阅读说明：本技术 一种带有故障保护的二极管等零相位开关 (Diode equal zero phase switch with fault protection ) 是由 王海 徐华洪 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种带有故障保护的二极管等零相位开关,包括：主继电器触点保护电路、主继电器触点检测电路、主继电器触点和继电器控制电路,所述的主继电器触点保护电路由辅助继电器触点K1与两支二极管D1和D2串联组成且两端与主继电器触点K并联；主继电器触点检测电路由光耦OP的输入端与二极管D3串联组成,且两端并联在D1、D2的两端,光耦OP的输出接到继电器控制电路。本发明的有益效果为：可以防止由于主继电器触点卡死造成的开关事故,当开关在动作时,主触点检测电路发现触点动作异常可以立即停止主触点的动作,防止故障的进一步扩大,并通知开关出现故障,从而可以提高二极管等零相位开关的可靠性。(The invention provides a diode equal zero phase switch with fault protection, comprising: the relay protection circuit comprises a main relay contact protection circuit, a main relay contact detection circuit, a main relay contact and a relay control circuit, wherein the main relay contact protection circuit is formed by connecting an auxiliary relay contact K1 with two diodes D1 and D2 in series, and two ends of the main relay contact K are connected in parallel; the main relay contact detection circuit is formed by connecting the input end of an optical coupler OP and a diode D3 in series, the two ends of the main relay contact detection circuit are connected to the two ends of D1 and D2 in parallel, and the output of the optical coupler OP is connected to the relay control circuit. The invention has the beneficial effects that: the switch fault caused by the dead contact of the main relay can be prevented, when the switch acts, the main contact detection circuit can immediately stop the action of the main contact when finding that the contact acts abnormally, the further expansion of the fault is prevented, and the fault is informed to the switch, so that the reliability of zero-phase switches such as diodes and the like can be improved.)

一种带有故障保护的二极管等零相位开关

技术领域

本发明涉及一种交流电继电器开关，特别是一种利用二极管和辅助继电器触点串联实现交流继电器开关触点在闭合或断开时不产生电弧的继电器开关，并且这种继电器开关是带有故障保护和报警的，国际分类号为H01H9/54、H01H9/56。

背景技术

中国专利申请2013102656141.1提供了一种二极管等零相位开关，开关闭合/断开时辅助继电器触点先闭合，保证主继电器触点闭合或断开时不会打火或拉弧，辅助继电器触点只是在开关动作的瞬间工作，所以辅助继电器触点的寿命远远长于主继电器触点的寿命。在实际的使用中，发现主继电器触点动作时间的随机性很大，如果在闭合时主继电器触点的闭合时间超过了辅助支路二极管可能导通的时间，有可能发生主继电器触点打火烧粘或拉弧不断的情况。另外二极管等零相位开关的一个主要应用领域是电源换流或换相，可以实现无电流突变的换流或换相，这种开关在电源切换的换流开关、变压器有载调压开关和三相不平衡换相开关等领域都可以应用。在换流和换相的应用情况下，原理是A路的主继电器触点断开，B路的主继电器触点闭合，断开到闭合的瞬间用辅助二极管支路续流，即实现从A路到B路的转化。但可能出现的问题是如果A路继电器触点由于故障没有断开，B路继电器触点就闭合，就是出现A路电源与B路电源短路的事故。为了避免由于主继电器触点不动作带来的换相短路事故，中国专利ZL201520930559.4公开了一种检测主继电器触点是否动作的方法，通过检查主继电器触点回路的电流，可以确认主继电器触点是否闭合或断开，并且通过单刀双掷继电器开关实现换相互锁，这种检测方法对于二极管等零相位开关应用于换相开关领域是十分重要的，可以防止换相过程短路的发生。但这种检测方法无法确定主继电器触点动作之前小继电器是否闭合，而如果小继电器没有闭合，大继电器在闭合断开动作时就失去了保护。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于提高二极管等零相位开关可靠性的检测电路和控制方法，通过判断辅助继电器触点闭合及主继电器触点闭合/断开的情况，实现对二极管等零相位开关的保护。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种带有故障保护的二极管等零相位开关包括主继电器触点保护电路、主继电器触点检测电路、主继电器触点和继电器控制电路，所述的主继电器触点保护电路由保险管F、辅助继电器触点K1与两支二极管D1和D2串联组成且两端与主继电器触点K并联；主继电器触点检测电路由光耦OP的输入端与二极管D3串联组成，且两端并联在D1、D2的两端，光耦OP的输出接到继电器控制电路。

