一种应对继电器拨动延时的开关过零投切方法及装置与流程

1.本发明涉及开关控制领域，尤其涉及一种应对继电器拨动延时的开关过零投切方法及装置。


背景技术：

2.交流过零投切技术是指交流电电压在零点位置时刻投入电路、在交流点电流在零点时刻切除出电路的技术。继电器在看过零投切技术的情况下接到投切命令后会立即执行任务，但此时通过继电器的电压或电流很有可能是除余最大值，这样可能会导致继电器出现拉弧现象，若是如此将严重影响继电器的正常工作和工作寿命。
3.常见的过零投切方式是把可控硅和磁保持继电器结合起来作为复合开关。可控硅负责控制电容器的投入和切除，磁保持继电器负责保持电容器投入后的接通。微处理器在可控硅投入电路前找到电压过零点并发出脉冲信号控制可控硅导通，随后接通磁保持继电器，在其稳定后取消控制脉冲信号并断开可控硅。虽然可控硅与磁保持继电器相互配合发挥了磁保持继电器静态连接性能优良、运行功耗小的特点以及可控硅过零投切的优点，但是可控硅对过电流承受能力差，一旦出现误判使得电流在非过零点误通，很可能会因为可控硅瞬间过流而损坏，可控硅不仅本身成本非常高，在使用时还需要投入一定的成本去解决可控硅散热的问题。磁保持继电器作为机械运动部件在长期使用后也会因为老化出现导通和断开时间延长变化差异较大的问题，无法准确在可控硅导通后实现接通，容易产生继电器拉弧现象，从而引起设备烧毁、主开关跳闸等严重后果。
4.中国专利文献cn105098792a公开了一种“在线自适应过零投切校正的只能电容器”，由同步信号检测模块、单片机、磁保持继电器驱动模块、闭合关断检测模块和主电路构成；相电压经过同步信号检测模块后生成同步信号输入到单片机中，单片机与磁保持继电器驱动模块相连驱动磁保持继电器，闭合关断检测模块检测磁保持继电器闭合和关断时刻，与同步信号进行比较，单片机校正磁保持继电器闭合关断驱动时刻，以保障电容器过零投切。所述单片机为stm8系列单片机。所述磁保持继电器闭合后电容器连接到电网上进行无功补偿，闭合关断检测电路与磁保持继电器输出端相连，检测闭合和关断的状态，产生高低电平的反馈信号并输入到单片机gpio口。所述在磁保持继电器两端电压过零时刻投入电容，在流过磁保持继电器的电流过零时刻切除电容。但是该方案无法准确判断反馈信号的产生，同时未能够提供一个有效判断电压投入和电流切除时刻的方法，进而无法有效校正过零投切延时。


技术实现要素：

5.本发明主要解决原有因为磁保持继电器老化延时变长而导致无法准确过零投切的技术问题，提供一种应对继电器拨动延时的开关过零投切方法及装置，通过mcu控制继电器驱动芯片驱动磁保持继电器，在磁保持继电器正常工作时，mcu记录上一次磁保持继电器的拨动延时时间，过零检测电路检测磁保持继电器当前拨动延时时间，通过对比tdin与
tdi_actual更新投入电压标准延时时间tdi
n+1
，对比tdan与tda_actual更新切除电流标准延时时间tda
n+1
。
6.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：s1：检测继电器拨动延时时间；s2：获取继电器拨动延时时间并应用于下次过零投切。
7.磁保持继电器在使用过程中设备随着使用会产生老化问题，最终导致拨动延时时间偏移。若按照原有的延时时间便无法准确对电路进行过零投切操作导致设备损坏。本发明中每次检测电路过零中断时投入电压的延时时间与切除电流的延时时间，若延时时间发生变化将该次过零投切延时时间进行计算得到新的标准延时时间，使得过零投切的时间最大限度贴近磁保持继电器当前拨动延时，尽可能地保护设备。
8.作为优选，所述步骤s1中，设定继电器投入电压标准延时时间为tdin，切除电流标准延时时间为tdan，检测当前实际继电器投入电压延时时间为tdi_actual，实际切除电流延时时间为tda_actual。每次测量前均将前一次计算获得的投入电压延时时间与切除电流延时时间作为此次的标准延时时间，实际测量后经过计算获得一个新的投入电压延时时间与切除电流延时时间并进入下一次测量计算循环。
