低压触头开关自适应过零投切驱动器

摘要

本发明公开一种低压触头开关自适应过零投切驱动器，其包括微处理单元、电源模块、过零点检测电路、信号调理电路、电压测量电路、驱动调理电路、反馈电路、测试电路、通信模块；上述模块配合流程如下：过程1：驱动调理电路的触头开关驱动电路利用测试电路对触头开关的动作时间进行测试，微处理单元通过该动作时间计算出延时时间；过程2：多次执行过程1，以对触头开关的动作时间进行修正；过程3：当触头开关投切负载时，微处理单元计算出延时时间；微处理单元捕捉到过零点后开始计时延时时间，在计时完成后发出动作指令，触头开关在下一过零点时刻完成投切动作；微处理单元计算开关动作完成时刻与过零点时刻的时间差，反馈修正预存延时时间。

权利要求

1.低压触头开关自适应过零投切驱动器，包括微处理单元、电源模块、过零点检测电路、信号调理电路、电压测量电路、驱动调理电路、反馈电路、测试电路、通信模块；

各模块连接关系如下：电源模块的输入端连接至交流电源，电源模块的输出端连接微处理单元和信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端连接电压测量电路的输入端和过零点检测电路的输入端；电压测量电路的输出端以及过零点检测电路的输出端连接微处理单元的输入端，通信模块与微处理单元双向连接，微处理器单元的输出端连接驱动调理电路的输入端，驱动调理电路的输出端连接触头开关的输入端，触头开关的输出端连接反馈电路的输入端，反馈电路的输出端连接至微处理单元的输入端；测试电路的输出端连接触头开关的输入端，测试电路的输入端连接至微处理单元的输出端；其中的驱动调理电路包括对触头开关进行驱动的触头开关驱动电路；

上述模块配合流程如下：

过程1：驱动调理电路的触头开关驱动电路利用测试电路对触头开关的动作时间进行测试，即在触头开关一端通过测试电路加测试电压，然后触头开关驱动电路驱动触头开关执行动作，反馈电路在触头开关动作过程中采集触头开关的动作时间，并向微处理单元反馈该触头开关的动作时间，微处理单元通过该动作时间计算出延时时间；

过程2：多次执行过程1，以对触头开关的动作时间进行修正，同时微处理单元对延时时间进行修正；

过程3：当触头开关投切负载时，微处理单元接收投切指令，同时，微处理单元判断是否投切，并且捕捉过零点，读取步骤2得到的反馈修正后的动作时间，计算出延时时间；微处理单元捕捉到过零点后开始计时延时时间，在计时完成后发出动作指令，触头开关在下一过零点时刻完成投切动作；微处理单元计算开关动作完成时刻与过零点时刻的时间差，反馈修正预存延时时间，供下次投切动作使用；

过程4：当再次接收投切指令后，微处理单元判断是否投切，并且捕捉过零点，读取过程

3修正的延时时间，在过零点后开始计时延时时间，计时完成后发出动作指令，触头开关完成投切动作后微处理单元计算开关动作完成时刻与过零点时刻的时间差，反馈修正预存延时时间。

2.根据权利要求1所述的低压触头开关自适应过零投切驱动器，其特征在于：所述过程

3中，延时时间=20ms-动作时间。

3.根据权利要求1所述的低压触头开关自适应过零投切驱动器，其特征在于：该低压触头开关自适应过零投切驱动器还包括液晶显示电路，所述液晶显示电路的输入端连接至微处理单元的输出端。

4.根据权利要求1所述的低压触头开关自适应过零投切驱动器，其特征在于：该低压触头开关自适应过零投切驱动器还包括按键电路，所述按键电路的输出端连接至微处理单元的输入端。

说明书

低压触头开关自适应过零投切驱动器

技术领域

[0001] 本发明属于电力电器领域，具体涉及一种低压触头开关自适应过零投切驱动器，特别是一种于投切容性负载时可以同时有效控制多个触头开关自适应调节在电压过零点投入、电流过零点切除的装置。

