專利名稱：一種用于電壓跌落保護的智能裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及器械智能控制領域，特別是一種用于電壓跌落保護的智能裝置。
背景技術：
隨著社會的發(fā)展和技術的進步，新技術產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)，電力用戶比以往任何時候 都更加關注電能質(zhì)量的問題。對于大型鋼鐵企業(yè)，石化企業(yè)，化工企業(yè)等，由于電網(wǎng)質(zhì)量問 題引起電機故障所造成的經(jīng)濟損失影響巨大。電力系統(tǒng)在運行時會遇到多種故障，由于雷 擊、短路故障重合閘、企業(yè)外部或內(nèi)部電網(wǎng)故障、大型設備起動等原因，造成電壓瞬間較大 幅度波動或者短時斷電又恢復，這種電壓暫時跌落的現(xiàn)象對用戶影響很大，尤其是連續(xù)工 作的重要領域。當電壓突然跌落時，目前系統(tǒng)中常常采用延時斷電的運行方式，這種方式延時時 間常常是固定的，或者采用雙電源供電的工作方式，這種方式成本高，應用場合受到限制。 目前市面上有少數(shù)針對電壓跌落的保護產(chǎn)品，如抗晃電交流接觸器、抗晃電延時模塊、抗晃 電電動機智能控制器等?？够坞娊涣鹘佑|器必須要針對不同型號接觸器設計不同的抗晃電 模塊，由于交流接觸器種類繁多，必須要專門的接觸器廠家才能夠生產(chǎn)，并且還會影響交流 接觸器的安裝位置，使其推廣受到一定的限制。目前，市面上與控制電器配套的抗晃電延時 模塊，生產(chǎn)廠家少、控制線路多采用繼電器控制方案，存在切換過程接觸器觸點抖動、動作 不可靠等問題，也急需改進。因此，研制一種適用范圍廣、通用性強、工作可靠、性價比高的 電壓跌落保護智能模塊，與系列電磁式交流接觸器配合使用，將具有廣泛的應用前景。電磁式交流接觸器是一種量大、面廣的電器產(chǎn)品，它是一種用來接通或斷開帶負 載的交流主電路或大容量控制電路的自動化切換器。當電路發(fā)生電壓突然跌落情況時，交 流接觸器可能會因不穩(wěn)定電壓而頻繁接通或分斷，將對電路造成很大的影響。隨著電力電 子技術、計算機技術、智能電器控制技術的飛速發(fā)展，低壓電器的智能控制與保護技術得到 全面的關注，在不改變電器結構的前提下，設計對應的智能模塊，與電器本體結合，完成各 種控制與保護功能成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是在電網(wǎng)電壓突然跌落時，智能裝置控制交流接觸器維持吸持狀態(tài)、 不發(fā)生電壓跌落時交流接觸器正常分斷。該裝置具有體積小、適應范圍寬(適應全系列電磁 式交流接觸器)、降壓直流起動、直流低電壓保持、節(jié)能無聲運行等特點。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種用于電壓跌落保護的智能裝置，包括并接于交流市電 的大功率整流電路Dl和整流電路D2，其特征在于所述大功率整流電路Dl的輸出電源一 路經(jīng)一直流降壓模塊Rl后，通過第一開關管A加在交流接觸器的線圈C上，所述線圈C設 置有一用于判斷交流接觸器狀態(tài)的鉗位控制電路I，所述鉗位控制電路I的輸出端經(jīng)一轉(zhuǎn) 換控制電路J與單片機S連接；所述大功率整流電路Dl的輸出電源的另一路經(jīng)一開關管模 塊K與一開關電源模塊M連接，所述開關電源模塊M包括四路輸出，其第一路輸出經(jīng)第一穩(wěn)壓電路Pl和電壓調(diào)整模塊R2和第二開關管B施加在接觸器線圈回路；第二路輸出經(jīng)第二 穩(wěn)壓電路P2為后備電源充電模塊U充電；第三路輸出經(jīng)一偏置電源P3和第一、第二開關管 的驅(qū)動模塊T相連；第四路輸出經(jīng)電壓調(diào)整模塊P4為單片機供電；所述電壓調(diào)整模塊P4的 輸出端連接有電源反饋模塊N，所述電源反饋模塊N的輸出端與所述開關管模塊K相連；所 述單片機S的輸出端連接有第一開關管A的第一控制模塊E和第二開關管B的第二控制模 塊F ；所述的單片機S的另一輸出端還經(jīng)電壓跌落轉(zhuǎn)換模塊Q控制電壓跌落控制模塊L來 啟動為線圈回路提供后備電源的后備電源模塊0，所述的后備電源模塊O還經(jīng)一降壓模塊V 為所述單片機S供電；所述單片機S還連接有采集整流電路D2輸出信號的采樣模塊H和人 機交互、報警模塊Si。本發(fā)明具有如下優(yōu)點 (1)直流降壓起動功能。根據(jù)直流高電壓起動、低電壓保持的控制特點，設計了起動回 路的降壓起動控制模式，該降壓模塊可以大大減小在起動過程中對交流接觸器所造成的沖 擊作用，尤其減輕了開關管A的工作負擔，使控制模塊的適應范圍大幅度得到拓展，在節(jié)能 控制模塊和智能交流接觸器的控制模塊中，均可以采用此原理；
