專利名稱：一種智能復(fù)合型集成開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低壓電力電網(wǎng)無功補(bǔ)償使用電力電容器 時(shí)的投切電容裝置，是一種用于低壓線路終端補(bǔ)償?shù)姆窒嗤肚泄δ軓?fù)合開關(guān)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置中電力電容器的投切開關(guān)主要采用固態(tài)繼電器和交流接觸 器。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，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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種分相投切智能復(fù)合開關(guān)，它解決了上述兩種開關(guān)元件 存在的問題，既安全又可靠。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的解決方案是
一種智能復(fù)合型集成開關(guān)，所述智能復(fù)合型集成開關(guān)主要由一組或多組復(fù)合開關(guān)、控 制器單元組成，所述每一組復(fù)合開關(guān)包括一雙向可控硅與一磁保持開關(guān)，所述雙向可控硅 輸入和輸出兩端分別并接在所述磁保持開關(guān)的輸入觸點(diǎn)和輸出觸點(diǎn)上；所述一組或多組復(fù) 合開關(guān)通過所述控制器單元控制雙向可控硅和磁保持開關(guān)的投切配合，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通和關(guān)斷功 能；其特征在于
所述復(fù)合開關(guān)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通控制時(shí)，先導(dǎo)通雙向可控硅后的第一時(shí)限內(nèi)再接通磁保持開 關(guān)，延時(shí)第二時(shí)限后關(guān)閉雙向可控硅；
所述復(fù)合開關(guān)實(shí)現(xiàn)關(guān)斷控制時(shí)，先導(dǎo)通雙向可控硅后立即斷開磁保持開關(guān)，延時(shí)第三 時(shí)限后再關(guān)閉雙向可控硅。進(jìn)一步，優(yōu)選所述第一時(shí)限為交流電壓過零點(diǎn)后2 3毫秒，所述第二時(shí)限和第三 時(shí)限均為10 25毫秒。所述智能復(fù)合型集成開關(guān)還進(jìn)一步包括磁保持開關(guān)驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路、雙向可控硅驅(qū) 動(dòng)觸發(fā)電路，所述控制器單元分別通過磁保持開關(guān)驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路、雙向可控硅驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電 路驅(qū)動(dòng)/控制磁保持開關(guān)、雙向可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷。所述智能復(fù)合型集成開關(guān)還進(jìn)一步包括光電隔離電路，所述光電隔離電路連接在 所述雙向可控硅驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路和雙向可控硅之間。
進(jìn)一步，所述智能復(fù)合型集成開關(guān)還包括控制信號輸入電路，其與所述控制器單 元的輸入端相連，用于接收智能復(fù)合型集成開關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷的控制命令。進(jìn)一步，所述智能復(fù)合型集成開關(guān)還包括過零檢測電路，用于檢測電網(wǎng)交流電壓 的過零點(diǎn)，并將檢測信號輸入至所述控制器單元。對3 36個(gè)由磁保持開關(guān)和雙向可控硅組 成的復(fù)合開關(guān)單元進(jìn)行集成封裝，通過一個(gè)控制器單元(如單片機(jī)，DSP)根據(jù)外部控制指令 分別進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)斷控制，實(shí)現(xiàn)單相或三相設(shè)備的控制。采用的核心控制器具有通訊接口和多線式直接控制接口。允許外部控制器遠(yuǎn)程對 任意一個(gè)復(fù)合開關(guān)進(jìn)行通斷控制。本實(shí)用性型的智能復(fù)合型集成開關(guān)，通過雙向可控硅和磁保持開關(guān)的投切配合， 以及優(yōu)化雙向可控硅導(dǎo)通時(shí)間來減少產(chǎn)生的熱量，從而可以取消雙向可控硅的散熱裝置， 并通過多路集成顯著減小開關(guān)的體積，實(shí)現(xiàn)多路控制開關(guān)的微型化。具有可多路集成、體積 小、可靠性高、基本不發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明控制原理框圖； 圖2是本發(fā)明控制時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。參見圖1，一種高可靠性智 能復(fù)合型集成開關(guān)，采用雙向可控硅1與磁保持開關(guān)2組成，組成多個(gè)開關(guān)控制通道，實(shí)現(xiàn) 多組設(shè)備的可靠通斷控制。導(dǎo)通控制時(shí)，先導(dǎo)通雙向可控硅1若干毫秒后接通磁保持開關(guān) 2，延時(shí)1(Γ25毫秒后關(guān)閉雙向可控硅1 ；關(guān)斷控制時(shí)，先導(dǎo)通雙向可控硅1隨即斷開磁保持 開關(guān)2，延時(shí)1(Γ25毫秒后再關(guān)閉雙向可控硅1。