一种基于自适应的双向无隙换流的防晃电装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于自适应的双向无隙换流的防晃电装置及方法，该装置包括市电电压幅值检测采样电路、220V电网电压电流相位采样电路、整流模块、直流降压模块电路、单片机主控单元、电源模块、高频变压器输出电路、驱动电路、双向可控硅无隙换流切换主电路和负载电压电流检测电路；本发明专利技术采用交流采样技术实现对电网正弦电压幅值的采样以及对电压电流相位的采样，同时将负相电压转换为正相，将幅值相应的减小至单片机主控单元可承受的范围。采用的基于自适应的双向可控硅无隙换流结构通过平滑续流的方式很好的避免了断流情况的发生，提高了切换可靠性。采用旁路式结构将继电器接入电路中，减少了故障点，同时延长了可控硅的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应的双向无隙换流的防晃电装置及方法
本专利技术属于电网晃电保护
，特别涉及一种基于自适应的双向无隙换流的防晃电装置及方法。
技术介绍
保证接触器不脱扣，防止晃电在整个工厂运行中占相当重要的地位，良好的防晃电装置不仅可以保证负载运行的可靠性和稳定性，而且能够提高电力系统运行的经济性。防晃电技术的提高应从两方面着手，一是晃电判断，二是硬件电路结构。目前采用的晃电判断算法多为基于正弦函数模型的算法，如果被测波形存在少量的畸变或偏移都将导致测量误差，同时算法求解过程复杂，控制芯片运算过程中需要耗费较长时间，阈值的设定没有可靠的理论基础，对调试者的经验依靠度大，可能出现同一系统在本地使用情况良好，在其他地方误动作较多。对于硬件电路结构，现在市场上流行的多为继电器结构的防晃电装置，但是这种类型的防晃电装置在切换过程中会出现断流状况，导致接触器脱扣。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于自适应的双向无隙换流的防晃电装置及方法。本专利技术的技术方案是：一种基于自适应的双向无隙换流的防晃电装置，包括市电电压幅值检测采样电路、220V电网电压电流相位采样电路、整流模块、直流降压模块电路、单片机主控单元、电源模块、高频变压器输出电路、驱动电路、双向可控硅无隙换流切换主电路和负载电压电流检测电路；电源模块是用来为负载提供直流电的备用电源；市电电压幅值检测采样电路的输入端、220V电网电压电流相位采样电路的输入端、整流模块的输入端分别连接至220V电网，市电电压幅值检测采样电路的输出端连接单片机主控单元的A/D采样端口，220V电网电压电流相位采样电路的输出端连接单片机主控单元的电压电流相位采样端口，整流模块的一路输出端连接直流降压模块电路的输入端，直流降压模块电路的输出端连接单片机主控单元的芯片供电端口，驱动电路的输入端连接单片机主控单元的使能信号输出端，整流模块的另一路输出端连接电源模块的输入端，电源模块的输出端连接高频变压器输出电路的输入端，驱动电路的输出端、高频变压器输出电路的输出端连接双向可控硅无隙换流切换主电路的输入端，负载分别连接双向可控硅无隙换流切换主电路的输出端、负载电压电流检测电路、220V电网，负载电压电流检测电路还连接单片机主控单元的采样端口。所述驱动电路包括继电器开关量控制信号驱动隔离模块、双向可控硅控制信号驱动隔离模块；继电器开关量控制信号驱动隔离模块用于实现继电器开关量控制信号与单片机主控单元的驱动信号间的电气隔离，从而完成对双向可控硅无隙换流切换主电路中继电器的驱动；双向可控硅控制信号驱动隔离模块用于驱动双向可控硅无隙换流切换主电路中的交流可控硅晶闸管和直流可控硅晶闸管。所述市电电压幅值检测采样电路用于将220V电网的220V正弦交流电压转换为单片机主控单元能接收的恒为正相的电压，使得220V正弦交流电压的相位为正或负时单片机主控单元均能实时监测到220V电网电压变化。所述220V电网电压电流相位采样电路通过霍尔电流传感器将双向可控硅无隙换流切换主电路的电流相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中，同时220V电网电压电流相位采样电路将220V电网电压的相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中。所述整流模块用于将220V的电网电压整成电压值为5V的直流电压输出至电源模块。所述高频变压器输出电路用来输出+12V的直流电源VDD和-12V的直流电源VEE。所述负载电压电流检测电路用来采集负载上的电压电流值，从而设定双向可控硅无隙换流切换主电路回切的时长。