基于分相控制技術(shù)的組合式同步開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于分相控制技術(shù)的組合式同步開關(guān)。包括單極開關(guān)數(shù)字控制單元組及與該單極開關(guān)數(shù)字控制單元組連接的用于調(diào)節(jié)所述單極開關(guān)數(shù)字控制單元組輸出脈寬的脈寬調(diào)節(jié)單元、消磁回路單元和用于檢測(cè)線圈、觸頭的電壓及電流的檢測(cè)單元；還包括一用于為整個(gè)控制系統(tǒng)供電的電源單元。本發(fā)明的各單極開關(guān)數(shù)字控制單元具有相互監(jiān)測(cè)、各極協(xié)調(diào)和過(guò)程控制功能，實(shí)現(xiàn)了各相電路的零電壓吸合與零電流分?jǐn)嗫刂?，形成一種全新的組合式同步開關(guān)。
【專利說(shuō)明】基于分相控制技術(shù)的組合式同步開關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及器械智能控制領(lǐng)域，特別是一種基于分相控制技術(shù)的組合式同步開關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)電器廣泛應(yīng)用在電網(wǎng)系統(tǒng)和電力拖動(dòng)中，涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等領(lǐng)域，直接影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們的正常生活。隨著微處理器技術(shù)和電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能控制技術(shù)在電器領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，開關(guān)電器的各項(xiàng)性能指標(biāo)得到了全面改善，提高了供電可靠性、穩(wěn)定性，但要實(shí)現(xiàn)高度的智能化還有許多工作要做。
[0003]交流開關(guān)電器種類繁多、工作原理各異、控制對(duì)象差別很大。如在關(guān)合電容器、空載變壓器等負(fù)載時(shí)，常常產(chǎn)生過(guò)電壓和涌流，降低了電能質(zhì)量，造成電氣設(shè)備絕緣損壞、故障，引起保護(hù)電器誤動(dòng)作，影響系統(tǒng)的安全性和可靠性；分?jǐn)喔行噪娐窌r(shí)電弧能量很大，直接影響電器的電壽命、通斷能力，甚至產(chǎn)生熔焊；分閘操作時(shí)出現(xiàn)的暫態(tài)過(guò)程還可能對(duì)電力設(shè)備的絕緣產(chǎn)生破壞。對(duì)于量大面廣的交流開關(guān)電器來(lái)說(shuō)，其交流電源隨時(shí)間變化的特性，將給開關(guān)電器帶來(lái)許多不確定因素。如交流接觸器、斷路器的合分閘相位的隨機(jī)性；電磁機(jī)構(gòu)控制電源合閘相角的隨機(jī)性；三相電路的各相差異性等等，都給電器的智能化控制帶來(lái)困難。同步相位控制技術(shù)可以有效解決以上問(wèn)題，成為近年來(lái)開關(guān)智能化的研究熱點(diǎn)之一。其實(shí)質(zhì)就是控制開關(guān)在電壓或電流的期望相位完成合閘或分閘動(dòng)作，以主動(dòng)消除開關(guān)過(guò)程所產(chǎn)生的涌流和過(guò)電壓等電磁暫態(tài)效應(yīng)，提高開關(guān)的開斷能力。在實(shí)現(xiàn)配電終端的智能化，提高供電的可靠性和穩(wěn)定性，改善供電質(zhì)量，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等方面具有重要的意義。
[0004]同步控制技術(shù)在中高壓斷路器中，受到了國(guó)內(nèi)外很大關(guān)注。20世紀(jì)90年代，隨著高壓開關(guān)及其操動(dòng)機(jī)構(gòu)制造水平的不斷提高和微電子自動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)步，同步開關(guān)技術(shù)日益成為現(xiàn)實(shí)，并得到了廣泛應(yīng)用:(I)在電抗器應(yīng)用方面，加拿大的魁北克水電公司在735kV系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)并聯(lián)電抗器的同步操作減少合閘涌流和消除重燃過(guò)電壓；日本電力部門成功地將同步操作應(yīng)用于275kV和500kV系統(tǒng)的電抗器開斷，防止分閘重燃，實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓抑制和降低電抗器絕緣水平要求。2004年，大唐陜西韓城第二發(fā)電公司為了降低涌流、過(guò)電壓等，引進(jìn)Alstom公司的選相投切裝置RPH2。目前運(yùn)行良好。