背景技术

[0002] 由于投切涌流对电力系统及触头开关本身的危害极大，因此，国内外专家学者纷纷对各种触头开关驱动器进行研究。

[0003] 目前国内已报道的过零投切驱动器种类繁多，包括晶闸管型、复合型、同步型等，比如实用新型专利“低功耗智能型过零投切控制器”（专利号：CN200720038581.3）中，采用的驱动电力电子器件晶闸管来实现过零投切的驱动器，再例如实用新型专利“一种智能过零投切的复合开关”（专利号：CN201220632178.4）中，采用的驱动晶闸管及触头开关来实现过零投切的驱动器。对于上述专利提到的过零投切驱动器中，这两种驱动器，晶闸管驱动器存在结构复杂，故障率高等问题，且晶闸管在导通状态下存在一定功耗，驱动所需时间也难以准确计算，复合开关驱动器需要同时驱动电子与机械触头开关，成本高，稳定性差，也同样存在驱动时间难以确定的问题，很难精确地过零投切。

[0004] 再例如实用新型专利“一种智能电力电容器同步投切开关”（专利号：CN201020165660.2）中驱动触头开关进行同步投切的驱动器。该同步投切开关驱动器较上述专利提到的前两种驱动器来说，具有结构简单、经济适用、稳定可靠等优点，但其驱动器存在与触头开关无法分离使用，兼容性差、利用率低等缺点。

[0005] 同时，以上三类驱动器在驱动开关时都无法克服由电网频率波动，开关类型、批次变动，驱动电压波动等造成的驱动时间分散性高带来的过零点时间变化的问题。

发明内容

[0006] 因此，针对上述的问题，本发明利用自适应控制的思想，提出一种独立适用于多种低压触头开关，且能够自适应地在电压零点投入、电流零点切除的驱动器装置（下述简称触头开关驱动器），从而克服背景技术提到的由电网频率波动、开关类型、批次变动、驱动电压波动等造成的驱动时间分散性高带来的过零点时间变化的问题。

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的思路是，基于电压零点反馈闭环控制，在电压零点投入、电流零点切除能够自适应。在与相应的触头开关本体及其驱动电路连接后，触头开关驱动器会通过自身测试电路对该触头开关的动作时间进行测试，然后将测试的延时时间存入程序中，等待下一次投切使用；测试过程完毕后，当触头开关需要投切电容器负荷时，控制器在接收按键或通信指令后开始利用过零点检测电路捕捉过零点，然后读取延时时间，在下一个过零点时刻开始延时计时，之后发出投切指令，在下一过零点时刻触头开关完成动作，从而达到抑制投入涌流及相对提高触头开关开断容性电流能力的效果。由上可知，该触头开关驱动器能够同时驱动多个不同种类的低压触头开关自适应地过零投切，具有高兼容性、高精度、实时调节等特点。

[0008] 具体的，本发明的技术方案是这样的，低压触头开关自适应过零投切驱动器，包括微处理单元、电源模块、过零点检测电路、信号调理电路、电压测量电路、驱动调理电路、反馈电路、测试电路、通信模块；

[0009] 各模块连接关系如下：电源模块的输入端连接至交流电源，电源模块的输出端连接微处理单元和信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端连接电压测量电路的输入端和过零点检测电路的输入端；电压测量电路的输出端以及过零点检测电路的输出端连接微处理单元的输入端，通信模块与微处理单元双向连接，微处理器单元的输出端连接驱动调理电路的输入端，驱动调理电路的输出端连接触头开关的输入端，触头开关的输出端连接反馈电路的输入端，反馈电路的输出端连接至微处理单元的输入端；测试电路的输出端连接触头开关的输入端，测试电路的输入端连接至微处理单元的输出端；其中的驱动调理电路包括对触头开关进行驱动的触头开关驱动电路；

[0010] 上述模块配合流程如下：

[0011] 过程1：驱动调理电路的触头开关驱动电路利用测试电路对触头开关的动作时间进行测试，即在触头开关一端通过测试电路加测试电压，然后触头开关驱动电路驱动触头开关执行动作，反馈电路在触头开关动作过程中采集触头开关的动作时间，并向微处理单元反馈该触头开关的动作时间，微处理单元通过该动作时间计算出延时时间；

[0012] 过程2：多次执行过程1，以对触头开关的动作时间进行修正，同时微处理单元对延时时间进行修正；

[0013] 过程3：当触头开关投切负载时，微处理单元接收投切指令，同时，微处理单元判断是否投切，并且捕捉过零点，读取步骤2得到的反馈修正后的动作时间，计算出延时时间；微处理单元捕捉到过零点后开始计时延时时间，在计时完成后发出动作指令，触头开关在下一过零点时刻完成投切动作；微处理单元计算开关动作完成时刻与过零点时刻的时间差，反馈修正预存延时时间，供下次投切动作时使用，即再次接受投切指令后，重复过程3，读取的延时时间则变为上一次执行过程3完毕后反馈修正后的延时时间，以达到自适应在过零点投切的效果。其中延时时间=20ms-动作时间。其中，投切指令先下达到微处理单元，微处理单元协调各电路动作。触头开关驱动电路在延时计时完成后才接受投切指令，驱动触头开关完成投切。

