專利名稱：一種智能復(fù)合開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣開關(guān)，特別是一種低壓無功補(bǔ)償裝置中電容器的投切開關(guān)。
背景技術(shù)：
目前，用于無功能率補(bǔ)償裝置的電容投切開關(guān)主要采用交流接觸器開關(guān)，運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性差，投切時(shí)間長(zhǎng)，投切涌流大，產(chǎn)生操作過電壓，產(chǎn)生電弧重然，可靠性差，使用壽命短當(dāng)電磁開關(guān)在接通或分?jǐn)嚯娙萜鲿r(shí)，發(fā)生的觸頭震動(dòng)、起弧現(xiàn)象造成了觸頭蝕損、電磁干擾與電能損失，使其電氣壽命低于機(jī)械壽命，不但需要經(jīng)常更換，而且大大降低了無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行的可靠性。以電力電子開關(guān)器件為主構(gòu)成的固態(tài)繼電器，雖然具有無觸點(diǎn)通斷、操作頻次高、動(dòng)態(tài)開關(guān)特性優(yōu)越和抗機(jī)械應(yīng)力能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但也存在成本高，導(dǎo)通損耗大，耐電、熱應(yīng)力能力差，大功率時(shí)由于使用散熱器而體積大等缺點(diǎn)。另外一個(gè)更加嚴(yán)重的問題是，可控硅進(jìn)入電網(wǎng)運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生諧波污染。新型復(fù)合開關(guān)理論上解決了二者的矛盾，將電力電子器件與磁保持開關(guān)相結(jié)合，發(fā)揮了電力電子器件通斷電流無電弧、磁保持開關(guān)接觸電阻小的優(yōu)勢(shì)，形成體積小、容量大的容性負(fù)荷開關(guān)。然而，實(shí)際運(yùn)行中，仍普遍存在電力電子器件損壞和磁保持開關(guān)觸點(diǎn)粘合等問題。采用晶閘管開關(guān)運(yùn)行時(shí)功耗高，易發(fā)熱，長(zhǎng)期運(yùn)行需加裝散熱片，風(fēng)扇、溫控開關(guān)等耗能易損元件，不僅增加了的成本，還影響了可靠性。因此，隨著科技的不斷進(jìn)步及產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，現(xiàn)有無功功率補(bǔ)償?shù)耐肚虚_關(guān)還有進(jìn)一步的改進(jìn)與革新。近年來一些文獻(xiàn)公開了一些低壓無功補(bǔ)償裝置中電容器的開關(guān)，例如1、中國(guó)專利名稱智能型低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置，申請(qǐng)(專利)號(hào)CN200720042078. 5，公開(公告)號(hào)CN201122844申請(qǐng)(專利權(quán))人江蘇省電力公司南京供電公司；南京紫金電力保護(hù)設(shè)備有限公司，地址江蘇省南京市中山路251號(hào)，發(fā)明(設(shè)計(jì))人鄭愛霞；漆煒之；許蕓；王春寧；王淳海；夏林；詹平??；張應(yīng)釗；楊愛華，摘要智能型低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置，其結(jié)構(gòu)是包括主開關(guān)、電力綜合測(cè)控儀、絕緣子、自愈式智能電容器、避雷器、ZIGBEE模塊、GPRS模塊，電力綜合測(cè)控儀通過其通信端口與ZIGBEE模塊相接，ZIGBEE模塊與GPRS模塊相接，電力綜合測(cè)控儀中的控制端子與自愈式智能電容器上的接線端子相接，主開關(guān)連接避雷器和自愈式智能電容器，電力綜合測(cè)控儀中的接地線與絕緣子相接。優(yōu)點(diǎn)采用智能復(fù)合開關(guān)模塊化結(jié)構(gòu)使得無功補(bǔ)償設(shè)備線路非常簡(jiǎn)潔，給設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)帶來極大方便。本裝置采用此模塊通訊，采集數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確、完整、且不丟數(shù)據(jù)包。采用不等容量等比或等差投切方式，可在不改變電容器容量的情況下增加電容數(shù)，使補(bǔ)償更為合理。2、中國(guó)專利，名稱智能型無觸點(diǎn)復(fù)合開關(guān)申請(qǐng)(專利)號(hào)CN200320116892. 9申請(qǐng)日2003.10.10公開(公告)號(hào)CN2648580申請(qǐng)(專利權(quán))人深圳市力量科技有限公司地址廣東省深圳寶安40區(qū)寶安電子城大廈D座15F發(fā)明(設(shè)計(jì))人陰利；林川摘要電容投切開關(guān)，具體涉及專用于低壓無功能補(bǔ)償裝置中電容器投切控制的智能型無操作過電壓、無投切涌流、無功耗、不發(fā)熱的智能型無觸點(diǎn)復(fù)合開關(guān)，其特征在于，包括控制單元及其連接的交流接觸器與晶閘管，所述控制單元包括單片機(jī)及其連接的光電耦合器、功放電路、隔離電路、觸發(fā)電路及保護(hù)電路，所述觸發(fā)電路及保護(hù)電路與晶閘管連接，所述交流接觸器與功放電路連接。具有無操作過電壓、無投切涌流、無功耗、不發(fā)熱的特點(diǎn)。
