一种新型防晃电失压再启装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种新型防晃电失压再启装置及其控制方法。

背景技术：

交流接触器通常用于交流电路中，其利用线圈流过的电流产生磁场，从而使触头闭合，以达到控制负载电器的目的。通电后，线圈会产生强大的磁场，使电磁系统中的静铁芯产生电磁吸引衔铁，并带动触头做出开关或闭合的动作，断电时，磁力消失，触头又恢复到原样：常闭则闭合，常开则开。传统的交流接触器电路在使用的过程中，由于供电系统的不稳定会发生瞬间失压的现象，导致接触器在运行时突然释放，影响了负载电路的安全稳定运行，给连续生产型企业带来了巨大的经济损失和安全隐患。

为了解决这一技术问题，现有技术在供电系统发生晃点时，切换接触器的电源，在检测到供电系统电压恢复后，再次切换接触器的电源，使该供电系统重新给接触器供电，并立即控制接触器合闸，这种解决方式具有以下缺点：不具备快速恢复供电和延时供电这两个要求；晃电时接触器已经断开，此时电机的残压会按照一定的规律自我衰减，在供电系统电压恢复后，接触器立即合闸有可能造成电机的残压和母线电压反相位合闸，引起很大的冲击电流，严重时会烧毁电机或拉跨系统电压。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够在晃电持续时间较短时快速同步合闸接触器，在冲击电流过大时延时分批延时启动电机的新型防晃电失压再启装置及其控制方法及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种新型防晃电失压再启装置，包括：

用于提供电能的电源转换与储能单元；

用于分别采集接触器的控制电压、母线电压、电机电压和接触器线圈的控制电流的模拟量采集单元；

用于采集接触器的辅助位置信息、进线断路器的辅助位置信息以及电机保护装置的跳闸动作信号接点情况的开关量采集单元；

用于控制接触器合闸和指示所述新型防晃电失压再启装置运行状态的继电器输出单元；

用于控制整个电路工作的中央处理单元，所述中央处理单元分别与所述电源转换与储能单元、模拟量采集单元、开关量采集单元和继电器输出单元电性连接。

优选的，所述电源转换与储能单元包括依次连接的AC/DC转换单元、超级电容储能单元、线性稳压器和DC/DC转换单元。

优选的，所述模拟量采集单元包括三个电压变换器和一个电流变换器，每一个所述电压变换器均包括主线圈和副线圈，其中，第一个电压变换器的主线圈接入交流电电压，第二个电压变换器的主线圈接入母线电压，第三个电压变换器的主线圈接入电机电压，且所有所述电压变换器的副线圈均连接在中央处理单元与地线之间，所述电流变换器的输入端接入接触器线圈的控制电流，电流变换器的输出端与中央处理单元连接。

优选的，所述开关量采集单元包括三个子采集单元，每一个所述子采集单元包括光耦、第二至第四电阻和电容，所述光耦包括发光二极管和光敏三极管，所述光敏三极管的集电极与所述线性电源的输出端连接，光敏三极管的发射极与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端接地，光敏三极管的发射极与所述中央处理单元连接，所述发光二极管的阴极和阳极之间并联连接有电容和第二电阻，发光二极管的阴极接地，发光二极管的阳极与第三电阻的第一端连接，第三电阻的第二端形成所述子采集单元的输入端；其中，第一个所述子采集单元的输入端采集接触器的辅助位置信息，第二个所述子采集单元的输入端采集进线断路器的辅助位置信息，第三个所述子采集单元的输入端采集电机保护装置的跳闸动作信号接点情况。

优选的，所述继电器输出单元包括三个子控制单元，每一个子控制单元包括第五电阻、三极管和继电器，所述继电器包括线圈和动合开关，所述第五电阻的第一端与中央处理单元连接，第五电阻的第二端与三极管的基极连接，三极管的集电极与AC/DC转换单元的输出端连接，三极管的发射极与线圈的第一端连接，线圈的第二端接地；其中，第一个子控制单元中的动合开关串联连接在接触器线圈所在的电路中，第二个、第三个子控制单元中的动合开关分别串联连接在指示电路中。