[0014] 过程4：当再次接收投切指令后，微处理单元判断是否投切，并且捕捉过零点，读取过程3修正的延时时间，在过零点后开始计时延时时间，计时完成后发出动作指令，触头开关完成投切动作后微处理单元计算开关动作完成时刻与过零点时刻的时间差，反馈修正预存延时时间。之后每次动作重复执行过程4，也即后一次动作调用的延时时间是前一次动作后修正的延时时间。经过过程1、2、3后，驱动器会重复工作在过程4的状态，即下一次（过程4）动作调用上一次（过程4）动作后修正的延时时间。

[0015] 其中，驱动调理电路能够与多个不同种类的触头开关连接，例如，同时控制单相接触器以及磁保持继电器分别自适应过零投切（单相接触器以及磁保持继电器均属于触头开关的）；同时控制来自不同厂家的磁保持继电器分别自适应过零投切；同时控制不同容量的磁保持继电器分别自适应过零投切，不同类型的触头开关在工作时均可通过上述过程，能够自适应的调节触头开关在过零点投切，同时驱动调理电路的触头开关驱动电路能够克服电网频率波动、电压波动，动作时间分散等一系列工况造成的过零点偏移问题。另外，触头开关每动作一次，延时时间就会被修正一次，过程2中提到多次重复过程1的目的是反复的修正延时时间。在执行过程3后，微处理器储存修正后的延时时间。过程4则调用上一次投切后修正的延时时间（过程3）。通过上述过程，每次投切完成均需要返回计算差值来修正之前的延时时间，因为这个延时时间是一个具有一定分散性的量，即有随机性也有趋势变化，每次计算能够体现控制器的“自适应”性，即控制器能够通过每次修正来适应趋势变化。

[0016] 进一步的，该低压触头开关自适应过零投切驱动器还包括液晶显示电路，所述液晶显示电路的输入端连接至微处理单元的输出端。

[0017] 进一步的，该低压触头开关自适应过零投切驱动器还包括按键电路，所述按键电路的输出端连接至微处理单元的输入端。

[0018] 本发明与现有技术相比，在驱动触头开关时，提高了驱动器的通用性和使用效率，增加了过零投切的准确性和可靠性，进一步减小系统投切涌流，相对提高了触头开关开断容性电流的能力，延长了触头开关的使用寿命，具有高兼容性、高精度、实时调节等特点。同时，本发明由于克服了触头开关个体、类别差异带来的动作时间不确定的问题，该驱动器可以从开关装置中独立出来使用，较传统驱动器具有使用灵活、应用广泛、高效、准确的优点。

附图说明

[0019] 图1为本发明的过零投切驱动器的电路框图；

[0020] 图2为本发明的过零投切驱动器的实施例的电路连接示意图；

[0021] 图3是驱动调理电路自适应控制的程序流程示意图；

[0022] 图4a是触头开关自适应在电压过零点投入电压波形示意图；

[0023] 图4b是触头开关自适应在电压过零点投入电流波形示意图；

[0024] 图5a是触头开关自适应在电流过零点切除电流波形示意图；

[0025] 图5b是触头开关自适应在电流过零点切除电压波形示意图。

具体实施方式

[0026] 现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

[0027] 本发明的低压触头开关自适应过零投切驱动器，参见图1，其包括微处理单元、电源模块、过零点检测电路、信号调理电路、电压测量电路、驱动调理电路、反馈电路、测试电路、通信模块；各模块连接关系如下：电源模块的输入端连接至交流电源，电源模块的输出端连接微处理单元和信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端连接电压测量电路的输入端和过零点检测电路的输入端；电压测量电路的输出端以及过零点检测电路的输出端连接微处理单元的输入端，通信模块与微处理单元双向连接，微处理器单元的输出端连接驱动调理电路的输入端，驱动调理电路的输出端连接触头开关的控制的，触头开关的输出端连接反馈电路的输入端，反馈电路的输出端连接至微处理单元的输入端；测试电路的输出端连接触头开关的输入端，测试电路的输入端连接至微处理单元的输出端；其中的驱动调理电路包括对触头开关进行驱动的触头开关驱动电路。

