專利名稱：無強制散熱器的大功率智能快速復(fù)合開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為電氣開關(guān)控制領(lǐng)域的一種新型智能半導(dǎo)體與繼電器(接觸器)復(fù)合的快速開關(guān)，主要應(yīng)用于低壓供電系統(tǒng)中沖擊負(fù)荷的開關(guān)控制，如無功電容補償、工業(yè)電動機和家電電動機的控制等，替代常規(guī)的繼電器、接觸器、普通復(fù)合開關(guān)或者帶強制散熱的可控硅開關(guān)，是一種既有普通可控硅開關(guān)的快速開關(guān)的優(yōu)點，又有普通復(fù)合開關(guān)不需要強制散熱器的優(yōu)點的新型智能快速復(fù)合開關(guān)。
背景技術(shù)：
在工業(yè)與民用的低壓供配電(380V交流)系統(tǒng)中，開關(guān)是最重要的電氣器件和設(shè)備，也是最貴重的器件和設(shè)備之一。對于小功率的負(fù)荷控制，目前普遍采用繼電器或小功率的可控硅(晶閘管)作為開關(guān)來控制，對于大功率的負(fù)荷，則普遍采用接觸器、斷路器、大功率的可控硅作為開關(guān)來控制。由于大功率的可控硅開關(guān)都需要強制散熱(如風(fēng)冷、水冷)，導(dǎo)致其成本較高，重量大，安裝維護不方便，針對這一缺點，近幾年出現(xiàn)了一種結(jié)合可控硅和接觸器的大功率開關(guān)，稱為復(fù)合開關(guān)，它在導(dǎo)通和截至?xí)r投入可控硅，中間正常運行過程中合上接觸器，斷開可控硅，這樣避免了可控硅的發(fā)熱問題，因此也省掉了強制散熱器，同時由于在開關(guān)接通和斷開的瞬間由可控硅完成，因此也避免了接觸器的接點拉弧，對接觸器的成本要求降低了很多。大功率可控硅開關(guān)和復(fù)合開關(guān)的一個共同優(yōu)點是可以實現(xiàn)電流過零導(dǎo)通和過零斷開，對減小電網(wǎng)諧波和電網(wǎng)沖擊有很大作用，而且可以實現(xiàn)無開關(guān)電弧，對防火防爆有很大作用，同時減小了開關(guān)的噪音。普通大功率可控硅開關(guān)需要強制散熱器，普通復(fù)合開關(guān)雖然可以不要強制散熱器，但在頻繁開關(guān)的場合，普通復(fù)合開關(guān)卻無法取代普通大功率可控硅開關(guān)。普通復(fù)合開關(guān)的開關(guān)模式是固定的可控硅導(dǎo)通一延時一接觸器導(dǎo)通一接觸器斷開一延時一可控硅斷開。由于這一固定模式需要一個固定的周期，當(dāng)電氣負(fù)荷的通斷頻率大于這一固定周期，即間歇期小于這一固定周期的時間時，普通復(fù)合開關(guān)是不能正常工作的，目前這一固定周期通常在十幾秒到幾十秒之間，導(dǎo)致普通復(fù)合開關(guān)在很多快速開關(guān)的場合不能正常投入運行，這時還是只能采用普通大功率可控硅開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是針對普通大功率可控硅開關(guān)需要強制散熱器的缺點和普通復(fù)合開關(guān)不能適應(yīng)頻繁開關(guān)的缺點，解決了二者的缺點，同時又具備大功率可控硅開關(guān)的快速開關(guān)能力和復(fù)合開關(guān)無需強制散熱器的優(yōu)點。其成本遠(yuǎn)低于普通大功率可控硅開關(guān)，略高于普通復(fù)合開關(guān)，可以在各種場合直接替代普通大功率可控硅開關(guān)和復(fù)合開關(guān)。無強制散熱器的大功率智能快速復(fù)合開關(guān)在開關(guān)內(nèi)部采用了工業(yè)級微控制器(MCU)作為核心控制單元，同時采用可控硅和繼電器(接觸器)作為開關(guān)執(zhí)行單元。微控制器可以在幾十微秒內(nèi)作出判斷來控制可控硅或繼電器(接觸器)的通斷，微控制器通過不斷采集開關(guān)的內(nèi)部和外部的數(shù)據(jù)，包括溫度、電流、電壓等，綜合分析后根據(jù)內(nèi)置的邏輯判斷來控制可控硅和繼電器，并實現(xiàn)過零導(dǎo)通和過零截止。這樣既使得可控硅無需因長期導(dǎo)通而導(dǎo)致溫度過高，又可以隨時控制繼電器的通斷，不用采用普通復(fù)合開關(guān)的固定通斷循環(huán)模式，因此可以適應(yīng)任何快速頻繁通斷的應(yīng)用。無強制散熱器的大功率智能快速復(fù)合開關(guān)由于在內(nèi)部植入了微控制器，還具有繼電保護、諧波測量、監(jiān)測開關(guān)本身和外部設(shè)備異常情況報警等功能，以及通訊接口等，真正實現(xiàn)了開關(guān)的智能化。本發(fā)明公開的無強制散熱器的大功率智能快速復(fù)合開關(guān)是在普通的大功率可控硅開關(guān)和普通的復(fù)合開關(guān)的基礎(chǔ)上，內(nèi)置了微控制器(MCU)及相應(yīng)軟件算法和邏輯，實現(xiàn)了無強制散熱器的大功率快速復(fù)合開關(guān)。與普通大功率可控硅開關(guān)相比，無強制散熱器的大功率智能快速復(fù)合開關(guān)省去了強制散熱器，降低了成本，免去了因強制散熱器的故障導(dǎo)致可控硅燒壞的可能性，提高了開關(guān)的可靠性，同時節(jié)省了強制散熱器所浪費的能源；與普通復(fù)合開關(guān)相比，無強制散熱器的大功率智能快速復(fù)合開關(guān)可以實現(xiàn)快速開關(guān)，適應(yīng)頻繁開關(guān)的負(fù)荷控制，解決了普通復(fù)合開關(guān)不能頻繁開關(guān)的問題。