技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電容投切復(fù)合開關(guān)的控制技術(shù)，特別是一種用于三相電路中三相容性負荷同步投切的控制方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)的電容投切復(fù)合開關(guān)(0.4kV)均使用磁保持繼電器和與晶閘管并聯(lián)的組合方式作開關(guān)電容器操作。其基本原理是由晶閘管承擔(dān)通斷瞬間的過零操作，穩(wěn)態(tài)時由繼電器工作，實現(xiàn)了電容器接入和切除瞬間無涌流和無操作過電壓，然而，由于切除瞬間晶閘管兩端要承受3倍以上的電網(wǎng)電壓(電網(wǎng)無背景諧波時)甚至達到5倍以上的電壓(背景諧波時)，而當(dāng)重復(fù)開關(guān)時間間隔在5秒以內(nèi)時，情況更為嚴(yán)重，其結(jié)果導(dǎo)致晶閘管瞬間擊穿，導(dǎo)致晶閘管炸裂。此外，由于晶閘管過零投入受電容殘壓的變化影響，投入瞬間電流為尖脈沖，這是目前復(fù)合開關(guān)存在的通病。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種用于三相電路中三相容性負荷同步投切的控制方法，使相鄰兩次投入切除時間不受限制，投入瞬間無涌流，投入瞬間電流波形為正弦波，徹底消除目前國內(nèi)的電容投切復(fù)合開關(guān)的缺陷。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)解決方案：一種用于三相電路中三相容性負荷同步投切的控制方法，其特征在于它包含以下步驟：
(1)內(nèi)部自行定義接入三相電源的三相相序：內(nèi)部定義三相電源的三相為X相、Y相和Z相，三相工頻電壓為Ux，Uy，Uz，該定義與接入的三相電源實際的相序無關(guān)，且假定Y相工頻電壓Uy滯后X相工頻電壓Ux相位Z相工頻電壓Uz超前X相工頻電壓Ux相位
Y相直接連接所述三相容性負荷的任意一相，X相和Z相通過接觸器連接所述三相容性負荷其他任意二相；
(2)設(shè)定基準(zhǔn)相位，采集基準(zhǔn)相位信號，輸出整形同步脈沖信號：取X相和Z相兩相工頻電壓經(jīng)降壓后的電壓作為基準(zhǔn)相位Uxz，對所述的基準(zhǔn)相位Uxz進行采集，采集信號經(jīng)整形電路整形，輸出整形同步脈沖信號；
(3)對接觸器主觸頭兩端電位進行采樣：采用X相等電位電路和Z相等電位電路分別對X相接觸器和Z相接觸器主觸頭兩端的電位差ΔU進行同步采樣，當(dāng)所述電位差ΔU為零時，所述X相等電位電路和Z相等電位電路分別輸出等電位脈沖信號；
(4)判斷三相電源實時相序與自行定義的相序相同性：將所述等電位脈沖與所述整形同步脈沖作異或處理和相序判別，得出接入的三相電源的實時相序與自行定義的相序相同性；
(5)設(shè)定各相控制順序，確定各接觸器的投入時間點：設(shè)定所述三相容性負荷投入工作時，按先控制X相，后控制Z相順序，設(shè)定所述三相容性負荷切除工作時，按先控制Z相，后控制X相順序；
根據(jù)三相電源的實時相序與自行定義的相序相同性的判斷，同時結(jié)合所述三相容性負荷工作需要，確定各相接觸器的投入時間點：
①當(dāng)接入三相電源與自行定義的相序相同時，且所述三相容性負荷需投入工作時，在所述整形同步脈沖上升沿，移相210°，所述X相接觸器主接點兩端電壓為過零時刻，觸發(fā)控制所述X相接觸器閉合動作，同時進行正相序交叉控制，經(jīng)延時tα，所述Z相接觸器主接點兩端電壓為過零時刻，觸發(fā)控制所述Z相接觸器閉合動作，其中，所述tα，為三相電源正相序時，一個周波內(nèi)，所述X相等電位電路產(chǎn)生的第一個電位脈沖與所述Z相等電位電路產(chǎn)生的第二個電位脈沖之間的間隔時間，f為電網(wǎng)頻率，單位為赫茲；
