專利名稱：一種智能復合型集成開關的制作方法
技術領域：
本發明屬于開關技術領域，具體涉及一種低壓電力電網無功補償使用電力電容器 時的投切電容裝置，是一種用于低壓線路終端補償的分相投切功能復合開關。
背景技術：
傳統的無功補償裝置中電力電容器的投切開關主要采用固態繼電器和交流接觸 器。電磁開關在接通或分斷電容器時，發生的觸頭震動、起弧現象造成了觸頭蝕損、電磁干 擾與電能損失，使其電氣壽命低于機械壽命，不但需要經常更換，而且大大降低了無功 補償裝置運行的可靠性。以電力電子開關器件為主構成的固態繼電器，雖然具有無觸點通 斷、操作頻次高、動態開關特性優越和抗機械應力能力強的優點，但也存在成本高，導通 損耗大，耐電、熱應力能力差，大功率時由于使用散熱器而體積大等缺點。另外一個更加 嚴重的問題是，可控硅進入電網運行中會產生諧波污染。新型復合開關理論上解決了二者 的矛盾，將電力電子器件與磁保持開關相結合，發揮了電力電子器件通斷電流無電弧、磁保 持開關接觸電阻小的優勢，形成體積小、容量大的容性負荷開關。然而，實際運行中，仍普遍 存在電力電子器件損壞和磁保持開關觸點粘合等問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種分相投切智能復合開關，它解決了上述兩種開關元件 存在的問題，既安全又可靠。為達到上述目的，本發明采取的解決方案是
一種智能復合型集成開關，所述智能復合型集成開關主要由一組或多組復合開關、控 制器單元組成，所述每一組復合開關包括一雙向可控硅與一磁保持開關，所述雙向可控硅 輸入和輸出兩端分別并接在所述磁保持開關的輸入觸點和輸出觸點上；所述一組或多組復 合開關通過所述控制器單元控制雙向可控硅和磁保持開關的投切配合，實現導通和關斷功 能；其特征在于
所述復合開關實現導通控制時，先導通雙向可控硅后的第一時限內再接通磁保持開 關，延時第二時限后關閉雙向可控硅；
所述復合開關實現關斷控制時，先導通雙向可控硅后立即斷開磁保持開關，延時第三 時限后再關閉雙向可控硅。進一步，優選所述第一時限為交流電壓過零點后2 3毫秒，所述第二時限和第三 時限均為10 25毫秒。所述智能復合型集成開關還進一步包括磁保持開關驅動觸發電路、雙向可控硅驅 動觸發電路，所述控制器單元分別通過磁保持開關驅動觸發電路、雙向可控硅驅動觸發電 路驅動/控制磁保持開關、雙向可控硅的導通和關斷。所述智能復合型集成開關還進一步包括光電隔離電路，所述光電隔離電路連接在 所述雙向可控硅驅動觸發電路和雙向可控硅之間。
進一步，所述智能復合型集成開關還包括控制信號輸入電路，其與所述控制器單 元的輸入端相連，用于接收智能復合型集成開關的導通/關斷的控制命令。進一步，所述智能復合型集成開關還包括過零檢測電路，用于檢測電網交流電壓 的過零點，并將檢測信號輸入至所述控制器單元。對3 36個由磁保持開關和雙向可控硅組 成的復合開關單元進行集成封裝，通過一個控制器單元(如單片機，DSP)根據外部控制指令 分別進行導通或關斷控制，實現單相或三相設備的控制。采用的核心控制器具有通訊接口和多線式直接控制接口。允許外部控制器遠程對 任意一個復合開關進行通斷控制。本實用性型的智能復合型集成開關，通過雙向可控硅和磁保持開關的投切配合， 以及優化雙向可控硅導通時間來減少產生的熱量，從而可以取消雙向可控硅的散熱裝置， 并通過多路集成顯著減小開關的體積，實現多路控制開關的微型化。具有可多路集成、體積 小、可靠性高、基本不發熱等優點。
