一種具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器，包括交流接觸器本體、并聯(lián)分流支路和檢測(cè)控制裝置，并聯(lián)分流支路分別并聯(lián)在交流接觸器本體的三相主觸點(diǎn)兩端；各相并聯(lián)分流支路均包括電流檢測(cè)單元、雙向晶閘管、晶閘管自檢繼電器、晶閘管自檢電阻和電磁繼電器；檢測(cè)控制裝置包括三相電壓檢測(cè)單元、A相相電壓過(guò)零檢測(cè)單元、三相電流檢測(cè)單元、A相電流過(guò)零檢測(cè)單元、電磁線圈激勵(lì)單元、晶閘管驅(qū)動(dòng)單元、電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元、電流檢測(cè)單元、阻容降壓電源和微控制器。本發(fā)明用于頻繁的接通或分?jǐn)嘟涣髦麟娐罚ㄟ^(guò)電力電子器件的瞬間分流，抑制了接觸器每次動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生電弧，很大程度上減少了電弧對(duì)接觸器主觸點(diǎn)的侵蝕。
【專利說(shuō)明】一種具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低壓開關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有復(fù)合式交流接觸器是基于交流接觸器和晶閘管的復(fù)合體，電磁線圈激磁方式多為交流方式，即直接從380V母線取電，磁路中磁通交變，會(huì)在鐵心中產(chǎn)生鐵心損耗并發(fā)出噪音，使得電器設(shè)備的效率和電網(wǎng)的功率因數(shù)降低，可控性差、操作頻率低，保持電磁鐵時(shí)需消耗很多電能。
[0003]交流接觸器的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行直接影響電能質(zhì)量。隨著新材料新工藝的發(fā)展以及電力電子技術(shù)突飛猛進(jìn)，智能化、無(wú)弧化是未來(lái)交流接觸器的發(fā)展方向。在AC-4使用類別下，交流接觸器需要關(guān)合4?6倍額定電流，開斷2?3倍額定電流，并且頻繁的控制電機(jī)啟、停、正反轉(zhuǎn)等，電流沖擊很大，所以傳統(tǒng)交流接觸器分合閘時(shí)存在二次彈跳引起的斷續(xù)電弧以及強(qiáng)烈電弧的問(wèn)題。
[0004]電磁線圈也有采用直流激磁，但硬件電路體積較大，性價(jià)比低，且處理器實(shí)時(shí)性差、控制策略簡(jiǎn)單。晶閘管是現(xiàn)有復(fù)合式開關(guān)的薄弱環(huán)節(jié)，容易出現(xiàn)故障，需要采取有效措施及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和解除故障，否則，在實(shí)際應(yīng)用中是一個(gè)很大的安全隱患。
[0005]工程項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期運(yùn)行的復(fù)合式交流接觸器也存在安全隱患。通常采用接觸器并聯(lián)雙向晶閘管的辦法解除無(wú)弧化問(wèn)題，但晶閘管導(dǎo)通分流的暫態(tài)過(guò)程中需要承受很大的電壓變化率(dv / dt)，容易擊穿短路或斷路。如果分流支路中有兩相或者三相晶閘管擊穿短路，則會(huì)造成電機(jī)負(fù)載短路或者斷相，電機(jī)繞組會(huì)很快燒毀。此時(shí)，無(wú)法分?jǐn)嘭?fù)載，即使工作人員發(fā)現(xiàn)，也需要一定時(shí)間處理，會(huì)釀成惡劣的生產(chǎn)事故，因此不容忽視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器，包括交流接觸器本體，交流接觸器本體的三相主觸點(diǎn)分別連接在三相電網(wǎng)與負(fù)載之間的線路中；還包括并聯(lián)分流支路和檢測(cè)控制裝置；
[0009]所述并聯(lián)分流支路包括A相并聯(lián)分流支路、B相并聯(lián)分流支路和C相并聯(lián)分流支路，三相并聯(lián)分流支路分別并聯(lián)在交流接觸器本體的A相主觸點(diǎn)兩端、B相主觸點(diǎn)兩端、C相主觸點(diǎn)兩端；
[0010]各相并聯(lián)分流支路均包括電流檢測(cè)單元、雙向晶閘管、晶閘管自檢繼電器、晶閘管自檢電阻和電磁繼電器；電流檢測(cè)單元的一端連接至電網(wǎng)與交流接觸器本體主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，電流檢測(cè)單元的另一端連接雙向晶閘管的主電極的一端，雙向晶閘管的主電極的另一端連接電磁繼電器常開觸點(diǎn)的一端，電磁繼電器線圈常開觸點(diǎn)的另一端連接至交流接觸器本體主觸點(diǎn)與負(fù)載之間的輸電線路中，雙向晶閘管的主電極的另一端還連接晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)的一端，晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)的另一端連接自檢電阻的一端；A相并聯(lián)分流支路的自檢電阻的另一端連接三相電網(wǎng)的B相，B相并聯(lián)分流支路的自檢電阻的另一端連接三相電網(wǎng)的C相，C相并聯(lián)分流支路的自檢電阻的另一端連接三相電網(wǎng)的A相；[0011 ] 所述檢測(cè)控制裝置包括三相電壓檢測(cè)單元、A相相電壓過(guò)零檢測(cè)單元、三相電流檢測(cè)單元、A相電流過(guò)零檢測(cè)單元、電磁線圈激勵(lì)單元、晶閘管驅(qū)動(dòng)單元、電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元、電流檢測(cè)單元、阻容降壓電源和微控制器；
[0012]所述電磁線圈激勵(lì)單元包括IGBT驅(qū)動(dòng)單元、+240V激磁電源和+24V保持電源；+24V保持電源的一端連到三相電網(wǎng)，+24V保持電源的另一端連接交流接觸器本體的電磁線圈一端，+240V激磁電源的一端連接至電網(wǎng)的A相，+240V激磁電源的另一端連接IGBT驅(qū)動(dòng)單元的輸入端，IGBT驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接交流接觸器本體的電磁線圈，IGBT驅(qū)動(dòng)單元的輸入端、+240V激磁電源的控制輸入端和+24V保持電源的控制輸入端分別連接微控制器的控制輸出端；
[0013]所述三相電壓檢測(cè)單元分別連接至三相電網(wǎng)與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，三相電流檢測(cè)單元分別連接至負(fù)載與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，三相電壓檢測(cè)單元的輸出端、三相電流檢測(cè)單元的輸出端分別連接微控制器的輸入端，A相電壓檢測(cè)單元的一個(gè)輸出端連接A相電壓過(guò)零檢測(cè)單元的輸入端，A相電壓過(guò)零檢測(cè)單元的輸出端連接微控制器的輸入端，A相電流檢測(cè)單元的一個(gè)輸出端連接A相電流過(guò)零檢測(cè)單元的輸入端，A相電流過(guò)零檢測(cè)單元的輸出端連接微控制器的輸入端；
[0014]阻容降壓電源的輸入端連接至三相電網(wǎng)與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，阻容降壓電源的輸出端連接微控制器的輸入端，微控制器的輸入端還連接各相并聯(lián)分流支路的電流檢測(cè)單元的輸出端，微控制器的輸出端分別連接晶閘管驅(qū)動(dòng)單元的輸入端、電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元的輸入端，晶閘管驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接至雙向晶閘管的輸入端，電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接至電磁繼電器的輸入端。
[0015]所述微控制器的輸出端連接有聲光報(bào)警單元。
[0016]所述三相電壓檢測(cè)單元均包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路、半波精密整流電路和反向求和電路，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接至三相電網(wǎng)與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接半波精密整流電路的輸入端，半波精密整流電路的輸出端連接反向求和電路的輸入端，反向求和電路的輸出端連接微控制器的輸入端。
