專利名稱：控制保護(hù)開關(guān)實(shí)現(xiàn)中相零分零合的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種控制保護(hù)開關(guān)實(shí)現(xiàn)中相零分零合的方法。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有電機(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)中， 一般都有斷路器、接觸器、熱繼電器甚至加上時(shí)間繼 電器組成，斷路器只有過流保護(hù)功能，而且使用壽命在1萬次左右；接觸器使用壽命長(zhǎng)，但 不具有分?jǐn)嗄芰?；熱繼電器保護(hù)功能單一、精度低、動(dòng)作不穩(wěn)定，調(diào)査發(fā)現(xiàn)，異步電機(jī)的90% 以上是定子繞組因過熱損壞，其中近60%是因斷相故障引起的，這說明了熱繼電器作為斷相 保護(hù)是不可靠的。
此外，在近年出現(xiàn)一種新型的電氣設(shè)備控制保護(hù)開關(guān)；控制保護(hù)開關(guān)電器(CPS)是 低壓電器中的新產(chǎn)品，作為新的大類產(chǎn)品，其產(chǎn)品類別代號(hào)為"CPS",其英文"Control and Protective Switching Device"的縮寫；
CPS的主要特征在單一結(jié)構(gòu)形式的產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)集成化的、內(nèi)部協(xié)調(diào)配合的控制與保護(hù) 功能，能夠代替斷路器(熔斷器)、接觸器、過載(或過流、斷相)保護(hù)繼電器、起動(dòng)器、隔 離器等多種傳統(tǒng)的分離器件。它集成了多種分立元件，具有多種保護(hù)功能。
而現(xiàn)有的控制保護(hù)開關(guān)設(shè)備，在吸合和分?jǐn)鄷r(shí)都是瞬時(shí)分?jǐn)?，這樣電路啟停瞬間產(chǎn)生的 過電壓、過電流，既對(duì)電路工作造成沖擊，又對(duì)電網(wǎng)造成波動(dòng)，更嚴(yán)重影響電氣設(shè)備壽命， 并對(duì)周圍的工作電路產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾，這是目前的控制保護(hù)開關(guān)設(shè)備尚未克服的嚴(yán)重技術(shù)缺 陷。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是，提供一種解決方案，在控制保護(hù)開關(guān)中采 用一種緩解過電壓過電流沖擊的簡(jiǎn)單、有效方法，既利用交流電壓電流周期性過零點(diǎn)的時(shí)機(jī)， 控制交流負(fù)載電路的啟停，實(shí)現(xiàn)控制保護(hù)開關(guān)中相零分零合。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采用這樣的方案實(shí)現(xiàn)的所述控制保護(hù)開關(guān)，包括中心處理
單元、控制模塊、電源模塊、通訊模塊、顯示模塊、按鍵及指示模塊、外部接口模塊、接觸
器模塊、電流互感器(Ll、 L2、 L3)，所述中心處理單元分別與控制模塊、通訊模塊、顯示模 塊、按鍵及指示模塊、外部接口模塊、電流互感器(L1、 L2、 L3)連接，所述控制模塊與接 觸器模塊連接，所述電源模塊分別與中心處理單元、控制模塊、通訊模塊、顯示模塊、按鍵 及指示模塊、外部接口模塊連接。
所述控制保護(hù)開關(guān)實(shí)現(xiàn)中相零分零合的方法實(shí)現(xiàn)該方法的載體是控制保護(hù)開關(guān)，控制
保護(hù)開關(guān)中包括中心處理模塊和接觸器模塊，該方法的特征是由中心處理模塊的主CPU(單
