專利名稱：晶閘管自動重合閘開關(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重合閘開關(guān)，特別是涉及一種單片機(jī)控制的晶閘管反并聯(lián)自動重合閘無觸點(diǎn)式開關(guān)。

背景技術(shù)：
截止目前，國外的意大利、國內(nèi)的江蘇省蘇州市、廣東省廣州市均有生產(chǎn)商提供自動重合閘開關(guān)，或稱三相自動重合閘漏電保護(hù)開關(guān)，其共同特點(diǎn)是利用機(jī)械自動化原理，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)帶來的蔽端，觸頭容量受限制，觸頭電弧及火花為特殊應(yīng)用場合帶來安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種晶閘管自動重合閘開關(guān)，它是采用單片機(jī)控制的智能型，由晶閘管反并聯(lián)作為無觸點(diǎn)開關(guān)元件的自動重合閘開關(guān)。各單元電路之間的連接關(guān)系及信號傳遞的走向如晶閘管重合閘開關(guān)原理框圖(1)。
本發(fā)明的目的是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，包括SCR(晶閘管)反并聯(lián)主電路(3)和單片機(jī)控制系統(tǒng)，單相兩線(或三線)系統(tǒng)，主電路包含一對反并聯(lián)晶閘管功率元件；三相四線(或五線)系統(tǒng)，主電路包含三對反并聯(lián)晶閘管功率元件，晶閘管反并聯(lián)主電路是無觸點(diǎn)式開關(guān)元件；單片機(jī)控制系統(tǒng)包含單片機(jī)芯片MCU(2)(PIC16F690)及外圍電路；外圍電路包含電源信號采樣電路(4)、單片開關(guān)電源形成電路(5)、負(fù)載信號采樣電路(6)、開關(guān)狀態(tài)檢測電路(7)、觸發(fā)電路(8)、報(bào)警輸出接口電路(9)、干接點(diǎn)輸出電路(10)。
本發(fā)明所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，其中單片開關(guān)電源形成電路(5)由市電供電，形成單片機(jī)芯片MCU(2)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重合閘開關(guān)，其中電源信號采樣電路(4)提供的信號與預(yù)存的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，經(jīng)單片機(jī)芯片MCU(2)邏輯判斷為電網(wǎng)缺相、失壓、欠壓、過壓等故障狀態(tài)，MCU(2)發(fā)出控制指令，停發(fā)觸發(fā)信號，關(guān)閉SCR反并聯(lián)主電路(3)，晶閘管自動重合閘開關(guān)自動分閘。
本發(fā)明所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，其中負(fù)載信號采樣電路(6)提供的信號與預(yù)存的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，經(jīng)MCU(2)邏輯判斷為負(fù)載過流、短路、漏電等故障狀態(tài)，MCU(2)發(fā)出控制指令，停發(fā)觸發(fā)信號，關(guān)閉SCR反并聯(lián)主電路(3)，晶閘管自動重合閘開關(guān)自動分閘。
本發(fā)明所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，其中電源信號采樣電路(4)及負(fù)載信號采樣電路(6)提供的信號經(jīng)MCU(2)識別并判斷為電網(wǎng)故障消失或負(fù)載故障消除，MCU(2)發(fā)出正常觸發(fā)信號，開通SCR反并聯(lián)主電路(3)，晶閘管自動重合閘開關(guān)自動重合閘。