所述单片机主控单元用于根据市电电压幅值检测采样电路的采样信号监测220V电网是否发生晃电：在220V电网发生晃电时，根据220V电网电压电流相位采样电路传来的信号判断此时电流相位，并关断双向可控硅无隙换流切换主电路中交流可控硅晶闸管，开启与当前电流相位对应的直流可控硅晶闸管；在220V电网电压恢复正常时，关断双向可控硅无隙换流切换主电路中的直流可控硅晶闸管，开启与当前电流相位对应的交流可控硅晶闸管。所述双向可控硅无隙换流切换主电路完成220V电网与备用电源的切换：当单片机主控单元监测到220V电网发生晃电时，双向可控硅无隙换流切换主电路在单片机主控单元的指令下快速完成电源切换动作，切换至备用电源为负载提供稳定电压；当220V电网恢复正常工作时，双向可控硅无隙换流切换主电路再切换回220V电网供电，从而实现交流供电与直流供电之间的平滑切换，即无隙换流。所述的基于自适应的双向无隙换流的防晃电装置的控制方法，包括以下步骤：步骤1：负载电压电流检测电路采集负载上的电压电流值，并输入到单片机主控单元中，从而设定双向可控硅无隙换流切换主电路回切的时长；步骤2：市电电压幅值检测采样电路将220V电网的220V正弦交流电压转换为单片机主控单元能接收的恒为正相的电压，输出至单片机主控单元；步骤3：220V电网电压电流相位采样电路通过霍尔电流传感器将双向可控硅无隙换流切换主电路中的电流相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中，同时220V电网电压电流相位采样电路将220V电网电压的相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中；步骤4：整流模块将220V电网电压整流成5V直流电压，输入电源模块，同时整流模块通过直流降压模块将5V直流电压降成3.3V给单片机主控单元供电；步骤5：电源模块通过高频变压器输出电路将5V直流电压转换成+12V直流电压VDD和-12V直流电压VEE给驱动电路和双向可控硅无隙换流切换主电路供电；步骤6：根据市电电压幅值检测采样电路的采样信号监测220V电网是否发生晃电：若220V电网的电压低于标准电压的80％，则判定220V电网发生晃电，执行步骤7；否则，返回步骤1；步骤7：单片机主控单元根据220V电网电压电流相位采样电路传来的信号判断此时电压电流相位，给出使能信号，通过驱动电路关断双向可控硅无隙换流切换主电路中交流可控硅晶闸管，开启与当前电压电流相位对应的直流可控硅晶闸管，切换至备用电源，即电源模块为负载提供稳定电压，从而实现交流供电与直流供电之间的平滑切换，即无隙换流；步骤8：在220V电网电压恢复正常时，单片机主控单元通过驱动电路关断双向可控硅无隙换流切换主电路中的直流可控硅晶闸管，开启与当前电压电流相位对应的交流可控硅晶闸管，双向可控硅无隙换流切换主电路再切换回220V电网供电，从而实现直流供电与交流供电之间的平滑切换，实现晃电保护。有益效果：(1)本专利技术采用交流采样技术，实现对电网正弦电压幅值的采样以及对电压电流相位的采样，同时将负相电压转换为正相，将幅值相应的减小至单片机主控单元可承受的范围，输入单片机主控单元中。(2)本装置采用两进两出的接线结构，可以不改变原有电路的控制方式和接线。(3)采用PIC32MX230F064B高性能芯片作为单片机主控单元，主频达到40MHz，采样时间250us，可以在晃电发生5ms内检测到并且做出切换动作，保证晃电保护的及时性。(4)采用查表比较的晃电检测方法，相比于以往100ms以上的判断时间，本专利技术可在5ms以内作出晃电判断，且准确可靠，大大提高了防晃电保护的反应速度。(5)采用的基于自适应的双向可控硅无隙换流结构通过平滑续流的方式很好的避免了断流情况的发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应的双向无隙换流的防晃电装置，其特征在于，包括市电电压幅值检测采样电路、220V电网电压电流相位采样电路、整流模块、直流降压模块电路、单片机主控单元、电源模块、高频变压器输出电路、驱动电路、双向可控硅无隙换流切换主电路和负载电压电流检测电路；电源模块是用来为负载提供直流电的备用电源；市电电压幅值检测采样电路的输入端、220V电网电压电流相位采样电路的输入端、整流模块的输入端分别连接至220V电网，市电电压幅值检测采样电路的输出端连接单片机主控单元的A/D采样端口，220V电网电压电流相位采样电路的输出端连接单片机主控单元的电压电流相位采样端口，整流模块的一路输出端连接直流降压模块电路的输入端，直流降压模块电路的输出端连接单片机主控单元的芯片供电端口，驱动电路的输入端连接单片机主控单元的使能信号输出端，整流模块的另一路输出端连接电源模块的输入端，电源模块的输出端连接高频变压器输出电路的输入端，驱动电路的输出端、高频变压器输出电路的输出端连接双向可控硅无隙换流切换主电路的输入端，负载分别连接双向可控硅无隙换流切换主电路的输出端、负载电压电流检测电路、220V电网，负载电压电流检测电路还连接单片机主控单元的采样端口。...

