低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器，其包括微處理單元、電源模塊、過零點檢測電路、信號調(diào)理電路、電壓測量電路、驅(qū)動調(diào)理電路、反饋電路、測試電路、通信模塊；上述模塊配合流程如下：過程1：驅(qū)動調(diào)理電路的觸頭開關(guān)驅(qū)動電路利用測試電路對觸頭開關(guān)的動作時間進行測試，微處理單元通過該動作時間計算出延時時間；過程2：多次執(zhí)行過程1，以對觸頭開關(guān)的動作時間進行修正；過程3：當觸頭開關(guān)投切負載時，微處理單元計算出延時時間；微處理單元捕捉到過零點后開始計時延時時間，在計時完成后發(fā)出動作指令，觸頭開關(guān)在下一過零點時刻完成投切動作；微處理單元計算開關(guān)動作完成時刻與過零點時刻的時間差，反饋修正預(yù)存延時時間。
【專利說明】低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電器領(lǐng)域，具體涉及一種低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器，特別是一種于投切容性負載時可以同時有效控制多個觸頭開關(guān)自適應(yīng)調(diào)節(jié)在電壓過零點投入、電流過零點切除的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]由于投切涌流對電力系統(tǒng)及觸頭開關(guān)本身的危害極大，因此，國內(nèi)外專家學(xué)者紛紛對各種觸頭開關(guān)驅(qū)動器進行研究。
[0003]目前國內(nèi)已報道的過零投切驅(qū)動器種類繁多，包括晶閘管型、復(fù)合型、同步型等，比如實用新型專利“低功耗智能型過零投切控制器”(專利號:CN200720038581.3)中，采用的驅(qū)動電力電子器件晶閘管來實現(xiàn)過零投切的驅(qū)動器，再例如實用新型專利“一種智能過零投切的復(fù)合開關(guān)”(專利號:CN201220632178.4)中，采用的驅(qū)動晶閘管及觸頭開關(guān)來實現(xiàn)過零投切的驅(qū)動器。對于上述專利提到的過零投切驅(qū)動器中，這兩種驅(qū)動器，晶閘管驅(qū)動器存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高等問題，且晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)下存在一定功耗，驅(qū)動所需時間也難以準確計算，復(fù)合開關(guān)驅(qū)動器需要同時驅(qū)動電子與機械觸頭開關(guān)，成本高，穩(wěn)定性差，也同樣存在驅(qū)動時間難以確定的問題，很難精確地過零投切。
[0004]再例如實用新型專利“ 一種智能電力電容器同步投切開關(guān)”(專利號:CN201020165660.2)中驅(qū)動觸頭開關(guān)進行同步投切的驅(qū)動器。該同步投切開關(guān)驅(qū)動器較上述專利提到的前兩種驅(qū)動器來說，具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟適用、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，但其驅(qū)動器存在與觸頭開關(guān)無法分離使用，兼容性差、利用率低等缺點。
[0005]同時，以上三類驅(qū)動器在驅(qū)動開關(guān)時都無法克服由電網(wǎng)頻率波動，開關(guān)類型、批次變動，驅(qū)動電壓波動等造成的驅(qū)動時間分散性高帶來的過零點時間變化的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，針對上述的問題，本發(fā)明利用自適應(yīng)控制的思想，提出一種獨立適用于多種低壓觸頭開關(guān)，且能夠自適應(yīng)地在電壓零點投入、電流零點切除的驅(qū)動器裝置(下述簡稱觸頭開關(guān)驅(qū)動器)，從而克服【背景技術(shù)】提到的由電網(wǎng)頻率波動、開關(guān)類型、批次變動、驅(qū)動電壓波動等造成的驅(qū)動時間分散性高帶來的過零點時間變化的問題。