专利名称：晶闸管自动重合闸开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种晶闸管自动重合闸开关，特别是涉及一种单片机控制的晶闸管反 并联自动重合闸无触点式开关。
背景技术：
截止目前，国外的意大利、国内的江苏省苏州市、广东省广州市均有生产商提供自 动重合闸开关，或称三相自动重合闸漏电保护开关，其共同特点是利用机械自动化原理，结 合现代电子技术的产品，其构造仍然属于有触点式，其共同缺点也就是有触点式结构带来 的蔽端，触头容量受限制，触头电弧及火花为特殊应用场合带来安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶闸管自动重合闸开关，它是采用单片机控制的智能 型，由晶闸管反并联作为无触点开关元件的自动重合闸开关。本发明的目的是通过下述方式实现的，本发明所述的晶闸管自动重合闸开关，包 括(I)SCR(晶闸管)反并联主电路和单片机控制系统，单相两线(或三线)系统，主电路包 含一对反并联晶闸管功率元件；三相四线(或五线)系统，主电路包含三对反并联晶闸管功 率元件，晶闸管反并联主电路是无触点式开关元件；单片机控制系统包含(2)单片机芯片 MCU(PIC16F690)及外围电路；外围电路包含(3)电源电压显示值形成电路、(4)电源信号 采样电路、(5)单片开关电源形成电路、(6)负载信号采样电路、(7)键盘/显示接口电路、 (8)开关状态检测电路、(9)触发电路、(10)报警输出接口电路、(11)干接点输出电路、(12) RS232接口电路。本发明所述的晶闸管自动重合闸开关，其中(5)单片开关电源电路由市电供电， 形成(2)MCU及其外围电路所需的工作电源。本发明所述的晶闸管自动重合闸开关，其中(3)电源电压显示值形成电路形成电 源电压实时值，供数码管显示用，(4)电源信号采样电路提供的信号与预存的基准值进行比 较，经⑵逻辑判断为电网缺相、失压、欠压、过压等故障状态，⑵MCU发出控制指令，停发 触发信号，关闭(I)SCR反并联主电路，晶闸管自动重合闸开关自动分闸。本发明所述的晶闸管自动重合闸开关，其中(6)负载信号采样电路提供的信号与 预存的基准值进行比较，经(2)MCU逻辑判断为负载过流、短路、漏电等故障状态，(2)MCU 发出控制指令，停发触发信号，关闭(I)SCR反并联主电路，晶闸管自动重合闸开关自动分 闸。本发明所述的晶闸管自动重合闸开关，其中⑷电源信号采样电路及(6)负载信 号采样电路提供的信号经(2)MCU识别并判断为电网故障消失或负载故障消除，(2)MCU发 出正常触发信号，开通(I)SCR反并联主电路，晶闸管自动重合闸开关自动重合闸。本发明所述的晶闸管自动重合闸开关，其中(7)键盘/显示接口电路可以通过显 示器显示晶闸管自动重合闸开关前端电网状态、后端负载状态以及自身工作状态，并可以通过键盘设置或修改已整定参数。 本发明所述的晶闸管自动重合闸开关，其中⑷电源信号采样电路、(6)负载信号 采样电路或(8)开关状态检测电路提供的信号或(2)MCU自身工作状态不正常，(2)MCU经报警输出接口电路输出报警蜂鸣信号前端电力网(市电)故障——4S响一声；后端负载故障——IS响一声“开关”自身故障——0. 5S响一声；后端负载短路——长鸣！本发明所述的晶闸管自动重合闸开关，其中⑶开关状态检测电路提供的信号诊 断出(I)SCR反并联主电路有故障或(2)MCU自身工作状态不正常，(2)MCU均自诊断为晶闸 管自动重合闸开关故障，(2)MCU停发触发信号，(I)SCR反并联主电路自动分闸，(2)MCU经 (11)干接点输出电路输出控制信号启动本开关之外的安全冗余备份通道K2，使负载获得 正常连续供电。本发明的晶闸管自动重合闸开关，是用单片机控制的晶闸管反并联自动重合闸无 触点开关，克服了触头电弧及火花的隐患，目前采用国产反并联晶闸管功率元件作为晶闸 管自动重合闸开关的主要组成部件，其容量已经达到500A、1800V，今后随着晶闸管功率元 件技术及制造水平的提高，晶闸管自动重合闸开关的容量也可相应提高，随着电力电子技 术的发展，无触点式自动重合间开关代替有触点式重合间开关，是大势所趋。本发明的主要优点在于它具有传统的开关功能，但无有形的刀闸或触头等部件， 属于无触点式开关元件。