一种抗交流、大功率启动低功耗运行中间继电器的控制方法与流程

1.本发明有关于动作值精确控制、大功率启动低功耗继电器的设置、控制方法与装置。特别是关于继电器动作电压的控制、继电器动作时间的控制、抗交流勿动的控制、大功率启动的控制、继电器启动后的降功耗运行、继电器控制回路的保护。


背景技术：

2.电力系统中，经常出现保护及测控系统误动的情况，造成误动的原因是多方面的，其一是现代大电网要求开关量判断的时间极短；其二，保护及测控单元多采用灵敏器件，动作功率较小；其三，由于厂站系统的建设规模越来越大，电缆过长，电缆的分布电容也越来越大，各种设备均采用逆变电源，而逆变电源本身会对厂站的直流系统产生高频分量，一次设备操作也会引起大量的高频谐波分量，所以在电缆中大量存在各种频率的干扰源，使保护特别是开关量经常发生误动。
3.近两年，电网发生了多起因直跳回路受干扰引起的变压器或断路器误出口的事故，当发生220v交流混入直流系统时，由于保护回路之间距离较长、电缆芯线对地电容较大，会造成连接长电缆的直跳回路的误动出口。如何有效的避免干扰误动，又能确保系统正确的动作，是抗干扰继电器重点解决的问题。
4.电力系统中的干扰如图1所示。干扰源一般分为两种：第一种干扰源：由于电缆的互感特性及电容的分布特性，系统一次设备操作时或直流电源系统
±
km本身产生高频分量时，很容易产生高频的耦合干扰。此类干扰的特点是：频率高、干扰有间断性、再现率低。
5.第二种干扰源：由于电缆的电容分布特性，直流系统中经常会通过电容耦合入交流电压。当交流电压耦合入直流系统时，很容易导致直流系统中开关量回路或继电器j1回路误动。参见图1，干扰系统分析图。
6.针对上述第一种干扰源，可以通过延时动作时间及增加回路的启动功率相结合的方式进行处理。
7.针对第二种干扰源，必须增加回路的启动功率的方式来进行处理。
8.考虑到功率回路长期带电时功耗很大，因此采用正常工作时，切断继电器的功率回路(r31)的方法，降低正常运行时的功耗,目前都是采用图2原理设计。
9.a)当继电器的 km端有干扰信号，虽然能达到继电器的启动电压，但不能达到继电器的启动功率，继电器zj2和zj3不能动作。
10.b)当继电器的 km端有正常信号，既能达到继电器的动作电压，也能达到继电器的启动功率，第一继电器zj1动作，一方面启动第二、第三串联的继电器zj2和zj3继电器，输出接点，另一方面切断继电器的功率回路即电阻r31，维持正常运行时的低功耗。但是第二、第三继电器zj2、zj3和分压电阻r2的功耗无法降低，长时间运行，继电器线圈容易老化，出现断线，分压电阻变色，阻值发生变化，进而导致zj2、zj3第二、第三继电器的动作值发生改变。
11.c)当继电器的 km端有交流220v信号混入直流系统时，目前在继电器zj1两端的并
接电容c1来抗交流220v工频电压，对于同等直流电压下抗同等交流，一般产品通过匹配电容可以满足，若是不同电压等级都要满足继电器线圈两端在加入有效值为220v工频交流电压的情况下，继电器输出接点可靠不动作。那么对于电压等级小的产品，并联在第一的继电器zj1两端的电容就会很大，c1电容容值增加，第二、第三串联的继电器zj2和zj3动作时间就会延长，同时r31电阻功耗很大，第一的继电器zj1发出异响；如果动作时间满足，则抗不了有效值为220v工频交流电压，同时zj2和zj3继电器误动作。
12.d)对于高可靠性的控制场合，对继电器的动作范围和动作时间范围有明确且苛刻的限制，而且，随着对控制系统稳定性的要求的提高，给定的动作范围也越来越窄。由于继电器本身的动作值离散度比较大，若采用继电器组合串联应用时，动作值的不确定性会更大；若采用继电器并联方案，由于不同的电压等级，需要电压不同的继电器，目前泰科、松下、欧姆龙等继电器厂家，一般线圈最高电压等级110vdc，对于电压在110v以上的场合，就需要功率电阻进行分压，长期运行，无论是继电器还是分压电阻都会产生很大的功耗，时间久而久之继电器和分压电阻的使用寿命就会减少。目前在各个厂家出厂之前只对继电器上限检测即继电器可靠动作电压，下限不检测，导致继电器的动作范围很宽，离散度很大。目前产品在上线前，先采用的复杂的智能系统在加工前先进行继电器的动作范围筛选，然后再与分压电阻进行动作参数匹配，加工后仍然存在动作值不满足标准的情况，对于不合格品会进行二次动作参数匹配，即更换分压电阻，甚至继电器，直到产品合格，导致继电器存在很大的质量瓶颈。