9.作为优选，所述步骤s2中，获取继电器拨动延时时间需要在过零中断时刻对继电器进行投入电压延时时间以及切除电流延时时间进行监测，对比tdin与tdi_actual更新投入电压标准延时时间tdi
n+1
，对比tdan与tda_actual更新切除电流标准延时时间tda
n+1
，最后将tdi
n+1
与tda
n+1
作为下次继电器拨动标准延时时间。cnt*t为当前时刻，当cnt*t时刻处于t/2-tdi以及2t之间内时继电器延时时长处于正常范围，对其进行过零投切延时进行监测使得对继电器过零投切时刻尽可能贴近实际情况。
10.作为优选，所述步骤s2过零中断时刻对继电器进行投入电压延时时间检测中：判断t/2-tdi≤cnt*t≤2t，若t/2-tdi≤cnt*t≤2t成立，获取cnt*t时刻电压互感器后端电压，判断t/2-tdi=cnt*t是否成立，若t/2-tdi≤cnt*t≤2t不成立，定时器计数cnt++，再次判断t/2-tdi≤cnt*t≤2t；若t/2-tdi=cnt*t成立，命令继电器闭合，判断vti》vo，若t/2-tdi=cnt*t不成立，判断vti》vo；若vti》vo成立，根据当前定时器计数cnt计算tdi_actual并在更新tdi同时将cnt赋值2t/t，判断2t=cnt*t，若vti》vo不成立，判断2t=cnt*t；若2t=cnt*t成立，继电器闭合命令结束，定时器计数cnt++，再次判断t/2-tdi≤cnt*t≤2t，若2t=cnt*t不成立，定时器计数cnt++，再次判断t/2-tdi≤cnt*t≤2t是否成立。
11.监测电路投入电压延时时间过程中， t/2-tdi=cnt*t、vti》vo、2t=cnt*t三个判断条件均满足之后才能得到当前时刻继电器投入电压的延时时间，若其中一项条件还未满足，那么继续进行循环直到监测到该次实际的电压投入延时时间。
12.作为优选，所述步骤s2过零中断时刻对继电器进行切除电流延时时间检测中：判断t/2-tda≤cnt*t≤2t，若t/2-tda≤cnt*t≤2t成立，获取cnt*t时刻电流互感器后端电压vta，判断t/2-tda≤cnt*t≤2t，若t/2-tda≤cnt*t≤2t不成立，定时器进行计
数cnt++，再次判断 t/2-tda≤cnt*t≤2t；若t/2-tda=cnt*t成立，命令继电器断开，判断vta=vo，若t/2-tda=cnt*t不成立，判断vta=vo；若vta=vo成立，判断是否为监测状态，若vta=vo不成立，在清除标记监测状态并将监测计数cnt_j清零，判断2t=cnt*t；若为监测状态，判断cnt_j*t=t/4，若不为监测状态，根据当前定时器计数cnt计算当前实际继电器切除电流延时时间tda_actual并标记为监测状态，判断2t=cnt*t；若cnt_j*t=t/4成立，清除标记监测状态并将监测计数cnt_j清零后更新tda，监测计数cnt_j，判断2t=cnt*t，若cnt_j*t=t/4不成立，监测计数cnt_j步骤，判断2t=cnt*t；若2t=cnt*t成立，继电器断开命令结束，定时器计数cnt++，再次判断t/2-tdi≤cnt*t≤2t，若2t=cnt*t不成立，定时器计数cnt++，再次判断t/2-tdi≤cnt*t≤2t。
13.电流切除与电压投入不同，需要在切除电流之后电路内电流在一定时间内始终保持为0，为了防止切除电流后因为监测到抖动过程中的假零或是交流电过零点而产生误判。因此在判断vta=vo后需要进入监测状态，对电路进行一段时间的监测，若切除电流后始为零才更新tda。
14.作为优选，所述步骤s2中在切除电流之后需要判断vta与vo之间的大小关系，若vta=vo一直成立则更新切除电流标准延时时间tda = tda_actual%(t/2)，而投入电压之后，若vti》vo一直成立则更新继电器投入电压标准延时时间tdi = tdi_actual%(t/2)。取磁保持继电器延时时间生效的半个周期，在满足vta=vo条件的情况下计算出新的切除电流标准延时时间，vti》vo即确保实际电压大于vo条件的情况下计算新的投入电压标准延时时间，重复持续更新标准延时时间，确保过零投切更贴近当前继电器工作状态。