本发明采用了现代电力电子技术及微机控制技术实现带载“分” 和“合”闸功能，并能在线检测前端电网(市电电源)状态和后端负载故障。本发明同时具 备(1)故障识别；(2)故障指示；(3)重合闸之前故障检测与判断；(4)实时显示电网电压 值；(5)能存储历史故障信息；(6)能以不同的音响区分电源故障、负载故障、开关自身故障 的报警。当晶闸管自动重合闸开关有故障时，可以自动启动本开关之外的安全冗余备份通 道K2，使负载获得正常连续供电。本发明的优点还有其中键盘/显示接口电路可以通过显示器显示晶闸管自动重 合闸开关前端电网状态、后端负载状态以及自身工作状态，并可以通过键盘设置或修改已 整定的参数。本发明可用于电信、移动、电力、广电、交通等行业的无人值守机房配电，尤其是山 高路远地区，无触点式自动重合闸可减少人员对机房的维护工作量，保障通信设备及时恢 复正常工作，减少电网故障的二次损失。
图1是晶闸管自动重合闸开关原理框2是单片开关电源电路图3是电源信号采样电路图4是负载信号采样电路图5是开关状态检测电路图6是触发电路
图7是报警输出电路图8是干接点输出电路图9是三相四线(或五线)晶闸管反并联主电路图10是单片机芯片MCU-PIC16F690管脚及其外围电路11是晶闸管自动重合闸开关效果12是单片机子程序流程图
具体实施例方式如原理框图1所示，本发明的晶闸管自动重合闸开关包含以下12个强弱电组件构 成，原理框图中的(3)电源电压显示值形成电路供显示电压用。其它11个组件是(I)SCR 反并联主电路、(2)MCU芯片、(4)电源信号采样电路、(5)单片开关电源电路、(6)负载信号 采样电路、(7)键盘/显示电路、(8)开关状态检测电路、(9)触发电路、(10)报警输出电路、 (11)干接点输出电路、(12)RS232接口电路。
具体实施方式
是将从(3)电源电压显示值形成电路到(12)RS232接口电路共 10个弱电组件安装在一块印刷电路板上，(或者本发明已形成批产时，可集成为一块芯片 ICl) (2)M⑶单片机芯片通过接插件与印刷电路板(或芯片ICl)上的10个弱电组件以及 (I)SCR反并联主电路连接；(I)SCR反并联主电路属于无触点功率电子电路，必须根据负 载大小与性质精心设计散热器(通用器件，不属于本发明之列)与其配套；(I)SCR反并联 主电路用四只金属螺栓安装在散热器顶部；(2)MCU芯片及印刷电路板(或芯片ICl)等弱 电组件安置在散热器侧面的金属屏蔽盒内，通过接插件与散热器顶部的功率电子主电路联 接，其结构详情见图11效果图。下面说明本发明晶闸管自动重合闸开关工作过程。三相四线(或五线)或单相三线制，以A相为例说明晶闸管自动重合闸开关的工 作过程，从最典型的电网停电状态说起。由附图的图9可知，当电网停电，UA = 0，SCR反并联主电路中的SCRl、SCR2的阳极 与阴极之间无电位差，全自动截止，相当于晶闸管自动重合闸开关自动分闸，负载RL失电。当电网故障排除，电网重新送电后，(2)MCU经过(5)单片开关电源获得工作电源， 分别经过(4)电源信号采样电路、(6)负载信号采样电路、(8)开关状态检测电路分别检测 电源状态、负载状态、重合间开关自身状态是否符合重合间条件，如果符合，(2)MCU在某时 刻向A相触发电路输入触发信号，使A相反并联晶闸管开通，实现自动重合闸。自动重合闸之后，开关正常工作若干时间(几日、几周、几月-------)到达某时
刻，(8)开关状态检测电路提供的信号被诊断为(I)SCR反并联主电路有故障或(2)MCU自 身工作状态不正常，(2)MCU均自诊断为晶闸管自动重合闸开关故障，(2)MCU控制系统停发 触发信号，晶闸管自动重合闸开关自动分闸，同时，(2)MCU经(11)干接点输出电路输出控 制信号，启动本开关之外的冗余备份通道K2，使负载获得正常连续供电。自动重合闸之后，开关正常工作若干时间到达某时刻，(2)MCU检测到负载有故障 (过流、短路、漏电等)，则(2)MCU控制系统停发触发信号，晶闸管自动重合闸开关自动分 闸，避免负载故障扩大，甚至引起火灾，造成重大经济损失及人身伤害。自动重合闸之后，开关正常工作若干时间到达某时刻，如电网故障(失压、欠压、过压，缺相等)，(2)MCU诊断后会停止触发信号，晶闸管自动重合闸开关自动分闸，避免不 良电网电压对负载造成的损害。