專(zhuān)利名稱(chēng)：晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，特別是涉及一種單片機(jī)控制的晶閘管反 并聯(lián)自動(dòng)重合閘無(wú)觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
截止目前，國(guó)外的意大利、國(guó)內(nèi)的江蘇省蘇州市、廣東省廣州市均有生產(chǎn)商提供自 動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，或稱(chēng)三相自動(dòng)重合閘漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，其共同特點(diǎn)是利用機(jī)械自動(dòng)化原理，結(jié) 合現(xiàn)代電子技術(shù)的產(chǎn)品，其構(gòu)造仍然屬于有觸點(diǎn)式，其共同缺點(diǎn)也就是有觸點(diǎn)式結(jié)構(gòu)帶來(lái) 的蔽端，觸頭容量受限制，觸頭電弧及火花為特殊應(yīng)用場(chǎng)合帶來(lái)安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，它是采用單片機(jī)控制的智能 型，由晶閘管反并聯(lián)作為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)元件的自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，包 括(I)SCR(晶閘管)反并聯(lián)主電路和單片機(jī)控制系統(tǒng)，單相兩線(xiàn)(或三線(xiàn))系統(tǒng)，主電路包 含一對(duì)反并聯(lián)晶閘管功率元件；三相四線(xiàn)(或五線(xiàn))系統(tǒng)，主電路包含三對(duì)反并聯(lián)晶閘管功 率元件，晶閘管反并聯(lián)主電路是無(wú)觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)元件；單片機(jī)控制系統(tǒng)包含(2)單片機(jī)芯片 MCU(PIC16F690)及外圍電路；外圍電路包含(3)電源電壓顯示值形成電路、(4)電源信號(hào) 采樣電路、(5)單片開(kāi)關(guān)電源形成電路、(6)負(fù)載信號(hào)采樣電路、(7)鍵盤(pán)/顯示接口電路、 (8)開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路、(9)觸發(fā)電路、(10)報(bào)警輸出接口電路、(11)干接點(diǎn)輸出電路、(12) RS232接口電路。本發(fā)明所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其中(5)單片開(kāi)關(guān)電源電路由市電供電， 形成(2)MCU及其外圍電路所需的工作電源。本發(fā)明所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其中(3)電源電壓顯示值形成電路形成電 源電壓實(shí)時(shí)值，供數(shù)碼管顯示用，(4)電源信號(hào)采樣電路提供的信號(hào)與預(yù)存的基準(zhǔn)值進(jìn)行比 較，經(jīng)⑵邏輯判斷為電網(wǎng)缺相、失壓、欠壓、過(guò)壓等故障狀態(tài)，⑵MCU發(fā)出控制指令，停發(fā) 觸發(fā)信號(hào)，關(guān)閉(I)SCR反并聯(lián)主電路，晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘。本發(fā)明所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其中(6)負(fù)載信號(hào)采樣電路提供的信號(hào)與 預(yù)存的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，經(jīng)(2)MCU邏輯判斷為負(fù)載過(guò)流、短路、漏電等故障狀態(tài)，(2)MCU 發(fā)出控制指令，停發(fā)觸發(fā)信號(hào)，關(guān)閉(I)SCR反并聯(lián)主電路，晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)自動(dòng)分 閘。本發(fā)明所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其中⑷電源信號(hào)采樣電路及(6)負(fù)載信 號(hào)采樣電路提供的信號(hào)經(jīng)(2)MCU識(shí)別并判斷為電網(wǎng)故障消失或負(fù)載故障消除，(2)MCU發(fā) 出正常觸發(fā)信號(hào)，開(kāi)通(I)SCR反并聯(lián)主電路，晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)自動(dòng)重合閘。本發(fā)明所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其中(7)鍵盤(pán)/顯示接口電路可以通過(guò)顯 示器顯示晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)前端電網(wǎng)狀態(tài)、后端負(fù)載狀態(tài)以及自身工作狀態(tài)，并可以通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置或修改已整定參數(shù)。 本發(fā)明所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其中⑷電源信號(hào)采樣電路、(6)負(fù)載信號(hào) 采樣電路或(8)開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路提供的信號(hào)或(2)MCU自身工作狀態(tài)不正常，(2)MCU經(jīng)報(bào)警輸出接口電路輸出報(bào)警蜂鳴信號(hào)前端電力網(wǎng)(市電)故障——4S響一聲；后端負(fù)載故障——IS響一聲“開(kāi)關(guān)”自身故障——0. 