13.e)对于通过延长动作时间解决干扰源的场合，目前先采用的复杂的智能系统在加工前先进行继电器的动作范围筛选，然后再与分压电阻进行动作参数匹配，再去挑选电容并联在zj1第一继电器两端，通过调整容值大小进行筛选，加工后仍然存在动作时间不满足标准的情况。筛选下来的不良品，大多数都是更换电容容值，
14.导致企业大量的原材料浪费和人工成本增加。
15.图2抗干扰继电器基本原理中，因此，对抗干扰继电器控制回路的优化，既要精确控制继电器的动作参数，但又不能增加辅助电源和微处理器已经成为行业的重点解决的问题，同时降功耗绿色运行也逐渐成为行业热点。
16.本技术人的cn2021111201339一种无源精准动作参数控制芯片，包括，电源单元，该单元支持其它单元的宽供电范围，涵盖继电器的工作电压范围；连接一个内部ldo单元，通过vdd电压，稳压输出支持其它单元的内部供电电压；三个电压传感器与比较器单元，输出pwm发生器的启动与闭锁信号；pwm发生器，用于输出控制波形；cmos驱动单元，用于与cmos的匹配与驱动；pwm发生器波形占空比控制单元，用于连接并控制pwm发生器输出pwm波形的占空比。此发明虽然提出一种无辅助电源供电、动作值与动作时间可以精准控制、动作后降功耗运行、控制回路的完好性监视的继电器的控制技术。但后续技术还需要创新与设计，用本技术人这个芯片就可以实现对抗交流、大功率启动低功耗运行中间继电器控制回路的解决方案，使动作值精确控制、抗交流误动、大功率启动、启动后降功耗运行的中间继电器的控制方法与装置，解决现有技术存在的不足。


技术实现要素：

17.本发明的目的是，提出一种无辅助电源供电、动作值与动作时间可以精准控制、抗
交流误动、大功率启动，启动后降功耗运行的中间继电器的控制技术，包括方法与装置。本发明主要是提出对抗干扰继电器控制回路的优化，既要精确控制继电器的动作参数，但又不能增加辅助电源和微处理器。
18.根据本发明实施方式实现的技术方案，即抗交流、大功率启动低功耗运行中间继电器控制方法，在rl1第一继电器回路并联一个功率电阻r31，来实现大功率启动；通过输入电压采样电路、无源精准动作参数控制芯片，无源精准动作参数控制芯片的输出对第二或/与第三继电器线圈rl2和rl3回路进行控制，并通过参数设置，可以灵活的设定采样回路的传输比，只需要改变采样电阻的阻值，可以满足不同电压等级动作值的需求。通过分压电路，对输入电压进行分压，并输入到无源精准动作参数控制芯片的vt端口，当vt端口的电压大于设定值时，则驱动gt端口输出pwm信号驱动mosfet导通，mosfet导通后给继电器线圈提供负电源，第二或/与第三继电器动作。无源精准动作参数控制芯片性能稳定，vt信号的离散度低，能精准设定继电器的动作值，实现动作值的精准控制；这样就可以有效的控制继电器的动作值离散度。
19.低功耗运行，第一步，当第一继电器的 km端有正常信号，既能达到继电器的动作电压，也能达到继电器的启动功率，第一继电器rl1动作，切断继电器的功率回路即电阻r31，实现第一步降功耗；第二步是通过分压电路，对输入电压进行分压，并输入到vt端口，当vt端口的电压大于设定值时，驱动gt端口输出pwm信号，并驱动mosfet导通，为继电器线圈的负端提供负电源，驱动第二、第三串联的继电器rl2、rl3动作；pwm发生器输出pwm波形的占空比来降低运行阶段继电器以及分压电阻的功耗，实现继电器动作阶段的降功耗运行，实现第二步降功耗，达到绿色运行。
20.大功率启动回路，电力系统中无论是哪种干扰源，都必须增加回路的启动功率方式进行处理，即在rl1继电器两端并联功率电阻r31,实现大功率启动回路，只有同时满足继电器的动作电压和启动功率时，才可以启动rl2和rl3继电器。
21.抗交流误动回路，当第一继电器连接的 km端有交流220v信号混入直流系统时，经过整流桥，rl1继电器达到动作电压，同时满足启动功率，一方面切断继电器的功率回路即电阻r31，另一方面给第二第三继电器rl2、rl3和无源精密继电器控制芯片供电。通过分压电阻回路、稳压回路和rc滤波回路，控制vt的电压小于动作的门槛电压，来控制gt不输出，进而控制第二、第三继电器rl2和rl3不动作。实现继电器线圈两端在加入有效值为220v工频交流电压的情况下，继电器输出接点可靠不动作，产品不损耗，不出现异响。