[0017]所述三相電流檢測(cè)單元均包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路、半波精密整流電路和反向求和電路，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接至負(fù)載與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接半波精密整流電路的輸入端，半波精密整流電路的輸出端連接反向求和電路的輸入端，反向求和電路的輸出端連接微控制器的輸入端。
[0018]所述阻容降壓電源包括+5V電源和±12V電源；+5V電源輸入端和±12V電源輸入端分別連接至三相電網(wǎng)與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，+5V電源輸出端和±12V電源輸出端分別連接微控制器的輸入端。
[0019]所述微控制器通過(guò)eCAN總線通訊接口連接至上位機(jī)。
[0020]該復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器的控制方法如下:[0021]步驟1:復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器上電后實(shí)時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)操作或上位機(jī)的控制指令；
[0022]步驟2:當(dāng)復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器接收到合閘控制指令時(shí)，開始合閘工作；
[0023]步驟2.1:進(jìn)行雙向晶閘管自檢:晶閘管自檢繼電器閉合，三相電網(wǎng)的線電壓流經(jīng)自檢電阻，電網(wǎng)兩相之間形成回路，當(dāng)某相并聯(lián)分流支路的電流檢測(cè)單元檢測(cè)到有電流通過(guò)，則判斷該相雙向晶閘管短路，微控制器將該短路信息反饋至上位機(jī)，斷開該相雙向晶閘管直至解除短路故障；
[0024]步驟2.2:雙向晶閘管自檢正常后，當(dāng)復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器接收到上位機(jī)合閘指令，微控制器通過(guò)電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元向電磁繼電器發(fā)出觸發(fā)脈沖，電磁繼電器閉合；
[0025]步驟2.3:微控制器通過(guò)A相電壓檢測(cè)單元和A相電壓過(guò)零檢測(cè)單元捕捉電網(wǎng)信號(hào)過(guò)零點(diǎn)，在A相電壓過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)A相并聯(lián)分流支路的雙向晶閘管導(dǎo)通分流，通過(guò)電磁線圈激勵(lì)單元對(duì)交流接觸器本體的電磁線圈進(jìn)行激磁，交流接觸器本體的主觸點(diǎn)閉合，A相并聯(lián)分流支路的雙向晶閘管截止，三相電網(wǎng)的電路通過(guò)交流接觸器本體的主觸點(diǎn)流至負(fù)載，且微控制器一直發(fā)出觸發(fā)脈沖給三相并聯(lián)支路中的雙向晶閘管；
[0026]步驟3:當(dāng)復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器接收到分閘控制指令時(shí)，開始分閘工作；
[0027]步驟3.1:進(jìn)行雙向晶閘管自檢:晶閘管自檢繼電器閉合，三相電網(wǎng)的線電壓流經(jīng)自檢電阻，電網(wǎng)兩相之間形成回路，當(dāng)某相并聯(lián)分流支路的電流檢測(cè)單元檢測(cè)到?jīng)]有電流通過(guò)，則判斷該相雙向晶閘管斷路，微控制器將該斷路信息反饋至上位機(jī)，斷開該相雙向晶閘管直至解除斷路故障；
[0028]步驟3.2:雙向晶閘管自檢正常后，交流接觸器本體電磁線圈斷電，交流接觸器本體主觸點(diǎn)斷開；
[0029]步驟3.3:自檢電阻值增加，交流接觸器本體主觸點(diǎn)端電壓增大；
[0030]步驟3.4:當(dāng)交流接觸器本體主觸點(diǎn)端電壓大于雙向晶閘管主電極之間的電壓降時(shí)，雙向晶閘管導(dǎo)通分流，避免拉弧現(xiàn)象，交流接觸器本體主觸點(diǎn)無(wú)弧分?jǐn)啵?br> [0031]步驟3.5:微控制器封鎖觸發(fā)脈沖，雙晶閘管在電流過(guò)零時(shí)關(guān)斷，該相并聯(lián)分流支路的電磁繼電器斷開；
[0032]步驟3.6:當(dāng)雙向晶閘管導(dǎo)通分流且交流接觸器本體主觸點(diǎn)無(wú)弧分?jǐn)鄷r(shí)，若雙向晶閘管短路擊穿，則交流接觸器合閘，此時(shí)，并聯(lián)分流支路電磁繼電器先分?jǐn)?，將三相并?lián)分流支路完全切除，然后交流接觸器再次安全分?jǐn)嘭?fù)載。
[0033]有益效果:
[0034]本發(fā)明的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器用于頻繁的接通或分?jǐn)嘟涣髦麟娐?，具有遠(yuǎn)距離控制通訊功能，控制對(duì)象為三相電動(dòng)機(jī)或無(wú)功補(bǔ)償電容器等。
[0035]復(fù)合式交流接觸器采用無(wú)觸點(diǎn)電力電子開關(guān)與有觸電的接觸器相結(jié)合的辦法，通過(guò)電力電子器件的瞬間分流，抑制了接觸器每次動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生電弧，很大程度上減少了電弧對(duì)接觸器主觸點(diǎn)的侵蝕。經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)改造，電磁線圈智能激磁方案多樣化，主觸點(diǎn)彈跳次數(shù)逐步降低，接觸器啟動(dòng)和保持過(guò)程中功耗也大大降低，使不足交流接觸器機(jī)械壽命十分之一的電壽命得到很大提升。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器的安裝示意圖；
[0037]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的傳統(tǒng)交流接觸器示意圖；
[0038]圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的A相并聯(lián)分流支路連接示意圖；
[0039]圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的B相并聯(lián)分流支路連接示意圖；
[0040]圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的C相并聯(lián)分流支路連接示意圖；
[0041]圖6是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的檢測(cè)控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖7是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的三相電壓檢測(cè)單元電路原理圖；
[0043]圖8是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的電流電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖；
[0044]圖9是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的半波精密整流電路原理圖；
[0045]圖10是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的反向求和電路原理圖；
[0046]圖11是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的三相電流檢測(cè)單元電路原理圖；
[0047]圖12是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的ACS758接口電路原理圖；
[0048]圖13是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的并聯(lián)分流支路電路原理圖；
[0049]圖14是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的A相相電壓過(guò)零檢測(cè)單元電路原理圖；
[0050]圖15是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的IGBT驅(qū)動(dòng)單元電路原理圖；