5S響一聲；后端負(fù)載短路——長(zhǎng)鳴！本發(fā)明所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其中⑶開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路提供的信號(hào)診 斷出(I)SCR反并聯(lián)主電路有故障或(2)MCU自身工作狀態(tài)不正常，(2)MCU均自診斷為晶閘 管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)故障，(2)MCU停發(fā)觸發(fā)信號(hào)，(I)SCR反并聯(lián)主電路自動(dòng)分閘，(2)MCU經(jīng) (11)干接點(diǎn)輸出電路輸出控制信號(hào)啟動(dòng)本開(kāi)關(guān)之外的安全冗余備份通道K2，使負(fù)載獲得 正常連續(xù)供電。本發(fā)明的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，是用單片機(jī)控制的晶閘管反并聯(lián)自動(dòng)重合閘無(wú) 觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，克服了觸頭電弧及火花的隱患，目前采用國(guó)產(chǎn)反并聯(lián)晶閘管功率元件作為晶閘 管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)的主要組成部件，其容量已經(jīng)達(dá)到500A、1800V，今后隨著晶閘管功率元 件技術(shù)及制造水平的提高，晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)的容量也可相應(yīng)提高，隨著電力電子技 術(shù)的發(fā)展，無(wú)觸點(diǎn)式自動(dòng)重合間開(kāi)關(guān)代替有觸點(diǎn)式重合間開(kāi)關(guān)，是大勢(shì)所趨。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于它具有傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)功能，但無(wú)有形的刀閘或觸頭等部件， 屬于無(wú)觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)元件。本發(fā)明采用了現(xiàn)代電力電子技術(shù)及微機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)帶載“分” 和“合”閘功能，并能在線(xiàn)檢測(cè)前端電網(wǎng)(市電電源)狀態(tài)和后端負(fù)載故障。本發(fā)明同時(shí)具 備(1)故障識(shí)別；(2)故障指示；(3)重合閘之前故障檢測(cè)與判斷；(4)實(shí)時(shí)顯示電網(wǎng)電壓 值；(5)能存儲(chǔ)歷史故障信息；(6)能以不同的音響區(qū)分電源故障、負(fù)載故障、開(kāi)關(guān)自身故障 的報(bào)警。當(dāng)晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)有故障時(shí)，可以自動(dòng)啟動(dòng)本開(kāi)關(guān)之外的安全冗余備份通 道K2，使負(fù)載獲得正常連續(xù)供電。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還有其中鍵盤(pán)/顯示接口電路可以通過(guò)顯示器顯示晶閘管自動(dòng)重 合閘開(kāi)關(guān)前端電網(wǎng)狀態(tài)、后端負(fù)載狀態(tài)以及自身工作狀態(tài)，并可以通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置或修改已 整定的參數(shù)。本發(fā)明可用于電信、移動(dòng)、電力、廣電、交通等行業(yè)的無(wú)人值守機(jī)房配電，尤其是山 高路遠(yuǎn)地區(qū)，無(wú)觸點(diǎn)式自動(dòng)重合閘可減少人員對(duì)機(jī)房的維護(hù)工作量，保障通信設(shè)備及時(shí)恢 復(fù)正常工作，減少電網(wǎng)故障的二次損失。


圖1是晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)原理框2是單片開(kāi)關(guān)電源電路圖3是電源信號(hào)采樣電路圖4是負(fù)載信號(hào)采樣電路圖5是開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路圖6是觸發(fā)電路
圖7是報(bào)警輸出電路圖8是干接點(diǎn)輸出電路圖9是三相四線(xiàn)(或五線(xiàn))晶閘管反并聯(lián)主電路圖10是單片機(jī)芯片MCU-PIC16F690管腳及其外圍電路11是晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)效果12是單片機(jī)子程序流程圖
具體實(shí)施例方式如原理框圖1所示，本發(fā)明的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)包含以下12個(gè)強(qiáng)弱電組件構(gòu) 成，原理框圖中的(3)電源電壓顯示值形成電路供顯示電壓用。其它11個(gè)組件是(I)SCR 反并聯(lián)主電路、(2)MCU芯片、(4)電源信號(hào)采樣電路、(5)單片開(kāi)關(guān)電源電路、(6)負(fù)載信號(hào) 采樣電路、(7)鍵盤(pán)/顯示電路、(8)開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路、(9)觸發(fā)電路、(10)報(bào)警輸出電路、 (11)干接點(diǎn)輸出電路、(12)RS232接口電路。
具體實(shí)施方式