3、中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00710123602.6，名稱電網(wǎng)電容器組智能投切方法，公開(公告)號(hào)CNlOl 127444申請(qǐng)(專利權(quán))人宋振群地址廣東省汕頭市金平區(qū)振祥里I號(hào)發(fā)明(設(shè)計(jì))人宋振群，摘要，一種電網(wǎng)電容器組智能投切方法，是在磁保持繼電器的主輸入和主輸出觸頭之間并聯(lián)可控硅；在需要將電容器組接入時(shí)，由控制裝置檢測(cè)電網(wǎng)各個(gè)相的電壓過零時(shí)刻，分別將各個(gè)相的可控硅首先瞬間接入；再將各自的磁保持繼電器接入；在需要將電容器組斷開時(shí)，由控制裝置控制分別將各個(gè)相的磁保持繼電器首先斷開；每個(gè)相的磁保持繼電器斷開后，控制裝置檢測(cè)電網(wǎng)各個(gè)相的電流過零時(shí)刻，再將各自的可控硅斷開。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是接到外部控制信號(hào)后，自動(dòng)尋找最佳投入切除點(diǎn)。保證過零投切，無涌流；觸點(diǎn)不燒結(jié)；能耗??；不產(chǎn)生諧波。4、中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)?01010106956.1申請(qǐng)日2010. 02. 05名稱一種基于可控硅的專用混合智能功率模塊，公開(公告)號(hào)CN101777827A申請(qǐng)(專利權(quán))人河海大學(xué)常州校區(qū)地址江蘇省常州市常澄路5號(hào)發(fā)明(設(shè)計(jì))人沈金榮；李書旗 摘要，一種基于可控硅的專用混合智能功率模塊，外殼內(nèi)設(shè)電路板，電路板上的可控硅分別通過其隔離驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和觸點(diǎn)電壓監(jiān)測(cè)電路連接單片機(jī)，單片機(jī)分別外接觸點(diǎn)電壓監(jiān)測(cè)電路，故障及運(yùn)行指示電路、外接投切信號(hào)監(jiān)測(cè)電路；外殼的外側(cè)面上固定兩個(gè)主接線柱且一側(cè)設(shè)有投切信號(hào)輸入接口，磁保持繼電器通過繼電器驅(qū)動(dòng)電路連接單片機(jī)，可控硅中反并聯(lián)的單向可控的陰陽極與磁保持繼電器的兩個(gè)觸點(diǎn)并聯(lián)后與分別與兩個(gè)主接線柱相連接，構(gòu)成模塊的兩個(gè)開關(guān)主觸點(diǎn)。本發(fā)明將控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、可控硅管芯和大功率磁保持繼電器封裝成一個(gè)整體，使容性或感性負(fù)載過零點(diǎn)通斷，具有開關(guān)瞬間無涌流、導(dǎo)通期抗電沖擊能力大的優(yōu)點(diǎn)。但是上述公開的低壓無功補(bǔ)償裝置中電容器的開關(guān)還存在故障后影響電路繼續(xù)工作的不足，智能化程度不高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有可控硅與交流接觸器上在低壓無功補(bǔ)償存在的節(jié)點(diǎn)容易燒結(jié)和無觸點(diǎn)開關(guān)發(fā)熱量大，產(chǎn)生諧波以及智能化程度低等問題，提供一種使復(fù)合開關(guān)在接通和斷開的瞬間具有可控硅具有可控硅過零投切，而在正常接通期間又具有接觸器無功耗的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
智能復(fù)合開關(guān)，包括可控硅、磁保持繼電器、控制電路、監(jiān)測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，其特征在于還包括一個(gè)擴(kuò)展模塊，所述擴(kuò)展模塊與控制電路連接，可控硅和磁保持繼電器并聯(lián)連接，監(jiān)測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路分別與控制電路連接。智能復(fù)合開關(guān)連接入電網(wǎng)后開始工作，檢測(cè)電路檢測(cè)包括過零電壓、過零電流和投切信號(hào)在內(nèi)的動(dòng)作信號(hào)，控制電路根據(jù)動(dòng)作信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的控制，控制可控硅的通斷和磁保持繼電器的開合；同時(shí)，通過擴(kuò)展模塊的擴(kuò)展功能，將智能復(fù)合開關(guān)的有效信息反饋給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制。本發(fā)明所述擴(kuò)展模塊包括USB接口和RS485接口，用于串接后傳送數(shù)據(jù)，反饋信