(2)在空載線路應(yīng)用方面，1995年加拿大電力部門在魁北克州裝有并聯(lián)補(bǔ)償電抗器的500kV等級(jí)輸電線路上，應(yīng)用同步開關(guān)技術(shù)減少快速重合閘時(shí)產(chǎn)生的操作過(guò)電壓；在我國(guó)的大朝山500kV輸電線路，使用ABB公司的同步開關(guān)CAT，將合閘和快速重合閘過(guò)電壓抑制到1.3p.u.以下。1998年，中國(guó)第一次為500kV/350Km空載輸電線安裝同步投切裝置，將過(guò)電壓限制在2p.u.以下；(3)在空載變壓器應(yīng)用方面，2002年匈牙利將同步開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于132kV/15kV，155MVA的空載變壓器的同步關(guān)合和切除，減少合閘涌流和過(guò)電壓；法國(guó)圖盧茲變電站對(duì)320kV/13.8kV，315MVA的空載變壓器實(shí)現(xiàn)同步關(guān)合，減少合閘涌流。(4)在電容器組應(yīng)用方面，2000年，長(zhǎng)春市500/220/66kV變電站選相投切66KV電抗器與電容器，將過(guò)電壓限制在1.3p.u.以下；2003年，120kV等級(jí)的背靠背電容器組同步投切裝置成功地在加拿大蒙特利爾的Notre-Dame變電站運(yùn)行。而日本三菱公司對(duì)121kV電壓等級(jí)的并聯(lián)電容器組實(shí)現(xiàn)同步關(guān)合和同步切除，用以減少合閘涌流和消除分閘重燃過(guò)電壓，從而提高系統(tǒng)可靠性和電能質(zhì)量。同步開關(guān)可廣泛應(yīng)用于多種場(chǎng)合，具有很廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。
[0005]同步開關(guān)的關(guān)鍵是三相觸頭的同步操作，但電力系統(tǒng)三相交流電的相位互成120°，傳統(tǒng)交流開關(guān)電器受結(jié)構(gòu)限制，三相觸頭不可能都在期望的電壓、電流相位完成合、分閘。想要解決多相交流控制開關(guān)的同步控制問(wèn)題，就必須引入分相控制與組合式開關(guān)技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種具有效率高、速度快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，且實(shí)現(xiàn)了各相電路的零電壓吸合與零電流分?jǐn)嗫刂频幕诜窒嗫刂萍夹g(shù)的組合式同步開關(guān)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于分相控制技術(shù)的組合式同步開關(guān)，包括單極開關(guān)數(shù)字控制單元組及與該單極開關(guān)數(shù)字控制單元組連接的用于調(diào)節(jié)所述單極開關(guān)數(shù)字控制單元組輸出脈寬的脈寬調(diào)節(jié)單元、消磁回路單元和用于檢測(cè)線圈、觸頭的電壓及電流的檢測(cè)單元；還包括一用于為整個(gè)控制系統(tǒng)供電的電源單元；所述單極開關(guān)數(shù)字控制單元組包括第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元；所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元均包括數(shù)字控制芯片及與該數(shù)字控制芯片連接的并用于判斷各單極開關(guān)工作狀態(tài)的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊和隔離電路，所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的單極開關(guān)工作信號(hào)輸出端分別連接至所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊的輸入端，所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的單極開關(guān)工作信號(hào)輸出端還分別經(jīng)所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元的的隔離電路連接至其余單極開關(guān)數(shù)字控制單元的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊的輸入端；其中，N為自然數(shù)且N彡2。
[0008]在本發(fā)明實(shí)施例中，所述電源單元包括第I至第N電源模塊，所述第I至第N電源模塊均包括交直流電源及與該交直流電源連接的整流濾波模塊和用于為系統(tǒng)中需供電器件提供電能的開關(guān)電源。