本發(fā)明所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，其中電源信號采樣電路(4)、負(fù)載信號采樣電路(6)或開關(guān)狀態(tài)檢測電路(7)提供的信號或MCU(2)自身工作狀態(tài)不正常，MCU(2)經(jīng)報(bào)警輸出接口電路(9)輸出報(bào)警蜂鳴信號 前端電力網(wǎng)(市電)故障——4S響一聲； 后端負(fù)載故障——1S響一聲 “開關(guān)”自身故障——0.5S響一聲； 后端負(fù)載短路——長鳴！ 本發(fā)明所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，其中開關(guān)狀態(tài)檢測電路(7)提供的信號診斷出SCR反并聯(lián)主電路(3)有故障或MCU(2)自身工作狀態(tài)不正常，MCU(2)均自診斷為晶閘管自動重合閘開關(guān)故障，MCU(2)停發(fā)觸發(fā)信號，SCR反并聯(lián)主電路(3)自動分閘，MCU(2)經(jīng)干接點(diǎn)輸出電路(10)輸出控制信號啟動本開關(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)明的晶閘管自動重合閘開關(guān)，是用單片機(jī)控制的晶閘管反并聯(lián)自動重合閘無觸點(diǎn)開關(guān)，克服了觸頭電弧及火花的隱患，目前采用國產(chǎn)反并聯(lián)晶閘管功率元件作為晶閘管自動重合閘開關(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，晶閘管自動重合閘開關(guān)的容量也可相應(yīng)提高，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，無觸點(diǎn)式自動重合閘開關(guān)代替有觸點(diǎn)式重合閘開關(guān)，是大勢所趨。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于它具有傳統(tǒng)的開關(guān)功能，但無有形的刀閘或觸頭等部件，屬于無觸點(diǎn)式開關(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，并能在線檢測前端電網(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)故障識別；(2)故障指示；(3)重合閘之前故障檢測與判斷；(4)實(shí)時(shí)顯示電網(wǎng)電壓值；(5)能存儲歷史故障信息；(6)能以不同的音響區(qū)分電源故障、負(fù)載故障、開關(guān)自身故障的報(bào)警。當(dāng)晶閘管自動重合閘開關(guān)有故障時(shí)，可以自動啟動本開關(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)明可用于電信、移動、電力、廣電、交通等行業(yè)的無人值守機(jī)房配電，尤其是山高路遠(yuǎn)地區(qū)，無觸點(diǎn)式自動重合閘可減少人員對機(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 晶閘管自動重合閘開關(guān)原理框圖 圖2是 單片機(jī)芯片MCU-PIC16F690管腳及其外圍電路圖 圖3是 三相四線(或五線)晶閘管反并聯(lián)主電路 圖4是 電源信號采樣電路 圖5是 單片開關(guān)電源形成電路 圖6是 負(fù)載信號采樣電路 圖7是 開關(guān)狀態(tài)檢測電路 圖8是 觸發(fā)電路 圖9是 報(bào)警輸出電路 圖10是 干接點(diǎn)輸出電路 具體實(shí)施方式
如原理框圖(1)所示，本發(fā)明的晶閘管自動重合閘開關(guān)包含以下9個(gè)強(qiáng)弱電組件構(gòu)成，原理框圖中的晶閘管自動重合閘開關(guān)的主體SCR反并聯(lián)主電路是無觸點(diǎn)的開關(guān)電路。其它8個(gè)組件是MCU芯片(2)、電源信號采樣電路(4)、單片開關(guān)電源形成電路(5)、負(fù)載信號采樣電路(6)、開關(guān)狀態(tài)檢測電路(7)、觸發(fā)電路(8)、報(bào)警輸出電路(9)、干接點(diǎn)輸出電路(10)。
具體實(shí)施方式
是將從單片機(jī)芯片MCU(2)到干接點(diǎn)輸出電路(10)共8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IC1)該印刷電路板固定在SCR反并聯(lián)主電路(3)的散熱器旁，并通過接插件與SCR反并聯(lián)主電路(3)連接；SCR反并聯(lián)主電路(3)屬于無觸點(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；反并聯(lián)主電路(3)用四只金屬螺栓安裝在散熱器頂部；MCU芯片(2)及印刷電路板(或芯片IC1)等弱電組件安置在散熱器側(cè)面的金屬屏蔽盒內(nèi)，通過接插件與散熱器頂部的功率電子主電路聯(lián)接。