②當(dāng)接入三相電源與自行定義的相序相同時，且所述三相容性負荷需切除工作時，由于電壓滯后電流相位90°，因此，在所述整形同步脈沖上升沿，經(jīng)移相120°，此時，所述Z相接觸器通過的電流為過零時刻，觸發(fā)控制所述Z相接觸器分斷動作，同時進行正相序交叉控制，并經(jīng)延時t1，所述X相接觸器通過的電流為過零時刻，觸發(fā)控制所述X相接觸器分斷動作，其中，所述t1為延時時間，時間單位為秒；
③當(dāng)接入三相電源與自行定義的相序相反時，且所述三相容性負荷需投入工作時，在所述整形同步脈沖上升沿，移相330°，所述X相接觸器主接點兩端電壓為過零時刻，觸發(fā)控制所述X相接觸器閉合動作，同時進行反相序交叉控制，經(jīng)延時tβ，所述Z相接觸器主接點兩端電壓為過零時刻，觸發(fā)控制所述Z相接觸器閉合動作，其中，所述tβ為三相電源反相序時，一個周波內(nèi)，所述X相等電位電路產(chǎn)生的第二個電位脈沖與所述Z相等電位電路產(chǎn)生的第一個電位脈沖之間的間隔時間，
④當(dāng)接入三相電源與自行定義的相序相反時，且所述三相容性負荷需切除工作時，由于電壓滯后電流相位90°，因此，在所述整形同步脈沖上升沿，經(jīng)移相60°，所述Z相接觸器通過的電流為過零時刻，觸發(fā)控制所述Z相接觸器分斷動作，同時進行反相序交叉控制，并經(jīng)延時t2，觸發(fā)控制所述X相接觸器分斷動作，其中，所述t2為延時時間，時間單位為秒。
本發(fā)明為了保證同步投切的接觸器與所述三相容性負荷的連接點有電位，使所述三相容性負荷的電位提升至最大值，對技術(shù)方案進行進一步設(shè)置：還設(shè)有對三相容性負荷進行預(yù)充電步驟：在所述三相容性負荷初始工作之初，三相電源通過充電電路對所述容性負荷進行預(yù)充電，使所述容性負荷的電位提升至最大值，保證同步投切的接觸器與所述容性負荷的連接點有電位。
本發(fā)明適用于三相電路中同步控制單相接觸器(含磁保持繼電器)過零投切容性負荷的應(yīng)用場合。具有響應(yīng)時間快，相鄰兩次投入切除時間不受限制，投入瞬間無涌流，投入瞬間電流波形為正弦波。
本發(fā)明可實現(xiàn)的優(yōu)點：同步精度優(yōu)于50微秒(0.9電角度)，響應(yīng)時間小于40毫秒。在交叉模式下，觸發(fā)時間不受電容殘壓的影響，從而使連續(xù)反復(fù)投切時間間隔縮短到0.5秒，投入瞬間電流為正弦波形；在等電位模式下，觸發(fā)時間受電容殘壓的影響，相鄰兩次投入時間間隔約5秒以內(nèi)。運行時優(yōu)先執(zhí)行交叉模式，當(dāng)交叉模式失效時，自動轉(zhuǎn)為等電位模式(這時投入瞬間電流為脈沖形式)。裝置失效時不會發(fā)生炸裂的嚴(yán)重事故。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的同步投切方法進行詳細說明。
圖1為本發(fā)明控制方法的原理方框圖。
圖2a為三相電源正序基準(zhǔn)電壓Uxz相位圖。
圖2b為整形電路輸出的正序基準(zhǔn)電壓Uxz整形圖。
圖2c為三相電源正序接入時X相接觸器主接點兩端電壓波形圖。
圖2d為三相電源正序接入時X相等電位電路輸出的零電位脈沖圖。
圖2e為三相電源正序接入時Z相接觸器主接點兩端電壓波形圖。