[0051]圖16是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的+240V激磁電源電路原理圖；
[0052]圖17是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的+24V保持電源電路原理圖；
[0053]圖18是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的+5V直流電源結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖19是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的±12V電源結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖20是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的DSP芯片接口電路圖；
[0056]圖21是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的+3.3V穩(wěn)壓電路圖；
[0057]圖22是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的+1.8V穩(wěn)壓電路圖；
[0058]圖23是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的復(fù)位芯片電路圖；
[0059]圖24是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的聲光報(bào)警單元電路圖；
[0060]圖25是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的eCAN總線接口電路圖；
[0061]圖26是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的時(shí)鐘電路圖；
[0062]圖27是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的存儲(chǔ)器電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0064]傳統(tǒng)交流接觸器如圖2所示，交流接觸器本體的三相主觸點(diǎn)KMl、KM2、KM3分別連接在三相電網(wǎng)與負(fù)載之間的線路中；如圖1所示，本實(shí)施方式的具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器，包括交流接觸器本體、并聯(lián)分流支路和檢測(cè)控制裝置。
[0065]為了在交流接觸器分合閘前瞬間分流，本發(fā)明設(shè)計(jì)了并聯(lián)分流支路，并聯(lián)分流支路包括A相并聯(lián)分流支路、B相并聯(lián)分流支路和C相并聯(lián)分流支路，三相并聯(lián)分流支路分別并聯(lián)在交流接觸器本體的A相主觸點(diǎn)兩端、B相主觸點(diǎn)兩端、C相主觸點(diǎn)兩端；
[0066]各相并聯(lián)分流支路均包括電流檢測(cè)單元、雙向晶閘管、晶閘管自檢繼電器、晶閘管自檢電阻和電磁繼電器；雙向晶閘管作為交流接觸器每次動(dòng)作前的分流器件，實(shí)現(xiàn)接觸器無(wú)弧分合閘。電磁繼電器則是為了防止出現(xiàn)雙向晶閘管短路擊穿而無(wú)法分?jǐn)嚯姍C(jī)負(fù)載現(xiàn)象，而設(shè)置的保險(xiǎn)開關(guān)。如果交流接觸器分閘后，雙向晶閘管短路，立刻再次閉合交流接觸器，然后斷開電磁繼電器，徹底切除故障分流支路，交流接觸器再次分閘，確保在最短時(shí)間內(nèi)使負(fù)載電機(jī)停止運(yùn)行，否則后果不堪設(shè)想。
[0067]電磁繼電器選用廈門宏發(fā)電聲股份有限公司的小型大功率磁保持繼電器HFE9-2，60A觸點(diǎn)切換能力，可承受1440A峰值電流(作用時(shí)間IOms)，最大切換功率15000VA，工作溫度范圍-40°C?+85°C。采用NPN8050三極管驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，集電極最大電流為1.5A。
[0068]雙向晶閘管選用ST意法半導(dǎo)體公司的BTA80-1200B，通態(tài)方均電流IT (RMS) 80A，浪涌電流ITSM為800A(50Hz)，反向重復(fù)峰值電壓1200V，結(jié)溫125°C，控制極觸發(fā)電流50mA，通態(tài)壓降VTM小于1.5V。由于本實(shí)施方式的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器的控制對(duì)象為22kw三相異步電機(jī)，額定電流為43A左右，所以滿足系統(tǒng)需求。
[0069]電流檢測(cè)單元的一端連接至電網(wǎng)與交流接觸器本體主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，電流檢測(cè)單元的另一端連接雙向晶閘管的主電極的一端，雙向晶閘管的主電極的另一端連接電磁繼電器常開觸點(diǎn)的一端，電磁繼電器線圈常開觸點(diǎn)的另一端連接至交流接觸器本體主觸點(diǎn)與負(fù)載之間的輸電線路中，雙向晶閘管的主電極的另一端還連接晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)的一端，晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)的另一端連接自檢電阻的一端。
[0070]如圖3所示的A相并聯(lián)分流支路中，電流檢測(cè)單元的一端連接至電網(wǎng)A相與交流接觸器本體主觸點(diǎn)KMl之間的輸電線路中，電流檢測(cè)單元的另一端連接雙向晶閘管SCRl的主電極的一端，雙向晶閘管SCRl的主電極的另一端連接電磁繼電器Relayl常開觸點(diǎn)的一端，電磁繼電器Relayl線圈常開觸點(diǎn)的另一端連接至交流接觸器本體主觸點(diǎn)KMl與負(fù)載之間的輸電線路中，雙向晶閘管SCRl的主電極的另一端還連接晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)Kl的一端，晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)Kl的另一端連接自檢電阻Rl的一端，自檢電阻Rl的另一端連接三相電網(wǎng)的B相。
[0071]如圖4所示的B相并聯(lián)分流支路中，電流檢測(cè)單元的一端連接至電網(wǎng)B相與交流接觸器本體主觸點(diǎn)KM2之間的輸電線路中，電流檢測(cè)單元的另一端連接雙向晶閘管SCR2的主電極的一端，雙向晶閘管SCR2的主電極的另一端連接電磁繼電器Relay2常開觸點(diǎn)的一端，電磁繼電器Relayl線圈常開觸點(diǎn)的另一端連接至交流接觸器本體主觸點(diǎn)KM2與負(fù)載之間的輸電線路中，雙向晶閘管SCR2的主電極的另一端還連接晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)K2的一端，晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)K2的另一端連接自檢電阻R2的一端，自檢電阻R2的另一端連接三相電網(wǎng)的C相。
[0072]如圖4所示的B相并聯(lián)分流支路中，電流檢測(cè)單元的一端連接至電網(wǎng)B相與交流接觸器本體主觸點(diǎn)KM2之間的輸電線路中，電流檢測(cè)單元的另一端連接雙向晶閘管SCR2的主電極的一端，雙向晶閘管SCR2的主電極的另一端連接電磁繼電器Relay2常開觸點(diǎn)的一端，電磁繼電器Relay2線圈常開觸點(diǎn)的另一端連接至交流接觸器本體主觸點(diǎn)KM2與負(fù)載之間的輸電線路中，雙向晶閘管SCR2的主電極的另一端還連接晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)K2的一端，晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)K2的另一端連接自檢電阻R2的一端，自檢電阻R2的另一端連接三相電網(wǎng)的C相。