下面說明本發(fā)明晶閘管自動重合閘開關(guān)工作過程。
三相四線(或五線)或單相三線制，以A相為例說明晶閘管自動重合閘開關(guān)的工作過程，從最典型的電網(wǎng)停電狀態(tài)說起。
由附圖(3)可知，當(dāng)電網(wǎng)停電，UA＝0，SCR反并聯(lián)主電路中的SCR1、SCR2的陽極與陰極之間無電位差，全自動截止，相當(dāng)于晶閘管自動重合閘開關(guān)自動分閘，負(fù)載RL失電。
當(dāng)電網(wǎng)故障排除，電網(wǎng)重新送電后，單片機(jī)芯片MCU(2)經(jīng)過單片開關(guān)電源(5)獲得工作電源，分別經(jīng)過電源信號采樣電路(4)、負(fù)載信號采樣電路(6)、開關(guān)狀態(tài)檢測電路(7)分別檢測電源狀態(tài)、負(fù)載狀態(tài)、重合閘開關(guān)自身狀態(tài)是否符合重合閘條件，如果符合，單片機(jī)芯片MCU(2)在某時(shí)刻向A相觸發(fā)電路(8)輸入觸發(fā)信號，使A相反并聯(lián)晶閘管開通，實(shí)現(xiàn)自動重合閘。
自動重合閘之后，開關(guān)正常工作若干時(shí)間(幾日、幾周、幾月……)到達(dá)某時(shí)刻，開關(guān)狀態(tài)檢測電路(7)提供的信號被診斷為SCR反并聯(lián)主電路(3)有故障或單片機(jī)芯片MCU(2)自身工作狀態(tài)不正常，MCU(2)均自診斷為晶閘管自動重合閘開關(guān)故障，MCU(2)控制系統(tǒng)停發(fā)觸發(fā)信號，晶閘管自動重合閘開關(guān)自動分閘，同時(shí)，MCU(2)經(jīng)干接點(diǎn)輸出電路(10)輸出控制信號，啟動本開關(guān)之外的冗余備份通道K2，使負(fù)載獲得正常連續(xù)供電。
自動重合閘之后，開關(guān)正常工作若干時(shí)間到達(dá)某時(shí)刻，單片機(jī)芯片MCU(2)檢測到負(fù)載有故障(過流、短路、漏電等)，則MCU(2)控制系統(tǒng)停發(fā)觸發(fā)信號，晶閘管自動重合閘開關(guān)自動分閘，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。
自動重合閘之后，開關(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、過壓，缺相等)，MCU(2)診斷后會停止觸發(fā)信號，晶閘管自動重合閘開關(guān)自動分閘，避免不良電網(wǎng)電壓對負(fù)載造成的損害。
完成本發(fā)明晶閘管自動重合閘開關(guān)的單片機(jī)控制過程如下 1.電網(wǎng)恢復(fù)正常供電，單片開關(guān)電源形成工作電源，MCU(2)開始執(zhí)行軟件程序； 2.初始化設(shè)定； 3.MCU(2)執(zhí)行狀態(tài)檢測； 4.MCU(2)進(jìn)行故障分析； 5.如是負(fù)載故障(Y)，MCU(2)關(guān)閉觸發(fā)信號，開關(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.如是開關(guān)自身故障(Y)，MCU(2)關(guān)閉觸發(fā)信號，開關(guān)處于分閘狀態(tài)；在電網(wǎng)無故障(N)、負(fù)載無故障(N)的條件下啟動安全冗余備份通道K2；如不是(N)，為重合閘準(zhǔn)備了開關(guān)自身?xiàng)l件； 7.如是電網(wǎng)故障(Y)，開關(guān)處于分閘狀態(tài)；如不是(N)，輸出正常觸發(fā)信號； 8.會聚開關(guān)自身無故障、負(fù)載無故障、電源無故障三個(gè)條件全具備，晶閘管自動重合閘開關(guān)才自動重合閘，開關(guān)頂部LED顯示電網(wǎng)電壓值，開關(guān)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。
9.三個(gè)條件無論任何一個(gè)出現(xiàn)故障，晶閘管自動重合閘開關(guān)會自動分閘。