(2)電壓跌落保護功能。當電路中發(fā)生電壓跌落事故時，通過控制模塊控制交流接觸器 保持在吸持狀態(tài)，正常情況下分斷，不起動后備電源續(xù)流回路，接觸器快速分斷；
(3)直流吸持可調(diào)功能。根據(jù)不同型號交流接觸器的線圈、鐵心參數(shù)，自行設計和調(diào)整 接觸器的吸持直流電壓，模塊適應范圍廣；
(4)具有快速分斷的點動控制功能。由于采用智能模塊控制以后，交流接觸器的起動和 停止時間均被延長，這是目前智能化交流接觸器的一個通病，在遇到點動、快速動作的場合 將無法滿足要求，模塊設計了鉗位控制電路和轉(zhuǎn)換控制電路，在需要快速分斷接觸器的場 合，直接使接觸器進入快速分斷工作模式；
(5)具有顯示、報警、保護時間可調(diào)的功能。在面板上，起動降壓模塊、保持電壓模塊、電 壓跌落延時時間等參數(shù)均可以調(diào)節(jié)和設置，并具有正常運行指示和故障報警功能。


圖1是本發(fā)明的電路原理框圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于電壓跌落保護的智能裝置，包括并接于交流市 電的大功率整流電路Dl和整流電路D2，其特征在于所述大功率整流電路Dl的輸出電源 一路經(jīng)一直流降壓模塊Rl后，通過第一開關管A加在交流接觸器的線圈C上，所述線圈C 設置有一用于判斷交流接觸器狀態(tài)的鉗位控制電路I，所述鉗位控制電路I的輸出端經(jīng)一 轉(zhuǎn)換控制電路J與單片機S連接；所述大功率整流電路Dl的輸出電源的另一路經(jīng)一開關管 模塊K與一開關電源模塊M連接，所述開關電源模塊M包括四路輸出，其第一路輸出經(jīng)第一 穩(wěn)壓電路Pl和電壓調(diào)整模塊R2和第二開關管B施加在接觸器線圈回路；第二路輸出經(jīng)第 二穩(wěn)壓電路P2為后備電源充電模塊U充電；第三路輸出經(jīng)一偏置電源P3和第一、第二開關 管的驅(qū)動模塊T相連；第四路輸出經(jīng)電壓調(diào)整模塊P4為單片機供電；所述電壓調(diào)整模塊P4 的輸出端連接有電源反饋模塊N，所述電源反饋模塊N的輸出端與所述開關管模塊K相連；所述單片機S的輸出端連接有第一開關管A的第一控制模塊E和第二開關管B的第二控制 模塊F;所述的單片機S的另一輸出端還經(jīng)電壓跌落轉(zhuǎn)換模塊Q控制電壓跌落控制模塊L來 啟動為線圈回路提供后備電源的后備電源模塊0，所述的后備電源模塊0還經(jīng)一降壓模塊V 為所述單片機S供電；所述單片機S還連接有采集整流電路D2輸出信號的采樣模塊H和人 機交互、報警模塊Si。為了讓一般技術人員更清楚的了解本發(fā)明，下面結合附圖對本發(fā)明的工作原理進 行說明
如圖1所示，交流220V電源從1、2兩端分兩路輸入，一路提供給整流電路D2，通過采 樣模塊H，直接對電源電壓進行采樣。這種采樣方式大大減少了開關電源對采樣電壓的干 擾和影響，提高了系統(tǒng)的運行可靠性。采樣電壓7輸入單片機系統(tǒng)S中，由單片機系統(tǒng)判斷 電源電壓情況，如果在交流接觸器正常工作電壓范圍內(nèi)，由單片機系統(tǒng)發(fā)出指令，通過控制 信號3給驅(qū)動控制模塊E施加高電平，開關管A導通，此時交流接觸器進入直流高電壓起動 階段。在這個階段中，有一個重要的模塊，即直流降壓模塊R1，這個模塊為本發(fā)明的重要模 塊和特色之一。當交流接觸器屬于直流起動、直流保持的工作狀態(tài)時，在電磁機構中，磁抗 和電感量發(fā)生了很大的變化，使電流值大幅度增加，如果對于大容量的交流接觸器電磁機 構來說，其起動電流非常大，因此，第一開關管A無法滿足大容量交流接觸器的控制要求， 而變成直流起動的工作方式以后，只要其機構的等效磁勢能夠滿足電磁機構的起動磁勢要 求，就可以正常工作。因此，設計了直流降壓模塊電路，此模塊可以根據(jù)需要設置不同的降 壓檔位，通過顯示模塊Sl面板上的切換開關，實現(xiàn)起動電壓的調(diào)整。雖然，在起動回路中加 入了降壓模塊，但是由于直流高電壓起動階段時間很短，一般在幾十毫秒之內(nèi)，當接觸器可 靠吸合以后，單片機系統(tǒng)將起動直流保持回路、切斷起動回路，因此不會造成電路損耗明顯 增加，還可以大大降低第一開關管A的容量和成本，適應不同容量的交流接觸器控制需求， 模塊應用范圍廣。交流220V電源的另一路經(jīng)過大功率整流電路Dl整流、濾波以后，變成直流電源， 分成如下兩路
