0.4KV智能相控负荷开关

技术领域

本发明涉及一种0.4KV智能相控负荷开关，属于线路开关设备技术领域。

背景技术

对于容性负荷，目前的低压无功补偿为了防止投切电容器时冲击，普遍使用的“复合开关”。其原理为可控硅与磁保持继电器并联，两者合成则成为“复合”。由于可控硅的安全可靠性低及造价高，近来有的不用可控硅，直接用磁保持继电器过零“相控”。但磁保持继电器受机械结构和环境诸多因素的影响，投电容器时，仍有4-5倍的冲击电流，动作并不理想。只能做到“准”过零投切，而不能做到“精准”过零。造价比“复合开关”低得多，比直接相控开关稍高，但性能特别理想，磁保持继电器的寿命大大增加。

对于感性负荷，合闸时电角度为90°，此刻合闸电流最小，分闸时有二极管防止拉弧。特别适用于35kW以下频繁操作的电动机。

发明内容

针对上述问题，为了解决此问题，本发明提供了一种0.4KV智能相控负荷开关，解决了投切电容器和感性负荷（例如电动机）合闸无冲击，分闸无拉弧，不产生操作过电压，不产生冲击波污染电网的问题。

本发明的目的是提供一种0.4KV智能相控负荷开关，设置在三相输电线路的A相输电线路、B相输电线路和C相输电线路上，A相输电线路设置A相进线接点和A相出线接点，B相输电线路设置B相进线接点和B相出线接点，C相输电线路设置C相进线接点和C相出线接点，包括控制器和用于控制A相输电线路的A相开关、用于控制B相输电线路的B相开关和用于控制C相输电线路的C相开关；所述控制器分别与A相开关、B相开关和C相开关电性连接，用以分别控制其开启和关闭。

本发明技术方案的进一步改进在于：A相开关包括A相磁保持继电器、A相二极管辅助小继电器、两个二极管和一个电容器；A相进线接点通过A相磁保持继电器与A相出线接点相连，A相进线接点通过A相二极管辅助小继电器以及串联的两个二极管与A相出线接点相连；A相磁保持继电器与A相二极管辅助小继电器并联；A相出线接点通过电容器与零线相连。

本发明技术方案的进一步改进在于：B相开关包括B相磁保持继电器、B相二极管辅助小继电器、两个二极管和一个电容器；B相进线接点通过B相磁保持继电器与B相出线接点相连，B相进线接点通过B相二极管辅助小继电器以及串联的两个二极管与B相出线接点相连；B相磁保持继电器与B相二极管辅助小继电器并联；B相出线接点通过电容器与零线相连。

本发明技术方案的进一步改进在于：C相开关包括C相磁保持继电器、C相二极管辅助小继电器、两个二极管和一个电容器；C相进线接点通过C相磁保持继电器与C相出线接点相连，C相进线接点通过C相二极管辅助小继电器以及串联的两个二极管与C相出线接点相连；C相磁保持继电器与C相二极管辅助小继电器并联；C相出线接点通过电容器与零线相连。

本发明技术方案的进一步改进在于：控制器包括单片机、三个隔离光耦、继电器驱动器；三个隔离光耦分别与单片机电性连接；

B相进线接点通过电容降压稳压电源与A相进线接点进行同步信号处理得到AB相同步信号，然后将AB相同步信号输入单片机；B相进线接点与C相进线接点进行B同步信号处理，得到BC相同步信号，然后将BC相同步信号输入到单片机；

单片机通过继电器驱动器分别驱动A相磁保持继电器、B相磁保持继电器、C相磁保持继电器、A相二极管辅助小继电器、B相二极管辅助小继电器、C相二极管辅助小继电器。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述控制器还设置两个开关按钮，单片机与开关按钮连接。

一种0.4KV智能相控负荷开关，设置在三相输电线路的A相输电线路、B相输电线路和C相输电线路上，A相输电线路设置A相进线接点和A相出线接点，B相输电线路设置B相进线接点和B相出线接点，C相输电线路设置C相进线接点和C相出线接点，包括控制器和用于控制A相输电线路的A相开关、用于控制B相输电线路的B相开关和用于控制C相输电线路的C相开关；所述控制器分别与A相开关、B相开关和C相开关电性连接，用以分别控制其开启和关闭；A相开关包括A相磁保持继电器和两个串联的二极管；A相进线接点通过A相磁保持继电器与A相出线接点相连，A相进线接点通过两个串联的二极管与A相出线接点相连；A相出现接点通过一个电容器与B相出线接点相连。

本发明技术方案的进一步改进在于：B相开关包括B相磁保持继电器；B相进线接点通过B相磁保持继电器与B相出线接点相连，B相出线接点通过一个电容器与C相出线接点相连；

C相开关包括C相磁保持继电器和两个串联的二极管；C相进线接点通过C相磁保持继电器与C相出线接点相连，C相进线接点通过两个串联的二极管与C相出线接点相连；C相磁保持继电器与两个二极管并联；C相出线接点通过一个电容器与A相出线接点相连。