[0009]在本發(fā)明實(shí)施例中，所述脈寬調(diào)節(jié)單元包括第I至第N脈寬調(diào)節(jié)模塊，且該N個(gè)脈寬調(diào)節(jié)模塊的電路結(jié)構(gòu)相同；所述第I脈寬調(diào)節(jié)模塊包括第一功率開關(guān)管和用于驅(qū)動(dòng)該第一功率開關(guān)管開斷且連接至所述第I單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的第一驅(qū)動(dòng)電路；所述第一功率開關(guān)管的輸入端連接至所述第I電源模塊的整流濾波模塊，所述第一開關(guān)管的輸出端連接至所述消磁回路單元。
[0010]在本發(fā)明實(shí)施例中，所述消磁回路單元包括第I至第N消磁回路，且該N個(gè)消磁回路的電路結(jié)構(gòu)相同；所述第I消磁回路包括第二功率開關(guān)管、用于驅(qū)動(dòng)該第二功率開關(guān)管開斷且連接至所述第I單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的第二驅(qū)動(dòng)電路、續(xù)流電路、瞬態(tài)抑制二極管和激勵(lì)線圈，所述第二功率開關(guān)管的輸入端經(jīng)所述續(xù)流電路分別與所述第I脈寬調(diào)節(jié)模塊的第一功率開關(guān)管的輸出端和激勵(lì)線圈的輸入端連接，所述第二功率開關(guān)管的輸出端連接至地，所述第二功率開關(guān)管的輸入端和輸出端還并聯(lián)連接所述瞬態(tài)抑制二極管；所述激勵(lì)線圈的輸出端連接至所述檢測(cè)單元。
[0011]在本發(fā)明實(shí)施例中，所述檢測(cè)單元包括第I至第N檢測(cè)模塊，且該N個(gè)檢測(cè)模塊的電路結(jié)構(gòu)相同；所述第I檢測(cè)模塊包括分別連接至所述第I單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的觸頭電壓檢測(cè)模塊、觸頭電流檢測(cè)模塊、線圈電壓檢測(cè)模塊和線圈電流檢測(cè)模塊，所述線圈電壓檢測(cè)模塊還連接至所述第I電源模塊的交直流電源，所述線圈電流檢測(cè)模塊還與所述激勵(lì)線圈的輸出端及地連接。
[0012]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)采用分極單相控制的理念，實(shí)現(xiàn)了交流多相電路的零電壓吸合、零電流分?jǐn)嗫刂?。采用分相控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多極開關(guān)的同步控制，每一極開關(guān)完全獨(dú)立，分別由一個(gè)智能模塊和單極開關(guān)本體構(gòu)成，智能控制模塊具有相互監(jiān)測(cè)、各極協(xié)調(diào)和過(guò)程控制功能，實(shí)現(xiàn)了各相電路的零電壓吸合與零電流分?jǐn)嗫刂?，形成一種全新的組合式同步開關(guān)。
[0013](2)各單極開關(guān)之間采用門電路作為同步信號(hào)發(fā)生模塊的設(shè)計(jì)電路，用于判斷多極開關(guān)各自的工作狀態(tài)，具有效率高、速度快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。避免了采用通信模式所帶來(lái)的成本高、通信時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)計(jì)復(fù)雜、容易受到各種干擾等問(wèn)題。
[0014](3)將數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)用于開關(guān)的智能控制中，數(shù)據(jù)處理速度和精度得到明顯的提高，減少了外圍電路、簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，減小了硬件電路的成本和體積；布線簡(jiǎn)單，電磁干擾相對(duì)較小，不易受到器件老化、環(huán)境或參數(shù)變化的影響，穩(wěn)定可靠，控制能力強(qiáng)、靈活性高、通用性好。
[0015](4)吸合過(guò)程的分段電流閉環(huán)控制思路，有效的減小了電源電壓對(duì)控制過(guò)程的影響，對(duì)實(shí)現(xiàn)零電壓吸合控制，具有重要意義，解決了由于電壓波動(dòng)所造成的吸合時(shí)間分散性的問(wèn)題。
[0016](5)采用了軟件檢零方法，有效的提高了檢零的準(zhǔn)確性和檢零速度。采用數(shù)字平均濾波的方法:設(shè)定采樣頻率，檢測(cè)傳感器輸出信號(hào)，對(duì)η個(gè)連續(xù)采樣值進(jìn)行平均濾波處理，去掉最大值和最小值，剩下值取平均，將平均值與傳感器額定輸出比較，判斷觸頭電壓、電流是否處于零點(diǎn)。此方法濾波效果、抗干擾性能好、零點(diǎn)誤差小、適應(yīng)范圍大。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明控制原理框圖。