肩、O本發(fā)明所述控制電路包括單片機(jī)，作為智能復(fù)合開關(guān)的控制中心件。本發(fā)明所述監(jiān)測(cè)電路包括投切信號(hào)檢測(cè)電路和過零信號(hào)檢測(cè)電路，所述過零信號(hào)檢測(cè)電路包括電壓過零型光耦雙向可控硅和電流互感器，用于智能復(fù)合開關(guān)動(dòng)作信號(hào)的檢測(cè)。本發(fā)明所述智能復(fù)合開關(guān)之間的連接方式有三相共補(bǔ)和三相分補(bǔ)共補(bǔ)混合兩種形式；擴(kuò)展模塊之間通過USB數(shù)據(jù)線或者RS485數(shù)據(jù)線串接。智能復(fù)合開關(guān)通過數(shù)據(jù)線的串接后，實(shí)現(xiàn)信息的反饋和共享，同時(shí)設(shè)置有備用的智能復(fù)合開關(guān)，當(dāng)同類型接法的智能復(fù)合開關(guān)出現(xiàn)故障后，備用的智能復(fù)合開關(guān)可以根據(jù)控制信息接入到電網(wǎng)中，使系統(tǒng)繼續(xù)工作，同時(shí)，故障開關(guān)故障顯示。本發(fā)明還包括一個(gè)指示燈電路，與所述控制電路連接。所述的磁保持繼電器分為兩層，上層為電磁系統(tǒng)，下層為接觸系統(tǒng)，電磁系統(tǒng)采用扁平直動(dòng)式磁保持磁路系統(tǒng)，其包括磁鐵、線圈、銜鐵、鐵芯、安裝板，磁鐵設(shè)于安裝板中央，磁鐵兩側(cè)安裝有線圈，線圈上方設(shè)有U形鐵芯，銜鐵處于鐵芯之間相互配合形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，進(jìn)而可以由磁場(chǎng)控制工作。該安裝板的兩端位于鐵芯U形底的旁邊還安裝有純鐵板，防外磁場(chǎng)干擾的作用。所述的磁保持繼電器是雙線圈的，給一個(gè)線圈通正向直流電壓使其動(dòng)作并保持，給另一個(gè)線圈通反向直流電使其釋放并保持。本發(fā)明將可控硅與磁保持繼電器并接后。能夠使智能復(fù)合開關(guān)在接通和斷開的瞬間具有可控硅過零投切的優(yōu)點(diǎn)，而在正常接通期間又具有接觸器無功耗的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明過零投切原理
I)投入過程當(dāng)智能復(fù)合開關(guān)收到無功補(bǔ)償發(fā)出的投入指令時(shí)，通過過零檢測(cè)電路尋找過零點(diǎn)，可控硅先導(dǎo)通，然后導(dǎo)通磁保持繼電器，可控硅再關(guān)閉。2)切除過程當(dāng)智能復(fù)合開關(guān)收到無功補(bǔ)償發(fā)出的切除指令時(shí)，通過過零檢測(cè)電路尋找過零點(diǎn)，可控硅先導(dǎo)通，然后關(guān)閉磁保持繼電器，可控硅再關(guān)閉。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
(I)數(shù)據(jù)共享，智能化控制，故障后自動(dòng)接入，電路工作連續(xù)安全，故障顯示，維修方便。(2)智能復(fù)合開關(guān)投入與切除瞬間，自動(dòng)尋找電壓過零點(diǎn)由可控硅導(dǎo)通，此時(shí)開關(guān)兩端壓差為零，因此無涌浪電流，無諧波。(3)智能復(fù)合開關(guān)穩(wěn)定工作(導(dǎo)通或斷開)期間，由磁保持繼電器執(zhí)行，僅在繼電器狀態(tài)變化瞬間需要電流，穩(wěn)定后無需維持電流，故繼電器線圈無功耗，且觸點(diǎn)容量大接觸壓降小，因此不發(fā)熱，低功耗。(4)由無功補(bǔ)償控制器發(fā)出的電信號(hào)，加至智能復(fù)合開關(guān)的信號(hào)接收端，即光電耦合輸入端，完成光電轉(zhuǎn)換，從而使控制信號(hào)與母線實(shí)現(xiàn)光隔離，因此電氣隔離性好，而且抗干擾能力強(qiáng)。(5)自診斷故障保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控可控硅、磁保持繼電器的運(yùn)行狀態(tài)，若其出現(xiàn)故障，則拒絕閉合或自動(dòng)退投斷開。
(6)缺相保護(hù)系統(tǒng)電壓缺相供電時(shí)，開關(guān)拒絕閉合；接通后若出現(xiàn)缺相(指母線端缺相)則自動(dòng)退投。(7)失壓保護(hù)智能復(fù)合開關(guān)在正常工作時(shí)遇到電力系統(tǒng)停電，自動(dòng)斷開。(8)空載保護(hù)未接負(fù)載時(shí)開關(guān)拒絕閉合。
