一种低压复合式开关

本实用新型属电气工程领域，特别是应用于低压无功补偿装置。

目前，低压电网(380V/220V)的无功损耗，是通过挂接在电网上 的电力电容自动投入和切出来达到的。现在无功补偿控制器普遍都是 采用交流接触器或双向可控硅作为开关元件来控制电容器通断，交流 接触器投切时涌流大，对电网冲击大，会使接触器触头烧蚀严重，甚 至发生触头熔焊现象，相应地电容器的寿命也会大大缩短；可控硅虽 可实现过零投切，从而浪涌电流大大减小，但因可控硅的固有物理特 性，不可避免地存在着功耗大、温升高，产生被称作“电污染”的谐 波成份等会影响设备的长期安全运行的问题，大功耗不但抵消了无功 补偿的节能效果，而且整个装置的寿命和可靠性不能有效保障，甚至 会影响整个电网的正常运行。

本实用新型的目的是设计制造低压复合开关，以克服目前低压无 功补偿中使用交流接触器或可控硅作为补偿电容投切开关的缺点。

本实用新型的目的是这样达到的：一种低压复合式开关，本实用 新型的特征在于：具有与低压相连的并联在一起的可控硅和继电器 (能用于低压交流电路的继电器或接触器。以下所述的继电器同)、控 制可控硅的驱动电路、控制继电器的驱动电路、控制可控硅驱动电路 和控制继电器驱动电路的单片机、与单片机相连的开关信号检测电路 和与单片机相连地电压过零检测电路。单片机按以下程序流程进行控 制：首先初始化，完成设置单片机各管脚及各寄存器初值；控制信号 为接通，要求开关接通，如是已接通状态，到程序开始处，如未接通 状态，则投入A相继电器，检测B相电压过零时间，并在过零时投B 相可控硅，检测C相电压过零时间，并在过零时投C相可控硅，投入 B、C相继电器，撤出BC相可控硅，到程序开始处；控制信号为关， 要求开关关断，如是已关断状态，则到程序开始处，如不是已关断状 态，则投入B、C相可控硅，切出BC相继电器，关断可控硅，让可控 硅电流过零自动关断，延时一段时间后，切出A相继电器，到程序开 始处。

采取以上措施的本实用新型，投入时，在电压过零瞬间将可控硅 先过零触发导通，待电流稳定后，再将继电器吸合导通，切出继电器。 由于投入时，是在电压过零时用可控硅投入，可控硅的响应速度快， 在负载的两端也是在电压过零时接通，电流不会产生突变，因而避免 了涌流。而稳定后，则用继电器吸合导通，切出可控硅，此时，是用 继电器导通，由于继电器的主回路接触电阻小，功耗很小，不发热且 没有任何谐波产生；切出时，将可控硅投入，继电器切出，可控硅导 通信号撤消，利用可控硅电流过零关断的特性，实现电流过零自动关 断。

下面再结合附图对本实用新型作进一步的详述：

附图1是本实用新型的电路方框图；

附图2是本实用新型的程序流程图；

附图3是本实用新型实施例的电路方框图；

附图4是本实用新型实施例的程序流程图；

附图5是本实用新型实施例的低压电路图；

附图6是本实用新型实施例的高压电路图。

参看附图1。附图1是本实用新型的一相控制电路，如需控制 三相，则增加二相相可控硅驱动电路及受控的可控硅，增加二相相继 电器电路及受控的继电器，增加二相相电压过零检测电路。本实用新 型由一端接电网另一端接负载的并联在一起的可控硅和继电器、控制 可控硅的相可控硅驱动电路、控制继电器的相继电器驱动电路、控制 相可控硅驱动电路和控制相继电器驱动电路的单片机、与单片机相连 的开关信号检测电路和与单片机相连的相电压过零检测电路构成。目 前，上述各单元电路，一般的技术人员均可设计制造。可控硅用双向 可控硅，如BTA41系列。继电器可用一般的交流接触器或新型的脉冲 继电器，如上海贝斯特公司生产的BST系列产品。相电压过零检测电 路可采用常规光耦过零检测电路。开关控制信号检测电路可采用常规 光耦检测电路。相可控硅驱动电路可设计成多种形式，例如，用一振 荡源，通过中频变压器驱动可控硅。相继电器驱动电路也可设计成多 种形式，例如小功率继电器驱动大功率继电器。单片机可用多种系列 商品，例如51系列或PIC系列，单片机的运行由所写入的程序控制。

附图2是本实用新型的程序流程图。首先初始化，完成设置单 片机各管脚及各寄存器初值；控制信号为接通，要求开关接通，如是 已接通状态，到程序开始处，如未接通状态，则投入A相继电器，检 测B相电压过零时间，并在过零时投B相可控硅，检测C相电压过零 时间，并在过零时投C相可控硅，投入B、C相继电器，撤出BC相 可控硅，到程序开始处；控制信号为关，要求开关关断，如是已关断 状态，则到程序开始处，如不是已关断状态，则投入B、C相可控硅， 切出BC相继电器，关断可控硅，让可控硅电流过零自动关断，延时 一段时间后，切出A相继电器，到程序开始处。所编的源程序按流程 图编制。

附图3是本实用新型实施例的三相低压复合开关电路方框图。 为了更好的效果，本实施例在附图1的基础上增加了主要大功率元件 检测电路、缺相检测电路和开关工作状态显示电路。