[0018]圖2為本發(fā)明零電壓吸合控制過(guò)程示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明零電流分?jǐn)嗫刂七^(guò)程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0021]本發(fā)明一種基于分相控制技術(shù)的組合式同步開關(guān)，包括單極開關(guān)數(shù)字控制單元組及與該單極開關(guān)數(shù)字控制單元組連接的用于調(diào)節(jié)所述單極開關(guān)數(shù)字控制單元組輸出脈寬的脈寬調(diào)節(jié)單元、消磁回路單元和用于檢測(cè)線圈、觸頭的電壓及電流的檢測(cè)單元；還包括一用于為整個(gè)控制系統(tǒng)供電的電源單元；所述單極開關(guān)數(shù)字控制單元組包括第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元；所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元均包括數(shù)字控制芯片及與該數(shù)字控制芯片連接的并用于判斷各單極開關(guān)工作狀態(tài)的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊和隔離電路，所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的單極開關(guān)工作信號(hào)輸出端分別連接至所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊的輸入端，所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的單極開關(guān)工作信號(hào)輸出端還分別經(jīng)所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元的的隔離電路連接至其余單極開關(guān)數(shù)字控制單元的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊的輸入端；其中，N為自然數(shù)且N > 2。
[0022]所述電源單元包括第I至第N電源模塊，所述第I至第N電源模塊均包括交直流電源及與該交直流電源連接的整流濾波模塊和用于為系統(tǒng)中需供電器件提供電能的開關(guān)電源。
[0023]所述脈寬調(diào)節(jié)單元包括第I至第N脈寬調(diào)節(jié)模塊，且該N個(gè)脈寬調(diào)節(jié)模塊的電路結(jié)構(gòu)相同；所述第I脈寬調(diào)節(jié)模塊包括第一功率開關(guān)管和用于驅(qū)動(dòng)該第一功率開關(guān)管開斷且連接至所述第I單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的第一驅(qū)動(dòng)電路；所述第一功率開關(guān)管的輸入端連接至所述第I電源模塊的整流濾波模塊，所述第一開關(guān)管的輸出端連接至所述消磁回路單元。所述消磁回路單元包括第I至第N消磁回路，且該N個(gè)消磁回路的電路結(jié)構(gòu)相同；所述第I消磁回路包括第二功率開關(guān)管、用于驅(qū)動(dòng)該第二功率開關(guān)管開斷且連接至所述第I單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的第二驅(qū)動(dòng)電路、續(xù)流電路、瞬態(tài)抑制二極管和激勵(lì)線圈，所述第二功率開關(guān)管的輸入端經(jīng)所述續(xù)流電路分別與所述第I脈寬調(diào)節(jié)模塊的第一功率開關(guān)管的輸出端和激勵(lì)線圈的輸入端連接，所述第二功率開關(guān)管的輸出端連接至地，所述第二功率開關(guān)管的輸入端和輸出端還并聯(lián)連接所述瞬態(tài)抑制二極管；所述激勵(lì)線圈的輸出端連接至所述檢測(cè)單元。
[0024]所述檢測(cè)單元包括第I至第N檢測(cè)模塊，且該N個(gè)檢測(cè)模塊的電路結(jié)構(gòu)相同；所述第I檢測(cè)模塊包括分別連接至所述第I單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的觸頭電壓檢測(cè)模塊、觸頭電流檢測(cè)模塊、線圈電壓檢測(cè)模塊和線圈電流檢測(cè)模塊，所述線圈電壓檢測(cè)模塊還連接至所述第I電源模塊的交直流電源，所述線圈電流檢測(cè)模塊還與所述激勵(lì)線圈的輸出端及地連接。
[0025]以下為本發(fā)明的工作原理。
[0026]如圖1所示，圖中，P為交直流電源，Z為整流濾波模塊，S為開關(guān)電源，Ul為線圈電壓檢測(cè)模塊，CU為觸頭電壓檢測(cè)模塊，Cl為觸頭電流檢測(cè)模塊，SKXPl為本單極開關(guān)的數(shù)字控制系統(tǒng)，SKXPN為其他單極開關(guān)的數(shù)字控制系統(tǒng)，Ql為開關(guān)管1，BI為驅(qū)動(dòng)電路1，Q2為開關(guān)管2，B2為驅(qū)動(dòng)電路2，Dl為續(xù)流電路，D2為瞬態(tài)抑制電路，X為激磁線圈，DD為接地端，XC為線圈電流檢測(cè)模塊，QT為本單極開關(guān)的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊，TBl為本單極開關(guān)的開關(guān)工作信號(hào)，QTN為其他單極開關(guān)的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊，TBN為其他單極開關(guān)的開關(guān)工作信號(hào)，Gl為隔離電路1，GN為隔離電路N。其中，U1、⑶、C1、XC可采用電流及電壓互感器或其他檢測(cè)電流及電壓的裝置。