圖1是本發明控制原理框圖； 圖2是本發明控制時序圖。
具體實施例方式下面結合實施例及其附圖對本發明作進一步的說明。參見圖1，一種高可靠性智 能復合型集成開關，采用雙向可控硅1與磁保持開關2組成，組成多個開關控制通道，實現 多組設備的可靠通斷控制。導通控制時，先導通雙向可控硅1若干毫秒后接通磁保持開關 2，延時1(Γ25毫秒后關閉雙向可控硅1 ；關斷控制時，先導通雙向可控硅1隨即斷開磁保持 開關2，延時1(Γ25毫秒后再關閉雙向可控硅1。對3 36個復合開關單元進行集成封裝，通 過一個控制器單元3 (如單片機，DSP)根據外部控制指令分別進行導通或關斷控制，實現單 相或三相設備的控制。通過雙向可控硅1和磁保持開關2的投切配合，以及優化雙向可控 硅1導通時間來減少產生的熱量，從而可以取消雙向可控硅1的散熱裝置，并通過多路集成 顯著減小開關的體積，實現多路控制開關的微型化。采用的控制器單元3具有通訊接口和 多線式直接控制接口，通過所述通訊接口，控制器單元3接收遠程控制控制信號輸入，并通 過所述多線式直接控制接口連接雙向可控硅驅動觸發電路5、磁保持開關驅動觸發電路6， 允許外部控制器遠程對任意一個復合開關進行通斷控制。過零檢測電路4檢測的是單相電 路的交流信號，根據電壓比較器兩輸入端電壓值的比較，將正弦信號變為方波信號，實現過 零檢測的功能。檢測保護電路8，用于判斷出現欠壓、過壓、缺相等故障，并通過軟件實現保 護。本發明在交流電壓過零點后2 3毫秒附近投入磁保持開關2，并適當提高控制電壓值減 小觸點抖動對磁保持開關2壽命影響；在交流電壓過零點附近(前后廣2毫秒)接通或關斷 雙向可控硅1，降低電壓應力，減少雙向可控硅1的發熱，提高復合開關的可靠性。參見圖2，一種高可靠性智能復合型集成開關導通控制時，接到開始命令后先先進 行初始化，判斷是否有導通命令，若有則導通雙向可控硅1若干毫秒后接通磁保持開關2， 延時1(Γ25毫秒后關閉雙向可控硅1 ；若沒有則判斷是否有關斷命令，有關斷命令則進行關 斷控制，先導通雙向可控硅1隨即斷開磁保持開關2，延時1(Γ25毫秒后再關閉雙向可控硅1 ；若沒有關斷命令，則返回初始化階段。在交流電壓過零點后2 3毫秒附近投入磁保持開 關2，并適當提高控制電壓值減小觸點抖動對磁保持開關2壽命影響；在交流電壓過零點附 近(前后廣2毫秒)接通或關斷雙向可控硅1，降低電壓應力，減少雙向可控硅1發熱，提高 復合開關的可靠性。 高可靠性智能復合型集成開關，工作流程簡述如下當收到來自上級補償控制器 產生的電平信號時，經控制信號輸入電路7，將信號送入控制器單元3，根據邏輯判斷選擇 過零點投入，給雙向可控硅1的觸發電路5提供指令信號，再啟動雙向可控硅驅動觸發電路 5，使雙向可控硅1導通，補償電容器接入電網，然后再啟動磁保持開關驅動觸發電路6輸出 脈沖正電壓，磁保持開關2觸點由常開狀態轉變為閉合狀態短接到雙向可控硅1的輸入與 輸出兩端上，接著，控制器單元3指示雙向可控硅驅動觸發電路5關閉雙向可控硅1，補償電 容器運行期間就由磁保持開關2單獨執行；當控制器單元3接收到某一相要切斷補償電容 器的指令時，啟動雙向可控硅驅動觸發電路5，使雙向可控硅1導通并入磁保持開關2上， 然后再指示磁保持開關驅動觸發電路6輸出脈沖負電壓，使磁保持開關2觸點轉換為常開 狀態，最后，控制器單元3指示雙向可控硅驅動觸發電路5自動尋找過零點關閉雙向可控硅 1，切斷補償電容器。由于復合開關投切過程中，主要由雙向可控硅1瞬間完成，運行過程由 磁保持開關2進行，二者配合完成，基本實現無沖擊電流產生，無電弧出現，基本不發熱。