圖2f為三相電源正序接入時Z相等電位電路輸出的零電位脈沖圖。
圖3a為三相電源反序Uxz基準(zhǔn)電壓相位圖。
圖3b為整形電路輸出的反序基準(zhǔn)電壓Uxz整形圖。
圖3c為三相電源反序接入時X相接觸器主接點兩端電壓波形圖。
圖3d為三相電源反序接入時X相等電位電路輸出的零電位脈沖圖。
圖3e為三相電源反序接入時Z相接觸器主接點兩端電壓波形圖。
圖3f為三相電源反序接入時Z相等電位電路輸出的零電位脈沖圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實施例包含以下步驟：
(1)內(nèi)部自行定義接入三相電源的三相相序：內(nèi)部定義三相電源的三相為X相、Y相和Z相，三相工頻電壓為Ux，Uy，Uz，該定義與接入的三相電源實際的相序無關(guān)，且假定Y相工頻電壓Uy滯后X相工頻電壓Ux相位Z相工頻電壓Uz超前X相工頻電壓Ux相位
Y相直接連接所述三相容性負荷的任意一相，X相和Z相通過接觸器連接所述三相容性負荷其他任意二相。
(2)對所述三相容性負荷進行預(yù)充電：在所述三相容性負荷初始工作之初，三相電源通過X相充電電路5和Z相充電電路7對所述三相容性負荷進行預(yù)充電，使所述三相容性負荷的電位提升至最大值，保證同步投切的接觸器與所述三相容性負荷的連接點有電位。
所述X相預(yù)充電電路5或Z相充電電路7由二極管組成，它與X相接觸器或Z相接觸器兩個主觸頭并聯(lián)連接，其中上觸頭接電源，下觸頭接負荷。其作用為三相電源接入時，電源通過二極管對容性負荷充電，使下觸頭的電位提升至最大值。同時預(yù)充電電路在電容切除時為觸頭間提供直流恒定電位。
(3)設(shè)定基準(zhǔn)相位，采集基準(zhǔn)相位信號，輸出整形同步脈沖信號：取X相和Z相兩相工頻電壓經(jīng)降壓后的電壓作為基準(zhǔn)相位Uxz(相位圖見圖2a或圖3a)，對所述的基準(zhǔn)相位Uxz進行采集，采集信號經(jīng)整形電路整形，輸出整形同步脈沖b信號(脈沖相位圖見圖2b或圖3b)。
(4)對X相接觸器11和Z相接觸器10主觸頭兩端電位進行采樣：采用X相等電位電路4和Z相等電位電路6分別對X相接觸器11和Z相接觸器10主觸頭兩端的電位差ΔU進行同步采樣。此時，X相接觸器11和Z相接觸器10主觸頭兩端電位的波形圖根據(jù)三相電源相序接入不同，具有相應(yīng)的波形圖：
三相電源正序接入時，X相接觸器11主接點兩端電壓波形圖見圖2c，Z相接觸器10主接點兩端電壓波形圖見圖2e。
三相電源反序時接入時，X相接觸器11主接點兩端電壓波形圖見圖3c，Z相接觸器10主接點兩端電壓波形圖見圖3e。
當(dāng)所述電位差ΔU為零時，X相等電位電路4和Z相等電位電路6分別輸出等電位脈沖d、f信號。當(dāng)三相電源正序接入時，所述等電位脈沖相位圖見圖2d和圖2f，當(dāng)三相電源反序接入時，所述等電位脈沖相位圖見圖3d和圖3f。
所述X相等電位電路或Z相等電位電路由限流電阻、橋式整流器和光耦器件組成，它與接觸器兩個主觸頭并聯(lián)連接。它可實時跟蹤接觸器兩觸頭的電位差，得到等電位脈沖，同時作備用觸發(fā)基準(zhǔn)相位，僅當(dāng)預(yù)充電電路失效時，替代上述基準(zhǔn)相位。
(5)判斷三相電源實時相序與自行定義的相序相同性：將所述等電位脈沖d、f與所述整形同步脈沖b作異或處理和相序判別3，得出接入的三相電源的實時相序與自行定義的相序相同性；
(6)設(shè)定各相控制順序，確定各接觸器的投入時間點：設(shè)定所述三相容性負荷投入工作時，按先控制X相，后控制Z相順序，設(shè)定所述三相容性負荷切除工作時，按先控制Z相，后控制X相順序；