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的思路是，基于電壓零點反饋閉環(huán)控制，在電壓零點投入、電流零點切除能夠自適應(yīng)。在與相應(yīng)的觸頭開關(guān)本體及其驅(qū)動電路連接后，觸頭開關(guān)驅(qū)動器會通過自身測試電路對該觸頭開關(guān)的動作時間進行測試，然后將測試的延時時間存入程序中，等待下一次投切使用；測試過程完畢后，當觸頭開關(guān)需要投切電容器負荷時，控制器在接收按鍵或通信指令后開始利用過零點檢測電路捕捉過零點，然后讀取延時時間，在下一個過零點時刻開始延時計時，之后發(fā)出投切指令，在下一過零點時刻觸頭開關(guān)完成動作，從而達到抑制投入涌流及相對提高觸頭開關(guān)開斷容性電流能力的效果。由上可知，該觸頭開關(guān)驅(qū)動器能夠同時驅(qū)動多個不同種類的低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)地過零投切，具有高兼容性、高精度、實時調(diào)節(jié)等特點。
[0008]具體的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的，低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器，包括微處理單元、電源模塊、過零點檢測電路、信號調(diào)理電路、電壓測量電路、驅(qū)動調(diào)理電路、反饋電路、測試電路、通信模塊；
各模塊連接關(guān)系如下:電源模塊的輸入端連接至交流電源，電源模塊的輸出端連接微處理單元和信號調(diào)理電路的輸入端，信號調(diào)理電路的輸出端連接電壓測量電路的輸入端和過零點檢測電路的輸入端；電壓測量電路的輸出端以及過零點檢測電路的輸出端連接微處理單元的輸入端，通信模塊與微處理單元雙向連接，微處理器單元的輸出端連接驅(qū)動調(diào)理電路的輸入端，驅(qū)動調(diào)理電路的輸出端連接觸頭開關(guān)的輸入端，觸頭開關(guān)的輸出端連接反饋電路的輸入端，反饋電路的輸出端連接至微處理單元的輸入端；測試電路的輸出端連接觸頭開關(guān)的輸入端，測試電路的輸入端連接至微處理單元的輸出端；其中的驅(qū)動調(diào)理電路包括對觸頭開關(guān)進行驅(qū)動的觸頭開關(guān)驅(qū)動電路；
上述模塊配合流程如下:
過程1:驅(qū)動調(diào)理電路的觸頭開關(guān)驅(qū)動電路利用測試電路對觸頭開關(guān)的動作時間進行測試，即在觸頭開關(guān)一端通過測試電路加測試電壓，然后觸頭開關(guān)驅(qū)動電路驅(qū)動觸頭開關(guān)執(zhí)行動作，反饋電路在觸頭開關(guān)動作過程中采集觸頭開關(guān)的動作時間，并向微處理單元反饋該觸頭開關(guān)的動作時間，微處理單元通過該動作時間計算出延時時間；
過程2:多次執(zhí)行過程1，以對觸頭開關(guān)的動作時間進行修正，同時微處理單元對延時時間進行修正；
過程3:當觸頭開關(guān)投切負載時，微處理單元接收投切指令，同時，微處理單元判斷是否投切，并且捕捉過零點，讀取步驟2得到的反饋修正后的動作時間，計算出延時時間；微處理單元捕捉到過零點后開始計時延時時間，在計時完成后發(fā)出動作指令，觸頭開關(guān)在下一過零點時刻完成投切動作；微處理單元計算開關(guān)動作完成時刻與過零點時刻的時間差，反饋修正預(yù)存延時時間，供下次投切動作時使用，即再次接受投切指令后，重復(fù)過程3，讀取的延時時間則變?yōu)樯弦淮螆?zhí)行過程3完畢后反饋修正后的延時時間，以達到自適應(yīng)在過零點投切的效果。其中延時時間=20ms-動作時間。其中，投切指令先下達到微處理單元，微處理單元協(xié)調(diào)各電路動作。觸頭開關(guān)驅(qū)動電路在延時計時完成后才接受投切指令，驅(qū)動觸頭開關(guān)完成投切。
[0009]過程4:當再次接收投切指令后，微處理單元判斷是否投切，并且捕捉過零點，讀取過程3修正的延時時間，在過零點后開始計時延時時間，計時完成后發(fā)出動作指令，觸頭開關(guān)完成投切動作后微處理單元計算開關(guān)動作完成時刻與過零點時刻的時間差，反饋修正預(yù)存延時時間。之后每次動作重復(fù)執(zhí)行過程4，也即后一次動作調(diào)用的延時時間是前一次動作后修正的延時時間。經(jīng)過過程1、2、3后，驅(qū)動器會重復(fù)工作在過程4的狀態(tài)，即下一次(過程4)動作調(diào)用上一次(過程4)動作后修正的延時時間。