權利要求
1.一種智能復合型集成開關，所述智能復合型集成開關主要由一組或多組復合開關、 控制器單元組成，所述每一組復合開關包括一雙向可控硅與一磁保持開關，所述雙向可控 硅輸入和輸出兩端分別并接在所述磁保持開關的輸入觸點和輸出觸點上；所述一組或多組 復合開關通過所述控制器單元控制雙向可控硅和磁保持開關的投切配合，實現導通和關斷 功能；其特征在于所述復合開關實現導通控制時，先導通雙向可控硅后的第一時限內再接通磁保持開 關，延時第二時限后關閉雙向可控硅；所述復合開關實現關斷控制時，先導通雙向可控硅后立即斷開磁保持開關，延時第三 時限后再關閉雙向可控硅。
2.根據權利要求1所述的智能復合型集成開關，其特征在于所述第一時限優選為交 流電壓過零點后2 3毫秒，所述第二時限和第三時限均優選為1(Γ25毫秒。
3.根據權利要求1或2所述的智能復合型集成開關，其特征在于所述智能復合型集 成開關還進一步包括磁保持開關驅動觸發電路、雙向可控硅驅動觸發電路，所述控制器單 元分別通過磁保持開關驅動觸發電路、雙向可控硅驅動觸發電路驅動/控制每一組復合開 關中的磁保持開關、雙向可控硅的導通和關斷。
4.根據權利要求3所述的智能復合型集成開關，其特征在于所述智能復合型集成開 關還進一步包括光電隔離電路，所述光電隔離電路連接在所述雙向可控硅驅動觸發電路和 雙向可控硅之間。
5.根據權利要求1或2所述的智能復合型集成開關，其特征在于所述智能復合型集 成開關還進一步包括控制信號輸入電路，其與所述控制器單元的輸入端相連，用于接收智 能復合型集成開關的導通/關斷的控制命令。
6.根據權利要求1所述的智能復合型集成開關，其特征在于所述智能復合型集成開 關還進一步包括過零檢測電路，用于檢測電網交流電壓的過零點，并將檢測信號輸入至所 述控制器單元。
7.根據權利要求6所述的智能復合型集成開關，其特征在于在導通雙向可控硅后，出 現交流電壓過零點后2 3毫秒內接通磁保持開關；在交流電壓過零點前后廣2毫秒內接通 或關斷雙向可控硅。
8.根據權利要求1或2所述的智能復合型集成開關，其特征在于所述控制器單元為 單片機或DSP。
9.根據權利要求8所述的智能復合型集成開關，其特征在于將3 36個復合開關單元 進行集成封裝，通過控制器單元根據外部控制指令分別進行導通或關斷控制，實現單相或 三相設備的控制。
10.根據權利要求9所述的智能復合型集成開關，其特征在于所述智能復合型集成開 關用于無功補償裝置中電力電容器的投入和退出控制。
全文摘要
本發明公開了一種智能復合型集成開關，由控制器單元、過零檢測電路、一組或多組復合開關組成。控制器單元具有通訊接口和多線式直接控制接口，通過所述通訊接口，控制器單元能夠接收遠程控制控制信號輸入，并通過所述多線式直接控制接口對任意一個復合開關進行通斷控制。復合開關通過雙向可控硅和磁保持開關的投切配合，以及優化雙向可控硅導通時間來減少產生的熱量，從而可以取消雙向可控硅的散熱裝置，提高復合開關可靠性。并通過多路集成顯著減小開關的體積，實現多路控制開關的微型化。
文檔編號H02J3/18GK102097811SQ20111003278
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月30日 優先權日2011年1月30日
發明者劉其知, 卓祖訊, 米紅菊, 趙宏偉, 龍燕 申請人:中國人民解放軍后勤工程學院, 富邇海(重慶)電氣有限公司