本发明技术方案的进一步改进在于：控制器包括单片机、三个隔离光耦、继电器驱动器；三个隔离光耦分别与单片机电性连接；

B相进线接点通过电容降压稳压电源与A相进线接点进行同步信号处理得到AB相同步信号，然后将AB相同步信号输入单片机；B相进线接点与C相进线接点进行B同步信号处理，得到BC相同步信号，然后将BC相同步信号输入到单片机；

单片机通过继电器驱动器分别驱动A相磁保持继电器、B相磁保持继电器、C相磁保持继电器。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述控制器还设置两个开关按钮，单片机与开关按钮连接。

本发明的有益效果为：

本发明使用的二极管很便宜，二极管工作时间很短，用很小的电流二极管，即1/20电容电流即可，配合用的小型继电器也便宜，因此成本不高。造价比使用可控硅的“复合开关”低得多，且合闸精准过零，真正做到“0”冲击、分闸无电弧、寿命大大增加、特性十分满意、可靠性高。

附图说明

图1是本发明的具体实施例1的原理接线图；

图2是本发明的具体实施例2的原理接线图；

图3是本发明采用具体实施例2的方法与电动机连接的接线图；

图4是本发明的控制器回路的原理图；

图5是本发明为具体实施例2下的投入电容电流波形；

图6是本发明为具体实施例2下的切除电容电流波形。

附图标记说明

UA A相进线接点

UB B相进线接点

UC C相进线接点

ua A相出线接点

ub B相出线接点

uc C相出线接点

J1 A相磁保持继电器

J2 A相二极管辅助小继电器

J3 B相磁保持继电器

J4 B相二极管辅助小继电器

J5 C相磁保持继电器

J6 C相二极管辅助小继电器

D1、D2 二极管

D3、D4 二极管

D5、D6 二极管

C 电容器

N 零线。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明所述方向性或其近似用语，例如“前”、“后”、“左”、“右”、“上（顶）”、“下（底）”、“内”、“外”、“侧”“第一”“第二”等，主要是参考附图的方向，各方向性或其近似用语仅用以辅助说明及理解本发明的各实施例，非用以限制本发明。

三相输电线路上有三条线路，分别是A相输电线路、B相输电线路和C相输电线路。本发明中为0.4KV的低压三相输电线路。A相输电线路设置A相进线接点UA和A相出线接点ua，B相输电线路设置B相进线接点UB和B相出线接点ub，C相输电线路设置C相进线接点UC和C相出线接点uc。

具体实施例1：

本发明一种0.4KV智能相控复合开关，包括控制器、A相开关、B相开关和C相开关。控制器分别与A相开关、B相开关和C相开关电性连接，用以分别控制其开启和关闭。

A相开关用于控制A相输电线路。A相开关包括A相磁保持继电器J1、A相二极管辅助小继电器J2、两个二极管D1、D2和一个电容器C。

A相进线接点UA通过A相磁保持继电器J1与A相出线接点ua相连，A相进线接点UA通过A相二极管辅助小继电器J2 以及串联的两个二极管D1、D2与A相出线接点ua相连；A相磁保持继电器J1与A相二极管辅助小继电器J2并联；A相出线接点ua通过电容器C与零线N相连。

B相开关用于控制B相输电线路。B相开关包括B相磁保持继电器J3、B相二极管辅助小继电器J4、两个二极管D3、D4和一个电容器C。

B相进线接点UB通过B相磁保持继电器J3与B相出线接点相连ub，B相进线接点UB通过B相二极管辅助小继电器J4以及串联的两个二极管D3、D4与B相出线接点ub相连；B相磁保持继电器J3与B相二极管辅助小继电器J4并联；B相出线接点ub通过电容器C与零线N相连。B相开关用于控制B相输电线路。

C相开关包括C相磁保持继电器J5、C相二极管辅助小继电器J6、两个二极管D5、D6和一个电容器C。

C相进线接点UC通过C相磁保持继电器J5与C相出线接点uc相连，C相进线接点UC通过C相二极管辅助小继电器J6以及串联的两个二极管D5、D6与C相出线接点uc相连；C相磁保持继电器J5与C相二极管辅助小继电器J6并联；C相出线接点uc通过电容器C与零线N相连。

控制器包括单片机(本发明中单片机为PIC单片机，型号为PIC16F73)、三个隔离光耦（型号为P521）、继电器驱动器；三个隔离光耦分别与单片机电性连接；

B相进线接点通过电容降压稳压电源与A相进线接点进行同步信号处理得到AB相同步信号，然后将AB相同步信号输入单片机，进行同步信号处理得到AB相同步信号用到的也是P521；B相进线接点与C相进线接点进行B同步信号处理，得到BC相同步信号，然后将BC相同步信号输入到单片机，进行同步信号处理得到AB相同步信号用到的也是P521；

单片机通过继电器驱动器分别驱动A相磁保持继电器J1、B相磁保持继电器J3、C相磁保持继电器J5、A相二极管辅助小继电器J2、B相二极管辅助小继电器J4、C相二极管辅助小继电器J6。图4中的J1驱动、J2驱动、J3驱动、J4驱动、J5驱动、J6驱动分别代表继电器驱动器。