[0010]其中，驅(qū)動調(diào)理電路能夠與多個不同種類的觸頭開關(guān)連接，例如，同時控制單相接觸器以及磁保持繼電器分別自適應(yīng)過零投切(單相接觸器以及磁保持繼電器均屬于觸頭開關(guān)的)；同時控制來自不同廠家的磁保持繼電器分別自適應(yīng)過零投切；同時控制不同容量的磁保持繼電器分別自適應(yīng)過零投切，不同類型的觸頭開關(guān)在工作時均可通過上述過程，能夠自適應(yīng)的調(diào)節(jié)觸頭開關(guān)在過零點投切，同時驅(qū)動調(diào)理電路的觸頭開關(guān)驅(qū)動電路能夠克服電網(wǎng)頻率波動、電壓波動，動作時間分散等一系列工況造成的過零點偏移問題。另外，觸頭開關(guān)每動作一次，延時時間就會被修正一次，過程2中提到多次重復(fù)過程I的目的是反復(fù)的修正延時時間。在執(zhí)行過程3后，微處理器儲存修正后的延時時間。過程4則調(diào)用上一次投切后修正的延時時間(過程3)。通過上述過程，每次投切完成均需要返回計算差值來修正之前的延時時間，因為這個延時時間是一個具有一定分散性的量，即有隨機性也有趨勢變化，每次計算能夠體現(xiàn)控制器的“自適應(yīng)”性，即控制器能夠通過每次修正來適應(yīng)趨勢變化。
[0011]進一步的，該低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器還包括液晶顯示電路，所述液晶顯示電路的輸入端連接至微處理單元的輸出端。
[0012]進一步的，該低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器還包括按鍵電路，所述按鍵電路的輸出端連接至微處理單元的輸入端。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在驅(qū)動觸頭開關(guān)時，提高了驅(qū)動器的通用性和使用效率，增加了過零投切的準確性和可靠性，進一步減小系統(tǒng)投切涌流，相對提高了觸頭開關(guān)開斷容性電流的能力，延長了觸頭開關(guān)的使用壽命，具有高兼容性、高精度、實時調(diào)節(jié)等特點。同時，本發(fā)明由于克服了觸頭開關(guān)個體、類別差異帶來的動作時間不確定的問題，該驅(qū)動器可以從開關(guān)裝置中獨立出來使用，較傳統(tǒng)驅(qū)動器具有使用靈活、應(yīng)用廣泛、高效、準確的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的過零投切驅(qū)動器的電路框圖；
圖2為本發(fā)明的過零投切驅(qū)動器的實施例的電路連接示意圖；
圖3是驅(qū)動調(diào)理電路自適應(yīng)控制的程序流程示意圖；
圖4a是觸頭開關(guān)自適應(yīng)在電壓過零點投入電壓波形示意圖；
圖4b是觸頭開關(guān)自適應(yīng)在電壓過零點投入電流波形示意圖；
圖5a是觸頭開關(guān)自適應(yīng)在電流過零點切除電流波形示意圖；
圖5b是觸頭開關(guān)自適應(yīng)在電流過零點切除電壓波形示意圖。

【具體實施方式】
[0015]現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0016]本發(fā)明的低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器，參見圖1，其包括微處理單元、電源模塊、過零點檢測電路、信號調(diào)理電路、電壓測量電路、驅(qū)動調(diào)理電路、反饋電路、測試電路、通信模塊；各模塊連接關(guān)系如下:電源模塊的輸入端連接至交流電源，電源模塊的輸出端連接微處理單元和信號調(diào)理電路的輸入端，信號調(diào)理電路的輸出端連接電壓測量電路的輸入端和過零點檢測電路的輸入端；電壓測量電路的輸出端以及過零點檢測電路的輸出端連接微處理單元的輸入端，通信模塊與微處理單元雙向連接，微處理器單元的輸出端連接驅(qū)動調(diào)理電路的輸入端，驅(qū)動調(diào)理電路的輸出端連接觸頭開關(guān)的控制的，觸頭開關(guān)的輸出端連接反饋電路的輸入端，反饋電路的輸出端連接至微處理單元的輸入端；測試電路的輸出端連接觸頭開關(guān)的輸入端，測試電路的輸入端連接至微處理單元的輸出端；其中的驅(qū)動調(diào)理電路包括對觸頭開關(guān)進行驅(qū)動的觸頭開關(guān)驅(qū)動電路。