[0073]如圖5所示的C相并聯(lián)分流支路中，電流檢測(cè)單元的一端連接至電網(wǎng)B相與交流接觸器本體主觸點(diǎn)KM3之間的輸電線路中，電流檢測(cè)單元的另一端連接雙向晶閘管SCR3的主電極的一端，雙向晶閘管SCR3的主電極的另一端連接電磁繼電器Relay3常開觸點(diǎn)的一端，電磁繼電器Relay3線圈常開觸點(diǎn)的另一端連接至交流接觸器本體主觸點(diǎn)KM3與負(fù)載之間的輸電線路中，雙向晶閘管SCR3的主電極的另一端還連接晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)K3的一端，晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)K3的另一端連接自檢電阻R3的一端，自檢電阻R3的另一端連接三相電網(wǎng)的A相。
[0074]為了實(shí)時(shí)檢測(cè)并聯(lián)支路是否有電流通過(guò)，電流檢測(cè)單元采用Allegro公司的線性霍爾電流傳感器ACS758，作為判斷并聯(lián)分流支路運(yùn)行狀況的一種檢測(cè)手段。ACS758電流檢測(cè)量程可達(dá)到±200A，最小輸出電流單位3mA，工作溫度為_40°C?+85°C，完全滿足本系統(tǒng)要求。霍爾型傳感器ACS758選用貼片封裝，可方便與控制板集成，體積較小。圖12為ACS758接口電路，輸出的電壓信號(hào)直接送到DSP的A / D轉(zhuǎn)換器，Pl端子的輸入信號(hào)為并聯(lián)分流支路的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，即將連個(gè)端子串聯(lián)到并聯(lián)分流支路中即可，其中I號(hào)、2號(hào)引腳為ACS758輸入引腳的正端，3、4引腳為信號(hào)的負(fù)端。7號(hào)腳為ACS758的輸出信號(hào)引腳，經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換后為電壓信號(hào)，DSP的A / D 口直接對(duì)該點(diǎn)采樣，即可判斷并聯(lián)分流支路電流情況。
[0075]并聯(lián)分流支路電路原理如圖13所示，接線端子J2為交流接觸器A相主觸點(diǎn)(B、C兩相同理)的兩端，當(dāng)進(jìn)行合閘操作時(shí)，首先DSP發(fā)送繼電器HFE9動(dòng)作觸發(fā)信號(hào)RELAYl，三極管Q3滿足導(dǎo)通條件，繼電器吸合。3ms后，光耦M0C3081的2號(hào)腳接收到DSP發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)，內(nèi)部發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，4腳和6腳連通。由于電磁繼電器HFE9-2先吸合，所以繼電器HFE9-2不承擔(dān)切換電流的作用。電路中R14為晶閘管門極驅(qū)動(dòng)限流電阻，R15為抗干擾作用，防止雙向晶閘管誤導(dǎo)通。
[0076]如圖6所示，檢測(cè)控制裝置包括三相電壓檢測(cè)單元、A相相電壓過(guò)零檢測(cè)單元、三相電流檢測(cè)單元、A相電流過(guò)零檢測(cè)單元、電磁線圈激勵(lì)單元、晶閘管驅(qū)動(dòng)單元、電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元、電流檢測(cè)單元、阻容降壓電源和微控制器。
[0077]本實(shí)施方式中，微控制器采用型號(hào)為TMS320F28335的DSP，如圖20所示。采用+3.3V穩(wěn)壓電路和+1.8V穩(wěn)壓電路為DSP供電，
[0078]+3.3V穩(wěn)壓電路采用線性穩(wěn)壓器件LM1117-3.3(如圖21所示)，+1.8V穩(wěn)壓電路采用LM1117-1.8(如圖22所示)分別為DSP的I / O 口及DSP內(nèi)核供電，電壓紋波小、性價(jià)比高。
[0079]本實(shí)施方式采用MAX812作為DSP外接復(fù)位芯片，提高了普通復(fù)位電路的穩(wěn)定性和可靠性，如圖23所示。為了便于故障檢修，設(shè)計(jì)了聲光報(bào)警電路，DSP的輸出端連接聲光報(bào)警單元，信號(hào)燈采用+12V防水燈和防水蜂鳴器，放置在控制器封裝外殼上。如圖24所示。為了便于上位機(jī)遠(yuǎn)程控制，設(shè)計(jì)了基于SN65HVD230芯片的eCAN總線通訊接口，eCAN總線通訊接口電路如圖25所示，Rll為差分信號(hào)電阻，保證了傳輸信號(hào)的可靠性，DSP通過(guò)eCAN總線通訊接口連接至上位機(jī)。
[0080]時(shí)鐘電路是接觸器控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，可以準(zhǔn)確記錄就地操作或上位機(jī)發(fā)出的分合閘動(dòng)作指令時(shí)間，以及系統(tǒng)故障時(shí)間，便于檢修人員分析。DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的性能優(yōu)異、性價(jià)比較高的時(shí)鐘芯片，其與DSP28335之間的數(shù)據(jù)傳輸可以通過(guò)SPI方式進(jìn)行。芯片供電電壓范圍為2.5?5.5V，內(nèi)部具有12個(gè)寄存器，計(jì)時(shí)精度高。采用主、備雙電源供電，可對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電，圖26為DS1302時(shí)鐘電路圖。
[0081]將事先整定好的系統(tǒng)參數(shù)以及故障時(shí)的詳細(xì)數(shù)據(jù)記錄放到存儲(chǔ)器中，可有效避免數(shù)據(jù)突然掉電丟失。本實(shí)施方式設(shè)計(jì)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路如圖27所示，選用ATMEL公式推出的AT24C256作為核心器件，工作電壓與DSP28335最小系統(tǒng)兼容，外圍電路簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。
[0082]晶閘管驅(qū)動(dòng)單元選用美國(guó)摩托羅拉公司的M0C3081光電耦合器，截止?fàn)顟B(tài)峰值端電壓800V，峰值重復(fù)浪涌電流1A，輸入輸出絕緣電壓可到7500V，工作溫度范圍-40°C?+100°C。內(nèi)部紅外發(fā)射二極管正向連續(xù)電流60mA，最大反向電壓6V。接線端子J2為交流接觸器A相主觸點(diǎn)(B、C兩相同理)的兩端，當(dāng)進(jìn)行合閘操作時(shí)，首先DSP發(fā)送繼電器HFE9動(dòng)作觸發(fā)信號(hào)RELAY1，三極管Q3滿足導(dǎo)通條件，繼電器吸合。3ms后，光耦M0C3081的2號(hào)腳接收到DSP發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)，內(nèi)部發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，4腳和6腳連通。由于電磁繼電器HFE9-2先吸合，所以繼電器HFE9-2不承擔(dān)切換電流的作用。電路中R14為晶閘管門極驅(qū)動(dòng)限流電阻，R15為抗干擾作用，防止雙向晶閘管誤導(dǎo)通。
[0083]電磁線圈激勵(lì)單元包括IGBT驅(qū)動(dòng)單元、+240V激磁電源和+24V保持電源；+24V保持電源的一端連到三相電網(wǎng)，+24V保持電源的另一端連接交流接觸器本體的電磁線圈一端，+240V激磁電源的一端連接至電網(wǎng)的A相，+240V激磁電源的另一端連接IGBT驅(qū)動(dòng)單元的輸入端，IGBT驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接交流接觸器本體的電磁線圈，IGBT驅(qū)動(dòng)單元的輸入端、+240V激磁電源的控制輸入端和+24V保持電源的控制輸入端分別連接微控制器的控制輸出端。
[0084]交流接觸器鐵心的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)線圈激磁產(chǎn)生的電磁感應(yīng)，克服了彈簧反向拉力產(chǎn)生的。當(dāng)鐵心運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)后，只需要提供線圈小的電流即可保持住鐵心，而線圈的智能激磁由電力電子器件的開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0085]為實(shí)現(xiàn)智能激磁，使用單管IGBT作為開關(guān)器件，作為雙極型器件和場(chǎng)效應(yīng)器件的復(fù)合體，結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)。IGBT選用美國(guó)Intersil公司的HGTP12N50E1型號(hào)，額定電壓12A，最高耐壓500V，工作溫度為-55°C?+150°C，導(dǎo)通壓降小，開關(guān)速度快。