圖1是本發(fā)明智能復(fù)合開關(guān)結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。圖2是本發(fā)明智能復(fù)合開關(guān)三相分補(bǔ)的接線示意圖。圖3是本發(fā)明智能復(fù)合開關(guān)三相分補(bǔ)共補(bǔ)混合的接線示意圖。
具體實(shí)施方式
，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例描述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。實(shí)施例1:
一種智能復(fù)合開關(guān)，包括可控硅、磁保持繼電器、控制電路、監(jiān)測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和指示燈電路，可控硅和磁保持繼電器并聯(lián)連接，監(jiān)測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和指示燈電路分別與控制電路連接，還包括一個(gè)擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展模塊與控制電路連接；擴(kuò)展模塊包括USB接口和RS485接口 ；控制電路包括單片機(jī)；監(jiān)測(cè)電路包括投切信號(hào)檢測(cè)電路和過零信號(hào)檢測(cè)電路；過零信號(hào)檢測(cè)電路包括電壓過零型光耦雙向可控硅和電流互感器；智能復(fù)合開關(guān)之間的采用三相分補(bǔ)的連接方式接入工作電路，包括備用智能復(fù)合開關(guān)；擴(kuò)展模塊之間通過RS485數(shù)據(jù)線串接。電路工作時(shí)，投切信號(hào)檢測(cè)電路負(fù)責(zé)檢測(cè)無功補(bǔ)償控制器負(fù)責(zé)發(fā)出投切信號(hào)，接到投入信號(hào)時(shí)，過零信號(hào)檢測(cè)電路檢測(cè)過零信號(hào)，控制電路在檢測(cè)到過零信號(hào)時(shí)先將可控硅導(dǎo)通，然后導(dǎo)通磁保持繼電器，可控硅再關(guān)閉；相反接到切除信號(hào)時(shí)，過零信號(hào)檢測(cè)電路檢測(cè)過零信號(hào)，控制電路在檢測(cè)到過零信號(hào)時(shí)先將可控硅導(dǎo)通，然后切斷磁保持繼電器，可控硅再關(guān)閉。智能復(fù)合開關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)，備用智能復(fù)合開關(guān)接通，代替故障的智能復(fù)合開關(guān)，同時(shí)故障的智能復(fù)合開關(guān)顯示故障。圖2中，當(dāng)投切信號(hào)檢測(cè)電路檢測(cè)到電路上無功功率需要補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，無功補(bǔ)償控制器控制I給出一個(gè)投入信號(hào)，第一路復(fù)合開關(guān)檢測(cè)到該信號(hào)，控制電路通過驅(qū)動(dòng)電路使可控硅導(dǎo)通，然后導(dǎo)通磁保持繼電器，可控硅再關(guān)閉；多路的情況下，控制I 控制12的工作原理相同。實(shí)施例2
一種智能復(fù)合開關(guān)，包括可控硅、磁保持繼電器、控制電路、監(jiān)測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和指示燈電路，可控硅和磁保持繼電器并聯(lián)連接，監(jiān)測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和指示燈電路分別與控制電路連接，還包括一個(gè)擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展模塊與控制電路連接；擴(kuò)展模塊包括USB接口和RS485接口 ；控制電路包括單片機(jī)；監(jiān)測(cè)電路包括投切信號(hào)檢測(cè)電路和過零信號(hào)檢測(cè)電路；過零信號(hào)檢測(cè)電路包括電壓過零型光耦雙向可控硅和電流互感器；智能復(fù)合開關(guān)之間的采用三相分補(bǔ)共補(bǔ)混合的連接方式接入工作電路，包括若干個(gè)備用智能復(fù)合開關(guān)；擴(kuò)展模塊之間通過RS485數(shù)據(jù)線串接。電路工作時(shí)，投切信號(hào)檢測(cè)電路負(fù)責(zé)檢測(cè)無功補(bǔ)償控制器負(fù)責(zé)發(fā)出投切信號(hào)，接到投入信號(hào)時(shí)，過零信號(hào)檢測(cè)電路檢測(cè)過零信號(hào)，控制電路在檢測(cè)到過零信號(hào)時(shí)先將可控硅導(dǎo)通，然后導(dǎo)通磁保持繼電器，可控硅再關(guān)閉；相反接到切除信號(hào)時(shí)，過零信號(hào)檢測(cè)電路檢測(cè)過零信號(hào)，控制電路在檢測(cè)到過零信號(hào)時(shí)先將可控硅導(dǎo)通，然后切斷磁保持繼電器，可控硅再關(guān)閉。