對3 36個(gè)復(fù)合開關(guān)單元進(jìn)行集成封裝，通 過一個(gè)控制器單元3 (如單片機(jī)，DSP)根據(jù)外部控制指令分別進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)斷控制，實(shí)現(xiàn)單 相或三相設(shè)備的控制。通過雙向可控硅1和磁保持開關(guān)2的投切配合，以及優(yōu)化雙向可控 硅1導(dǎo)通時(shí)間來減少產(chǎn)生的熱量，從而可以取消雙向可控硅1的散熱裝置，并通過多路集成 顯著減小開關(guān)的體積，實(shí)現(xiàn)多路控制開關(guān)的微型化。采用的控制器單元3具有通訊接口和 多線式直接控制接口，通過所述通訊接口，控制器單元3接收遠(yuǎn)程控制控制信號輸入，并通 過所述多線式直接控制接口連接雙向可控硅驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路5、磁保持開關(guān)驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路6， 允許外部控制器遠(yuǎn)程對任意一個(gè)復(fù)合開關(guān)進(jìn)行通斷控制。過零檢測電路4檢測的是單相電 路的交流信號，根據(jù)電壓比較器兩輸入端電壓值的比較，將正弦信號變?yōu)榉讲ㄐ盘枺瑢?shí)現(xiàn)過 零檢測的功能。檢測保護(hù)電路8，用于判斷出現(xiàn)欠壓、過壓、缺相等故障，并通過軟件實(shí)現(xiàn)保 護(hù)。本發(fā)明在交流電壓過零點(diǎn)后2 3毫秒附近投入磁保持開關(guān)2，并適當(dāng)提高控制電壓值減 小觸點(diǎn)抖動(dòng)對磁保持開關(guān)2壽命影響；在交流電壓過零點(diǎn)附近(前后廣2毫秒)接通或關(guān)斷 雙向可控硅1，降低電壓應(yīng)力，減少雙向可控硅1的發(fā)熱，提高復(fù)合開關(guān)的可靠性。參見圖2，一種高可靠性智能復(fù)合型集成開關(guān)導(dǎo)通控制時(shí)，接到開始命令后先先進(jìn) 行初始化，判斷是否有導(dǎo)通命令，若有則導(dǎo)通雙向可控硅1若干毫秒后接通磁保持開關(guān)2， 延時(shí)1(Γ25毫秒后關(guān)閉雙向可控硅1 ；若沒有則判斷是否有關(guān)斷命令，有關(guān)斷命令則進(jìn)行關(guān) 斷控制，先導(dǎo)通雙向可控硅1隨即斷開磁保持開關(guān)2，延時(shí)1(Γ25毫秒后再關(guān)閉雙向可控硅1 ；若沒有關(guān)斷命令，則返回初始化階段。在交流電壓過零點(diǎn)后2 3毫秒附近投入磁保持開 關(guān)2，并適當(dāng)提高控制電壓值減小觸點(diǎn)抖動(dòng)對磁保持開關(guān)2壽命影響；在交流電壓過零點(diǎn)附 近(前后廣2毫秒)接通或關(guān)斷雙向可控硅1，降低電壓應(yīng)力，減少雙向可控硅1發(fā)熱，提高 復(fù)合開關(guān)的可靠性。 高可靠性智能復(fù)合型集成開關(guān)，工作流程簡述如下當(dāng)收到來自上級補(bǔ)償控制器 產(chǎn)生的電平信號時(shí)，經(jīng)控制信號輸入電路7，將信號送入控制器單元3，根據(jù)邏輯判斷選擇 過零點(diǎn)投入，給雙向可控硅1的觸發(fā)電路5提供指令信號，再啟動(dòng)雙向可控硅驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路 5，使雙向可控硅1導(dǎo)通，補(bǔ)償電容器接入電網(wǎng)，然后再啟動(dòng)磁保持開關(guān)驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路6輸出 脈沖正電壓，磁保持開關(guān)2觸點(diǎn)由常開狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合狀態(tài)短接到雙向可控硅1的輸入與 輸出兩端上，接著，控制器單元3指示雙向可控硅驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路5關(guān)閉雙向可控硅1，補(bǔ)償電 容器運(yùn)行期間就由磁保持開關(guān)2單獨(dú)執(zhí)行；當(dāng)控制器單元3接收到某一相要切斷補(bǔ)償電容 器的指令時(shí)，啟動(dòng)雙向可控硅驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路5，使雙向可控硅1導(dǎo)通并入磁保持開關(guān)2上， 然后再指示磁保持開關(guān)驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路6輸出脈沖負(fù)電壓，使磁保持開關(guān)2觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換為常開 狀態(tài)，最后，控制器單元3指示雙向可控硅驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路5自動(dòng)尋找過零點(diǎn)關(guān)閉雙向可控硅 1，切斷補(bǔ)償電容器。由于復(fù)合開關(guān)投切過程中，主要由雙向可控硅1瞬間完成，運(yùn)行過程由 磁保持開關(guān)2進(jìn)行，二者配合完成，基本實(shí)現(xiàn)無沖擊電流產(chǎn)生，無電弧出現(xiàn)，基本不發(fā)熱。
權(quán)利要求
