称：三相智能复合投切装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三相智能复合投切装置，特别是一种用于无功功率补偿装置切换电力电容器进行开关控制的三相智能复合投切装置。
背景技术：
交流电在通过纯电阻的时候，电能都转成了热能，而在通过纯容性或者纯感性负载的时候，并不做功.也就是说没有消耗电能，即为无功功率.当然实际负载，不可能为纯容性负载或者纯感性负载，一般都是混合性负载，这样电流在通过它们的时候，就有部分电能不做功，就是无功功率，此时的功MHS小于1，为了提高电能的利用率，就要进行无功补偿。常用的方法是在线路上并联补偿电力电容器，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。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，克服存在向题的投切装置，这就是三相智能复合投切装置。
发明内容1.本实用新型发明的目的是在于在不改变原有交流接触器结构基础上增加了控制电路，三相交流电源A/B/C通过交流采样电路(2)，通过光电隔离电路(4)将采样信号送入微处理器控制电路(6)的A/D 口 ；微处理器控制电路(6)输出信号控制接触器控制电路 (9)；微处理器控制电路(6)输出信号控制可控硅控制电路(10)；接触器触点与可控硅并联连接再与补偿电容器相连。在以上控制过程之中，微处理器控制可控硅与接触器进行投切动作，将可控硅与接触器触点并联使用，由可控硅实现电压过零投入与电流过零切除，由接触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，也避免了电容器在投入时的涌流。本实用新型发明通过以下技术方案予以实施。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，三相智能复合投切装置设计时，增加了延时电路。 在开通时，可控硅先导通，延时2 3个周期后，接触器闭合，可控硅关断，负载工作电流由接触器提供；在关断时，可控硅先导通，接触器关断，可控硅延迟2 3个周期后关断。这样， 从根本上解决了接触器在接通和关断时出现的涌流及触头间拉弧现象，也消除了无触点开
3关的发热问题，使开关的使用寿命接近其机械寿命，既大大延长了开关的使用寿命，又提高了系统运行的可靠性。软件主程序流程附图3所示。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，同时也减少了电容的使用寿命，而本三相智能复合投切装置采用先进的微型处理器，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，无谐波无冲击见附图4。 采用交流接触器为执行机构，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三相智能复合投切装置触点不足之处。当三相智能复合投切装置出现机械故障或电网电压出现过压，欠压，缺相，严重畸变时，三相智能复合投切装置拒绝投入，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。
附图1为三相智能复合投切装置系统框图附图2为可控硅过零触发电路附图3为三相智能复合投切装置程序结构框图附图4为三相智能复合投切装置投入电容时瞬间波形附图5为三相智能复合投切装置原理图
具体实施方式
具体实施方式
见附图5。1.电源系统原理取A相电压为供电电压，经过工频变压器Tl，通过二极管D3， D4，D5，D6，Cl，C3整流滤波，稳压管U5稳压后输出5V直流电压，给单片机STC及其驱动电路供电。2.可控硅触发原理可控硅触发电路由可控硅Ql，Q2，Q3，Q4及光耦U6，U7，U8， U9，电阻(Rll R21)，电容C6，C7，二极管M1，M3组成，电路工作原理，当单片机接收到外部合闸信号并检测到过零点时，单片机引脚Pl. 1，Pl. 2依次置为高电平，光耦U6，U7，U8，U9 接收到来自单片机引脚Pl. 1，Pl. 2的高电平信号，则光耦TO，U7，U8，U9隔离侧导通，光耦 U6，U7导通使B相交流电压通过R13，R14，R15电阻分压后触发可控硅Ql，Q2的G极，Ql, Q2导通则B相电容投入。光耦U8，U9导通使C相交流电压通过R19，R20, R21电阻分压后触发可控硅Q3，Q4的G极，Q3，Q4导通则C相电容投入。当单片机引脚Pl. 1，Pl. 2置为低电平后，光耦TO，U7，U8，U9隔离侧截止，可控硅Ql，Q2，Q3，Q4的G极无法获取电压，在交流过零点可控硅截止，切除电容。Rll，R17，电容C6，C7组成RC尖峰吸收电路，消除电容投切时产生的尖峰电压，避免可供硅击穿。R12，R18为压敏电阻，有效的吸收浪涌电压，以保护可控硅及光耦。3.过零检测，缺相，合闸分闸控制原理在B相和C相分别串联150K电阻，限流后电流(I = U/R = 380V/150K = 2. 