[0028] 本发明的工作过程：在与触头开关及其驱动电路连接后，驱动调理电路将利用测试电路对触头开关的动作时间进行测试，即测试电路在触头开关一端加测试电压，然后驱动调理电路的触头开关驱动电路驱动触头开关进行动作，触头开关的动作结果反馈至反馈电路，反馈电路再此触头开关的动作时间反馈至为处理单元，测试电路执行多次测试后不断修正触头开关的动作时间。当触头开关投切负载时，微处理单元接收到投切指令，同时，微处理单元判断是否投切，并且捕捉过零点，读取上次反馈修正的延时时间，计算延时时间差，在捕捉到过零点后开始计时，在计时完成后发出动作指令，触头开关在下一过零点时刻完成投切动作，计算开关动作完成时刻与过零点时刻的时间差，反馈修正预存延时时间，驱动调理电路能够与多个不同种类的触头开关连接，并且能够自适应调节触头开关在过零点投切，同时触头开关驱动电路能够克服电网频率波动、电压波动，动作时间分散等一系列工况造成的过零点偏移问题。其中，延时时间=20ms-动作时间。

[0029] 作为一个具体的实例，参见图2，其展示了一种低压触头开关自适应过零投切驱动器，其包括微处理单元W、液晶显示单元L、按键输入K、电源模块P、驱动调理电路A、测试电路T1和测试电路T2、反馈电路F1和反馈电路F2、通信电路C、信号调理电路R、过零检测电路Z、电压测量电路U、以及触头开关模块。其中，触头开关模块为本发明的控制对象，本实施例中，触头开关模块包括磁保持继电器M1、驱动器D以及单相接触器M2，磁保持继电器M1和单相接触器M2的输入端连接至驱动器D的输出端，其中的磁保持继电器M1和单相接触器M2是触头开关的一个具体举例，也可以替换为不同厂家的同类触头开关，同一类型不同容量的触头开关以及同一型号不同制作工艺的触头开关。上述电路模块的连接关系描述如下：电源模块P的输入端连接交流电源的一侧，输出端连接微处理单元W；电压测量电路U的输入端连接信号调理电路R的输出端，其输出端连接微处理单元W的输入端；信号调理电路R的输入端连接至电源模块P的输出端，信号调理电路R的输出端连接过零点检测电路Z的输入端，过零点检测电路Z的输出端连接至微处理单元W的输入端；液晶显示模块L的输入端连接微处理单元W的输出端，用于显示信息；按键模块K的输出端连接至微处理单元W的输入端，用于接收来自外界的输入信息；通信模块C与微处理单元W双向连接，用于实现信息的收发；驱动调理电路A的输入端连接微处理单元W的输出端，驱动调理电路A的输出端连接触头开关模块；反馈电路F1的输入端和反馈电路F2的输入端分别连接磁保持继电器M1的触头输出端以及单相接触器M2的触头输出端，反馈电路F1的输出端和反馈电路F2的输出端连接至微处理单元W的输入端，测试电路T1的输出端以及测试电路T2的输出端分别连接磁保持继电器M1的输入端和单相接触器M2的输入端，测试电路T1的输入端以及测试电路T2的输入端连接电源模块P。

[0030] 对此，以磁保持继电器为对象如图2搭建了触头开关驱动器，触头开关驱动器自适应控制的程序流程示意图如图3所示，图4、图5是磁保持继电器带有40kvar电容时在电压过零点投入、在电流过零点断开时的波形示意图，通过自适应调节后，驱动调理电路驱动磁保持继电器准确的在过零点时刻完成投入及切除动作。

[0031] 本发明具有很好的通用性，其能驱动低压不同种类、不同批次的多个开关自适应过零投切，例如上述的磁保持继电器M1以及单相接触器M2，在选取触头开关和相应的驱动电路后，本发明就可以快速准确地完成过零点投切。另外，本发明采用上述过程，通过微处理器实现过零投切，每次投切完成均计算开关动作完成时刻与过零点时刻的时间差，来修正之前的延时时间。同时，该延时时间是一个具有一定分散性的量，即有随机性也有趋势变化，每次计算能够体现控制器的“自适应”性，即控制器能够通过每次修正来适应趋势变化，从而实现对各种触头开关实现自适应过零投切的目的。

[0032] 尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。