进一步的，所述电流互感器CT接入辅助继电器触点支路，电流互感器CT的输出接到继电器控制电路。

进一步的，所述主继电器触点保护电路由2支以上二极管与辅助继电器触点串联组成。

进一步的，所述辅助继电器触点支路串联保险丝F，保险管的额定电流为主继电器触点额定电流的1/5-1/100。

进一步的，所述继电器控制电路的电源输入端接在辅助继电器触点支路串联保险丝的下端，当保险丝烧断后继电器控制电路没有电源。

所述的二极管等零相位开关的保护方法，包括以下的步骤：

步骤1)继电器闭合过程：小继电器在电压负半周闭合，当电压变化到正半周时，如果光耦没有输出，说明小继电器触点没有闭合或二极管短路，控制电路应立刻发出大继电器断开指令；如果在大继电器预定闭合的时间段内光耦还有输出，说明大继电器没有闭合，控制电路在接下来的电流负半周将小继电器断开，并发出故障报警。

步骤2)继电器断开过程：小继电器在大继电器断开之前闭合，大继电器选择在电流正半周断开，如果在大继电器触点预定断开时段内光耦没有输出，继电器控制电路停止执行下一步的控制指令并发出报警。

本发明的有益效果为：可以防止由于主继电器触点卡死造成的开关事故，当开关在动作时，主触点检测电路发现触点动作异常可以立即停止主触点的动作及故障的进一步扩大，并通知开关出现故障，从而可以提高二极管等零相位开关的可靠性。

附图说明

下面根据附图对本发明做进一步详细说明。

图1、本发明实施例所述的带有故障保护的二极管等零相位开关电路原理图一；

图2、本发明实施例所述的带有故障保护的二极管等零相位开关电路原理图二；

图3、本发明实施例所述的带有短路保护的三相不平衡调整换相开关电路原理图；

图4、本发明实施例所述的带有短路保护的换流开关原理图；

图5、本发明实施例所述的带有熔断保护的电容器投切开关电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例所述的一种带有故障保护的二极管等零相位开关的原理图，包括主继电器触点K，主继电器触点保护电路、主继电器触点检测电路和继电器控制电路组成，所述的主继电器触点保护电路由保险管F、辅助继电器触点KD、二极管D1和D2串联电路，主继电器触点保护电路两端与主继电器触点K并联，主继电器触点检测电路由光耦OP的输入端、电阻R和二极管D3串联组成，主继电器触点检测电路两端并联在D1、D2的两端，光耦OP的输出接到继电器控制电路。

主继电器触点检测电路的工作原理如下：(1)当开关做闭合动作时，首先辅助继电器触点KD在负半周闭合，由于D1和D2处于反向，没有电流通过主继电器触点保护支路，且D3也处于反向，没有电流通过主继电器触点检测支路，当电压由负变正，D1、D2和D3导通，这时会有电流分流流过辅助继电器触点检测电路，光耦OP有电流输出。在电压正半周期间闭合主继电器触点K，完成开关的闭合过程。如果辅助继电器触点K1没有闭合，在电压变正的瞬间光耦OP没有脉冲电流输出，继电器控制电路将立即停止主继电器触点K的闭合，或发出主继电器触点断开指令，之后发出故障报警；如果主继电器触点K在电压正半周的期间内的预定时间没有闭合，光耦OP持续有电流输出，继电器控制电路将给主继电器发出断开指令，并在电压负半周断开辅助继电器触点KD。在开关闭合的过程中，无论是辅助继电器触点没有闭合或主继电器触点未闭合或延时闭合，都有可能对主继电器触点造成损坏而造成开关故障，二极管等零开关的保护电路可以提示开关故障。(2)同样开关断开动作时，首先辅助继电器触点闭合，由于主继电器触点处于闭合状态，没有电流通过主继电器触点触电保护电路和主继电器触点检测电路，主继电器触点K在电流正半周断开，一旦主继电器触点K断开。电流流过辅助继电器触点KD、D1和D2支路和D3、光耦OP支路，保证主继电器触点断开时不拉弧，同时光耦OP有电流输出，继电器控制电路即得到主继电器触点断开的信号，在接下来的电流负半周，断开辅助继电器触点KD即完成了开关断开的过程。如果主继电器触点没有在预定时间断开，继电器控制电路将立刻停止主继电器触点断开的动作，并发出故障报警。在光耦支路串联的电阻R的作用是防止光耦支路分流过大烧毁光耦，电阻R的阻值是0-1000Ω，一般技术人员通过试验即可得到合适的阻值。