本发明还提供一种所述的新型防晃电失压再启装置的控制方法，包括以下步骤：

A)初始化中央处理单元；

B)执行模拟量、开关量读取与计算逻辑；

C)执行设备运行与接触器合闸时间检测逻辑；

D)执行晃点识别与检同步再启动逻辑；

E)执行长延时再启动逻辑。

优选的，所述模拟量、开关量读取与计算逻辑包括以下步骤：

A1)读取接触器的控制电压采集值并存入中央处理单元的数据缓冲区内；

B1)读取接触器线圈的控制电流采集值并存入中央处理单元的数据缓冲区内；

C1)读取母线电压采集值并存入中央处理单元的数据缓冲区内；

D1)读取电机电压采集值并存入中央处理单元的数据缓冲区内；

E1)计算接触器的控制电压采集值的幅值；

F1)计算接触器线圈的控制电流采集值的幅值；

G1)计算母线电压采集值的幅值；

H1)计算电机电压采集值的幅值；

I1)根据母线电压采集值和电机电压采集值计算母线电压与电机电压的压差、相角差和频率差；

J1)读取接触器的辅助位置信息、进线断路器的辅助位置信息以及电机保护装置的跳闸动作信号接点情况这三个开关量的状态。

优选的，所述设备运行与接触器合闸时间检测逻辑包括以下步骤：

A2)判断设备运行标志是否置1，若是，进入下一步，若否，进入步骤G2)；

B2)判断晃点识别标志是否为1，若是，逻辑结束，若否，进入下一步；

C2)判断接触器辅助位置对应的开关量是否为“分”状态，若是，进入步骤F2)，若否，进入下一步；

D2)判断断路器辅助位置对应的开关量是否为由“合”变为“分”，若是，进入步骤F2)，若否，进入下一步；

E2)判断电机保护装置的跳闸动作信号接点对应的开关量是否为由“分”变为“合”，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

F2)将设备运行标志清零，将接触器电流突变标志清零，逻辑结束；

G2)判断触器电流突变标志是否置1，若是，进入步骤I2)，若否，进入下一步；

H2)判断接触器线圈的控制电流是否突变超过20％接触器线圈的控制电流值；若否，逻辑结束，若是，将合闸时间检测计数器清零，合闸时间检测计数器自动累加计数，将接触器电流突变标志置1，逻辑结束；

I2)判断接触器辅助位置对应的开关量是否为“合”状态，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

J2)将合闸时间存入中央处理单元的合闸时间缓冲区；

K2)读取若干个合闸时间的数值并计算合闸时间平均值；

L2)将设备运行标志置1，逻辑结束。

优选的，所述晃点识别与检同步再启动逻辑包括以下步骤：

A3)判断设备运行标志是否置1，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

B3)判断晃点识别标志是否置1，若是，进入步骤E3)，若否，进入下一步；

C3)判断接触器的控制电压采集值的幅值是否突变降低20％设定的电压定值或者小于80％设定的电压定值,若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

D3)判断接触器辅助位置对应的开关量是否为“分”状态，若否，逻辑结束，若是，将电压跌落时间计数器清零，将晃点识别标志置1，逻辑结束；

E3)电压跌落时间计数器的计数加1，判断电压跌落时间计数器的计数总时间是否大于晃点设定的时间；若是，将晃点识别标志清零，将长延时再启动标志清零，逻辑结束，若否，进入下一步；

F3)判断长延时再启动标志是否置1，若是，逻辑结束，若否，进入下一步；

G3)判断接触器的控制电压采集值的幅值是否大于晃点恢复电压设定值，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

H3)判断母线电压与电机电压的压差是否小于再启压差设定值，若否，将长延时再启动标志置1，将长延时再启动计数器清零，逻辑结束，若是，进入下一步；

I3)判断母线电压与电机电压的频率差是否小于再启频差设定值，若否，将长延时再启动标志置1，将长延时再启动计数器清零，逻辑结束，若是，进入下一步；

J3)计算接触器预合闸角差；

K3)判断接触器预合闸角差是否小于再启角差设定值，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

L3)控制第一个子控制单元中的继电器线圈通电，使接触器合闸，将晃电识别标志清零，逻辑结束。

优选的，所述长延时再启动逻辑包括以下步骤：

A4)判断设备运行标志是否置1，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

B4)判断晃点识别标志是否置1，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

C4)判断长延时再启动标志是否置1，若否，将长延时再启动计数器清零，逻辑结束，若是，进入下一步；

D4)判断接触器的控制电压采集值的幅值是否大于晃点恢复电压设定值，若否，将长延时再启动计数器清零，逻辑结束，若是，进入下一步；

E4)长延时再启动计数器加1；

F4)判断长延时再启动计数器的计数时间是否大于长延时定值，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