[0027]交直流電源P經(jīng)整流濾波模塊Z后，變?yōu)槠椒€(wěn)的直流；開關(guān)電源S，為電路中需要供電的器件提供所需電能；激磁線圈的線圈電壓檢測(cè)模塊U1，用于檢測(cè)開關(guān)是否得電；觸頭電壓檢測(cè)模塊CU，用于檢測(cè)觸頭電壓值，根據(jù)此電壓值判斷觸頭系統(tǒng)電壓的零點(diǎn)，然后，進(jìn)行零電壓吸合過(guò)程控制；觸頭電流檢測(cè)模塊Cl，用于檢測(cè)觸頭系統(tǒng)電流的零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的零電流分?jǐn)嗫刂?；本單極開關(guān)的數(shù)字控制系統(tǒng)SKXPl為采用數(shù)字芯片的單片機(jī)控制系統(tǒng)，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)具有速度快、精度高、功能強(qiáng)、控制靈活、通用性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)；根據(jù)單極開關(guān)的數(shù)量，確定數(shù)字芯片的個(gè)數(shù)，如有N個(gè)單極開關(guān)，則第N個(gè)單極開關(guān)的數(shù)字控制系統(tǒng)為SKXPN，每個(gè)單極開關(guān)的控制原理相同；Q1為功率開關(guān)管1，由數(shù)字控制系統(tǒng)SKXPl通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路BI進(jìn)行控制，調(diào)整激磁電流的大??；Q2為功率開關(guān)管2，由數(shù)字控制系統(tǒng)SKXPl通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路B2進(jìn)行控制，調(diào)整去磁回路的工作狀態(tài)；D1為續(xù)流電路，在開關(guān)管Ql截止階段起作用；D2為瞬態(tài)抑制二極管，用于吸收反向瞬態(tài)能量，恢復(fù)時(shí)間短、反應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)，可以起到快速消磁作用；X為激磁線圈；在激磁線圈和地之間，通過(guò)線圈電流檢測(cè)模塊XC，獲取線圈電流信號(hào)，作為電流閉環(huán)的電流值；QT至QTN為多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊，該模塊具有或門性質(zhì)，通過(guò)邏輯判斷進(jìn)行多極開關(guān)之間的工作狀態(tài)判據(jù)，其中一路輸入為本單極開關(guān)的工作信號(hào)TB1，符合吸合條件時(shí)，該信號(hào)為“O”，同時(shí)，該信號(hào)通過(guò)隔離電路G1，送入其他單極開關(guān)的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊，其他單極開關(guān)的開關(guān)工作信號(hào)TBN也通過(guò)隔離電路GN送入本單極開關(guān)的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊QT，進(jìn)行其他開關(guān)工作狀態(tài)的判據(jù)，當(dāng)組合開關(guān)的工作狀態(tài)信號(hào)均為“O”時(shí)。說(shuō)明所有單極開關(guān)均處于工作狀態(tài)，此時(shí)多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊QT輸出為“O”，開關(guān)進(jìn)行吸合過(guò)程控制，完成零電壓吸合。如果其中任何一臺(tái)單極開關(guān)處于釋放狀態(tài)，即多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊中有一路輸入變?yōu)椤?I ”，則多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊QT輸出高電平“ I ”，產(chǎn)生中斷信號(hào)，數(shù)字控制系統(tǒng)SKXPl發(fā)出斷電信號(hào)，開關(guān)進(jìn)入分?jǐn)嗫刂瞥绦?，?shí)現(xiàn)零電流分?jǐn)嗫刂啤?br> [0028]工作過(guò)程如下:
