新型低壓投切開關(guān)技術(shù)

摘 要：本投切開關(guān)是以磁保持繼電器為核心器件的低壓無功功率補償投切裝置。以PIC單片機為控核心，在過零點之前投入截止的磁保持繼電器，當過零點到來時，自然換相。做到投入無涌流，切除無過壓的一種新型投切裝置。磁保持繼電器的主要特點是一旦觸點吸合后便可以撤掉觸發(fā)信號，觸點狀態(tài)不會改變。

關(guān)鍵詞：投切開關(guān)；磁保持繼電器；提前觸發(fā)

引言

投切開關(guān)的方式主要有接觸器方式、晶閘管方式、復(fù)合開關(guān)技術(shù)、同步開關(guān)技術(shù)，同步開關(guān)技術(shù)以機械式開關(guān)作為主控制原件，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高，壽命長、可靠性高等特點，現(xiàn)被廣泛使用，但由于機械開關(guān)導通的一致性及導通時間不穩(wěn)定，所以需要特殊的控制方法提高其可靠性，提前觸發(fā)即可以解決，導通時間的不一致性可以在幾個毫秒。對開關(guān)的要求低，且穩(wěn)定可靠。

1 工作原理

本案例以共補型主回路拓撲結(jié)構(gòu)為例，共補型可以做到二控三。以圖1為例加以說明，裝置的B相直通，通過控制A相和C相投切單元控制負載的投入和切除。每相的投切單元包含一個主磁保持繼電器（JD1、JD2）和一個控制并聯(lián)二極管的輔助磁保持接觸器（JD3、JD4）。以A相為例，投入JD3應(yīng)在二極管D1承受反向電壓時，此時二極管D1截止，下半個周波二極管D1自然導通，在D1導通的這半個周波里投入JD1，此時并聯(lián)的二極管回路被短路。二極管承受正向電壓時間僅為半個周波，即使在主磁保持繼電器損壞的情況下，由于二極管導通半個周波后，電容充滿電，二極管也不會再導通，只有當電容電壓放電在某電壓值下，二極管才會再次導通一次，又恢復(fù)到截止狀態(tài)。

2 控制方案

（1）投入時刻：以A相為例，通過電壓調(diào)理電路檢測主磁保持繼電器兩端電壓，即UA1A2，此時二極管承受反向電壓，此時投入輔助磁保持繼電器，需要等到下半個周波二極管承受正向電壓時，自然換相，無涌流。此時投入主磁保持繼電器，二極管被支路被短路，電流通過主磁保持繼電器流過。投入完成，另一相的投入原理相同。

（2）切除時刻：以單相為例，通過電流調(diào)理電路檢測流過磁保持繼電器的電流，當電流方向與并聯(lián)二極管方向一致時，斷開主磁保持繼電器，此時并聯(lián)二極管承受正向電壓導通續(xù)流，當下半個周波并聯(lián)二極管承受反向電壓，斷開輔助磁保持繼電器，切除完成，另一相的切除原理相同，不再累述。

3 系統(tǒng)功能

裝置以PIC單片機為核心控制器件，當接收到控制器的DC12V控制信號后，通過電壓過零檢測電路確定磁保持繼電器所需動作位置，通過觸發(fā)電路對磁保持繼電器施加觸發(fā)脈沖；當接收到控制器切除信號后，通過電流過零檢測電路確定磁保持繼電器所需動作位置，通過觸發(fā)電路對磁保持繼電器施加切除脈沖；通過狀態(tài)指示LED顯示裝置的投切及故障狀態(tài)；RS485通訊模塊主要用作故障信息的讀取、測試過程中實驗數(shù)據(jù)的讀取以及出廠自檢測磁保持繼電器動作時間的返饋；裝置具有失電保護、投入繼電器動作判斷、切除繼電器動作判斷、上電恢復(fù)繼電器狀態(tài)、鐵電故障存儲、出廠自檢等功能。

4 硬件電路方案

（1）控制電源：控制電源電路主要分供電電源及觸發(fā)電源兩個部分；其中供電電源為DC5V，為單片機及外設(shè)所需。觸發(fā)電源DC24V，為控制磁保持繼電器電源。兩路電源通過兩路輸出的變壓器后，兩路分別整流后通過穩(wěn)壓芯片來得到電壓，穩(wěn)壓芯片分別LM1117-5.0和LM2575。

（2）觸發(fā)電路：觸發(fā)電路由ULN2803及三極管控制，ULN2803A是由8個集電極開路的NPN達林頓晶體管構(gòu)成，ULN2803A的每一個達林頓管內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，用以消除驅(qū)動繼電器的反向電壓。

（3）電壓檢測：通過2只200K的限流電阻進入光耦前端，后端輸出加RC低通無源濾波電路，再經(jīng)施密特整型電路后送入單片機。

（4）電流檢測：電流互感器二次側(cè)加采樣電阻，并加保護電路后進入比較器，比較器輸出后再過施密特整型電路后送入單片機。

（5）通迅：采用光耦隔離方案，采用MAX485芯片作為RS485通信的轉(zhuǎn)換芯片，并加雙向TVS來做保護，終端電阻取值為120歐。

（6）控制信號檢測：經(jīng)限流電阻與穩(wěn)壓管之后，送入光耦前端，后端經(jīng)RC低通濾波電路，進入施密特整型電路后送入單片機。

（7）缺相檢測：三相電壓分別通過200K限流電端后連接在一起進入光耦前端，與N線配合作為光耦一次導通條件，光耦二次接上拉電阻后送入單片機。

參考文獻

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[2]童詩白.華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001，1.

作者簡介：胡彥生（1984-），男，工程師，2008年畢業(yè)于黑龍江大學電子測量與儀表專業(yè)，在職，現(xiàn)從事電子產(chǎn)品的設(shè)計與研發(fā)工作。