1.一種智能復(fù)合型集成開關(guān)，所述智能復(fù)合型集成開關(guān)主要由一組或多組復(fù)合開關(guān)、 控制器單元組成，所述每一組復(fù)合開關(guān)包括一雙向可控硅與一磁保持開關(guān)，所述雙向可控 硅輸入和輸出兩端分別并接在所述磁保持開關(guān)的輸入觸點(diǎn)和輸出觸點(diǎn)上；所述一組或多組 復(fù)合開關(guān)通過所述控制器單元控制雙向可控硅和磁保持開關(guān)的投切配合，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通和關(guān)斷 功能；其特征在于所述復(fù)合開關(guān)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通控制時(shí)，先導(dǎo)通雙向可控硅后的第一時(shí)限內(nèi)再接通磁保持開 關(guān)，延時(shí)第二時(shí)限后關(guān)閉雙向可控硅；所述復(fù)合開關(guān)實(shí)現(xiàn)關(guān)斷控制時(shí)，先導(dǎo)通雙向可控硅后立即斷開磁保持開關(guān)，延時(shí)第三 時(shí)限后再關(guān)閉雙向可控硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能復(fù)合型集成開關(guān)，其特征在于所述第一時(shí)限優(yōu)選為交 流電壓過零點(diǎn)后2 3毫秒，所述第二時(shí)限和第三時(shí)限均優(yōu)選為1(Γ25毫秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能復(fù)合型集成開關(guān)，其特征在于所述智能復(fù)合型集 成開關(guān)還進(jìn)一步包括磁保持開關(guān)驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路、雙向可控硅驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路，所述控制器單 元分別通過磁保持開關(guān)驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路、雙向可控硅驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路驅(qū)動(dòng)/控制每一組復(fù)合開 關(guān)中的磁保持開關(guān)、雙向可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能復(fù)合型集成開關(guān)，其特征在于所述智能復(fù)合型集成開 關(guān)還進(jìn)一步包括光電隔離電路，所述光電隔離電路連接在所述雙向可控硅驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路和 雙向可控硅之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能復(fù)合型集成開關(guān)，其特征在于所述智能復(fù)合型集 成開關(guān)還進(jìn)一步包括控制信號輸入電路，其與所述控制器單元的輸入端相連，用于接收智 能復(fù)合型集成開關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷的控制命令。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能復(fù)合型集成開關(guān)，其特征在于所述智能復(fù)合型集成開 關(guān)還進(jìn)一步包括過零檢測電路，用于檢測電網(wǎng)交流電壓的過零點(diǎn)，并將檢測信號輸入至所 述控制器單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能復(fù)合型集成開關(guān)，其特征在于在導(dǎo)通雙向可控硅后，出 現(xiàn)交流電壓過零點(diǎn)后2 3毫秒內(nèi)接通磁保持開關(guān)；在交流電壓過零點(diǎn)前后廣2毫秒內(nèi)接通 或關(guān)斷雙向可控硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能復(fù)合型集成開關(guān)，其特征在于所述控制器單元為 單片機(jī)或DSP。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的智能復(fù)合型集成開關(guān)，其特征在于將3 36個(gè)復(fù)合開關(guān)單元 進(jìn)行集成封裝，通過控制器單元根據(jù)外部控制指令分別進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)斷控制，實(shí)現(xiàn)單相或 三相設(shè)備的控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能復(fù)合型集成開關(guān)，其特征在于所述智能復(fù)合型集成開 關(guān)用于無功補(bǔ)償裝置中電力電容器的投入和退出控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能復(fù)合型集成開關(guān)，由控制器單元、過零檢測電路、一組或多組復(fù)合開關(guān)組成?？刂破鲉卧哂型ㄓ嵔涌诤投嗑€式直接控制接口，通過所述通訊接口，控制器單元能夠接收遠(yuǎn)程控制控制信號輸入，并通過所述多線式直接控制接口對任意一個(gè)復(fù)合開關(guān)進(jìn)行通斷控制。復(fù)合開關(guān)通過雙向可控硅和磁保持開關(guān)的投切配合，以及優(yōu)化雙向可控硅導(dǎo)通時(shí)間來減少產(chǎn)生的熱量，從而可以取消雙向可控硅的散熱裝置，提高復(fù)合開關(guān)可靠性。并通過多路集成顯著減小開關(guān)的體積，實(shí)現(xiàn)多路控制開關(guān)的微型化。
文檔編號H02J3/18GK102097811SQ20111003278
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月30日
發(fā)明者劉其知, 卓祖訊, 米紅菊, 趙宏偉, 龍燕 申請人:中國人民解放軍后勤工程學(xué)院, 富邇海(重慶)電氣有限公司