片機(jī))通過電壓信號(hào)采集電路采集電壓信號(hào)、通過電流信號(hào)采集電路采集電流信號(hào)；然后將 三相電過零點(diǎn)周期與接觸器模塊通電吸合機(jī)械時(shí)間和失電分?jǐn)鄼C(jī)械時(shí)間比較；判斷后發(fā)出吸 合或分?jǐn)嘈盘?hào)，使控制保護(hù)開關(guān)的接觸器模塊在三相電的中相零點(diǎn)處吸合和分?jǐn)?；該方法?br> 括如下步驟
(1) 首先測(cè)試所述控制保護(hù)開關(guān)的接觸器模塊通電吸合和失電分?jǐn)嗟臋C(jī)械動(dòng)作時(shí)間；獲得 接觸器模塊通電吸合機(jī)械時(shí)間和失電分?jǐn)鄼C(jī)械時(shí)間數(shù)據(jù)；
鄰J試條件
測(cè)試電壓AV 220V / 50Hz;
測(cè)試接觸器模塊數(shù)量50臺(tái)； 測(cè)試器模塊吸合和分?jǐn)嘣囼?yàn)次數(shù)5000次；
獲得接觸器模塊的測(cè)試數(shù)據(jù)機(jī)械吸合時(shí)間為通電后7. 5±0. 5ms;
機(jī)械分?jǐn)鄷r(shí)間為失電后4±0. 5ms;
(2) 根據(jù)三相交流電變化周期得到中相交流電過零點(diǎn)間隔為5 ras;(3)控制保護(hù)開關(guān)啟動(dòng)或斷開的控制信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為
接觸器模塊吸合機(jī)械時(shí)間_中相交流電過零點(diǎn)間隔=7. 5-5=2. 5ms; 接觸器模塊斷開機(jī)械時(shí)間-中相交流電過零點(diǎn)間隔=4-5=-111^; (4)主CPU初始化程序中，預(yù)設(shè)接觸器模塊的機(jī)械吸合時(shí)間7. 5ms，機(jī)械分?jǐn)鄷r(shí)間4ms;
(5) 主CPU采集電壓、電流信號(hào)，由預(yù)制程序判斷后發(fā)出控制信號(hào)的時(shí)間為；
吸合時(shí)，采集電壓信號(hào)，在過最近的零點(diǎn)2.5ms處發(fā)出吸合信號(hào)； 斷開時(shí)，采集電流信號(hào)，在過最近的零點(diǎn)lms處發(fā)出分?jǐn)嘈盘?hào)。
(6) 在主CPU程序中包括"零點(diǎn)校準(zhǔn)功能程序"；記錄開關(guān)次數(shù)超過700次時(shí)，"零 點(diǎn)校準(zhǔn)程序"自動(dòng)延時(shí)0.5ms。
吸合時(shí)，主CPU (單片機(jī))采集電壓信號(hào)時(shí)，將三相電壓信號(hào)接入由穩(wěn)壓二極
管、光電耦合器、LM324運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓信號(hào)采集電路，電壓信號(hào)從LM324運(yùn)算
放大器輸出端進(jìn)入主CPU (單片機(jī))處理；
斷開時(shí)，主CPU (單片機(jī))采集電流信號(hào)時(shí)，接入由主要電流互感器、差分放大電路構(gòu) 成的電流信號(hào)采集電路，三相電流信號(hào)經(jīng)過電流互感器隔離，輸出信號(hào)經(jīng)過差分放大電路進(jìn) 入CPU (單片機(jī))處理。
本發(fā)明的有益效果是控制保護(hù)開關(guān)采用電壓零點(diǎn)吸合，可以減小觸頭彈跳，減小觸頭 粘接的幾率；采用B相零點(diǎn)吸合，而A、 C兩相此時(shí)相對(duì)距離較遠(yuǎn)，不會(huì)相互引電弧，電源中 相零點(diǎn)分?jǐn)?，確保電源三相脫扣時(shí)的總能量最小，減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊延長(zhǎng)影響電氣設(shè)備 壽命，對(duì)周圍的工作電路電磁千擾大大減少。，
同時(shí)采用零分?jǐn)唷⒘阄?，提高了控制保護(hù)開關(guān)本體的分?jǐn)嗄芰?，提高了開關(guān)本體的 使用壽命；降低對(duì)觸頭材料的磨損，減少貴金屬資源的消耗。


圖1、控制保護(hù)開關(guān)電路框圖;
圖2、主CPU程序流程圖3、電壓信號(hào)采集電路；
圖4、電流信號(hào)采集電路；