[0086]IGBT驅(qū)動(dòng)單元選用日本Toshiba公司的驅(qū)動(dòng)光耦TLP250，電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、性價(jià)比較高。電源電壓工作范圍10?35V，最大輸出電流可達(dá)到±1.5A，輸入輸出隔離電壓2500V，最大開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間1.5 μ S。
[0087]IGBT驅(qū)動(dòng)單元電路如圖15所示，+240V激磁電源通過(guò)IGBT加在電磁線圈兩端，由DSP內(nèi)部產(chǎn)生的PWM脈沖作為激磁信號(hào)。當(dāng)光耦TLP250的2號(hào)腳為高電平時(shí)，2號(hào)腳與3號(hào)腳之間的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，V。輸出+12V電壓經(jīng)限流電阻R124后加在IGBT的I號(hào)腳柵極，大于開啟電壓，IGBT滿足導(dǎo)通調(diào)節(jié)，電磁線圈得電。反之類似。為保護(hù)IGBT的I號(hào)腳柵極電平可靠性，增加了下拉電阻R95和15V雙向瞬態(tài)二極管。線圈斷電后，為防止反電勢(shì)損壞IGBT，在其2號(hào)腳與3號(hào)腳，即C-E極間并聯(lián)壓敏電阻R144，并通過(guò)二極管1Ν4007續(xù)流。當(dāng)激磁完畢后，DSP發(fā)出繼電器Κ8的動(dòng)作信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管Q5放大后，驅(qū)動(dòng)繼電器Kl，從而將+24V直流電壓加在線圈兩端，實(shí)現(xiàn)節(jié)能保持。
[0088]+240V激磁電源如圖16所示，該電源交流調(diào)壓原理，通過(guò)控制雙向晶閘管Q4008L4的導(dǎo)通角，改變輸出電壓的平均值。滑動(dòng)變阻器R8、RlO、Cl5組成移相觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)電容Cl5的端電壓上升到雙向觸發(fā)二極管D7的阻斷電壓時(shí)，D7被擊穿，雙向可控硅滿足導(dǎo)通條件，經(jīng)整流、濾波電路后輸出穩(wěn)定的+240V直流電壓。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R8可改變充電電容C15的時(shí)間常數(shù)，進(jìn)而改變雙向晶閘管Q5的導(dǎo)通角。RlO作為保護(hù)電阻，防止R8調(diào)到O Ω電流過(guò)大，損壞其他器件。LI與C13組成濾波網(wǎng)絡(luò)，可消除可控硅開關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的大量諧波，避免污染電網(wǎng)。
[0089]+24V保持電源如圖17所示，交流接觸器CJ20-63可靠閉合后，只需要加不小于24V的直流電壓，接觸器就可以穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)達(dá)到節(jié)能和分閘時(shí)間一致性高的要求。220V交流工頻電壓經(jīng)整流橋D23后，變?yōu)槊}動(dòng)的直流電，電容C18將其平波為穩(wěn)定的直流電。C15、C16、D8、D10構(gòu)成倍壓電路，將其電壓翻一倍，通過(guò)限流電阻R8后，加到MOS管IRF540的柵極。電壓基準(zhǔn)源Ul與MOS管Q8組成動(dòng)態(tài)調(diào)壓電路，使輸出電壓為恒定+24V。三極管Q9的I號(hào)腳、3號(hào)腳在電流過(guò)大時(shí)，電阻R19分得的電壓過(guò)大，導(dǎo)致三極管Q9滿足導(dǎo)通條件而連通，此時(shí)，MOS管IRF540的柵極和漏極被短接而截止，關(guān)閉輸出。
[0090]三相電壓檢測(cè)單元分別連接至三相電網(wǎng)與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，三相電流檢測(cè)單元分別連接至負(fù)載與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，三相電壓檢測(cè)單元的輸出端、三相電流檢測(cè)單元的輸出端分別連接微控制器的輸入端，A相電壓檢測(cè)單元的一個(gè)輸出端連接A相電壓過(guò)零檢測(cè)單元的輸入端，A相電壓過(guò)零檢測(cè)單元的輸出端連接微控制器的輸入端，A相電流檢測(cè)單元的一個(gè)輸出端連接A相電流過(guò)零檢測(cè)單元的輸入端，A相電流過(guò)零檢測(cè)單元的輸出端連接微控制器的輸入端；
[0091]阻容降壓電源的輸入端連接至三相電網(wǎng)與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，阻容降壓電源的輸出端連接微控制器的輸入端，微控制器的輸入端還連接各相并聯(lián)分流支路的電流檢測(cè)單元的輸出端，微控制器的輸出端分別連接晶閘管驅(qū)動(dòng)單元的輸入端、電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元的輸入端，晶閘管驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接至雙向晶閘管的輸入端，電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接至電磁繼電器的輸入端。
[0092]三相電壓檢測(cè)單元如圖7所示，均包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路、半波精密整流電路和反向求和電路，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接至三相電網(wǎng)與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接半波精密整流電路的輸入端，半波精密整流電路的輸出端連接反向求和電路的輸入端，反向求和電路的輸出端連接微控制器的輸入端。
[0093]A、B、C三相相電壓檢測(cè)單元電路相同，下面以A相為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0094]三相電壓檢測(cè)單元與三相電流檢測(cè)單元基本相同，只是在電壓互感器的輸入側(cè)串入200K的限流電阻。電路中選用南京澤明電子有限公司生產(chǎn)的ZMPT101B型電壓互感器，額定輸入電流2mA，額定輸出電流2mA，變比1000: 1000,線性范圍O~3mA，隔離耐壓3000V，工作溫度-40~+70°C。
[0095] 三相電壓檢測(cè)單元中的電流電壓轉(zhuǎn)換電路如圖8所示，輸入信號(hào)為相電壓(Uacl、Uac2其中一個(gè)引腳接地、一個(gè)引腳接三個(gè)相線中任一個(gè))，50Hz、220V工頻交流電經(jīng)過(guò)220K限流電阻后，流過(guò)精密電流型電壓互感器ZMPT101B，感應(yīng)出微弱的電流型號(hào)。R6為采樣電阻，把感應(yīng)出的微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。二極管D8、D13對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行限幅，保證信號(hào)在± IOV內(nèi)，避免尖峰信號(hào)燒壞后級(jí)器件。限幅后的信號(hào)送給運(yùn)算放大器LM224的2腳輸入端，LM224的I號(hào)腳為經(jīng)過(guò)放大后的輸出信號(hào)，該處的放大倍數(shù)為:R8 / R6，因此可通過(guò)滑動(dòng)變阻器R8完成對(duì)放大幅值的調(diào)節(jié)。C6為相位補(bǔ)償電容。
[0096]三相電壓檢測(cè)單元中的半波精密整流電路如圖9所示，LM224的I號(hào)腳輸出信號(hào)設(shè)置為U1，當(dāng)U1X)時(shí)，必然使集成運(yùn)放的輸出端％〈0，從而導(dǎo)致二極管DlO導(dǎo)通，D9截止，電路實(shí)現(xiàn)反相比例運(yùn)算，輸出電壓U2=-KU1(KX));當(dāng)仏〈0時(shí)，必然使輸出端UtlX),從而使二極管D9導(dǎo)通，DlO截止，R13中電流為零，因此輸出電壓％=0。因此，若利用反相求和電路將-KU1與Ul負(fù)半周波形相加，就可以實(shí)現(xiàn)全波整流。
