基于cpld的交流電中保護繼電器及其缺相保護系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 發(fā)明涉及一種基于CPLD的交流電中保護繼電器及其缺相保護系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著交流技術的發(fā)展和成熟，交流電的使用已滲入到每個家庭，每個工廠，扮演著 不可缺少的角色。在交流電中通常會引入繼電器作為控制電路通斷的對象，在一些電網(wǎng)中 使用的繼電器安裝復雜，一旦損壞會消耗大量的人力和物力才能修復。同時在閉合或者斷 開繼電器時，我們經(jīng)常能看到有火花出現(xiàn)，也就是我們通常所說的電弧，電火花的出現(xiàn)會造 成很大的傷害：燒蝕觸點、產(chǎn)生電磁干擾、增加損耗、減小過電量等等，這不僅威脅到整個電 路的安全，也在一定程度上對繼電器本身產(chǎn)生一些損害，必定會減少它的使用壽命。目前， 人們也設計了一些消弧的電路來避免電弧的產(chǎn)生，比如有電容方式、RC電路和DRC電路，但 是有這些電路應用范圍窄、可能會影響系統(tǒng)運行方式、抗干擾能力等缺點，不適合作為控制 電路中的消弧的方法。另一方面，三相電如果缺相的話，其對整個電路系統(tǒng)的危害也是十分 嚴重的，特別是對使用的電機有毀壞性的傷害。

【發(fā)明內容】

[0003] 基于以上不足之處，本發(fā)明提供一種基于CPLD的交流電中保護繼電器及其缺相 保護系統(tǒng)，解決了繼電器的使用壽命和安全問題，同時檢測電路缺相并進行保護。
[0004] 本發(fā)明的技術方案如下：
[0005] 一種基于CPLD的交流電中保護繼電器及其缺相保護系統(tǒng)，包括信號采集模塊， CPLD邏輯處理模塊和可控硅控制保護模塊，220V交流電壓與信號采集模塊連接，信號采集 模塊與CPLD邏輯處理模塊連接，CPLD邏輯處理模塊與可控硅控制保護模塊連接，可控硅控 制保護模塊與繼電器連接，
[0006] 信號采集模塊包括過零信號檢測電路和缺相信號檢測電路，過零信號檢測電路包 括第一比較器、第一光電隔離器和2個電阻，高壓交流電通過第一光電隔離器與第一比較 器的正向輸入端連接，第一電阻為100KD，第二電阻為IKD，第一電阻的一端與3. 3V連接， 第一電阻的另外一端與第一比較器的反向輸入端連接，第一電阻的另外一端還與第二電阻 的一端連接，第二電阻的另外一端與地連接，第一比較器的輸出端與CPLD邏輯處理模塊連 接；
[0007] 缺相信號檢測電路包括第二比較器、第二光電隔離器、電阻電容并聯(lián)充放電電路 和2個電阻，高壓交流電通過第二光電隔離器與第二比較器的正向輸入端連接，第三電阻 為2KQ，第四電阻為IKQ，第三電阻的一端與3. 3V連接，第三電阻的另外一端與第二比較 器的反向輸入端連接，第三電阻的另外一端還與第四電阻的一端連接，第四電阻的另外一 端與地連接，電阻電容并聯(lián)充放電電路一端與第二比較器的正向輸入端連接，另外一端與 地連接，第二比較器的輸出端與CPLD邏輯處理模塊連接；
[0008] 可控硅控制保護模塊包括單向可控硅、三極管和脈沖變壓器，三極管與脈沖變壓 器連接，脈沖變壓器與單向可控硅連接，單向可控硅與繼電器并聯(lián)，之后與負載串聯(lián)，CPLD 邏輯處理模塊為單向可控硅提供脈沖串；
[0009] CPLD邏輯處理模塊包括CPLD芯片和單片機L9110, CPLD芯片的I/O端口與單片 機L9110連接，單片機L9110與繼電器連接；
[0010] 本系統(tǒng)通過信號采集模塊將交流信號轉換成電平信號，選取從正向過渡到反向的 零點電平信號作為響應的觸發(fā)信號，選取當前信號電平為高時作為零點，設在第一光電隔 離器導致的相移的時間為第一比較器反向輸入端電壓導致的相移時間A2，故相移總 時間
[0011] 入=max(入i，入 2) (1)
[0012] 設第一光電隔離器導通所需電壓為V1，第一比較器反向輸入端電壓為V2，根據(jù)交 流電的數(shù)學表達式得
【主權項】