①當(dāng)接入三相電源與自行定義的相序相同時，且所述三相容性負荷需投入工作時，在所述整形同步脈沖b上升沿，移相210°(見圖2b)，所述X相接觸器11主接點兩端電壓為過零時刻(見圖2c中A點)，觸發(fā)控制所述X相接觸器11閉合動作，同時進行正相序交叉控制8，經(jīng)延時tα，所述Z相接觸器10主接點兩端電壓為過零時刻(見圖2e中B點)，觸發(fā)控制所述Z相接觸器10閉合動作，其中，所述tα，為三相電源正相序時，一個周波內(nèi)，所述X相等電位電路產(chǎn)生的第一個電位脈沖與所述Z相等電位電路產(chǎn)生的第二個電位脈沖之間的間隔時間，f為電網(wǎng)頻率，單位為赫茲；
②當(dāng)接入三相電源與自行定義的相序相同時，且所述三相容性負荷需切除工作時，由于電壓滯后電流相位90°，因此，在所述整形同步脈沖b上升沿(見圖2b)，經(jīng)移相120°，此時，所述Z相接觸器10通過的電流為過零時刻，觸發(fā)控制所述Z相接觸器10分斷動作，同時進行正相序交叉控制8，并經(jīng)延時t1，所述X相接觸器11通過的電流為過零時刻，觸發(fā)控制所述X相接觸器11分斷動作，其中，所述t1為延時時間，時間單位為秒；
③當(dāng)接入三相電源與自行定義的相序相反時，且所述三相容性負荷需投入工作時，在所述整形同步脈沖b上升沿，移相330°(見圖3b)，所述X相接觸器11主接點兩端電壓為過零時刻(見圖3c中C點)，觸發(fā)控制所述X相接觸器11閉合動作，同時進行反相序交叉控制9，經(jīng)延時tβ，所述Z相接觸器10主接點兩端電壓為過零時刻(見圖3e中D點)，觸發(fā)控制所述Z相接觸器10閉合動作，其中，所述tβ為三相電源反相序時，一個周波內(nèi)，所述X相等電位電路產(chǎn)生的第二個電位脈沖與所述Z相等電位電路產(chǎn)生的第一個電位脈沖之間的間隔時間，
④當(dāng)接入三相電源與自行定義的相序相反時，且所述三相容性負荷需切除工作時，由于電壓滯后電流相位90°，因此，在所述整形同步脈沖b上升沿(見圖3b)，經(jīng)移相60°，所述Z相接觸器11通過的電流為過零時刻，觸發(fā)控制所述Z相接觸器11分斷動作，同時進行反相序交叉控制9，并經(jīng)延時t2，觸發(fā)控制所述X相接觸器10分斷動作，其中，所述t2為延時時間，時間單位為秒。
當(dāng)電網(wǎng)頻率f為50赫茲時，tα＝0.015秒，tβ＝0.005秒，t1＝0.005秒，t2＝0.015秒。
本發(fā)明采用相位交叉和等電位兩種同步采樣，以確保磁保持繼電器兩觸頭之間零電位時投入，實現(xiàn)無涌流接通。切除時，由同步電壓相位確保電容器電流為零時刻切除。且當(dāng)相位交叉失效時，自動轉(zhuǎn)為等電位同步方式。
本發(fā)明適用于三相電路中同步控制單相接觸器(含磁保持繼電器)過零投切容性負荷的應(yīng)用場合。具有響應(yīng)時間快，相鄰兩次投入切除時間不受限制，投入瞬間無涌流，投入瞬間電流波形為正弦波。
本發(fā)明可實現(xiàn)的優(yōu)點：同步精度優(yōu)于50微秒(0.9電角度)，響應(yīng)時間小于40毫秒。在交叉模式下，觸發(fā)時間不受電容殘壓的影響，從而使連續(xù)反復(fù)投切時間間隔縮短到0.5秒，投入瞬間電流為正弦波形；在等電位模式下，觸發(fā)時間受電容殘壓的影響，相鄰兩次投入時間間隔約5秒以內(nèi)。運行時優(yōu)先執(zhí)行交叉模式，當(dāng)交叉模式失效時，自動轉(zhuǎn)為等電位模式(這時投入瞬間電流為脈沖形式)。裝置失效時不會發(fā)生炸裂的嚴(yán)重事故。