G4)控制第一个子控制单元中的继电器线圈通电，使接触器合闸，将晃电识别标志清零，将长延时再启动标志清零，逻辑结束。

与现有技术相比，本发明新型防晃电失压再启装置及其控制方法的有益效果在于：本发明在电路系统电压发生晃电再恢复后，通过检测母线电压与电机的残余电压进行角差、压差和频差的计算，在满足设定值时按自动测得的接触器合闸时间，提前发出合接触器脉冲，保证再启动接触器时系统与电机的残压与母线电压同步合闸，减小冲击电流；当电机的残压衰减过快无法满足再同步合闸时，采用长延时的方式使接触器合闸，保证分批再启动电动机，避免了群启电机对电路系统的冲击。

附图说明

图1为本发明所述新型防晃电失压再启装置的电路原理图；

图2为本发明所述新型防晃电失压再启装置的控制方法的主逻辑框图；

图3为本发明所述模拟量、开关量读取与计算逻辑的框图；

图4为本发明所述设备运行与接触器合闸时间检测逻辑的框图；

图5为本发明所述晃点识别与检同步再启动逻辑的框图；

图6为本发明所述长延时再启动逻辑的框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

请参阅图1至图6所示，本发明提供一种新型防晃电失压再启装置及其控制方法，包括：

一种新型防晃电失压再启装置，包括：

用于提供电能的电源转换与储能单元1；

用于分别采集接触器的控制电压、母线电压、电机电压和接触器线圈的控制电流的模拟量采集单元2；

用于采集接触器的辅助位置信息、进线断路器的辅助位置信息以及电机保护装置的跳闸动作信号接点情况的开关量采集单元3；

用于控制接触器合闸和指示所述新型防晃电失压再启装置运行状态的继电器输出单元4；

用于控制整个电路工作的中央处理单元，所述中央处理单元包括微处理器及其外围电路，所述中央处理单元分别与所述电源转换与储能单元1、模拟量采集单元2、开关量采集单元3和继电器输出单元4电性连接。

在本发明中，所述电源转换与储能单元1包括依次连接的AC/DC转换单元、超级电容储能单元、线性稳压器和DC/DC转换单元。所述AC/DC转换单元将市电转换成直流电，并给超级电容储能单元进行充电。如图1所示，所述超级电容储能单元由三个超级电容C1-C3、一个限流电阻R1和一个二极管D1组成。所述线性稳压器对直流电进行处理后给中央处理单元和开关量采集单元3供电，所述DC/DC转换单元对直流电进行处理后给开关量所在回路供电。当系统不晃电时，AC/DC转换单元给整个装置供电，当系统晃电时，超级电容储能单元中的电能给整个装置供电。

此外，所述模拟量采集单元2包括三个电压变换器TV1-TV3和一个电流变换器TA1，每一个所述电压变换器均包括主线圈和副线圈，其中，第一个电压变换器TV1的主线圈接入交流电电压(即接触器的控制电压)，第二个电压变换器TV2的主线圈接入母线电压，第三个电压变换器TV3的主线圈接入电机电压，且所有所述电压变换器的副线圈均连接在中央处理单元与地线之间，所述电流变换器TA1的输入端接入接触器线圈的控制电流，电流变换器TA1的输出端与中央处理单元连接。第一个电压变换器TV1的输出电压为AUL，第二个电压变换器TV2的输出电压为AUS，第三个电压变换器TV3的输出电压为AUM，电流变换器TA1将外部电流转换成弱电压，其输出电压为AIK。AUL、AUS、AUM和AIK进入中央处理单元中通过模数转换器转换成数字信号，经过计算得出对应的幅值大小UL、US、UM、IK，并根据这些数据计算出母线电压US与电机残压UM之间的相交差DJ，幅值差DU和频率差DF。

在本发明中，所述开关量采集单元3包括三个子采集单元，每一个所述子采集单元包括光耦、第二至第四电阻R2-R4和电容，所述光耦包括发光二极管和光敏三极管，所述光敏三极管的集电极与所述线性电源的输出端连接，光敏三极管的发射极与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端接地，光敏三极管的发射极与所述中央处理单元连接，所述发光二极管的阴极和阳极之间并联连接有电容和第二电阻R2，发光二极管的阴极接地，发光二极管的阳极与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端形成所述子采集单元的输入端；其中，第一个所述子采集单元的输入端采集接触器的辅助位置信息KM，第二个所述子采集单元的输入端采集进线断路器的辅助位置信息QF，第三个所述子采集单元的输入端采集电机保护装置的跳闸动作信号接点情况TP。