图2所示为本发明实施例所述的一种带有故障保护的二极管等零相位开关的原理图之二，电流互感器检测辅助继电器触点支路的电流，互感器的输出接到继电器控制电路，在开关闭合或断开的过程中，电流互感器就能检测到辅助继电器触点支路的电流变化，从而确定主继电器的触点闭合或断开的状态。主继电器触点能够在预定的时间内正常的闭合或断开，互感器就有相应变化的电流信号输出；如果主继电器触点未能能够在预定的时间内正常的闭合或断开，互感器就有相应变化的电流信号输出，继电器控制电路将检测到主继电器触点出现故障，即可做出开关故障报警。采用电流互感器实现主继电器触点检测功能的缺点是如果二极管D1和D2出现短路的情况，电流互感器照常有电流信号输出，无法感知到二极管D1和D2是否短路，而二极管D1和D2出现短路情况仍继续进行开关的闭合或断开的进程，将造成更大的故障发生。

图3所示为本发明实施例所述的一种带有故障保护的二极管等零相位开关应用于三相换相开关的电路原理图，这种开关可以解决低压配电网三相不平衡的问题。换相开关由三组本发明实施例所述的一种带有故障保护的二极管等零相位开关组成，三组开关的一端分别接到A、B、C三相，三组开关的另外一端并联接到负载。当A路开关闭合时，由A相供电；当B路开关闭合时，由B相供电，A、B、C三路开关在同一时间只能有一个闭合，否则会发生相间短路。具体换相工作过程如下：假设换相开关原来由A相供电，现在要换到B相供电，A、B为顺序相位(A相超前B相6.67mS/50Hz)且负载为阻性，换相时在A相电流负半周先闭合辅助继电器触点KAD，在正半周时打开主继电器触点KA，KA打开时光耦OPA有电平变化输出送到换相继电器控制电路，如果在预定的时间内换相继电器控制电路没有收到光耦输出的变化信号，换相继电器控制电路将判定主继电器触点KA没有打开，换相继电器控制电路不发出辅助继电器触点开关KBD和B相继电器JB闭合的指令，并在接下来的电流负半周断开辅助继电器触点KAD，这样可以避免主继电器触点KB闭合时出现的A、B相短路的可能。接下来如果KA闭合没有问题，换相继电器控制电路控制辅助继电器触点KBD闭合，当B相电压高于A相电压时，A路开关辅助继电器触点支路的二极管DA1和DA2截止，B路开关辅助继电器触点支路的二极管DB1和DB2导通，换相开关顺利换相，接下来换相继电器控制电路控制B相主继电器触点KB闭合，之后断开A路开关的辅助继电器触点KAD即完成了换相过程。如果A路开关的辅助继电器触点KAD由于某种原因没有断开，当A相电压高于B相电压时，A、B之间即会发生短路，这时串联在A路开关辅助支路上的保险管FA会迅速熔断，从而可以避免短路事故的发生，保险管的容量一般选择为主回路电流的1/5-1/100之间，比如开关的正常工作电流为100A，保险管可以选择5A。

如果A相与B相之间为逆序关系，在A相换相到B相的过程以及各种保护过程一般技术人员根据上面的描述即可完成，再此不在赘述。

图4所示为本发明实施例所述的一种带有故障保护的二极管等零相位开关用于电源切换的带有短路保护的换流开关的电路原理图，这是由两路电源对一个负载供电的电源转换电路，当KA闭合时由A路电源供电，当KB闭合时B路电源供电，在KA和KB转换时如果发生KA和KB同时闭合的瞬间，就会出现A、B电源短路的情况；如果换流时KA和KB同时断开，就会出现负载断电的情况。图4中KA和KB各有两路辅助支路KAD1、KAD2、KBD1和KBD2，每个开关支路配有两个二极管极性相反的辅助支路，这样可以保证A、B电源在任意的正负半周都可以换流，换流的原理和过程和图3的换相开关类似，再此不在赘述。

图5所示本发明实施例所述的一种带有故障保护的二极管等零相位开关用于电容器投切的带有熔断保护的电容器投切开关。继电器控制电路的1、2两端为继电器控制电路的电源端，1端接到A相开关辅助支路的FA和KAD之间，2端接到C相开关辅助支路的FC和KCD之间，相当于继电器控制电路通过保险丝FA和FC直接从三相电源的A、C相之间取电，由于开关故障造成保险丝FA或FC烧断，继电器控制电路由于没有电源则无法继续工作，因而可以避免故障的进一步扩大。

二极管触点保护复合开关是一种电流过零通/断的开关，通过二极管等零技术实现开关的灭弧，采用本发明公开的技术可以防止由于主继电器触点卡死造成的开关事故，当开关在动作时，主触点检测电路发现触点动作异常可以立即停止主触点的动作，防止故障的进一步扩大，并通知开关出现故障，从而可以提高二极管等零相位开关的可靠性。这使得开关可以具有更小的体积、更多智能化的保护功能和远程操控的功能，实现真正智能开关，这将是交流电源开关的一场革命。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其它各种形式的产品和方法，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。