基于磁保持继电器的交流过零投切的研究.docx

基于磁保持继电器的交流过零投切的研究 目录 1绪论 1.1研究背景…………………………………………………………………… 1.2交流电电压电流过零投切技术的研究现状…………………………………… 1.3本课题的研究内容………………………………………………………… 2交流过零投切技术中的重点、难点问题 2.1交流电电压、电流零点检测……………………………………………… 2.2磁保持继电器投切动作时间的在线测量………………………………… 2.3程序算法的设计…………………………………………………………… 2.3.1多路相互独立的继电器输出…………………………………………… 2.3.2多路相互独立的继电器投切动作时间的测量…………………………… 3交流过零投切的具体实现 3.1交流过零的硬件检测电路………………………………………………… 3.1.1交流电电压过零检测电路………………………………… 3.1.2交流电电流过零检测电路………………………………… 3.2载波技术在继电器投切动作时间在线测量中的应用…………………………… 1 绪论 1.1 研究背景 交流过零投切技术就是指使交流电电压、电流在刚好在零点的位置时投入电路、切除出电路来的技术。传统的方式下，继电器在接到投切命令后马上执行分断任务，而此时很有可能正值继电器通过的电压最大或电流最大值的时候，那么此时就很有可能出现继电器拉弧现象，这将严重影响继电器的正常工作和寿命，更严重的后果可能会由于继电器触头的烧灼而使继电器不能断开。因此为保障继电器的正常工作以及用电的安全，继电器的交流过零投切就很有必要了。并且在实际的应用中，这种交流过零投切的继电器可以代替普通的空气开关。 1.2交流电电压电流过零投切技术的的研究现状 交流过零投切技术目前主要应用在无功补偿等工业领域，对于交流过零投切技术目前只有两种实现并应用的方法，一种是只使用晶闸管来作为交流过零投切器件的方法，这种方法的响应时间很快，能做到精确过零投切，但是晶闸管导通时有一定的压降，当流过的电流较大时功耗很大，发热严重，且晶闸管由于耐压值不高，容易发生击穿，造成工作不稳定；第二种是使用晶闸管与磁保持继电器并联来作为交流过零投切器件的方法，这种方法的响应时间较慢，但在稳定工作状态时，由于继电器与晶闸管并联，绝大部分的电流由继电器分流，所以在晶闸管上的损耗极低，但同样的，由于使用了晶闸管，那就必定存在着晶闸管耐压值的问题，因此晶闸管的击穿也会影响该过零投切器的正常工作。 本课题研究的是只使用磁保持继电器作为过零投切器的投切技术，这种投切方法能够很好地解决上述两种投切器在应用中存在的问题，它可以通过很大的电流，且几乎没有损耗，而继电器两端的电压可以很高，所以也不存在耐压值的问题，更不会发生击穿，从而影响器件的正常的工作。但这种投切方法的过零投切不够精准，响应时间没有上述两种方法快，而这里最主要的问题就是过零投切的准确性，由于继电器动作存在一个较大的延时（大约5ms左右），因此不能像控制晶闸管那样来控制继电器的投切。 1.3本课题的研究内容 本课题致力于解决磁保持继电器过零投切的精确性的问题，这其中涉及到了交流电电压、电流过零点时刻的检测，继电器的控制，继电器动作时间的测量，以及下一次继电器动作时间的推测问题。而本课题主要研究的是交流过零点时刻的检测和继电器动作时间的精确测量。 2 交流过零投切技术中的重点、难点问题 2.1 交流电电压、电流零点时刻的检测 对于交流过零投切技术，要实现电压为零时将交流电投入电路中，电流为零时将交流电从电路中切除，那么交流电电压、电流过零时刻必须能够精确地检测到，并且及时将过零信号反馈给MCU。不管是使用晶闸管或者复合开关，过零时刻的精确检测都是必须的，而对于本课题研究的只使用磁保持继电器来实现交流电过零投切的方法，交流电电压、电流过零时刻的检测的准确性则更为重要，过零时刻检测的准确性将直接影响到交流电过零投切的准确性。 交流电过零时刻的检测因为涉及到了强电部分，因此检测电路必须要与强电进行隔离，目前将强电与弱电隔离的方法主要有使用电流、电压互感器、光耦等，相对于互感器，光耦的体积较小，电路上也比较容易实现，但光耦采集回来的信号需要软件进行处理才能确定交流电的过零点的时刻。而使用互感器的话，则需要先将采集到的信号进行放大，然后经过电压比较器，最后输出过零点时刻的波形，电路设计比较复杂，但准确性比较高，且程序不需要再做处理。 2.2磁保持继电器投切动作时间的在线测量 相对于其他的环节，磁保持继电器的动作时间的在线测量是最困难的地方，也是决定交流电能否完成过零投切的最核心的环节。继电器的动作时间在没有接入到强电系统时很容易就可以精确地测量出来，只需在继电器输入引脚处加上一个高电平，然后在输出引