所述继电器输出单元4包括三个子控制单元，每一个子控制单元包括第五电阻R5、三极管和继电器，所述继电器包括线圈和动合开关，所述第五电阻R5的第一端与中央处理单元连接，第五电阻R5的第二端与三极管的基极连接，三极管的集电极与AC/DC转换单元的输出端连接，三极管的发射极与线圈的第一端连接，线圈的第二端接地；其中，第一个子控制单元中的动合开关串联连接在接触器线圈所在的电路中，第二个、第三个子控制单元中的动合开关分别串联连接在指示电路中。

本发明还提供一种所述新型防晃电失压再启装置的控制方法，包括以下步骤：

A)初始化中央处理单元；

B)执行模拟量、开关量读取与计算逻辑；

C)执行设备运行与接触器合闸时间检测逻辑；

D)执行晃点识别与检同步再启动逻辑；

E)执行长延时再启动逻辑。

其中，所述模拟量、开关量读取与计算逻辑包括以下步骤：

A1)读取接触器的控制电压采集值并存入中央处理单元的数据缓冲区内；

B1)读取接触器线圈的控制电流采集值并存入中央处理单元的数据缓冲区内；

C1)读取母线电压采集值并存入中央处理单元的数据缓冲区内；

D1)读取电机电压采集值并存入中央处理单元的数据缓冲区内；

E1)计算接触器的控制电压采集值的幅值；

F1)计算接触器线圈的控制电流采集值的幅值；

G1)计算母线电压采集值的幅值；

H1)计算电机电压采集值的幅值；

I1)根据母线电压采集值和电机电压采集值计算母线电压与电机电压的压差、相角差和频率差；

J1)读取接触器的辅助位置信息、进线断路器的辅助位置信息以及电机保护装置的跳闸动作信号接点情况这三个开关量的状态。

所述设备运行与接触器合闸时间检测逻辑包括以下步骤：

A2)判断设备运行标志是否置1，若是，进入下一步，若否，进入步骤G2)；

B2)判断晃点识别标志是否为1，若是，逻辑结束，若否，进入下一步；

C2)判断接触器辅助位置对应的开关量是否为“分”状态，若是，进入步骤F2)，若否，进入下一步；

D2)判断断路器辅助位置对应的开关量是否为由“合”变为“分”，若是，进入步骤F2)，若否，进入下一步；

E2)判断电机保护装置的跳闸动作信号接点对应的开关量是否为由“分”变为“合”，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

F2)将设备运行标志清零，将接触器电流突变标志清零，逻辑结束；

G2)判断触器电流突变标志是否置1，若是，进入步骤I2)，若否，进入下一步；

H2)判断接触器线圈的控制电流是否突变超过20％接触器线圈的控制电流值；若否，逻辑结束，若是，将合闸时间检测计数器清零，合闸时间检测计数器自动累加计数，将接触器电流突变标志置1，逻辑结束；

I2)判断接触器辅助位置对应的开关量是否为“合”状态，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

J2)将合闸时间存入中央处理单元的合闸时间缓冲区；

K2)读取若干个合闸时间的数值并计算合闸时间平均值；

L2)将设备运行标志置1，逻辑结束。

设备运行与接触器合闸时间检测逻辑的主要功能是检测设备是否运行(DevRunFalg)和测算接触器的合闸时间(Thz)。接触器合闸时间测算是通过检测到接触器线圈的电流IK有突变开始计时，到检测到接触器的开关量DI_KM为“合”状态结束，此时得到的时间就是本次接触器合闸的时间Ti，为了让数据更可靠，控制逻辑采用平均数据的做法，将多次测得的合闸时间进行平均，将平均数据作为最后使用的Thz。在测得合接触器的时间后，也表明接触器已经合闸，接触器所控制的电机已经运行设置DevRunFalg为1代表设备运行。当检测到接触器的辅助位置DI_KM为“分”状态，或者断路器的辅助位置DI_QF为“分”状态，电机保护装置的跳闸状态DI_TP为“合”状态，则认为接触器已经断开，此时设备停止运行，将DevRunFalg清0.如果晃电检测标志HDChkFlag为1，此时说明装置的这些开关量状态都是晃电引起的，此时将不会判断上面的开关量变化情况。

所述晃点识别与检同步再启动逻辑包括以下步骤：

A3)判断设备运行标志是否置1，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

B3)判断晃点识别标志是否置1，若是，进入步骤E3)，若否，进入下一步；

C3)判断接触器的控制电压采集值的幅值是否突变降低20％设定的电压定值Ue或者小于80％设定的电压定值Ue，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