(1)交流接觸器的高電壓起動電源。此電源經(jīng)過直流降壓模塊Rl后，通過第一開關管 A加在交流接觸器的線圈上，G1、G2為保護電路。在交流接觸器的運行過程中，常常會遇到 需要快速切斷電路或點動控制的控制狀態(tài)，這對于采用智能控制模塊的交流接觸器系統(tǒng)來 說是困難的，采用智能控制以后的接觸器往往起動和分斷都需要一定的時間。因此，本發(fā)明 給交流接觸器的線圈設計了一個鉗位控制電路I，該電路的功能為判斷交流接觸器是否處 于吸合狀態(tài)，如果交流接觸器處于吸合狀態(tài)，線圈回路有電，那么該鉗位電路將輸出一個信 號給轉(zhuǎn)換控制電路J，該電路將給單片機發(fā)出控制指令5，單片機系統(tǒng)接到指令5的信號后， 所有的控制程序正常運行；反之，如果交流接觸器處于分斷狀態(tài)，即接觸器的電磁機構處于 斷電狀態(tài)，該鉗位控制電路將使單片機系統(tǒng)自動復位，實現(xiàn)瞬間的強制關斷，實現(xiàn)接觸器的 快速分斷或?qū)崿F(xiàn)點動控制，不起動電壓跌落保護程序。(2)本實施例子中，所述的開關電源模塊采用了基于TinySwith-III單片開關電源 芯片TNY280PN的寬電壓輸入高頻開關電源設計。TNY280YN具有寬范圍電壓輸入、欠壓保 護、過電壓保護、過熱保護、限流保護、功率開關管自適應等功能?？刂颇K一旦出現(xiàn)故障， 例如過載、短路或開環(huán)情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)自動關斷開關電源的保護功能，待系統(tǒng)恢復正常，又能夠?qū)崿F(xiàn)自動重啟動，該電源模塊具有良好的保護功能，性能穩(wěn)定，N為開關電源的反饋 電路。該開關電源模塊有四路電源輸出。Pl為直流低電壓保持電路的電源，該電路通過電 壓調(diào)整模塊R2施加在接觸器線圈回路。同樣，電壓調(diào)整模塊R2也是本發(fā)明的一個特別之 處，通過這個模塊可以調(diào)整接觸器的吸持控制電壓，以適應不同的交流接觸器，在面板上這 個模塊也可以設定和調(diào)整。當交流接觸器可靠吸合以后，單片機系統(tǒng)關斷控制信號3、打開 控制信號4，使第一開關管A關斷，開關管B開啟，交流接觸器進入直流低電壓保持階段，F(xiàn) 為第二開關管B的控制模塊，控制開關管B的導通與關斷。P2為后備電源模塊U所需的電源電壓，P2與后備電源模塊U相連接，模塊U中含 有充電電池和全自動充電電路。全自動充電電路由單片機控制系統(tǒng)監(jiān)測和起動。
本發(fā)明的單片機系統(tǒng)可以有兩種運行控制模式(1)采用雙CPU的控制方案，在此 方案中，后備電源充電系統(tǒng)單獨采用一片芯片控制，該充電系統(tǒng)可以實時監(jiān)測后備電源的 電量，一旦發(fā)現(xiàn)電量不足，就啟動充電控制回路，對電池實時充電，保證電池的電量在正常 范圍內(nèi)。主單片機系統(tǒng)實現(xiàn)直流降壓高電壓起動、低電壓保持、電壓跌落控制保護、顯示報 警、節(jié)能無聲運行控制。該方案控制靈活、工作可靠。(2)采用單CPU的運行模式。方案中 采用一片單片機，該單片機系統(tǒng)對系統(tǒng)電壓和后備電源交錯采樣，模塊的所有運行指令均 由一個單片機系統(tǒng)來控制。此方案程序設計相對復雜，并且設計中必須考慮系統(tǒng)間的相互 干擾問題和協(xié)調(diào)配合問題。本實施例子中，電壓跌落保護模塊采用雙CUP的控制模式。當檢測到電源電壓低于交流接觸器工作電壓時，單片機系統(tǒng)關斷控制信號4、開啟 控制信號6，電壓跌落轉(zhuǎn)換模塊Q開始工作，觸發(fā)電壓跌落控制模塊L，起動后備電源供電模 式，0為提供給線圈回路的后備電源，由于此時電源電壓供電不正常，因此后備電源還必須 為單片機系統(tǒng)S供電，后備電源0經(jīng)過降壓控制模塊V后產(chǎn)生一個合適的電源，為單片機系 統(tǒng)供電。