附图4是本实用新型实施例的程序流程图。各主要框功能说明。 1、初始化。主要是完成设置单片机各管脚及各寄存器初值；2、控 制信号为接通。要求开关接通，则检测是否有缺相？缺相，则关断所 有可控硅及继电器，并到程序开始处；不缺相，则检测现在是否是已 经接通状态？如是已接通状态，则检测继电器是否全部接通，如有不 接通部分继电器，则说明继电器已有故障，此时关闭所有可控硅及继 电器，显示故障并待修，如继电器全部接通，则到程序开始处；如不 是已接通状态，则检测负载是否已接？如不接，则不投，到程序开始 处；如负载已接，则投入A相继电器(由于在三相中，只投一相，未 形成回路，所以A相只用一个继电器，不用可控硅)，检测B相电压 过零时间，并在过零时投B相可控硅，B相可控硅投入后，检测是否 正常受控，如不接通，则表示不正常，此时关断所有可控硅及继电器， 并显示故障待修；如已接通，则检测C相电压过零时间，并在过零时 投C相可控硅，C相可控硅投入后，检测是否正常受控，如不接通， 则表示不正常，此时关断所有可控硅及继电器，并显示故障待修；如 已接通，则投入B、C相继电器，撤出BC相可控硅，并显示接通状 态，到程序开始处。3、控制信号为关，则检测是否是已经关断状态？ 如是已关断状态，则检测三相是否全部关断，是否符合已关断条件， 如是，则到程序开始处；否则，切出所有可控硅及继电器，到程序开 始处。如不是已关断状态，则投入B、C相可控硅，切出BC相继电器， 关断可控硅，让可控硅电流过零自动关断，延时一段时间后，切出A 相继电器，并显示关断状态，到程序开始处。

附图5和附图6分别是本实施例的低压电路图和高压电路图。 附图5中主要的元件为：U1为CMOS4050，U2为CMOS4069，U3为 TLP521-1光耦，U4为PHILIPS公司的P87LPC764单片机，U5为达 林顿阵列ULN2003，U6为74LS32，U7为三端稳压器7805，T2为电源变 压器，DPDT1及DPDT2为双刀双掷继电器，J1为16脚引线插座，J2 为三脚插座。附图6中主要的元件为：U1为TLP521-4光耦TB1为B 相可控硅的驱动中周；TC1为C相可控硅的驱动中周；KA1、KB1、KC1 分别为A、B、C相的脉冲继电器，本实施例所用的脉冲继电器为上海 贝斯特公司生产的BST系列继电器；TRIAC1、TRIAC2为B相双向可 控硅；TRIAC3、TRIAC4为C相双向可控硅；J1为16脚引线插座。对 照附图3，各单元电路对应各元件如下：A相电压过零检测电路(实施 例中的过零信号检测电路兼作主要大功率元件状态检测电路，即可控 硅及继电器状态检测、负载接否检测电路)，由附图5中的电阻R3、 U2F、二极管D2、电解电容E2、电阻R5、U6C及附图6中光耦U1、 二极管D3、电阻R8构成A相电压过零检测电路；B相电压过零检测 电路由附图5中电阻R2、U1C、电阻R11、电容C2、U1D、电容C4、 电阻R15、二极管D4和附图6中光耦U1、二极管D2、电阻R7构成B 相电压过零检测电路；C相电压过零检测电路由附图5中电阻R1、U1A、 电阻R9、电容C1、U1B、电容C3、电阻R14、二极管D1和附图6中 光耦U1、二极管D1、电阻R6构成C相电压过零检测电路；A相缺相 检测电路，由附图5中二极管D8、电容C14、电阻R22、电阻R23、 U6D构成；BC相缺相检测电路，由附图5中电阻R4、U2E、二极管D3、 电阻R16、电容E1、U1F和附图6中光耦U1、二极管D4、电阻R1、 电容C1构成；开关控制信号检测电路由附图5中三脚插座J2、电 阻R17、二极管D5、U3、电阻R13、U1E、电阻R6、电容E3构成；开 关工作状态显示电路由附图5中电阻R21、发光二极管L2、电阻R20、 发光二极管L1构成；B相可控硅驱动电路由附图5中电阻R7、U2B、 电容C8、U2A、电容C9、电阻R8、达林顿阵列U5、电阻R12、三极 管N1、电容C5、三极管N3、U6A及附图6中的中周TB1、电阻R4、 电阻R5构成；C相可控硅驱动电路由附图5中电阻R7、U2B、电容 C8、U2A、电容C9、电阻R8、达林顿阵列U5、电阻R10、三极管N2、 电容C6、三极管N4、U6B及附图6中的中周TC1、电阻R2、电阻R3 构成；A相继电器驱动电路由附图5中二极管D6、电阻R19、电解电 容E4、达林顿阵列U5、U2C、双刀双掷开关继电器DPDT1构成；BC 相继电器驱动电路由附图5中二极管D7、电阻R18、电解电容E5、 达林顿阵列U5、U2D、双刀双掷开关继电器DPDT2构成；B相可控硅 为双向可控硅CTRIAC1、TRIAC2，如如所选可控硅耐压较高，也可只 用一个；C相可控硅为为双向可控硅TRIAC3、TRIAC4，如所选可控硅 耐压较高，也可只用一个KA1、KB1、KC1分别为A、B、C相的脉冲 继电器；单片机则由附图5中的单片机U4、电容C10、电容C11、晶 振CRY1、E7构成；电源滤波整流电路则由附图5中电容C12、变压 器T1、变压器T2、整流桥堆RIDGE1、电解电容E6、电容C7、三端 稳压管U7、电解电容E8、电容C13构成，供给各需直流电源的单元工 作；B相可控硅的动态过压保护由附图6中的电阻R9、电容C4、电 阻R10、电容C5构成，如可控硅的耐压较高，也可取消；C相可控硅 的动态过压保护由附图6中电阻R11、电容C2、电阻R12、电容 C3构成，如可控硅的耐压较高，也可取消。各管脚的联接关系顺着 标识符即可。如附图5中有标识符为L1C，则表示图中的所有标 有L1C处的管脚均联接在一起。