[0097]三相電壓檢測(cè)單元中的反向求和電路如圖10所示，此反相求和電路的輸出電壓U3=JU2-U1 ;當(dāng) U1X)時(shí)，U2=IU1，U3=2U1-U1=U1 ;當(dāng) υ,Ο 時(shí)，U2=O, U3=-U1O 從而看出，該電路實(shí)際是一個(gè)絕對(duì)值電路，很好的把信號(hào)的負(fù)電平的成分對(duì)稱翻折到正電平。
[0098]三相電流檢測(cè)單元如圖11所示，均包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路、半波精密整流電路和反向求和電路，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接至負(fù)載與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接半波精密整流電路的輸入端，半波精密整流電路的輸出端連接反向求和電路的輸入端，反向求和電路的輸出端連接微控制器的輸入端。
[0099]Α、B、C三相相電壓檢測(cè)單元電路相同，下面以A相為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0100]由于電流互感器檢測(cè)的是相電流，即需要判定電流過(guò)零點(diǎn)。所以，只要能夠精確檢測(cè)相電流過(guò)零點(diǎn)便可以確定電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻。
[0101]根據(jù)系統(tǒng)控制要求，三相電流檢測(cè)單元中選用南京向上電子科技有限公司的DL-CT12CL型交流精密電流互感器傳感器，額定輸入電流為100Α，額定輸出電流為100mA，變比1000: 1，線性范圍O~300A，線性度≤0.3%，工作溫度為-40°C~+80°C。由于電流互感器輸出的信號(hào)為微弱的交流信號(hào)，故通過(guò)采樣電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并通過(guò)比例電路進(jìn)行放大。DSP28335的A / D轉(zhuǎn)換器接收信號(hào)范圍為O~3V，所以需要將信號(hào)的負(fù)半周翻折到零電平之上，本實(shí)施例在比例電路后續(xù)增加了半波精密整流電路和比例求和電路來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。APH為A相主回路電流，CON為三相電流的公共節(jié)點(diǎn)。電流互感器DL-CT12CL感應(yīng)輸出的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)米樣電阻R6后轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，二極管D24、D27組成雙向嵌位二極管，保證信號(hào)幅值在±10V內(nèi)。后續(xù)電路工作原理與相電壓采樣基本一致，不再贅述。
[0102]本實(shí)施方式對(duì)交流接觸器的A相輸入相電壓及A相輸出相電流信號(hào)增加了過(guò)零檢測(cè)單元，區(qū)別僅在于兩個(gè)電路的輸入信號(hào)不同。
[0103]A相相電壓過(guò)零檢測(cè)單元/ A相相電流過(guò)零檢測(cè)單元如圖14所示，其中，電壓比較器選用意法半導(dǎo)體(ST)公司的TS881芯片，精度高、功耗極低，供電電壓輸入范圍1.1~5V，傳播延時(shí)2 μ S，工作溫度范圍為-40°C~+125°C，采用推挽結(jié)構(gòu)輸出。選取A相作為參考相，將線電壓或者相電流檢測(cè)電路互感器后的信號(hào)送給過(guò)零相位檢測(cè)電路，信號(hào)送給運(yùn)算放大器TLC2274的9號(hào)引腳，信號(hào)被運(yùn)放與電阻R46與R47組成的反饋環(huán)節(jié)放大，為了防止信號(hào)電流過(guò)大，設(shè)置了 R20限流電阻，電容C24為相位補(bǔ)償作用。電容C21為濾波電容，濾除干擾信號(hào)。后級(jí)輸入信號(hào)傳給TS881的2號(hào)輸入引腳，并與3號(hào)引腳(零電平)進(jìn)行比較。當(dāng)2號(hào)腳的電平高于3號(hào)腳時(shí)，TS881輸出低電平，在本電路中為零電平；否則，輸出高電平+3.3V。R69為限流電阻，信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器74LS04后進(jìn)一步整形處理，得到理想的脈沖波形，送給DSP28335進(jìn)行處理。
[0104]阻容降壓電源小巧，可有效減小復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器的體積，本實(shí)施方式設(shè)計(jì)了 +5V、±12V直流電源。+5V電源輸入端和±12V電源輸入端分別連接至三相電網(wǎng)與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，+5V電源輸出端和±12V電源輸出端分別連接微控制器的輸入端。
[0105]圖18為+5V穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)不意圖，電路輸入端為A相線與中性線，即輸入為220V工頻交流電。阻容降壓原理主要是通過(guò)無(wú)極性電容在交流電路中呈現(xiàn)出較大的容抗特性，進(jìn)而來(lái)限制回路中的電流。由于容抗產(chǎn)生的是無(wú)功功率，所以電容本身沒(méi)有產(chǎn)生功耗。，只是動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電容和負(fù)載之間的分壓?jiǎn)栴}。普通的電容容量大小各異，都有適合自身的應(yīng)用場(chǎng)合。阻容降壓電路中，由于電容與負(fù)載是串聯(lián)關(guān)系，且電容分得較大的電壓，所以，耐壓值較高，具體應(yīng)用時(shí)還要考慮裕量問(wèn)題。綜上，本實(shí)施方式選擇了耐壓值較高CBB電容。下面計(jì)算此電路中參數(shù)為IyF/ 630V的CCB電流所能得到電流:
[0106]I (av) =0.44*V / Zc
[0107]=0.44*220*2*Pi*f*C ^ 30mA
[0108]根據(jù)系統(tǒng)需求，可采用容量更大的CBB電容或多個(gè)并聯(lián)等方式。
[0109]圖19為±12V電源結(jié)構(gòu)示意圖，通過(guò)整流二極管巧妙實(shí)現(xiàn)雙電源的制作，為霍爾電流傳感器、三相電流檢測(cè)單元、三相電壓檢測(cè)單元供電。電路輸入端為A相線與中性線，即輸入為220V工頻交流電。當(dāng)圖中A點(diǎn)電壓為正時(shí)，相電壓經(jīng)過(guò)電容Cl、C5降壓后(阻抗較大)，經(jīng)過(guò)二極管Dl的陽(yáng)極，實(shí)現(xiàn)半波整流。整流后，電容C2起到蓄能和濾波的作用。穩(wěn)壓二極管D2將輸出信號(hào)幅值限制在16V之內(nèi)，防止損壞三端穩(wěn)壓器LM7812。3號(hào)腳為L(zhǎng)M7812的輸出端，電容C3、C4為+12V穩(wěn)壓電源的去耦電容。G點(diǎn)為L(zhǎng)M7912的I號(hào)腳輸入信號(hào)，并與二極管D3的陽(yáng)極構(gòu)成回路，電流留到電容C5的右端，通過(guò)電容后，流回到A相。電阻R2為電容C1、C5的放電電容。
[0110]本實(shí)施方式的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器合閘時(shí)，讓電磁繼電器Relayl先導(dǎo)通，雙向晶閘管SCRl后導(dǎo)通，完成瞬間分流作用。幾個(gè)ms后給電磁線圈激磁，接觸器主觸點(diǎn)KMl閉合，由于接觸電阻非常小，端電壓接近于零，晶閘管滿足截止條件關(guān)斷。此時(shí)，主電路電流流經(jīng)主觸點(diǎn)，提高了運(yùn)行能 力。
[0111]分閘時(shí)，電磁線圈斷電，主觸頭分開。接觸電阻急劇增加，觸頭端電壓迅速增大。當(dāng)電壓降大于6V時(shí)，晶閘管SCRl導(dǎo)通分流，避免了拉弧現(xiàn)象，主觸點(diǎn)無(wú)弧分?jǐn)?。此時(shí)，DSP2833封鎖觸發(fā)脈沖，晶閘管SCRl在電流過(guò)零時(shí)，自然關(guān)斷，電磁繼電器Relayl隨后斷開。
[0112]對(duì)傳統(tǒng)交流接觸器的A、B、C三相主觸頭分別連接并聯(lián)分流支路，下面以A相并聯(lián)分流支路為例，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，KMl為交流接觸器的三相主觸點(diǎn)之一，在其兩端并聯(lián)的分流支路由A相分流支路電流檢測(cè)單元、雙向晶閘管SCR1、電磁繼電器Relayl三者級(jí)聯(lián)組成。其中，電阻Rl為雙向晶閘管SCRl的自檢電阻，當(dāng)晶閘管自檢繼電器Relay的常開觸點(diǎn)Kl閉合后，通過(guò)A相分流支路電流檢測(cè)單元檢測(cè)到電流的大小、有無(wú)，即可判斷晶閘管SCRl是否損壞。