[0017]本發(fā)明的工作過程:在與觸頭開關(guān)及其驅(qū)動電路連接后，驅(qū)動調(diào)理電路將利用測試電路對觸頭開關(guān)的動作時間進行測試，即測試電路在觸頭開關(guān)一端加測試電壓，然后驅(qū)動調(diào)理電路的觸頭開關(guān)驅(qū)動電路驅(qū)動觸頭開關(guān)進行動作，觸頭開關(guān)的動作結(jié)果反饋至反饋電路，反饋電路再此觸頭開關(guān)的動作時間反饋至為處理單元，測試電路執(zhí)行多次測試后不斷修正觸頭開關(guān)的動作時間。當觸頭開關(guān)投切負載時，微處理單元接收到投切指令，同時，微處理單元判斷是否投切，并且捕捉過零點，讀取上次反饋修正的延時時間，計算延時時間差，在捕捉到過零點后開始計時，在計時完成后發(fā)出動作指令，觸頭開關(guān)在下一過零點時刻完成投切動作，計算開關(guān)動作完成時刻與過零點時刻的時間差，反饋修正預(yù)存延時時間，驅(qū)動調(diào)理電路能夠與多個不同種類的觸頭開關(guān)連接，并且能夠自適應(yīng)調(diào)節(jié)觸頭開關(guān)在過零點投切，同時觸頭開關(guān)驅(qū)動電路能夠克服電網(wǎng)頻率波動、電壓波動，動作時間分散等一系列工況造成的過零點偏移問題。其中，延時時間=20ms-動作時間。
[0018]作為一個具體的實例，參見圖2，其展示了一種低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器，其包括微處理單元W、液晶顯示單元L、按鍵輸入K、電源模塊P、驅(qū)動調(diào)理電路A、測試電路Tl和測試電路T2、反饋電路Fl和反饋電路F2、通信電路C、信號調(diào)理電路R、過零檢測電路Z、電壓測量電路U、以及觸頭開關(guān)模塊。其中，觸頭開關(guān)模塊為本發(fā)明的控制對象，本實施例中，觸頭開關(guān)模塊包括磁保持繼電器Ml、驅(qū)動器D以及單相接觸器M2，磁保持繼電器Ml和單相接觸器M2的輸入端連接至驅(qū)動器D的輸出端，其中的磁保持繼電器Ml和單相接觸器M2是觸頭開關(guān)的一個具體舉例，也可以替換為不同廠家的同類觸頭開關(guān)，同一類型不同容量的觸頭開關(guān)以及同一型號不同制作工藝的觸頭開關(guān)。上述電路模塊的連接關(guān)系描述如下:電源模塊P的輸入端連接交流電源的一側(cè)，輸出端連接微處理單元W ;電壓測量電路U的輸入端連接信號調(diào)理電路R的輸出端，其輸出端連接微處理單元W的輸入端；信號調(diào)理電路R的輸入端連接至電源模塊P的輸出端，信號調(diào)理電路R的輸出端連接過零點檢測電路Z的輸入端，過零點檢測電路Z的輸出端連接至微處理單元W的輸入端；液晶顯示模塊L的輸入端連接微處理單元W的輸出端，用于顯示信息；按鍵模塊K的輸出端連接至微處理單元W的輸入端，用于接收來自外界的輸入信息；通信模塊C與微處理單元W雙向連接，用于實現(xiàn)信息的收發(fā)；驅(qū)動調(diào)理電路A的輸入端連接微處理單元W的輸出端，驅(qū)動調(diào)理電路A的輸出端連接觸頭開關(guān)模塊；反饋電路Fl的輸入端和反饋電路F2的輸入端分別連接磁保持繼電器Ml的觸頭輸出端以及單相接觸器M2的觸頭輸出端，反饋電路Fl的輸出端和反饋電路F2的輸出端連接至微處理單元W的輸入端，測試電路Tl的輸出端以及測試電路T2的輸出端分別連接磁保持繼電器Ml的輸入端和單相接觸器M2的輸入端，測試電路Tl的輸入端以及測試電路T2的輸入端連接電源模塊P。
[0019]對此，以磁保持繼電器為對象如圖2搭建了觸頭開關(guān)驅(qū)動器，觸頭開關(guān)驅(qū)動器自適應(yīng)控制的程序流程示意圖如圖3所示，圖4、圖5是磁保持繼電器帶有40kvar電容時在電壓過零點投入、在電流過零點斷開時的波形示意圖，通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)后，驅(qū)動調(diào)理電路驅(qū)動磁保持繼電器準確的在過零點時刻完成投入及切除動作。