是將從(3)電源電壓顯示值形成電路到(12)RS232接口電路共 10個(gè)弱電組件安裝在一塊印刷電路板上，(或者本發(fā)明已形成批產(chǎn)時(shí)，可集成為一塊芯片 ICl) (2)M⑶單片機(jī)芯片通過(guò)接插件與印刷電路板(或芯片ICl)上的10個(gè)弱電組件以及 (I)SCR反并聯(lián)主電路連接；(I)SCR反并聯(lián)主電路屬于無(wú)觸點(diǎn)功率電子電路，必須根據(jù)負(fù) 載大小與性質(zhì)精心設(shè)計(jì)散熱器(通用器件，不屬于本發(fā)明之列)與其配套；(I)SCR反并聯(lián) 主電路用四只金屬螺栓安裝在散熱器頂部；(2)MCU芯片及印刷電路板(或芯片ICl)等弱 電組件安置在散熱器側(cè)面的金屬屏蔽盒內(nèi)，通過(guò)接插件與散熱器頂部的功率電子主電路聯(lián) 接，其結(jié)構(gòu)詳情見(jiàn)圖11效果圖。下面說(shuō)明本發(fā)明晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)工作過(guò)程。三相四線(xiàn)(或五線(xiàn))或單相三線(xiàn)制，以A相為例說(shuō)明晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)的工 作過(guò)程，從最典型的電網(wǎng)停電狀態(tài)說(shuō)起。由附圖的圖9可知，當(dāng)電網(wǎng)停電，UA = 0，SCR反并聯(lián)主電路中的SCRl、SCR2的陽(yáng)極 與陰極之間無(wú)電位差，全自動(dòng)截止，相當(dāng)于晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘，負(fù)載RL失電。當(dāng)電網(wǎng)故障排除，電網(wǎng)重新送電后，(2)MCU經(jīng)過(guò)(5)單片開(kāi)關(guān)電源獲得工作電源， 分別經(jīng)過(guò)(4)電源信號(hào)采樣電路、(6)負(fù)載信號(hào)采樣電路、(8)開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路分別檢測(cè) 電源狀態(tài)、負(fù)載狀態(tài)、重合間開(kāi)關(guān)自身狀態(tài)是否符合重合間條件，如果符合，(2)MCU在某時(shí) 刻向A相觸發(fā)電路輸入觸發(fā)信號(hào)，使A相反并聯(lián)晶閘管開(kāi)通，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘。自動(dòng)重合閘之后，開(kāi)關(guān)正常工作若干時(shí)間(幾日、幾周、幾月-------)到達(dá)某時(shí)
刻，(8)開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路提供的信號(hào)被診斷為(I)SCR反并聯(lián)主電路有故障或(2)MCU自 身工作狀態(tài)不正常，(2)MCU均自診斷為晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)故障，(2)MCU控制系統(tǒng)停發(fā) 觸發(fā)信號(hào)，晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘，同時(shí)，(2)MCU經(jīng)(11)干接點(diǎn)輸出電路輸出控 制信號(hào)，啟動(dòng)本開(kāi)關(guān)之外的冗余備份通道K2，使負(fù)載獲得正常連續(xù)供電。自動(dòng)重合閘之后，開(kāi)關(guān)正常工作若干時(shí)間到達(dá)某時(shí)刻，(2)MCU檢測(cè)到負(fù)載有故障 (過(guò)流、短路、漏電等)，則(2)MCU控制系統(tǒng)停發(fā)觸發(fā)信號(hào)，晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)自動(dòng)分 閘，避免負(fù)載故障擴(kuò)大，甚至引起火災(zāi)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失及人身傷害。自動(dòng)重合閘之后，開(kāi)關(guān)正常工作若干時(shí)間到達(dá)某時(shí)刻，如電網(wǎng)故障(失壓、欠壓、過(guò)壓，缺相等)，(2)MCU診斷后會(huì)停止觸發(fā)信號(hào)，晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘，避免不 良電網(wǎng)電壓對(duì)負(fù)載造成的損害。完成本發(fā)明晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)微機(jī)控制過(guò)程如下1.電網(wǎng)恢復(fù)正常供電，單片開(kāi)關(guān)電源生成工作電源，⑵MCU開(kāi)始執(zhí)行軟件程序；2.初始化設(shè)定；3. (2) MCU執(zhí)行狀態(tài)檢測(cè)；4. (2) MCU進(jìn)行故障分析；5.如是負(fù)載故障⑴，MCU關(guān)閉觸發(fā)信號(hào)，開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)；如不是(N)，為重合 閘準(zhǔn)備了負(fù)載條件；6.如是開(kāi)關(guān)自身故障(Y)，MCU關(guān)閉觸發(fā)信號(hào)，開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)；在電網(wǎng)無(wú)故障 (N)、負(fù)載無(wú)故障(N)的條件下啟動(dòng)安全冗余備份通道K2 ；如不是(N)，為重合閘準(zhǔn)備了開(kāi)關(guān) 自身?xiàng)l件；7.如是電網(wǎng)故障(Y)，開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)；如不是(N)，輸出正常觸發(fā)信號(hào)；8.會(huì)聚開(kāi)關(guān)自身無(wú)故障、負(fù)載無(wú)故障、電源無(wú)故障三個(gè)條件全具備，晶閘管自動(dòng)重 合閘開(kāi)關(guān)才自動(dòng)重合閘，開(kāi)關(guān)頂部LED顯示電網(wǎng)電壓值，開(kāi)關(guān)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。9.三個(gè)條件無(wú)論任何一個(gè)出現(xiàn)故障，晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)分閘。