53mA)流过光耦U2，U3发光二极管侧，交流信号经过光电隔离后，传输至单片机的I/O 口 P3. 3，P3. 4引脚，P3. 3为C相过零点检测引脚，P3. 4为B相过零点检测引脚，单片机一直不停检测P3. 3，P3. 4引脚状态，当交流信号处于过零点时，则单片机检测到高电平；在非过零点时，检测到为低电平。若P3. 3，P3. 4引脚在IS以内一直检测为高电平说明对应引脚的相电压缺相，则红色报警指示灯D-red显示，三相智能复合投切装置拒绝动作。来自外部合闸信号(5V-12vDC)通过端子J3，经过光耦U4隔离后接至单片机引脚Pl. 6，一旦引脚Pl. 6检测到低电平，则说明三相智能复合投切装置接受到外部合闸信号。当三相智能复合投切装置接受到外部合闸信号后，并在20ms内检测到过零点， 同时触发可控硅触发电路，经过2 3个ms延时后，接触器闭合，电容投入。当外部合闸信号(5V-12vDC)消失后，引脚Pl. 6检测到高电平时，可控硅被触发，接触器弹开，延时300ms 后，撤出可供硅触发信号，可控硅电流过零自关断，切除电容。4.过欠压原理通过端子JAl取B，C线电压，经过二极管D8整流，电阻RA1，RA2， RA7，RA8分压，稳压管DZ1，DZ2，DZ3稳压后，得到+3v (过压比较器ARl基准电压)，+1. 5v (欠压比较器AR2基准电压)，+5v(比较器供电电压)，将B，C线电压阻容降压滤波后输出电压 VLVl分别接入过压比较器ARl反相端，欠压比较器AR2同相端。当Vl大于ARl的+3v基准电压则比较器输出低电平，当Vl小于AR2的+1. 5v基准电压则比较器输出高电平，比较器ARl，AR2输出经过光耦Ul 1，U12接至单片机引脚P3. 6，Pl. 0，当P3. 6接收到低电平，则说明B，C间线电压过压，当Pl. 0接受到高电平，则单片机判断此相电压欠压。在过欠压情况下，红色报警指示灯D-red显示，三相智能复合投切装置拒绝动作。5.交流接触器驱动原理该电路由继电器RELAY-SP9T及三极管Q1，电阻R22组成，单片机引脚P3. 7置为高电平驱动三极管Ql，Ql驱动继电器RELAY-SP9T从而驱动接触器使其闭合。6. LED显示原理LED指示灯分别由一只绿色发光二极管D_blue和一只红色发光二极D-red管组成，绿色发光二极管为电源正常指示灯并以每0. 5S的时间闪烁，表示三相智能复合投切装置运行正常，红色发光二极管为电源异常指示灯，当三相智能复合投切装置出现输入电压缺相，过欠压，接触器接触不良，输出未接负载等故障，则绿色发光二极管 D-blue熄灭，红色发光二极管D-red长亮。7. RS232串口原理该电路由一块MAX232芯片U13及通信接口 JlO组成U13与单片机RXD/TXD引脚连接，单片机通过引脚TXD把三相智能复合投切装置各项状态信息，发送给MAX232芯片U13，经过电平转化后由通信接口把数据传送给主控室上位机软件，监控人员能通过上位机软件监控三相智能复合投切装置的运行状态以便于及时有效的维护。
权利要求1.一种三相智能复合投切装置其特征在于三相交流电源A/B/C通过交流采样电路(2) 将信号送往光电隔离电路(4)，经过隔离后的采样信号送入微处理器控制电路(6)的A/D 口 ；微处理器控制电路(6)输出信号控制接触器控制电路(9)；微处理器控制电路(6)输出信号控制可控硅控制电路(10)；接触器触与可控硅并联连接再与补偿电容器相连。
2.根据权利要求1所述一种三相智能复合投切装置其特征在于输出状态检测电路(5) 检测接触器触点故障信号、电源缺相及过压、欠压信号，并将上述信号微处理器控制电路 (6)控制报警电路(8)予以现场声光报警，同时将此信号通过RS232/485通讯电路(7)上传到控制室。
专利摘要本实用新型公布了一种三相智能复合投切装置包括微处理器控制电路、电源供电电路、可控硅投切电路、接触器投切电路、交流电过零检测电路、报警电路、网络通讯电路组成。微处理器通过光耦连接交流电过零检测电路；交流电过零检测电路连接动力输电线；微处理器通过驱动电路连接继电器；可控硅模块与交流接触器触点并联连接并连接到补偿电容上，它可以实时实现精确的无功补偿，投切过程中微处理器先控制可控硅投切电路，然后微处理器控制接触器投切电路工作，在此状态下接触器触点在接通瞬间时电路已经通过可控硅连通，所以触点接通及断开时不会产生浪涌及电弧，同时也保护了补偿电容器避免受到浪涌电流的冲击，确保了接触器的使用寿命，也保证了投切的安全及可靠性。微处理器带有RS232、RS485通信端口连接通信模块组成网络，可以远程监控复合开关的运行状况；报警电路实施电源缺相、接触器触点故障、电源过压及欠压报警功能。
文档编号H02J3/18GK202050245SQ20112006423
公开日2011年11月23日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者陈军 申请人:重庆瑞升康博电气有限公司