無強制散熱器的大功率智能快速復(fù)合開關(guān)同時實現(xiàn)了過零導(dǎo)通和過零斷開功能。無強制散熱器的大功率智能快速復(fù)合開關(guān)主要由大功率雙向可控硅、繼電器(接觸器)、微控制器(MCU)、電源模塊、溫度傳感器、電流傳感器、可控硅過零觸發(fā)電路、通信接口等主要器件和功能模塊組成。其中雙向可控硅、繼電器(接觸器)的功率可根據(jù)負(fù)荷的大小配置，微控制器(MCU)根據(jù)附加功能的配置采用了兩種不同的型號，以盡量節(jié)省成本，如果不含繼電保護和諧波測量功能則采用8位微控制器C8051，否則采用32位微控制器STM32。微控制器(MCU)可通過接收外部開關(guān)量輸入或通信接口接受外部控制開關(guān)分合命令，在50微秒(O. 05毫秒)內(nèi)綜合判斷輸出導(dǎo)通/截止可控硅、跳/合繼電器的指令，對于一個工頻周波為20毫秒的時間，50微秒基本沒有滯后效應(yīng)。在開關(guān)正常工作期間，微控制器不斷采集開關(guān)內(nèi)部的溫度、電流、諧波等參數(shù)，實時計算分析，綜合判斷調(diào)整可控硅和繼電器的工作狀態(tài)；在判斷出開關(guān)內(nèi)部故障時通過通信接口發(fā)出告警信息，當(dāng)判斷出外部過流、諧波過大、開關(guān)內(nèi)部嚴(yán)重故障時自動跳閘分?jǐn)嚅_關(guān)并發(fā)出告警信息。


圖1是無強制散熱器的大功率智能快速復(fù)合開關(guān)原理框圖。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明所述無強制散熱器的大功率智能快速復(fù)合開關(guān)是一種新型的智能開關(guān)，既不同于普通的機械開關(guān)、也不同于普通的可控硅(晶閘管)開關(guān)以及普通的復(fù)合開關(guān)，它集中了以上三種開關(guān)的優(yōu)點，又解決了以上三種開關(guān)的不足和缺點，普通機械開關(guān)不能實現(xiàn)過零導(dǎo)通過零斷開，容易產(chǎn)生沖擊電流和諧波，并且不能頻繁開關(guān)動作；普通可控硅(晶閘管) 開關(guān)如果功率較大，都需要裝強制散熱器散熱，否則就會燒壞可控硅；普通復(fù)合開關(guān)不能適應(yīng)頻繁開關(guān)動作，動作頻率較高時開關(guān)不能正常工作，本發(fā)明無強制散熱器的大功率智能快速復(fù)合開關(guān)實現(xiàn)了過零分合動作、可頻繁分合動作、可高頻率分合動作、并且不需要強制散熱器。
2.本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是在開關(guān)內(nèi)部內(nèi)置了微控制器(MCU)，結(jié)合開關(guān)內(nèi)的可控硅和繼電器(接觸器)，通過微控制器實時檢測可控硅的溫度、電流、外部輸入開關(guān)控制信號等，實時控制可控硅和繼電器(接觸器)的通斷來實現(xiàn)開關(guān)的正常工作，滿足各種負(fù)荷對開關(guān)的要求，本發(fā)明內(nèi)置的微控制器(MCU)不僅實現(xiàn)了無強制散熱器的大功率快速復(fù)合開關(guān)的開關(guān)功能，而且通過實時檢測電流、溫度、諧波等數(shù)據(jù)實現(xiàn)了繼電保護功能和檢測故障預(yù)警功能，同時提供了通信接口與外部智能設(shè)備和系統(tǒng)通信，是真正意義上的智能開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種無強制散熱器的大功率智能快速復(fù)合開關(guān)，該開關(guān)是一種新型的智能開關(guān)，既不同于普通的機械開關(guān)、也不同于普通的可控硅開關(guān)以及普通的復(fù)合開關(guān)，它集中了以上三種開關(guān)的優(yōu)點，又解決了以上三種開關(guān)的不足和缺點。本開關(guān)實現(xiàn)了過零分合動作、可頻繁分合動作、可高頻率分合動作、并且不需要強制散熱器。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是在開關(guān)內(nèi)部內(nèi)置了微控制器，結(jié)合開關(guān)內(nèi)的可控硅和繼電器，通過微控制器實時檢測可控硅的溫度、電流、外部輸入開關(guān)控制信號等，實時控制可控硅和繼電器的通斷來實現(xiàn)開關(guān)的正常工作，滿足各種負(fù)荷對開關(guān)的要求。而且，通過實時檢測電流、溫度、諧波實現(xiàn)了繼電保護功能和檢測故障預(yù)警功能，同時提供了通信接口與外部智能設(shè)備和系統(tǒng)通信，是真正意義上的智能開關(guān)。
文檔編號G05B19/042GK102998986SQ20121019290
公開日2013年3月27日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者姚爭輝, 石立勇, 許樂平 申請人:姚爭輝, 石立勇, 許樂平