智能復(fù)合開關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)，備用智能復(fù)合開關(guān)接通，代替故障的智能復(fù)合開關(guān)，同時(shí)故障的智能復(fù)合開關(guān)顯示故障。圖3中，三相分補(bǔ)共補(bǔ)混合時(shí)，當(dāng)投切信號(hào)檢測(cè)電路檢測(cè)到電路上無功功率需要補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，無功補(bǔ)償控制器控制I給出一個(gè)投入信號(hào)，第一路復(fù)合開關(guān)檢測(cè)到該信號(hào)，控制電路通過驅(qū)動(dòng)電路使可控硅導(dǎo)通，然后導(dǎo)通磁保持繼電器，可控硅再關(guān)閉；多路的情況下，控制I 控制12的工作原理相同。實(shí)施例3
與實(shí)施例1不同之處在于，擴(kuò)展模塊之間通過USB數(shù)據(jù)線串接，其余工作原理相同。實(shí)施例4
與實(shí)施例2不同之處在于，擴(kuò)展模塊之間通過USB數(shù)據(jù)線串接，其余工作原理相同。
權(quán)利要求
1.一種智能復(fù)合開關(guān)，包括可控硅、磁保持繼電器、控制電路、監(jiān)測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，其特征在于還包括一個(gè)擴(kuò)展模塊，所述擴(kuò)展模塊與控制電路連接，可控硅和磁保持繼電器并聯(lián)連接，監(jiān)測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路分別與控制電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能復(fù)合開關(guān)，其特征在于所述擴(kuò)展模塊包括USB接口和 RS485 接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能復(fù)合開關(guān)，其特征在于所述控制電路包括單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能復(fù)合開關(guān)，其特征在于所述監(jiān)測(cè)電路包括投切信號(hào)檢測(cè)電路和過零信號(hào)檢測(cè)電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能復(fù)合開關(guān)，其特征在于所述過零信號(hào)檢測(cè)電路包括電壓過零型光耦雙向可控硅和電流互感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的智能復(fù)合開關(guān)，其特征在于所述智能復(fù)合開關(guān)之間的連接方式有三相分補(bǔ)和三相分補(bǔ)共補(bǔ)混合兩種形式；擴(kuò)展模塊之間通 過USB數(shù)據(jù)線或者 RS485數(shù)據(jù)線串接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能復(fù)合開關(guān)，其特征在于還包括一個(gè)指示燈電路，與所述控制電路連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能復(fù)合開關(guān)，包括可控硅、磁保持繼電器、控制電路、監(jiān)測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，可控硅和磁保持繼電器并聯(lián)連接，監(jiān)測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路分別與控制電路連接，還包括一個(gè)擴(kuò)展模塊，所述擴(kuò)展模塊與控制電路連接。它克服現(xiàn)有可控硅與交流接觸器上在低壓無功補(bǔ)償存在的節(jié)點(diǎn)容易燒結(jié)和無觸點(diǎn)開關(guān)發(fā)熱量大，產(chǎn)生諧波等問題，提供一種智能復(fù)合開關(guān)，在接通和斷開的瞬間具有可控硅具有可控硅過零投切，而在正常接通期間又具有接觸器無功耗的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)還具有數(shù)據(jù)共享能力，智能化程度高。
文檔編號(hào)H02J3/18GK103001237SQ20121046775
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者葉金, 葉光巖, 王家祥 申請(qǐng)人:柳州電器科學(xué)研究所有限公司