P3為大功率開關管A和B的偏置電壓，該電源與其余電源模塊不能共地。P4為單片機系統(tǒng)的電源。在電源電壓處于正常值時，單片機系統(tǒng)由P4供電，后備 電源系統(tǒng)始終處于備用狀態(tài)，電池完全與電路隔離，除了自放電現(xiàn)象，不存在其他任何電能 的消耗。一旦發(fā)生電壓跌落故障，起動后備電源供電。開關電源采用自主設計的屏蔽繞組高頻變壓器，采用堆疊式繞法，不僅節(jié)省導線， 減少體積和成本，還可以增強繞組之間互感量，增加耦合程度；同時屏蔽繞組能夠增強抗干 擾的能力，防止高頻干擾向空間輻射，系統(tǒng)工作性能更加可靠。顯示模塊Sl具有電壓跌落故障保護時間可調(diào)、故障報警、正常運行指示、起動降 壓模塊可調(diào)、吸持電壓可調(diào)等功能。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與 修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
一種用于電壓跌落保護的智能裝置，包括并接于交流市電的大功率整流電路(D1)和整流電路(D2)，其特征在于所述大功率整流電路(D1)的輸出電源一路經(jīng)一直流降壓模塊(R1)后，通過第一開關管(A)加在交流接觸器的線圈(C)上，所述線圈(C)設置有一用于判斷交流接觸器狀態(tài)的鉗位控制電路(I)，所述鉗位控制電路(I)的輸出端經(jīng)一轉(zhuǎn)換控制電路(J)與單片機(S)連接；所述大功率整流電路(D1)的輸出電源的另一路經(jīng)一開關管模塊(K)與一開關電源模塊(M)連接，所述開關電源模塊(M)包括四路輸出，其第一路輸出經(jīng)第一穩(wěn)壓電路(P1)和電壓調(diào)整模塊(R2)和第二開關管(B)施加在接觸器線圈回路；第二路輸出經(jīng)第二穩(wěn)壓電路(P2)為后備電源充電模塊(U)充電；第三路輸出經(jīng)一偏置電源(P3)和第一、第二開關管的驅(qū)動模塊(T)相連；第四路輸出經(jīng)電壓調(diào)整模塊(P4)為單片機供電；所述電壓調(diào)整模塊(P4)的輸出端連接有電源反饋模塊(N)，所述電源反饋模塊(N)的輸出端與所述開關管模塊(K)相連；所述單片機(S)的輸出端連接有第一開關管(A)的第一控制模塊(E)和第二開關管(B)的第二控制模塊(F)；所述的單片機(S)的另一輸出端還經(jīng)電壓跌落轉(zhuǎn)換模塊(Q)控制電壓跌落控制模塊(L)來啟動為線圈回路提供后備電源的后備電源模塊(O)，所述的后備電源模塊(O)還經(jīng)一降壓模塊(V)為所述單片機(S)供電；所述單片機(S)還連接有采集整流電路(D2)輸出信號的采樣模塊(H)和人機交互、報警模塊(S1)。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于電壓跌落保護的智能裝置，其特征在于所述的開關電 源模塊(M)采用基于TinySwith-III單片開關電源芯片TNY280PN的寬電壓輸入高頻開關電 源設計。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于電壓跌落保護的智能裝置，其特征在于所述的開關電 源模塊采用屏蔽繞組高頻變壓器，繞組采用堆疊式繞法。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于電壓跌落保護的智能裝置，其特征在于所述的大功率 整流電路(Dl)的輸出端設置有第一保護電路(Gl)。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于電壓跌落保護的智能裝置，其特征在于所述的接觸器 線圈回路設置有第二保護電路(G2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電壓跌落保護的智能裝置，適應全系列電磁式交流接觸器的電壓跌落保護智能模塊，該模塊無需改變交流接觸器結構，采用開關電源的供電模式，降壓直流起動、低電壓直流保持、節(jié)能無聲運行，具有故障顯示、報警、保護時間可調(diào)、通用性強等特點。
文檔編號H02H3/24GK101976880SQ201010540260
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權日2010年11月11日
發(fā)明者湯龍飛, 蘇晶晶, 許志紅 申請人:福州大學