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应的双向无隙换流的防晃电装置，包括整流模块、直流降压模块电路、单片机主控单元、电源模块、驱动电路；电源模块是用来为负载提供直流电的备用电源；整流模块的一路输出端连接直流降压模块电路的输入端，直流降压模块电路的输出端连接单片机主控单元的芯片供电端口，驱动电路的输入端连接单片机主控单元的使能信号输出端，整流模块的另一路输出端连接电源模块的输入端，电源模块的输出端连接高频变压器输出电路的输入端；其特征在于，该装置还包括市电电压幅值检测采样电路、220V电网电压电流相位采样电路、高频变压器输出电路、双向可控硅无隙换流切换主电路和负载电压电流检测电路；市电电压幅值检测采样电路用于将220V电网的220V正弦交流电压转换为单片机主控单元能接收的恒为正相的电压，使得220V正弦交流电压的相位为正或负时单片机主控单元均能实时监测到220V电网电压变化；市电电压幅值检测采样电路的输入端与火线LIVE相连，火线LIVE依次串联三个分压电阻后再依次串联两个反向相连的稳压二极管，再接至地GND；双通道运算放大器一端连接至单片机主控单元，另一端连接至分压电阻与两个反向相连的稳压二极管的串联处，双通道运算放大器连接有比例电阻，同时双通道运算放大器通过连接滤波电容滤除50Hz以外的高频交流电；220V电网电压电流相位采样电路通过霍尔电流传感器将双向可控硅无隙换流切换主电路的电流相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中，同时220V电网电压电流相位采样电路将220V电网电压的相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中；220V电网电压电流相位采样电路中，将双向可控硅无隙换流切换主电路的一根导线穿过霍尔电流传感器，在霍尔电流传感器的两端并联电阻R33，霍尔电流传感器与两通道比较器连接，两通道比较器连接电容C9后接地，滤除50Hz的交流电流，两通道比较器连接有放大信号的两个串联电阻，使得两通道比较器的电压抬升6V，两通道比较器通过上拉电阻R11接至3.3V的直流电压源VCC；220V电网电压电流相位采样电路通过霍尔电流传感器将双向可控硅无隙换流切换主电路的电流相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中，同时220V电网电压电流相位采样电路将220V电网电压的相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中；双向可控硅无隙换流切换主电路中，火线LIVE接电容C41再接至零线NEUTRAL，零线与地连接；直流可控硅晶闸管Q4的正极接+12V直流电源VDD，直流可控硅晶闸管Q6的负极接-12V直流电源VEE，Q4的负极与Q6的正极相接,再连接到电感L3的一端上，电感L3的另一端接至交流可控硅晶闸管Q3的负极；双向可控硅无隙换流切换主电路完成220V电网与备用电源的切换：当单片机主控单元监测到220V电网发生晃电时，双向可控硅无隙换流切换主电路在单片机主控单元的指令下快速完成电源切换动作，切换至备用电源为负载提供稳定电源；当220V电网恢复正常工作时，双向可控硅无隙换流切换主电路再切换回220V电网供电，从而实现交流供电与直流供电之间的平滑切换，即无隙换流；双向可控硅无隙换流切换主电路的采用旁路式结构将继电器并在交流可控硅两端，两个交流可控硅反向并联，两个直流可控硅反向并联，经过电感与反向并联的两个交流可控硅连接；负载电压电流检测电路用来采集负载上的电压电流值，从而设定双向可控硅无隙换流切换主电路回切的时长；高频变压器输出电路用来输出+12V的直流电源VDD和-12V的直流电源VEE；市电电压幅值检测采样电路的输入端、220V电网电压电流相位采样电路的输入端、整流模块的输入端分别连接至220V电网，市电电压幅值检测采样电路的输出端连接单...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东升，张化光，吴军锋，曾俊彦，何涛，张汉卿，洪欢，崔超奇，
申请(专利权)人：东北大学，沈阳睿捷电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21