[0020]本發(fā)明具有很好的通用性，其能驅(qū)動低壓不同種類、不同批次的多個開關(guān)自適應(yīng)過零投切，例如上述的磁保持繼電器Ml以及單相接觸器M2，在選取觸頭開關(guān)和相應(yīng)的驅(qū)動電路后，本發(fā)明就可以快速準確地完成過零點投切。另外，本發(fā)明采用上述過程，通過微處理器實現(xiàn)過零投切，每次投切完成均計算開關(guān)動作完成時刻與過零點時刻的時間差，來修正之前的延時時間。同時，該延時時間是一個具有一定分散性的量，即有隨機性也有趨勢變化，每次計算能夠體現(xiàn)控制器的“自適應(yīng)”性，即控制器能夠通過每次修正來適應(yīng)趨勢變化，從而實現(xiàn)對各種觸頭開關(guān)實現(xiàn)自適應(yīng)過零投切的目的。
[0021]盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器，包括微處理單元、電源模塊、過零點檢測電路、信號調(diào)理電路、電壓測量電路、驅(qū)動調(diào)理電路、反饋電路、測試電路、通信模塊； 各模塊連接關(guān)系如下:電源模塊的輸入端連接至交流電源，電源模塊的輸出端連接微處理單元和信號調(diào)理電路的輸入端，信號調(diào)理電路的輸出端連接電壓測量電路的輸入端和過零點檢測電路的輸入端；電壓測量電路的輸出端以及過零點檢測電路的輸出端連接微處理單元的輸入端，通信模塊與微處理單元雙向連接，微處理器單元的輸出端連接驅(qū)動調(diào)理電路的輸入端，驅(qū)動調(diào)理電路的輸出端連接觸頭開關(guān)的輸入端，觸頭開關(guān)的輸出端連接反饋電路的輸入端，反饋電路的輸出端連接至微處理單元的輸入端；測試電路的輸出端連接觸頭開關(guān)的輸入端，測試電路的輸入端連接至微處理單元的輸出端；其中的驅(qū)動調(diào)理電路包括對觸頭開關(guān)進行驅(qū)動的觸頭開關(guān)驅(qū)動電路； 上述模塊配合流程如下: 過程1:驅(qū)動調(diào)理電路的觸頭開關(guān)驅(qū)動電路利用測試電路對觸頭開關(guān)的動作時間進行測試，即在觸頭開關(guān)一端通過測試電路加測試電壓，然后觸頭開關(guān)驅(qū)動電路驅(qū)動觸頭開關(guān)執(zhí)行動作，反饋電路在觸頭開關(guān)動作過程中采集觸頭開關(guān)的動作時間，并向微處理單元反饋該觸頭開關(guān)的動作時間，微處理單元通過該動作時間計算出延時時間； 過程2:多次執(zhí)行過程1，以對觸頭開關(guān)的動作時間進行修正，同時微處理單元對延時時間進行修正； 過程3:當觸頭開關(guān)投切負載時，微處理單元接收投切指令，同時，微處理單元判斷是否投切，并且捕捉過零點，讀取步驟2得到的反饋修正后的動作時間，計算出延時時間；微處理單元捕捉到過零點后開始計時延時時間，在計時完成后發(fā)出動作指令，觸頭開關(guān)在下一過零點時刻完成投切動作；微處理單元計算開關(guān)動作完成時刻與過零點時刻的時間差，反饋修正預(yù)存延時時間，供下次投切動作使用； 過程4:當再次接收投切指令后，微處理單元判斷是否投切，并且捕捉過零點，讀取過程3修正的延時時間，在過零點后開始計時延時時間，計時完成后發(fā)出動作指令，觸頭開關(guān)完成投切動作后微處理單元計算開關(guān)動作完成時刻與過零點時刻的時間差，反饋修正預(yù)存延時時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器，其特征在于:所述過程3中，延時時間=20ms_動作時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器，其特征在于:該低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器還包括液晶顯示電路，所述液晶顯示電路的輸入端連接至微處理單元的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器，其特征在于:該低壓觸頭開關(guān)自適應(yīng)過零投切驅(qū)動器還包括按鍵電路，所述按鍵電路的輸出端連接至微處理單兀的輸入端。
【文檔編號】G05B19/042GK104052056SQ201410311664
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】陳麗安, 王砼, 劉濤 申請人:廈門理工學(xué)院