圖5、CPU單片機(jī)管腳圖6、按鍵采集信號(hào)圖7、接觸器模塊觸發(fā)電路。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明
本發(fā)明涉及的控制保護(hù)開關(guān)實(shí)現(xiàn)中相零分零合的方法，應(yīng)用載體是控制與保護(hù)開關(guān)，如 圖1所示，控制保護(hù)開關(guān)電器由中心處理模塊、電流互感器、控制單元模塊、電源模塊、通 訊模塊、顯示模塊、按鍵及指示模塊、和外部接口模塊組成。
中心處理模塊，包括電流信號(hào)采集、相序信號(hào)采集、信號(hào)處理電路、以及信號(hào)輸出；由 電源模塊供電。
電路^間的信號(hào)傳遞按鍵信號(hào)、電流信號(hào)輸入、電流互感器、相序輸入信號(hào)經(jīng)過信號(hào) 處理電路后，進(jìn)入中央微處理器處理，處理后到各部分輸出模塊(液晶、指示燈、蜂鳴器) 或到存儲(chǔ)單元EEPROM存儲(chǔ)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電磁機(jī)構(gòu)來完成動(dòng)作；中央微處理器處理的數(shù)據(jù)與顯示 模塊、Modbus總線互傳。
通過實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)三相(U、 V、 W、)電流，來實(shí)現(xiàn)對(duì)線路中各種預(yù)測(cè)現(xiàn)象進(jìn)行快速 有效的處理。
中心處理單元采集L1、 L2、 L3三個(gè)互感器的信號(hào)，并計(jì)算出線上的電流值。當(dāng)電流值在 大于用戶設(shè)定的范圍時(shí)，根椐不同的情況采取不同的處理。
控制保護(hù)開關(guān)實(shí)現(xiàn)中相零分零合的方法由中心處理模塊的主CPU采集電壓、電流信號(hào)， 將三相電過零點(diǎn)周期與接觸器模塊通電吸合機(jī)械時(shí)間和失電分?jǐn)鄼C(jī)械時(shí)間比較；判斷后發(fā)出吸合或分?jǐn)嘈盘?hào)，使控制保護(hù)開關(guān)的接觸器模塊在三相電的中相零點(diǎn)處吸合和分?jǐn)嘣摲椒?包括如下步驟
首先通過大量的試驗(yàn)測(cè)量，接觸器模塊吸合和斷開的機(jī)械動(dòng)作時(shí)間，50臺(tái)接觸器模塊、 每一臺(tái)記錄100次，在一共5000次的吸合和分?jǐn)嘣囼?yàn)中，工作電壓為AC220V，其中4900次 以上分?jǐn)鄼C(jī)械時(shí)間在4±0. 5ms， 4800次以上機(jī)械吸合時(shí)間7. 5±0. 5ms。
通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，吸合時(shí)，采集電壓相位信號(hào)，在過最近的零點(diǎn)2. 5ms處發(fā)出吸合信 號(hào)；斷開時(shí)，采集電流信號(hào)，在過最近的零點(diǎn)lms處發(fā)出分?jǐn)嘈盘?hào)。
吸合時(shí)，采集電壓相位信號(hào)，如圖3所示的電壓信號(hào)采集電路，將電壓信號(hào)接入光電耦 合器NEC2701 ，輸出后經(jīng)LM324運(yùn)算放大器進(jìn)入單片機(jī)Dspic30F5015處理。
斷開時(shí)，采集電流信號(hào)，如圖4所示電流信號(hào)采集電路，三相電流信號(hào)經(jīng)過電流互感器 隔離，輸出信號(hào)經(jīng)過差分放大電路進(jìn)入單片機(jī)Dspic30F5015處理。
如圖5所示的CPU (單片機(jī)Dspic30F5015)管腳22、 23、 24分別與電壓信號(hào)采集電路的 信號(hào)輸出端即LM324運(yùn)算放大器的管腳1、 7、 8連接，
CPU (單片機(jī)Dspic30F5015)管腳11、 12、 13、 14、 15、 16、分別與電流信號(hào)采集電路 的信號(hào)輸出端ADC06 ADC01連接；
圖6所示，電路中取電壓觸發(fā)信號(hào)，連接到CPU (單片機(jī)Dspic30F5015)管腳；