22.对于通过延长动作时间解决干扰源的场合，在无源精准动作参数(无源精密继电器)控制芯片的vt输入端并接电容，即可获得精准的继电器动作的延时，延时的精度与继电器本身的参数无关，只与芯片的延时精度和并接电容的容值大小有关，这样就可以很好的控制继电器的延时精度，进而一致性可以得到可靠的保证。
23.继电器动作值可精确控制，基于本公司发明的无源精密继电器控制芯片，vt的电压通过采样电路来精确控制动作电压的门槛值，并可以确保生产过程中动作电压的一致性，同时解决不同应用场景下不同的动作电压范围；继电器动作时间可调控，在无源精密控制芯片的vt输入端并接电容，即可获得精准的出口继电器动作的延时。
24.在交流输入回路中，需要在输入端口vin引脚串联一个二极管和分压电阻，以减少无源精密继电器控制芯片的启动功耗。同时在回路中串联热敏电阻、并联压敏电阻进行双
重保护，提高产品的抗干扰能力，满足电力行业emc四级要求。
25.利用本技术人的cn2021111201339一种继电器无源精准动作参数控制芯片,继电器线圈为电感回路，启动阶段会出现涌流，此时必须躲涌流，专门设置的ph比较器，用于启动阶段判断继电器线圈回路的完好性。继电器动作阶段，会稳定在一个恒定的电流，专门设置pl比较器，用于继电器动作阶段判断继电器线圈回路的完好性，如图3所示。ph和pl为非必要控制部分，如果不需要对继电器线圈回路进行监视，则不选择取样回路，直接把该引脚下拉即可。
26.本发明可以用最少器件、最低成本，实现继电器重要参数精准控制。尤其避免继电器在生产过程中的大量的继电器参数配置的工作和加工后继电器参数漂移带来的二次参数配置工作、有效解决继电器串联或者并联使用过程中参数配置问题。大大简化生产过程与时间；同时实现抗交流误动、大功率启动，启动后继电器动作阶段的降功耗绿色运行。
27.有益效果：本发明克服了现有继电器控制电路的参数调节的繁复：由于继电器本身动作值、动作时间离散度大，而对于动作值和动作时间要求比较高的场合，继电器的生产与参数配置就非常困难；本发明使得对于继电器动作值和动作时间有严格要求的场合，无需增加电源就可以实现动作值和动作时间的精准设置，可以实现全部继电器产品的一次合格率。同时实现抗交流误动、大功率启动，启动后继电器动作阶段的降功耗绿色运行。根据本发明实施方式实现的一种动作值精确控制、大功率启动低功耗运行中间继电器，整个出口继电器的动作特性不再受继电器本身的动作特性影响，彻底解决继电器动作值和动作时间精准控制。可以减少大量的设备投入和加工前大量的筛选工作。同时实现大功率启动，抗交流误动、继电器回路的降功耗运行，为节能减排做出贡献。利用本技术人的cn2021111201339一种继电器无源精准动作参数控制芯片用在比较特殊的场合。
28.此外，由于继电器本身动作值离散度大，而对于动作值要求高的场合，继电器的生产与参数配置就非常困难或无法配置。本发明使得对于继电器动作值、动作时间、抗交流误动、大功率启动有严格要求的场合，无需增加电源就可以实现动作值和动作时间的精准设置，可以实现全部继电器产品的一次合格率。同时实现抗交流误动、大功率启动、启动后继电器动作阶段的降功耗运行，达到绿色运行。
29.本发明抗交流误动，继电器线圈两端在加入有效值为220v工频交流电压的情况下，继电器输出接点可靠不动作；大功率启动，在电力系统中存在很多不确定的干扰信号，导致信号误判或者在直跳回路中导致开关误跳闸的现象，采用大功率启动可以避免干扰误动，同时确保系统正确的动作；继电器低功耗运行；本发明使得对于继电器动作值和动作时间以及现场干扰比较多的的场合，无需增加电源就可以实现动作值、动作时间的精准设置、大功率启动和抗交流误动，同时产品在稳定运行阶段可以降低继电器和分压电阻的运行功耗，同时可以实现全部继电器无论多个继电器串联方式还是并联方式产品的一次合格率以及产品稳定阶段低功耗运行。
30.本发明使得对于继电器动作值和动作时间有严格要求的场合，无需增加电源就可以实现动作值和动作时间的精准设置，可以实现全部继电器产品的一次合格率。本发明在所有应用场所均选择直流继电器，即使在交流应用场景下也可应用本发明的方法。