權(quán)利要求
一種晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，包括晶閘管反并聯(lián)主電路和單片機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是包括(1)SCR(晶閘管)反并聯(lián)主電路，是開(kāi)關(guān)的主體；單片機(jī)控制系統(tǒng)包括(2)MCU芯片，還包括(3)電源電壓顯示值形成電路；(4)電源信號(hào)采樣電路；(5)單片開(kāi)關(guān)電源形成電路；(6)負(fù)載信號(hào)采樣電路；(7)鍵盤(pán)/顯示接口電路；(8)開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路；(9)觸發(fā)電路；(10)報(bào)警輸出接口電路；(11)干接點(diǎn)輸出電路；(12)RS232接口電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其特征是SCR反并聯(lián)主電路是無(wú)觸 點(diǎn)式電力電子開(kāi)關(guān)組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其特征是由市電電源經(jīng)(5)單片 開(kāi)關(guān)電源形成電路形成的工作電源供(2) MCU芯片及其外圍電路用電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其特征是(4)電源信號(hào)采樣電路采 得的市電電源信號(hào)與預(yù)存的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，經(jīng)(2)MCU作出邏輯判斷、并發(fā)出電源故障報(bào) 警信號(hào)，并指令晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其特征是(6)負(fù)載信號(hào)采樣電路采 得的負(fù)載信號(hào)與預(yù)存的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，經(jīng)(2)MCU作出邏輯判斷，并發(fā)出負(fù)載故障報(bào)警信 號(hào)，并指令晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其特征是(4)電源信號(hào)采樣電路 及(6)負(fù)載信號(hào)采樣電路提供的信號(hào)經(jīng)(2)MCU識(shí)別并判斷為電網(wǎng)故障消失或負(fù)載故障消 除，(2) MCU發(fā)出正常觸發(fā)信號(hào)，開(kāi)通(I)SCR反并聯(lián)主電路，晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)自動(dòng)重 合閘。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其特征是根據(jù)(4)電源信號(hào)采樣 電路、(6)負(fù)載信號(hào)采樣電路或(8)開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路提供的信號(hào)判斷有故障或(2)MCU自 身工作狀態(tài)不正常，(2)MCU經(jīng)(10)報(bào)警輸出接口電路輸出蜂鳴報(bào)警信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，其特征是(8)開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路提 供的信號(hào)或⑵MCU自身工作狀態(tài)不正常，(2)MCU均自診斷為晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)故障， (2)MCU停發(fā)觸發(fā)信號(hào)，(I)SCR反并聯(lián)主電路自動(dòng)分閘，(2)MCU經(jīng)(11)干接點(diǎn)輸出電路輸 出控制信號(hào)，啟動(dòng)本開(kāi)關(guān)之外的冗余備份通道K2，使負(fù)載獲得正常連續(xù)供電。
全文摘要
一種晶閘管自動(dòng)重合閘開(kāi)關(guān)，包括晶閘管反并聯(lián)主電路和單片機(jī)控制系統(tǒng)，晶閘管反并聯(lián)主電路屬于無(wú)觸點(diǎn)式電力電子元件；單片機(jī)控制系統(tǒng)包含單片機(jī)芯片及外圍電路；外圍電路包含電源信號(hào)采樣、單片開(kāi)關(guān)電源形成、負(fù)載信號(hào)采樣、鍵盤(pán)/顯示接口、開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)、觸發(fā)電路、報(bào)警輸出接口、干接點(diǎn)輸出、232串口、I/O擴(kuò)展接口；采用了現(xiàn)代電力電子技術(shù)及微機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)式分和合閘功能，并能在線(xiàn)檢測(cè)電源、負(fù)載及自身故障；本發(fā)明可用于電信、移動(dòng)、電力、廣電、交通等行業(yè)的無(wú)人值守機(jī)房配電，尤其是山高路遠(yuǎn)地區(qū)，無(wú)觸點(diǎn)式自動(dòng)重合閘可減少人員對(duì)機(jī)房的維護(hù)工作量，保障通信設(shè)備及時(shí)恢復(fù)正常工作，減少電網(wǎng)故障的二次損失。
文檔編號(hào)H02H3/06GK101895086SQ20091014537
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者任哲, 葉曉燕 申請(qǐng)人:葉曉燕;任哲