1、吸合階段:零電壓吸合過(guò)程時(shí)序如圖2所示。線圈輸入電壓在h時(shí)刻上電，開關(guān)電源得電后各電路開始工作，數(shù)控芯片各模塊初始化，并將本單極開關(guān)的工作信號(hào)TBl置1，發(fā)送至本單極和其他極開關(guān)的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊。當(dāng)線圈輸入電壓檢測(cè)電路Ul檢測(cè)到電壓在吸合電壓范圍內(nèi)時(shí)，TBl信號(hào)置“0”，同時(shí)，檢測(cè)其余各單極開關(guān)的工作信號(hào)，h時(shí)刻，各單極開關(guān)均滿足吸合條件，QTl至QTN模塊的輸入均為“0”，各單極開關(guān)在同一時(shí)刻發(fā)出合閘指令。隨后各單極開關(guān)的觸頭電壓檢測(cè)模塊開始實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓零點(diǎn)作為時(shí)間參考點(diǎn)，檢測(cè)到電壓零點(diǎn)后，延時(shí)td，發(fā)出激磁線圈合閘信號(hào)，數(shù)字控制系統(tǒng)SKXPl開始控制交流電磁機(jī)構(gòu)閉環(huán)起動(dòng)，PWM控制方式選擇開/關(guān)控制模式，開/關(guān)控制模式通過(guò)將芯片內(nèi)的定時(shí)器分為多段控制，每一段都設(shè)一個(gè)基準(zhǔn)值，當(dāng)采樣值大于該基準(zhǔn)值時(shí)，輸出占空比為0%的PWM信號(hào)，關(guān)斷開關(guān)管，如果采樣值小于基準(zhǔn)值，則輸出占空比為100%的PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)吸合過(guò)程控制。
線圈輸入電壓大小，對(duì)線圈電流變化斜率影響很大，使得不同電壓下，吸合時(shí)間存在較大差異。而電流穩(wěn)定在參考值時(shí)，通過(guò)閉環(huán)斬波控制可以消除輸入電壓變化的影響。觸動(dòng)階段設(shè)定多個(gè)電流參考值，使線圈電流逐漸上升。在保證最小輸入電壓時(shí)，線圈電流均能達(dá)到每段參考值的情況下，可適當(dāng)增加段數(shù)。通過(guò)電流閉環(huán)控制，設(shè)計(jì)合理的線圈電流特性，選擇合適濾波電容，可改善輸入電壓、環(huán)境溫度對(duì)組合開關(guān)動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響，提高機(jī)構(gòu)動(dòng)作一致性。
[0029]經(jīng)過(guò)電磁機(jī)構(gòu)的固有動(dòng)作時(shí)間Tc后，動(dòng)、靜觸頭在電壓零點(diǎn)吸合，實(shí)現(xiàn)零電壓吸合過(guò)程控制。
[0030]2、吸持階段:吸合過(guò)程結(jié)束后，開關(guān)轉(zhuǎn)入吸持控制程序。此時(shí)，通過(guò)設(shè)定PWM工作頻率和占空比，實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)控制，維持線圈電流的動(dòng)態(tài)恒定，將線圈電流維持在一個(gè)低值范圍內(nèi)，同時(shí)又保證了斬波頻率。具有吸持功耗小、受環(huán)境因素影響小、控制電壓變化影響小等特點(diǎn)，具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾能力。
[0031]分?jǐn)嚯A段:零電流分?jǐn)噙^(guò)程時(shí)序如圖3所示。12時(shí)刻為外部斷電指令發(fā)出時(shí)刻，當(dāng)輸入線圈電壓檢測(cè)模塊Ul檢測(cè)到電源電壓低于釋放電壓時(shí)，工作信號(hào)TBl置1，該信號(hào)發(fā)送至本極和其他單極開關(guān)的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊，各單極開關(guān)多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊輸出均跳轉(zhuǎn)為“1”，產(chǎn)生電平變化中斷，&時(shí)刻同時(shí)發(fā)出同步分閘指令。隨后各單極開關(guān)通過(guò)觸頭電流檢測(cè)模塊Cl，開始實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各自觸頭系統(tǒng)的電流零點(diǎn)，檢測(cè)到觸頭電流零點(diǎn)后，延時(shí)te，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路BI，斷開開關(guān)管Ql，同時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路B2，斷開開關(guān)管Q2，起動(dòng)負(fù)壓施加回路。