完成本发明晶闸管自动重合闸开关微机控制过程如下1.电网恢复正常供电，单片开关电源生成工作电源，⑵MCU开始执行软件程序；2.初始化设定；3. (2) MCU执行状态检测；4. (2) MCU进行故障分析；5.如是负载故障⑴，MCU关闭触发信号，开关处于分闸状态；如不是(N)，为重合 闸准备了负载条件；6.如是开关自身故障(Y)，MCU关闭触发信号，开关处于分闸状态；在电网无故障 (N)、负载无故障(N)的条件下启动安全冗余备份通道K2 ；如不是(N)，为重合闸准备了开关 自身条件；7.如是电网故障(Y)，开关处于分闸状态；如不是(N)，输出正常触发信号；8.会聚开关自身无故障、负载无故障、电源无故障三个条件全具备，晶闸管自动重 合闸开关才自动重合闸，开关顶部LED显示电网电压值，开关进入正常运行状态。9.三个条件无论任何一个出现故障，晶闸管自动重合闸开关会自动分闸。
权利要求
一种晶闸管自动重合闸开关，包括晶闸管反并联主电路和单片机控制系统，其特征是包括(1)SCR(晶闸管)反并联主电路，是开关的主体；单片机控制系统包括(2)MCU芯片，还包括(3)电源电压显示值形成电路；(4)电源信号采样电路；(5)单片开关电源形成电路；(6)负载信号采样电路；(7)键盘/显示接口电路；(8)开关状态检测电路；(9)触发电路；(10)报警输出接口电路；(11)干接点输出电路；(12)RS232接口电路。
2.根据权利要求1所述的晶闸管自动重合闸开关，其特征是SCR反并联主电路是无触 点式电力电子开关组件。
3.根据权利要求2所述的晶闸管自动重合闸开关，其特征是由市电电源经(5)单片 开关电源形成电路形成的工作电源供(2) MCU芯片及其外围电路用电。
4.根据权利要求3所述的晶闸管自动重合闸开关，其特征是(4)电源信号采样电路采 得的市电电源信号与预存的基准值进行比较，经(2)MCU作出逻辑判断、并发出电源故障报 警信号，并指令晶闸管自动重合闸开关自动分闸。
5.根据权利要求4所述的晶闸管自动重合闸开关，其特征是(6)负载信号采样电路采 得的负载信号与预存的基准值进行比较，经(2)MCU作出逻辑判断，并发出负载故障报警信 号，并指令晶闸管自动重合闸开关自动分闸。
6.根据权利要求5所述的晶闸管自动重合闸开关，其特征是(4)电源信号采样电路 及(6)负载信号采样电路提供的信号经(2)MCU识别并判断为电网故障消失或负载故障消 除，(2) MCU发出正常触发信号，开通(I)SCR反并联主电路，晶闸管自动重合闸开关自动重 合闸。
7.根据权利要求6所述的晶闸管自动重合闸开关，其特征是根据(4)电源信号采样 电路、(6)负载信号采样电路或(8)开关状态检测电路提供的信号判断有故障或(2)MCU自 身工作状态不正常，(2)MCU经(10)报警输出接口电路输出蜂鸣报警信号。
8.根据权利要求7所述的晶闸管自动重合闸开关，其特征是(8)开关状态检测电路提 供的信号或⑵MCU自身工作状态不正常，(2)MCU均自诊断为晶闸管自动重合闸开关故障， (2)MCU停发触发信号，(I)SCR反并联主电路自动分闸，(2)MCU经(11)干接点输出电路输 出控制信号，启动本开关之外的冗余备份通道K2，使负载获得正常连续供电。
全文摘要
一种晶闸管自动重合闸开关，包括晶闸管反并联主电路和单片机控制系统，晶闸管反并联主电路属于无触点式电力电子元件；单片机控制系统包含单片机芯片及外围电路；外围电路包含电源信号采样、单片开关电源形成、负载信号采样、键盘/显示接口、开关状态检测、触发电路、报警输出接口、干接点输出、232串口、I/O扩展接口；采用了现代电力电子技术及微机控制技术实现无触点式分和合闸功能，并能在线检测电源、负载及自身故障；本发明可用于电信、移动、电力、广电、交通等行业的无人值守机房配电，尤其是山高路远地区，无触点式自动重合闸可减少人员对机房的维护工作量，保障通信设备及时恢复正常工作，减少电网故障的二次损失。
文档编号H02H3/06GK101895086SQ20091014537
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月18日 优先权日2009年5月18日
发明者任哲, 叶晓燕 申请人:叶晓燕;任哲