附图说明
31.图1为干扰信号的示意图；
32.图2抗干扰继电器基本原理；
33.图3继电器线圈回路监视示意图；
34.图4是一个图解动作值精确控制、大功率启动低功耗运行中间继电器的应用原理图。
具体实施方式
35.以下通过实施案例，并配合附图4，详细说明本发明的内容。
36.以下叙述列举的案例以及叙述介绍本发明的基本概念，并非意图限制本发明内容。实际发明范围应按照权力要求书的范围界定。
37.图4：图解动作值精确控制、大功率启动低功耗运行中间继电器的应用原理图。
38.利用本发明的方法可以得到继电器装置，装置包括第一继电器回路rl1、第二或/与第三继电器线圈rl2和rl3回路和无源精准动作参数控制芯片；在第一继电器回路rl1并联一个功率电阻r31，通过输入电压采样电路输入到无源精准动作参数控制芯片，无源精准动作参数控制芯片的输出对第二或/与第三继电器线圈rl2和rl3回路进行控制；输入电压采样电路为分压电路，分压输入到无源精准动作参数控制芯片的vt端口，当vt端口的电压大于设定值时，无源精准动作参数控制芯片gt端口输出pwm信号驱动mosfet导通，mosfet导通后给第二或/与第三继电器提供负电源，第二或/与第三继电器动作。外部启动的信号接点闭合，由于受到外部电磁干扰，外部启动接点后端有时出现耦合交流信号，造成第一继电器rl1误动的情况发生。因此在rl1线圈的两端并联r31功率电阻，功率电阻r31是为了增大整个抗干扰回路的电流等同于增大整个回路功率，此电路只有当电源提供的功率大于启动功率时，rl1继电器才会动作(常闭接点断开，常开接点闭合)，r31功率被切断，降功耗运行，同时给第二、第三继电器rl2、rl3和无源精密控制芯片供电，串联的第二、第三继电器rl2、rl3由无源精密控制芯片的输出端控制。在继电器的 km端有干扰信号，若干扰信号为尖峰信号或者脉冲信号，虽然电压达到继电器的启动电压，但达不到继电器的启动功率，第一继电器rl1仍不能动作,即第二、第三继电器rl2、rl3和无源精密控制芯片失电。
39.第一继电器rl1动作后，给无源精密控制芯片供电，同时给第二、第三继电器rl2、rl3提供正电源，此时vt端口通过采样电路判断输入电压是否满足继电器的动作电压标准，此时的控制精度受vt比较器的精度确定，而不受继电器的动作值影响。采样值大于vt比较器的门槛值，则驱动gt端口输出驱动mosfet导通，mosfet导通后给继电器线圈提供负电源，继电器动作。继电器进入动作阶段后，pwm输出能保证继电器可靠动作的pwm波形，降低继电器和分压电阻回路的功耗，实现继电器动作阶段的降功耗运行，同时实现第二次降功耗，达到绿色运行。对于输入端vt比较器而言，当大于设定的门槛值时，gt输出，为保证继电器的稳定运行，vt比较器具备迟滞特性，只有当采样电压低于返回值门槛时，gt才会停止使出，从而时继电器也具备良好的迟滞特性。
40.对于通过延长动作时间解决干扰源的场合，可以在vt的输入端并接电容，即可获得精准的继电器动作的延时，延时的精度与继电器本身的参数无关，只和芯片的延时精度和容值大小有关，这样就可以很好的控制继电器的延时精度，一致性可以得到可靠的保证。
41.当继电器的电源输入端 km端有交流220v信号混入直流系统时，经过整流桥，第一继电器rl1达到动作电压，同时满足启动功率，一方面切断继电器的功率回路即电阻r31，另一方面给第二、第三串联的继电器rl2、rl3和无源精密继电器控制芯片供电。通过分压电阻回路、稳压回路和rc滤波回路，控制vt的电压小于动作的门槛电压，来控制gt不输出，进而控制第二、第三串联的继电器rl2和rl3不动作。实现继电器线圈两端在加入有效值为220v工频交流电压的情况下，继电器输出接点可靠不动作，产品不损坏，不出现异响。
42.当有高压输入时，需要在输入端口vin引脚串联一个二极管和分压电阻，以减少无源精密继电器控制芯片的启动功耗。同时在回路中串联热敏电阻、并联压敏电阻进行双重保护，提高产品的抗干扰能力，满足电力行业emc四级要求。
43.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。