權(quán)利要求1.一種晶閘管自動重合閘開關(guān)，包括無觸點(diǎn)晶閘管反并聯(lián)主電路和控制主電路自動分合閘的單片機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是包括SCR晶閘管反并聯(lián)主電路(3)，是代替機(jī)械有觸點(diǎn)開關(guān)的無觸點(diǎn)電子開關(guān)的主體；控制主電路自動分、合閘的單片機(jī)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)芯片MCU(2)；以及單片機(jī)外圍控制電路電源信號采樣電路(4)、單片開關(guān)電源形成電路(5)、負(fù)載信號采樣電路(6)、開關(guān)狀態(tài)檢測電路(7)、觸發(fā)電路(8)、報(bào)警輸出接口電路(9)、干接點(diǎn)輸出電路(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，其特征是SCR反并聯(lián)主電路(3)是無觸點(diǎn)式電力電子開關(guān)組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，其特征是由市電電源經(jīng)單片開關(guān)電源形成電路(5)形成的工作電源供單片機(jī)芯片MCU(2)及其外圍電路用電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，其特征是電源信號采樣電路(4)采得的市電電源信號與預(yù)存的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，經(jīng)單片機(jī)芯片MCU(2)作出邏輯判斷、并發(fā)出電源故障報(bào)警信號，并指令晶閘管自動重合閘開關(guān)自動分閘。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，其特征是負(fù)載信號采樣電路(6)采得的負(fù)載信號與預(yù)存的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，經(jīng)單片機(jī)芯片MCU(2)作出邏輯判斷，并發(fā)出負(fù)載故障報(bào)警信號，并指令晶閘管自動重合閘開關(guān)自動分閘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，其特征是電源信號采樣電路(4)及負(fù)載信號采樣電路(6)提供的信號經(jīng)單片機(jī)芯片MCU(2)識別并判斷為電網(wǎng)故障消失或負(fù)載故障消除單片機(jī)芯片MCU(2)發(fā)出正常觸發(fā)信號，開通SCR反并聯(lián)主電路(3)，晶閘管自動重合閘開關(guān)自動重合閘。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，其特征是根據(jù)電源信號采樣電路(4)、負(fù)載信號采樣電路(6)或開關(guān)狀態(tài)檢測電路(7)提供的信號判斷有故障或單片機(jī)芯片MCU(2)自身工作狀態(tài)不正常，單片機(jī)芯片MCU(2)經(jīng)報(bào)警輸出接口電路輸出蜂鳴報(bào)警信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶閘管自動重合閘開關(guān)，其特征是開關(guān)狀態(tài)檢測電路(7)提供的信號或單片機(jī)芯片MCU(2)自身工作狀態(tài)不正常，單片機(jī)芯片MCU(2)均自診斷為晶閘管自動重合閘開關(guān)故障，單片機(jī)芯片MCU(2)停發(fā)觸發(fā)信號，SCR反并聯(lián)主電路(3)自動分閘，單片機(jī)芯片MCU(2)經(jīng)干接點(diǎn)輸出電路(10)輸出控制信號，啟動本開關(guān)之外的冗余備份通道K2，使負(fù)載獲得正常連續(xù)供電。
專利摘要一種晶閘管自動重合閘開關(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采樣、單片開關(guān)電源形成、負(fù)載信號采樣、開關(guān)狀態(tài)檢測、觸發(fā)電路、報(bào)警輸出接口、干接點(diǎn)輸出電路等；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)無觸點(diǎn)式分和合閘功能，并能在線檢測電源、負(fù)載及自身故障；本實(shí)用新型可用于電信、移動、電力、廣電、交通等行業(yè)的無人值守機(jī)房配電，尤其是山高路遠(yuǎn)地區(qū)，無觸點(diǎn)式自動重合閘可減少人員對機(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H02H3/06GK201584741SQ20092015303
公開日2010年9月15日 申請日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者葉曉燕, 任哲 申請人:葉曉燕, 任哲