D3)判断接触器辅助位置对应的开关量是否为“分”状态，若否，逻辑结束，若是，将电压跌落时间计数器清零，将晃点识别标志置1，逻辑结束；

E3)电压跌落时间计数器的计数加1，判断电压跌落时间计数器的计数总时间是否大于晃点设定的时间(电压跌落时间计数器计数一次的时间恒定，根据电压跌落时间计数器的计数次数和每次计数所需的时间可以计算电压跌落时间计数器的计数总时间)；若是，将晃点识别标志清零，将长延时再启动标志清零，逻辑结束，若否，进入下一步；

F3)判断长延时再启动标志是否置1，若是，逻辑结束，若否，进入下一步；

G3)判断接触器的控制电压采集值的幅值是否大于晃点恢复电压设定值，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

H3)判断母线电压与电机电压的压差是否小于再启压差设定值，若否，将长延时再启动标志置1，将长延时再启动计数器清零，逻辑结束，若是，进入下一步；

I3)判断母线电压与电机电压的频率差是否小于再启频差设定值，若否，将长延时再启动标志置1，将长延时再启动计数器清零，逻辑结束，若是，进入下一步；

J3)计算接触器预合闸角差；

K3)判断接触器预合闸角差是否小于再启角差设定值，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

L3)控制第一个子控制单元中的继电器线圈通电，使接触器合闸，将晃电识别标志清零，逻辑结束。

所述晃点识别与检同步再启动逻辑主要是识别出在设备运行时是否发生了晃电。晃电的识别是控制电压UL突然降低(突变20％Ue)或缓慢下降到80％Ue以下，接触器释放(DI_KM状态变为“分”)，并在设定的晃电时间Thdset内恢复(UL>UHset)。识别出晃电后，将晃电检测标志HDChkFlag置1。当控制电压恢复后，控制逻辑检测母线电压US和电机残压UM之间的压差DU和频差DF是否满足同步合闸条件DU<DUset,DF<DFset。如果两个条件都满足，则逻辑测算如果按照合接触器的时间Thz去发合闸命令，测算出的角度差DJx是否满足同步条件DJx<DJset。如果满足立即控制DO_ON使继电器J1发合接触器线圈命令。如果不满足则等待。如果压差，频差不满足同步条件，则进入到长延时再启动逻辑。

所述长延时再启动逻辑包括以下步骤：

A4)判断设备运行标志是否置1，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

B4)判断晃点识别标志是否置1，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

C4)判断长延时再启动标志是否置1，若否，将长延时再启动计数器清零，逻辑结束，若是，进入下一步；

D4)判断接触器的控制电压采集值的幅值是否大于晃点恢复电压设定值，若否，将长延时再启动计数器清零，逻辑结束，若是，进入下一步；

E4)长延时再启动计数器加1；

F4)判断长延时再启动计数器的计数时间是否大于长延时定值，若否，逻辑结束，若是，进入下一步；

G4)控制第一个子控制单元中的继电器线圈通电，使接触器合闸，将晃电识别标志清零，将长延时再启动标志清零，逻辑结束。

所述长延时再启动逻辑主要负责长延时再启动功能，由于在晃点识别与检同步再启动逻辑中检测到电机残压衰减过快(压差DU和频差DF都大于同步设定值)，此时不能满足同步合闸要求，只有采用长延时(Tcyset)时间到后，直接控制DO_ON输出合接触器命令。不同的电机长延时(Tcyset)设置可以不同，这样就可以保证电机群分靠延时设置不同分批次的再次启动，避免对供电系统造成过大的冲击。

综上所述，本发明具有以下特点：1.测量了接触器的合闸电流，用于测算接触器的合闸时间。2.测量了母线电压和电机残压，并通过母线电压和电机残压计算其幅值差，频率差和相角差。3.通过测算的接触器合闸时间，母线和电机之间的幅值差，频率差计算预合闸时角度差是否满足同步合闸要求，如果满足立即合闸，减小了电机和系统的冲击电流。如果不满足，则进入到长延时分批启动电机。

采用以上方式具有以下优点：1.在晃电持续时间较短的情况下，电机残压值衰减不大时，可实现快速同步合闸。在避免了冲击电流过大(如果不检测同步条件，可能造成很大冲击电流)情况下，迅速恢复电机供电，减小了负荷断电时间。2.充分考虑了同步不成功的条件下，进入到长延时再启动，依靠分批延时启动电机。实现了晃电后同步快速合闸和长延时分批合闸相结合，保证晃电结束后可靠的恢复负载供电，减小了经济损失。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。