圖7所示為接觸器模塊觸發(fā)電路，由光電耦合器、二極管、電阻組成，電路輸入端L、 H 連接CPU (單片機(jī)Dspic30F5015)管腳30、 31, CPU根據(jù)監(jiān)測(cè)的電流值，以及按鍵情況輸出 動(dòng)作信號(hào)，通過光電耦合器輸出觸發(fā)信號(hào)到交流接觸器(接觸器模塊)的線圈。
在主CPU的初始記憶中，預(yù)設(shè)接觸器模塊的機(jī)械吸合時(shí)間7.5ms，機(jī)械分?jǐn)鄷r(shí)間4ms，而 主CPU采集主回路電壓、電流能夠每20ms采集256次；從按鍵(合閘或分閘)，到主CPU采 集到信號(hào)之需要幾微秒的時(shí)間，從CPU發(fā)出信號(hào)到接觸器模塊接收需要幾微秒的時(shí)間，這些 都可以忽略不計(jì)。關(guān)鍵在于主CPU采集電壓、電流信號(hào)，判斷后發(fā)出信號(hào)的時(shí)機(jī)；吸合時(shí)， 采集電壓信號(hào)，在過最近的零點(diǎn)2.5ms處發(fā)出吸合信號(hào)；斷開時(shí)，采集電流信號(hào)，在過最近 的零點(diǎn)lms處發(fā)出分?jǐn)嘈盘?hào)。而當(dāng)電流過載時(shí)，主CPU會(huì)根據(jù)不同的過載等級(jí)進(jìn)入脫扣延時(shí)， 延時(shí)過后采集中相電流，過零點(diǎn)lms處發(fā)出分?jǐn)嘈盘?hào)。
控制保護(hù)開關(guān)還包括"零點(diǎn)校準(zhǔn)程序"，根據(jù)示波器觀察，每臺(tái)控制保護(hù)開關(guān)的吸合和分 斷時(shí)間在零點(diǎn)土lms處，這時(shí)就需要"零點(diǎn)校準(zhǔn)程序"，根據(jù)上次結(jié)果，可以延時(shí)或提前動(dòng)作 幾毫秒，最小精度為0.5ms。這樣確保每一臺(tái)控制保護(hù)開關(guān)出廠為合格產(chǎn)品。
而隨著產(chǎn)品的使用，接觸器模塊有老化現(xiàn)象，根據(jù)程序設(shè)定，菜單項(xiàng)"開關(guān)次數(shù)"上， 記錄超過700次，"零點(diǎn)校準(zhǔn)程序"自動(dòng)延時(shí)0.5ms，以保證零分零合更為準(zhǔn)確。
上述步驟包括的主CPU程序流程如下 開關(guān)通電 初始化，
零分:過零點(diǎn)lms發(fā)信號(hào)； 零合:過零點(diǎn)2.5ms發(fā)信號(hào)； 監(jiān)測(cè)三相電流值； 掃描:是否有按鍵,是否有電流過載 是，繼續(xù)
根^采集按鍵，觸發(fā)接觸器模塊動(dòng)作； 電流過載，延時(shí)，觸發(fā)接觸器模塊動(dòng)作；
零點(diǎn)校準(zhǔn)程序調(diào)整吸合和分?jǐn)鄷r(shí)，中相過零點(diǎn)，微調(diào)0.5ms; 記錄開關(guān)動(dòng)作次數(shù)， 一合一分算一次，超過700次，零分零合初始化值增加0. 5ms; 否，轉(zhuǎn)入
記錄開關(guān)動(dòng)作次數(shù)， 一合一分算一次，超過700次，零分零合初始化值增加0.5ms;結(jié)束。
權(quán)利要求
1、控制保護(hù)開關(guān)實(shí)現(xiàn)中相零分零合的方法實(shí)現(xiàn)該方法的載體是控制保護(hù)開關(guān)，控制保護(hù)開關(guān)中包括中心處理模塊和接觸器模塊，其特征是由中心處理模塊的主CPU單片機(jī)通過電壓信號(hào)采集電路采集電壓信號(hào)、通過電流信號(hào)采集電路采集電流信號(hào)；然后將三相電過零點(diǎn)周期與接觸器模塊通電吸合機(jī)械時(shí)間和失電分?jǐn)鄼C(jī)械時(shí)間比較；判斷后發(fā)出吸合或分?jǐn)嘈盘?hào)，使控制保護(hù)開關(guān)的接觸器模塊在三相電的中相零點(diǎn)處吸合或分?jǐn)?