15.一种应用于继电器拨动延时的开关过零投切方法的装置，其特征在于，包括mcu，所述mcu经过锁存器以及继电器驱动芯片与磁保持继电器相连接，所述磁保持继电器与过零检测电路相连接。本过零投切装置中mcu作为主控制单元控制继电器驱动芯片来驱动磁保持继电器工作，通过过零检测电路检测过零时刻磁保持继电器切除电流延时时间以及投入电压延时时间，mcu根据过零检测电路检测反馈的数据对比标准延时时间计算获得新的标准延时时间。
16.作为优选，所述磁保持继电器分别连接电流互感器的一端与负载的一端以及电压互感器的一端，所述电流互感器的另一端分别连接整流电路与过零检测电路，所述电流互感器的还有一端分别连接电压互感器的另一端与负载的另一端，所述电压互感器的还有一端连接整流电路与过零检测电路，所述整流电路和过零检测电路均与mcu相连接。整流电路主要负责将电路中感应到的电流或是电压按比例缩减后整流传输到mcu进行采集。
17.本发明的有益效果是：1.本发明无需使用可控硅便可以实现过零投切，在降低成本的同时且确保了装置的稳定性。
18.2.本发明通过校正过零投切延时的继电器标准延时时间的生效及计算方法，能够精确判断投入电压和切除电流的时刻。
附图说明
19.图1为本发明一种应对继电器拨动延时的开关过零投切方法。
20.图2为本发明一种应对继电器拨动延时的开关过零投切方法及装置继电器投入电压延时时间生效及计算的软件流程图。
21.图3为本发明一种应对继电器拨动延时的开关过零投切方法及装置继电器切除电流延时时间生效及计算的软件流程图。
22.图4为本发明一种应对继电器拨动延时的开关过零投切方法及装置的继电器控制框图。
23.图5为本发明一种应对继电器拨动延时的开关过零投切方法及装置的继电器标准延时时间生效及计算软件步骤图。
24.图6为本发明一种应对继电器拨动延时的开关过零投切方法及装置的硬件框图。
具体实施方式
25.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
26.实施例：本实施例的本发明一种应对继电器拨动延时的开关过零投切方法及装置，如图1所示，包括以步骤：s1：设定继电器投入电压标准延时时间为tdin，切除电流标准延时时间为tdan；s2：检测当前实际继电器投入电压延时时间为tdi_actual，切除电流延时时间为tda_actual；s3：对比tdin与tdi_actual更新投入电压标准延时时间tdi
n+1
，对比tdan与tda_actual更新切除电流标准延时时间tda
n+1
；s4：tdi
n+1
与tda
n+1
作为下次继电器拨动标准延时时间。
27.定时器测量磁保持继电器闭合或断开至投入电压或切除电流时长，记录为磁保持继电器标准延时时间，在下一次磁保持继电器接收到闭合或断开命令时不选择立即闭合或断开，等待电压或电流的过零中断来临，延时一定时间后闭合或断开，该一定时间为交流电半周期的整数倍减去前面获得的继电器标准延时时间。每次磁保持继电器应用上一次继电器标准延时时间的同时也在记录该次实际继电器延时时间，该次继电器延时也将作为新的继电器标准延时时间应用于下一次磁保持继电器闭合或断开，不断学习不断更新，由此可以解决磁保持继电器老化延时变长的问题。实际操作过程中，继电器切除电流稳定后，电压或电流互感器后端虽为零，但仍在零附近波动，在本发明中定义，在该波动范围内即为=vo，大于该波动范围即为》vo。t为交流电一个周期时间；tdi_actual为当前实际继电器投入电压延时时间；tda_actual为当前实际继电器切除电流延时时间；tdi为本次作用的继电器投入电压标准延时时间，由于tdi是上次计算获得的tdi_actual除余t/2，因此tdi 《 t/2；tda为本次作用的继电器切除电流标准延时时间，由于tda是上次计算获得的tda_actual除余t/2，因此tda 《 t/2；cnt_j为监测时长计数；vti为电压互感器后端电压；vta为电流互感器后端电压；cnt为当前定时器计数；t为定时器中断时间；cnt*t便为当前时刻。本发明所用磁保持继电器手册标注动作延时≤15ms，因此设置继电器标准延时时间生效及计算时长为2t，若磁保持继电器动作延时更长，可加长时长为3t、4t、5t以此类推。