[0113]該復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器的控制方法如下:
[0114]步驟1:復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器上電后實(shí)時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)操作或上位機(jī)的控制指令；
[0115]步驟2:當(dāng)復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器接收到合閘控制指令時(shí)，開始合閘工作；
[0116]以A相為例進(jìn)行說(shuō)明:
[0117]步驟2.1:進(jìn)行雙向晶閘管自檢，即判斷晶閘管是否損壞(擊穿短路):晶閘管自檢繼電器Relayl閉合，三相電網(wǎng)的380V線電壓流經(jīng)自檢電阻Rl，A相與B相形成回路，A相并聯(lián)分流支路的電流檢測(cè)單元檢測(cè)到有13mA左右電流通過(guò)，則判斷該相雙向晶閘管短路，DSP28335將該短路信息通過(guò)eCAN總線接口電路反饋至上位機(jī)，斷開該相雙向晶閘管直至解除短路故障；[0118]步驟2.2:雙向晶閘管自檢正常后，當(dāng)復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器接收到上位機(jī)合閘指令，DSP通過(guò)電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元向電磁繼電器Relayl發(fā)出觸發(fā)脈沖，電磁繼電器Relayl 閉合；
[0119]步驟2.3:微控制器通過(guò)A相電壓檢測(cè)單元和A相電壓過(guò)零檢測(cè)單元捕捉電網(wǎng)信號(hào)過(guò)零點(diǎn)，預(yù)測(cè)理想關(guān)合相位，DSP判斷出最佳關(guān)合區(qū)域時(shí)，在A相電壓過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)A相并聯(lián)分流支路的雙向晶閘管SCRl導(dǎo)通分流，持續(xù)作用幾個(gè)毫秒，通過(guò)電磁線圈激勵(lì)單元對(duì)交流接觸器本體的電磁線圈進(jìn)行激磁，交流接觸器本體的主觸點(diǎn)閉合,主觸點(diǎn)可靠閉合后，由于觸點(diǎn)接觸電阻非常小，端電壓接近于0V，A相并聯(lián)分流支路的雙向晶閘管截止，三相電網(wǎng)的電路通過(guò)交流接觸器本體的主觸點(diǎn)流至負(fù)載,且DSP —直發(fā)出觸發(fā)脈沖給三相并聯(lián)支路中的雙向晶閘管，提聞了負(fù)載運(yùn)行能力；
[0120]正常運(yùn)行中，如果雙向晶閘管由于外界電磁干擾產(chǎn)生的感應(yīng)電壓等其他復(fù)雜影響而損壞，可能短路或斷路情況。
[0121]a)若雙向晶閘管短路，則此時(shí)并聯(lián)分流支路電流檢測(cè)單元能夠檢測(cè)到有電流流過(guò)并聯(lián)分流支路，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，通知上位機(jī)。
[0122]b)若雙向晶閘管斷路，如果一相斷路，分閘時(shí)另外兩相雙向晶閘管導(dǎo)通，會(huì)造成負(fù)載短時(shí)缺相運(yùn)行，發(fā)生事故。安全起見(jiàn)，本接觸器分閘前，須判斷雙向晶閘管是否損壞。DSP28335發(fā)出雙向晶閘管SCRl觸發(fā)脈沖，此時(shí)，由于雙向晶閘管自檢繼電器Relayl在合閘后，一直處于閉合狀態(tài)，所以，應(yīng)該有電流流經(jīng)A相并聯(lián)分流支路電流檢測(cè)單元，A相與B相電網(wǎng)經(jīng)過(guò)Rl形成導(dǎo)通回路。否則，可判斷出是雙向晶閘管發(fā)生了斷路故障。
[0123]步驟3:當(dāng)復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器接收到分閘控制指令時(shí)，開始分閘工作；
[0124]步驟3.1:進(jìn)行雙向晶閘管自檢:晶閘管自檢繼電器閉合，三相電網(wǎng)的線電壓流經(jīng)自檢電阻，電網(wǎng)兩相之間形成回路，當(dāng)某相并聯(lián)分流支路的電流檢測(cè)單元檢測(cè)到?jīng)]有電流通過(guò)，則判斷該相雙向晶閘管斷路，微控制器將該斷路信息反饋至上位機(jī)，斷開該相雙向晶閘管直至解除斷路故障；
[0125]步驟3.2:雙向晶閘管自檢正常后，交流接觸器本體電磁線圈斷電，交流接觸器本體主觸點(diǎn)斷開；
[0126]步驟3.3:自檢電阻值增加，交流接觸器本體主觸點(diǎn)端電壓增大；
[0127]步驟3.4:當(dāng)交流接觸器本體主觸點(diǎn)端電壓大于雙向晶閘管主電極之間的電壓降時(shí)，雙向晶閘管導(dǎo)通分流，避免拉弧現(xiàn)象，交流接觸器本體主觸點(diǎn)無(wú)弧分?jǐn)啵?br> [0128]步驟3.5 =DSP封鎖觸發(fā)脈沖，雙晶閘管在電流過(guò)零時(shí)關(guān)斷，該相并聯(lián)分流支路的電磁繼電器斷開；
[0129]步驟3.6:當(dāng)雙向晶閘管導(dǎo)通分流且交流接觸器本體主觸點(diǎn)無(wú)弧分?jǐn)鄷r(shí)，若雙向晶閘管短路擊穿，則交流接觸器合閘，此時(shí)，并聯(lián)分流支路電磁繼電器先分?jǐn)?，將三相并?lián)分流支路完全切除，然后交流接觸器再次安全分?jǐn)嘭?fù)載。
[0130]當(dāng)復(fù)合交流接觸器接收到上位機(jī)分閘指令，首先進(jìn)行雙向晶閘管SCRl自檢，正常后，電磁線圈斷電，主觸點(diǎn)分開。接觸電阻急劇增加，觸頭端電壓迅速增大。當(dāng)電壓降大于6V時(shí)，晶閘管SCRl導(dǎo)通分流，避免了拉弧現(xiàn)象，主觸點(diǎn)無(wú)弧分?jǐn)?。此時(shí)，DSP28335封鎖觸發(fā)脈沖，晶閘管在電流過(guò)零時(shí)，自然關(guān)斷，并聯(lián)支路繼電器隨后斷開。
[0131]如果在分閘分流時(shí)，晶閘管SCRl短路擊穿，則接觸器立即再次合閘，此時(shí)，DSP省略掉晶閘管分流程序，最大限度節(jié)省操作時(shí)間。之后，并聯(lián)分流支路電磁繼電器Relayl先分?jǐn)?，將三相并?lián)分流支路完全切除，然后接觸器再次安全分?jǐn)嘭?fù)載，從而有效避免了下面兩種嚴(yán)重的安全隱患:兩相晶閘管短路，負(fù)載缺相運(yùn)行；三相晶閘管均短路，負(fù)載無(wú)法停止。
【權(quán)利要求】
1.一種具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器，包括交流接觸器本體，交流接觸器本體的三相主觸點(diǎn)分別連接在三相電網(wǎng)與負(fù)載之間的線路中，其特征在于:還包括并聯(lián)分流支路和檢測(cè)控制裝置； 所述并聯(lián)分流支路包括A相并聯(lián)分流支路、B相并聯(lián)分流支路和C相并聯(lián)分流支路，三相并聯(lián)分流支路分別并聯(lián)在交流接觸器本體的A相主觸點(diǎn)兩端、B相主觸點(diǎn)兩端、C相主觸點(diǎn)兩端； 各相并聯(lián)分流支路均包括電流檢測(cè)單元、雙向晶閘管、晶閘管自檢繼電器、晶閘管自檢電阻和電磁繼電器；電流檢測(cè)單元的一端連接至電網(wǎng)與交流接觸器本體主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，電流檢測(cè)單元的另一端連接雙向晶閘管的主電極的一端，雙向晶閘管的主電極的另一端連接電磁繼電器常開觸點(diǎn)的一端，電磁繼電器線圈常開觸點(diǎn)的另一端連接至交流接觸器本體主觸點(diǎn)與負(fù)載之間的輸電線路中，雙向晶閘管的主電極的另一端還連接晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)的一端，晶閘管自檢繼電器觸點(diǎn)的另一端連接自檢電阻的一端；A相并聯(lián)分流支路的自檢電阻的另一端連接三相電網(wǎng)的B相，B相并聯(lián)分流支路的自檢電阻的另一端連接三相電網(wǎng)的C相，C相并聯(lián)分流支路的自檢電阻的另一端連接三相電網(wǎng)的A相； 所述檢測(cè)控制裝置包括三相電壓檢測(cè)單元、A相相電壓過(guò)零檢測(cè)單元、三相電流檢測(cè)單元、A相電流過(guò)零檢測(cè)單元、電磁線圈激勵(lì)單元、晶閘管驅(qū)動(dòng)單元、電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元、電流檢測(cè)單元、阻容降壓電源和微控制器； 