控制器设置两个开关按钮，单片机与这两个开关按钮（图中的AJH、AJF）连接。

A相二极管辅助小继电器J2、B相二极管辅助小继电器J4、C相二极管辅助小继电器J6为通断二极管的微型继电器JCZ-32F。

A相磁保持继电器J1、B相磁保持继电器J3、C相磁保持继电器J5为三线磁保持继电器，可以根据电容器工作电流大小选择相应的型号。

本实施例中的二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6采用1000V/5A二极管。

A相磁保持继电器J1、B相磁保持继电器J3、C相磁保持继电器J5可根据电容器工作电流大小选择相应的型号。

本发明中，采用电容降压稳压电源，无变压器、体积小、重量轻。

图4中的Ar,Br,Cr分别为分相补偿输入端。

图4中，AB相同步信号和BC相同步信号为辨别相序及控制提供方波信息。

控制器使用隔离光耦(图中的GD1、GD2、GD3)是由于使用电容降压稳压电源，因此输入不能和控制共用“地”，因此必须采用光电隔离。

本实施例中，是采用电容分相补偿的方式来实现。分相补偿简称“分补”，有时称“不平衡补偿”，用于不平衡负荷的补偿，三相不同时合闸带电容器。

“分补”必须通过继电器JCZ-32F合断二极管，如果常接二极管，断开主开关后，会使电容器长时间储存1.414倍的直流电压，造成缩短电容器的寿命。

“分补”使用250V交流电容器，为“星”接，要求有“零线”，否则是不行的。

具体实施例2：

本实施例提供一种0.4KV智能相控负荷开关，包括控制器和用于控制A相输电线路的A相开关、用于控制B相输电线路的B相开关和用于控制C相输电线路的C相开关；所述控制器分别与A相开关、B相开关和C相开关电性连接，用以分别控制其开启和关闭.

A相开关包括A相磁保持继电器J1和两个串联的二极管D1、D2；A相进线接点UA通过A相磁保持继电器J1与A相出线接点ua相连，A相进线接点UA通过两个串联的二极管D1、D2与A相出线接点ua相连；A相磁保持继电器J1与两个二极管D1、D2并联；A相出线接点ua通过一个电容器C与B相出线接点ub相连；

B相开关包括B相磁保持继电器J3；B相进线接点UB通过B相磁保持继电器J3与B相出线接点ub相连；B相出线接点ub通过一个电容器C与C相出线接点uc相连；

C相开关包括C相磁保持继电器J5和两个串联的二极管D5、D6；C相进线接点UC通过C相磁保持继电器J5与C相出线接点uc相连，C相进线接点UC通过两个串联的二极管D5、D6与C相出线接点uc相连；C相磁保持继电器J5与两个二极管D5、D6并联；C相出线接点uc通过一个电容器C与A相出线接点ua相连。

A相磁保持继电器J1、B相磁保持继电器J3、C相磁保持继电器J5为三线磁保持继电器，可以根据电容器工作电流大小选择相应的型号。

本实施例是采用“共补”的方式进行控制的，“共补”是指用于平衡负荷的补偿，三相同时合闸带电容器。

“共补”不需要使用继电器JCZ-32F合断二极管，故有一相可以不用接二极管，断开主开关后，另两相的二极管是朝向电源侧的，因此不会使电容器长时间储存直流电压，如图2所示。

在图2中，ua、ub、uc之间是采用三角接法连接的。二极管采用1000V/5A规格的二极管。

图3为采用“共补”的方式与低压电动机符合智能相控开关的接线图，D为电动机，当控制电动机D时，图4的AJH为合闸按钮，AJF为分闸按钮，Ar,Br,Cr接线端子不用。

本实施例中，控制器与具体实施例1中控制器的结构及原理相同，不同之处在于，图4中的分相补偿输入端Ar,Br,Cr三端合一输入即可。且因为在实施例未设置二极管辅助小继电器,因此，可以断开其连接，或者不设置即可。

图5为采用共补的方式投入电容电流所产生的波形图，从图中可以看出电流零冲击。自然过零投入。

图6为采用共补的方式切除电容电流的波形图，从图中可以看出，可以精准过零切除电容。

本发明使用永磁继电器和二极管，而不适用可控硅，避免了合闸冲击和分闸拉弧，通过控制器达到智能控制手段，实现相控合分闸。本发明虽然使用二极管但工作原理与“预充电”不同，不是在电容“预充电”后合闸，因此比现有的“预充电”式的动作快得多，精度更高。由于机械开关从给合闸或分闸线圈通电到真正合闸触点接通或分开需要时间，因此是提前给线圈通电的。以下“合”和“分”是指接点接通和断开。

合闸容性负荷时，二极管不在导通状态瞬间合二极管，二极管导通有电流瞬间合好磁保持继电器，此时二极管已经“自然过零”导通。因为二极管已经导通再合磁保持继电器也不会冲击，则称为“精准”过零合闸，零冲击。

在分闸时，先合上二极管，当二极管导通瞬间分断磁保持继电器，这是二极管开始工作承载电容电流，二极管“过零”时就会自然阻断。因此不会产生电弧，则称为“精准”过零分闸。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。