28.如图2所示，为了使得继电器投入电压标准延时时间生效更为精准，首先，将上次
继电器闭合计算获得继电器投入电压标准延时时间tdi作用至当前继电器投入电压，过零中断来临后定时器开始计数，当cnt*t = t/2-tdi时命令继电器闭合，判断t/2-tdi = cnt*t是否成立，若是则命令继电器闭合。然后计算该次tdi_actual，当继电器闭合之后开始检测是否vti 》 vo，若是则该时刻即为继电器投入电压时刻，将当前时刻减去(t/2-tdi)就可以获得tdi_actual。当vti 》 vo成立时根据当前时刻计算继电器投入电压实际延时时间。最后更新继电器投入电压标准延时时间tdi，tdi = tdi_actual%(t/2)。
29.如图3所示，为了得到更为精准的继电器切除电流标准延时时间。首先将上次继电器断开计算获得继电器切除电流标准延时时间tda作用至当前继电器切除电流。过零中断来临后，定时器开始计数，当cnt*t = t/2-tda时命令继电器断开，再判断t/2-tda = cnt*t是否成立。若是则命令继电器断开。然后计算该次继电器切除电流实际延时时间tda_actual。当命令继电器闭合之后开始检测是否vta = vo，若是则开始时长为t/4的监测并将当前时刻减去(t/2-tdi)就可以获得tdi_actual。判断vti = vo是否成立，若是则根据当前时刻计算该次tdi_actual，最后更新继电器投入电压标准延时时间tda。根据测算得出切除电流后vta = vo应该一直成立，因此若监测时间内一直可以得到vta = vo，这时才可以确定开始监测时刻即为该次继电器切除电流时刻，确定后再更新切除电流标准延时时间tda = tda_actual%(t/2)，如vta ≠ vo则退出监测清除标记监测状态并清零监测计数cnt_j然后返回第二步。
30.如图4所示，本发明中通过继电器控制模块实现对继电器投入电压与切除电流生效时间的计算。电器控制模块分别连接继电器投入电压标准延时时间生效及计算模块和继电器切除电流标准延时时间生效及计算模块。在实际应用工程中，继电器控制模块控制并得到继电器投入电压标准延时时间生效及计算模块在当前时刻的投入电压延时检测并计算得到的标准投入电压标准延时时间，同时继电器控制模块控制并得到继电器切除电流标准延时时间生效及计算模块在当前时刻的投入电流延时检测并计算得到的标准投入电流标准延时时间。
31.如图5所示，可知继电器标准延时时间生效及计算模块步骤。首先将首次继电器延时定义为标准延时时间；然后根据监测得到的数据计算继电器实际延时时间；最后和标准延时时间进行对比更新新的继电器标准延时时间。
32.如图6所示，本发明硬件部分包括mcu（微控制单元）、锁存器、继电器驱动芯片、磁保持继电器、电流互感器、电压互感器、过零检测电路、整流电路。所述mcu（微控制单元）的gpio口（通用输入输出）连接锁存器控制继电器驱动芯片从而控制磁保持继电器；所述电压互感器前端并联负载，后端连接整流电路，其将感应到电压按比例缩小，经过整流后连接mcu（微控制单元）的adc（模拟数字转换器）端口进行采集；所述电流互感器前端串联磁保持继电器和负载，后端连接整流电路，其将感应到电流按比例缩小成电压，经过整流后连接mcu（微控制单元）的adc（模拟数字转换器）端口进行采集；所述过零检测电路的输出连接mcu（微控制单元）的gpio口（通用输入输出）作为外部中断。电压互感器前端与负载并联，磁保持继电器闭合或断开电压互感器都会将负载两端电压按比例缩小传递至后端，在经过整流电路和过零检测电路将信号传输给mcu进行处理。电流互感器前端则与磁保持继电器、负载串联交流电，磁保持继电器闭合或断开电流互感器都会将前端回路电流按比例缩小传递至后端，同样在经过整流电路和过零检测电路将信号传输给mcu进行处理。