；該方法包括如下步驟(1)首先測(cè)試所述控制保護(hù)開關(guān)的接觸器模塊通電吸合和失電分?jǐn)嗟臋C(jī)械動(dòng)作時(shí)間；獲得接觸器模塊通電吸合機(jī)械時(shí)間和失電分?jǐn)鄼C(jī)械時(shí)間數(shù)據(jù)；測(cè)試條件測(cè)試電壓AV220V/50Hz； 測(cè)試接觸器模塊數(shù)量50臺(tái)； 測(cè)試器模塊吸合和分?jǐn)嘣囼?yàn)次數(shù)5000次獲得接觸器模塊的測(cè)試數(shù)據(jù)機(jī)械吸合時(shí)間為通電后7.5±0.5ms； 機(jī)械時(shí)間分?jǐn)酁槭щ姾?±0.5ms；(2)根據(jù)三相交流電變化周期得到中相交流電過零點(diǎn)間隔為5ms；(3)控制保護(hù)開關(guān)啟動(dòng)或斷開的控制信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為；接觸器模塊吸合機(jī)械時(shí)間-中相交流電過零點(diǎn)間隔＝7.5-5＝2.5ms；接觸器模塊斷開機(jī)械時(shí)間-中相交流電過零點(diǎn)間隔＝4-5＝-1ms；(4)主CPU單片機(jī)初始化程序中，預(yù)設(shè)接觸器模塊的機(jī)械吸合時(shí)間7.5ms，機(jī)械分?jǐn)鄷r(shí)間4ms；(5)主CPU單片機(jī)采集電壓、電流信號(hào)，由預(yù)制程序判斷后發(fā)出控制信號(hào)的時(shí)間為；吸合時(shí)，采集中相電壓信號(hào)，在過最近的零點(diǎn)2.5ms處發(fā)出吸合信號(hào)；斷開時(shí)，采集中相電流信號(hào)，在過最近的零點(diǎn)1ms處發(fā)出分?jǐn)嘈盘?hào)；(6)在主CPU單片機(jī)程序中包括“零點(diǎn)校準(zhǔn)功能程序”；記錄開關(guān)次數(shù)超過700次時(shí)，“零點(diǎn)校準(zhǔn)程序”自動(dòng)延時(shí)0.5ms。
2、 如權(quán)利要求1所述的控制保護(hù)開關(guān)實(shí)現(xiàn)中相零分零合的方法，其特征是主CPU單片機(jī)采 集電壓信號(hào)時(shí)，將三相電壓信號(hào)接入由穩(wěn)壓二極管、光電耦合器、LM324運(yùn)算放大器構(gòu)成 的電壓信號(hào)采集電路，電壓信號(hào)從LM324運(yùn)算放大器輸出端進(jìn)入主CPU單片機(jī)處理；主CPU 單片機(jī)采集電流信號(hào)時(shí)，接入由主要電流互感器、差分放大電路構(gòu)成的電流信號(hào)采集電路， 三相電流信號(hào)經(jīng)過電流互感器隔離，輸出信號(hào)經(jīng)過差分放大電路進(jìn)入CPU單片機(jī)處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種控制保護(hù)開關(guān)實(shí)現(xiàn)中相零分零合的方法，實(shí)現(xiàn)該方法的載體是控制保護(hù)開關(guān)，控制保護(hù)開關(guān)中包括中心處理模塊和接觸器模塊，該方法的特征是由中心處理模塊的主CPU單片機(jī)通過電壓信號(hào)采集電路采集電壓信號(hào)、通過電流信號(hào)采集電路采集電流信號(hào)；然后將三相電過零點(diǎn)周期與接觸器模塊通電吸合機(jī)械時(shí)間和失電分?jǐn)鄼C(jī)械時(shí)間比較；判斷后發(fā)出吸合或分?jǐn)嘈盘?hào)，使控制保護(hù)開關(guān)的接觸器模塊在三相電的中相零點(diǎn)處吸合和分?jǐn)啵皇且环N緩解過電壓過電流沖擊的簡(jiǎn)單、有效方法，同時(shí)，提高了開關(guān)本體的使用壽命；降低對(duì)觸頭材料的磨損，減少貴金屬資源的消耗。
文檔編號(hào)H02H7/08GK101505052SQ20091006788
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者呂培起, 越 王, 王云龍, 王營軍, 邢元軍, 陳炳杰 申請(qǐng)人:天津北方恒業(yè)電氣技術(shù)有限公司