1. 一種基于CPLD的交流電中保護繼電器及其缺相保護系統(tǒng)，包括信號采集模塊，CPLD 邏輯處理模塊和可控硅控制保護模塊，220V交流電壓與信號采集模塊連接，信號采集模塊 與CPLD邏輯處理模塊連接，CPLD邏輯處理模塊與可控硅控制保護模塊連接，可控硅控制保 護模塊與繼電器連接，其特征在于： 信號采集模塊包括過零信號檢測電路和缺相信號檢測電路，過零信號檢測電路包括第 一比較器、第一光電隔離器和2個電阻，高壓交流電通過第一光電隔離器與第一比較器的 正向輸入端連接，第一電阻為IOOKΩ，第二電阻為IKΩ，第一電阻的一端與3. 3V連接，第一 電阻的另外一端與第一比較器的反向輸入端連接，第一電阻的另外一端還與第二電阻的一 端連接，第二電阻的另外一端與地連接，第一比較器的輸出端與CPLD邏輯處理模塊連接； 缺相信號檢測電路包括第二比較器、第二光電隔離器、電阻電容并聯(lián)充放電電路和 2個電阻，高壓交流電通過第二光電隔離器與第二比較器的正向輸入端連接，第三電阻為 2K Ω，第四電阻為IK Ω，第三電阻的一端與3. 3V連接，第三電阻的另外一端與第二比較器 的反向輸入端連接，第三電阻的另外一端還與第四電阻的一端連接，第四電阻的另外一端 與地連接，電阻電容并聯(lián)充放電電路一端與第二比較器的正向輸入端連接，另外一端與地 連接，第二比較器的輸出端與CPLD邏輯處理模塊連接； 可控硅控制保護模塊包括單向可控硅、三極管和脈沖變壓器，三極管與脈沖變壓器連 接，脈沖變壓器與單向可控硅連接，單向可控硅與繼電器并聯(lián)，之后與負載串聯(lián)，CPLD邏輯 處理模塊為單向可控硅提供脈沖串； CPLD邏輯處理模塊包括CPLD芯片和單片機L9110, CPLD芯片的I/O端口與單片機 L9110連接，單片機L9110與繼電器連接； 本系統(tǒng)通過信號采集模塊將交流信號轉換成電平信號，選取從正向過渡到反向的零點 電平信號作為響應的觸發(fā)信號，選取當前信號電平為高時作為零點，設在第一光電隔離器 導致的相移的時間為A1，第一比較器反向輸入端電壓導致的相移時間λ 2，故相移總時間 λ = max ( λ J，λ 2) (I) 設第一光電隔離器導通所需電壓為V1，第一比較器反向輸入端電壓為V2，根據(jù)交流電 的數(shù)學表達式得
其中心和12分別為檢測到的零點時的時間，T為交流電的周期，η = 1，2,3....，實際 的零點位置對應的時間應為：
(4) 根據(jù)式（2)、（3)和（4)得到第一光電隔離器導致的相移時間A1和第一比較器反向輸 入端電壓導致的相移時間λ 2:
(6) 再根據(jù)式（1)就得到相移的總時間， 當控制通斷信號為" 1"時表示要響應閉合狀態(tài)，為"0"時表示要響應斷開狀態(tài)，響應閉 合狀態(tài)時，首先通過過零信號檢測電路檢測交流電的過零點，當檢測到交流電的過零點時， CPLD芯片產(chǎn)生頻率IKhz的脈沖串給脈沖變壓器使得單向硅導通，延時20- Ams后CPLD芯 片產(chǎn)生一個脈沖信號通過單片機L9110閉合繼電器，再延時20ms關閉脈沖串，閉合狀態(tài)響 應完畢； 當控制通斷信號為"0"時，響應斷開狀態(tài)，首先進行過零檢測，一旦檢測到交流電的過 零點時，CPLD芯片產(chǎn)生頻率IKhz的脈沖串給脈沖變壓器使得單向硅導通，延時20-λ ms后 斷開繼電器，繼續(xù)延時20ms后關閉脈沖串，斷開狀態(tài)響應完畢； CPLD芯片一旦檢測到缺相，馬上產(chǎn)生IKhz的脈沖串導通單向可控硅，對繼電器進行 保護，然后斷開繼電器，再立刻關閉脈沖串使得單向可控硅斷開，以此來保護整個電路和負 載。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于CPLD的交流電中保護繼電器及其缺相保護系統(tǒng)，包括信號采集模塊，CPLD邏輯處理模塊和可控硅控制保護模塊，信號采集模塊將交流電信號及其狀態(tài)轉化為可處理的弱電信號，將其傳達給CPLD邏輯處理模塊，CPLD邏輯處理模塊能夠通過采集到的信號判斷交流電的狀態(tài)，并根據(jù)當前狀態(tài)輸出對應的信號到可控硅控制保護模塊，一旦檢測到缺相，馬上閉合單項可控硅，對繼電器進行保護，然后斷開繼電器，再立刻停止脈沖串，斷開單向硅，以此來保護整個電路和負載。本系統(tǒng)解決了繼電器在閉合或者斷開時產(chǎn)生的電弧現(xiàn)象，使用靈活，能起到保護整個電路和負載的作用。
【IPC分類】G05B19-042, H02H3-253, H02H7-22
【公開號】CN104678860
【申請?zhí)枴緾N201510083206
【發(fā)明人】程炳坤, 于志偉, 曾鳴, 張海東, 周彬彬, 柳佳男
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月11日