經(jīng)過(guò)機(jī)構(gòu)的固有動(dòng)作時(shí)間To后，動(dòng)靜觸頭在設(shè)定的電流零點(diǎn)前斷開，實(shí)現(xiàn)零電流分?jǐn)嗫刂啤?br> [0032]以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于分相控制技術(shù)的組合式同步開關(guān)，其特征在于:包括單極開關(guān)數(shù)字控制單元組及與該單極開關(guān)數(shù)字控制單元組連接的用于調(diào)節(jié)所述單極開關(guān)數(shù)字控制單元組輸出脈寬的脈寬調(diào)節(jié)單元、消磁回路單元和用于檢測(cè)線圈、觸頭的電壓及電流的檢測(cè)單元；還包括一用于為整個(gè)控制系統(tǒng)供電的電源單元；所述單極開關(guān)數(shù)字控制單元組包括第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元；所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元均包括數(shù)字控制芯片及與該數(shù)字控制芯片連接的并用于判斷各單極開關(guān)工作狀態(tài)的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊和隔離電路，所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的單極開關(guān)工作信號(hào)輸出端分別連接至所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊的輸入端，所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的單極開關(guān)工作信號(hào)輸出端還分別經(jīng)所述第I至第N單極開關(guān)數(shù)字控制單元的的隔離電路連接至其余單極開關(guān)數(shù)字控制單元的多極開關(guān)工作狀態(tài)判斷模塊的輸入端；其中，N為自然數(shù)且NS 2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分相控制技術(shù)的組合式同步開關(guān)，其特征在于:所述電源單元包括第I至第N電源模塊，所述第I至第N電源模塊均包括交直流電源及與該交直流電源連接的整流濾波模塊和用于為系統(tǒng)中需供電器件提供電能的開關(guān)電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于分相控制技術(shù)的組合式同步開關(guān)，其特征在于:所述脈寬調(diào)節(jié)單元包括第I至第N脈寬調(diào)節(jié)模塊，且該N個(gè)脈寬調(diào)節(jié)模塊的電路結(jié)構(gòu)相同；所述第I脈寬調(diào)節(jié)模塊包括第一功率開關(guān)管和用于驅(qū)動(dòng)該第一功率開關(guān)管開斷且連接至所述第I單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的第一驅(qū)動(dòng)電路；所述第一功率開關(guān)管的輸入端連接至所述第I電源模塊的整流濾波模塊，所述第一開關(guān)管的輸出端連接至所述消磁回路單J Li ο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于分相控制技術(shù)的組合式同步開關(guān)，其特征在于:所述消磁回路單元包括第I至第N消磁回路，且該N個(gè)消磁回路的電路結(jié)構(gòu)相同；所述第I消磁回路包括第二功率開關(guān)管、用于驅(qū)動(dòng)該第二功率開關(guān)管開斷且連接至所述第I單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的第二驅(qū)動(dòng)電路、續(xù)流電路、瞬態(tài)抑制二極管和激勵(lì)線圈，所述第二功率開關(guān)管的輸入端經(jīng)所述續(xù)流電路分別與所述第I脈寬調(diào)節(jié)模塊的第一功率開關(guān)管的輸出端和激勵(lì)線圈的輸入端連接，所述第二功率開關(guān)管的輸出端連接至地，所述第二功率開關(guān)管的輸入端和輸出端還并聯(lián)連接所述瞬態(tài)抑制二極管；所述激勵(lì)線圈的輸出端連接至所述檢測(cè)單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于分相控制技術(shù)的組合式同步開關(guān)，其特征在于:所述檢測(cè)單元包括第I至第N檢測(cè)模塊，且該N個(gè)檢測(cè)模塊的電路結(jié)構(gòu)相同；所述第I檢測(cè)模塊包括分別連接至所述第I單極開關(guān)數(shù)字控制單元的數(shù)字控制芯片的觸頭電壓檢測(cè)模塊、觸頭電流檢測(cè)模塊、線圈電壓檢測(cè)模塊和線圈電流檢測(cè)模塊，所述線圈電壓檢測(cè)模塊還連接至所述第I電源模塊的交直流電源，所述線圈電流檢測(cè)模塊還與所述激勵(lì)線圈的輸出端及地連接。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK104466974SQ201410534300
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】許志紅, 羅海海 申請(qǐng)人:福州大學(xué)