所述電磁線圈激勵(lì)單元包括IGBT驅(qū)動(dòng)單元、+240V激磁電源和+24V保持電源；+24V保持電源的一端連到三相電網(wǎng)，+24V保持電源的另一端連接交流接觸器本體的電磁線圈一端，+240V激磁電源的一端連接至電網(wǎng)的A相，+240V激磁電源的另一端連接IGBT驅(qū)動(dòng)單元的輸入端，IGBT驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接交流接觸器本體的電磁線圈，IGBT驅(qū)動(dòng)單元的輸入端、+240V激磁電源的控制輸入端和+24V保持電源的控制輸入端分別連接微控制器的控制輸出端； 所述三相電壓檢測(cè)單元分別連接至三相電網(wǎng)與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，三相電流檢測(cè) 單元分別連接至負(fù)載與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，三相電壓檢測(cè)單元的輸出端、三相電流檢測(cè)單元的輸出端分別連接微控制器的輸入端，A相電壓檢測(cè)單元的一個(gè)輸出端連接A相電壓過(guò)零檢測(cè)單元的輸入端，A相電壓過(guò)零檢測(cè)單元的輸出端連接微控制器的輸入端，A相電流檢測(cè)單元的一個(gè)輸出端連接A相電流過(guò)零檢測(cè)單元的輸入端，A相電流過(guò)零檢測(cè)單元的輸出端連接微控制器的輸入端； 阻容降壓電源的輸入端連接至三相電網(wǎng)與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，阻容降壓電源的輸出端連接微控制器的輸入端，微控制器的輸入端還連接各相并聯(lián)分流支路的電流檢測(cè)單元的輸出端，微控制器的輸出端分別連接晶閘管驅(qū)動(dòng)單元的輸入端、電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元的輸入端，晶閘管驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接至雙向晶閘管的輸入端，電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接至電磁繼電器的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器，其特征在于:所述微控制器的輸出端連接有聲光報(bào)警單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器，其特征在于:所述三相電壓檢測(cè)單元均包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路、半波精密整流電路和反向求和電路，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接至三相電網(wǎng)與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接半波精密整流電路的輸入端，半波精密整流電路的輸出端連接反向求和電路的輸入端，反向求和電路的輸出端連接微控制器的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器，其特征在于:所述三相電流檢測(cè)單元均包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路、半波精密整流電路和反向求和電路，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接至負(fù)載與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接半波精密整流電路的輸入端，半波精密整流電路的輸出端連接反向求和電路的輸入端，反向求和電路的輸出端連接微控制器的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器，其特征在于:所述阻容降壓電源包括+5V電源和±12V電源；+5V電源輸入端和±12V電源輸入端分別連接至三相電網(wǎng)與交流接觸器本體三相主觸點(diǎn)之間的輸電線路中，+5V電源輸出端和±12V電源輸出端分別連接微控制器的輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器，其特征在于:所述微控制器通過(guò)eCAN總線通訊接口連接至上位機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶閘管故障診斷功能的復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器，其特征在于:該復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器的控制方法如下: 步驟1:復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器上電后實(shí)時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)操作或上位機(jī)的控制指令； 步驟2:當(dāng)復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器接收到合閘控制指令時(shí)，開始合閘工作； 步驟2.1:進(jìn)行雙向晶閘管自檢:晶閘管自檢繼電器閉合，三相電網(wǎng)的線電壓流經(jīng)自檢電阻，電網(wǎng)兩相之間形成回路，當(dāng)某相并聯(lián)分流支路的電流檢測(cè)單元檢測(cè)到有電流通過(guò)，則判斷該相雙向晶閘管短路，微控制器將該短路信息反饋至上位機(jī)，斷開該相雙向晶閘管直至解除短路故障； 步驟2.2:雙向晶閘管自檢正常后，當(dāng)復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器接收到上位機(jī)合閘指令，微控制器通過(guò)電磁繼電器驅(qū)動(dòng)單元向電磁繼電器發(fā)出觸發(fā)脈沖，電磁繼電器閉合； 步驟2.3:微控制器通過(guò)A相電壓檢測(cè)單元和A相電壓過(guò)零檢測(cè)單元捕捉電網(wǎng)信號(hào)過(guò)零點(diǎn)，在A相電壓過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)A相并聯(lián)分流支路的雙向晶閘管導(dǎo)通分流，通過(guò)電磁線圈激勵(lì)單元對(duì)交流接觸器本體的電磁線圈進(jìn)行激磁，交流接觸器本體的主觸點(diǎn)閉合，A相并聯(lián)分流支路的雙向晶閘管截止，三相電網(wǎng)的電路通過(guò)交流接觸器本體的主觸點(diǎn)流至負(fù)載，且微控制器一直發(fā)出觸發(fā)脈沖給三相并聯(lián)支路中的雙向晶閘管； 步驟3:當(dāng)復(fù)合式無(wú)弧交流接觸器接收到分閘控制指令時(shí)，開始分閘工作； 步驟3.1:進(jìn)行雙向晶閘管自檢:晶閘管自檢繼電器閉合，三相電網(wǎng)的線電壓流經(jīng)自檢電阻，電網(wǎng)兩相之間形成回路，當(dāng)某相并聯(lián)分流支路的電流檢測(cè)單元檢測(cè)到?jīng)]有電流通過(guò)，則判斷該相雙向晶閘管斷路，微控制器將該斷路信息反饋至上位機(jī)，斷開該相雙向晶閘管直至解除斷路故障； 步驟3.2:雙向晶閘管自檢正常后，交流接觸器本體電磁線圈斷電，交流接觸器本體主觸點(diǎn)斷開； 步驟3.3:自檢電阻值增加，交流接觸器本體主觸點(diǎn)端電壓增大； 步驟3.4:當(dāng)交流接觸器本體主觸點(diǎn)端電壓大于雙向晶閘管主電極之間的電壓降時(shí)，雙向晶閘管導(dǎo)通分流，避免拉弧現(xiàn)象，交流接觸器本體主觸點(diǎn)無(wú)弧分?jǐn)啵? 步驟3.5:微控制器封鎖觸發(fā)脈沖，雙晶閘管在電流過(guò)零時(shí)關(guān)斷，該相并聯(lián)分流支路的電磁繼電器斷開； 步驟3.6:當(dāng)雙向晶閘管導(dǎo)通分流且交流接觸器本體主觸點(diǎn)無(wú)弧分?jǐn)鄷r(shí)，若雙向晶閘管短路擊穿，則交流接觸器合閘，此時(shí)，并聯(lián)分流支路電磁繼電器先分?jǐn)?，將三相并?lián)分流支路完全切除，然后交流 接觸器再次安全分?jǐn)嘭?fù)載。
【文檔編號(hào)】H01H47/00GK103745883SQ201410010951
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】郭鳳儀, 王寶巍, 劉艷麗, 徐連洲, 王喜利, 李斌, 李坤, 孟娜 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)