一种抗晃电模块的切换控制方法及抗晃电模块
阅读说明：本技术 一种抗晃电模块的切换控制方法及抗晃电模块 (Switching control method of anti-interference module and anti-interference module ) 是由 姚鹏 王海玉 刘玉莹 谢宜舜 朱志伟 李波 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种抗晃电模块的切换控制方法及抗晃电模块,该方法先根据接触器线圈的额定电压有效值计算得到额定电压的标准正弦数组；然后根据实际采样的接触器线圈端电压计算电压偏差判定是否发生晃电,且在晃电发生后控制接触器线圈由交流电源供电切换为抗晃电模块供电；接着在接触器线圈切换为抗晃电模块供电后,根据实际采样的接触器线圈端电压计算电压偏差判断是否晃电消失；在晃电消失后,且晃电恢复时间达到反切限定时间定值时,控制接触器线圈由抗晃电模块供电切换为交流电源供电；最后在超出抗晃电模块的供电能力后强制控制由抗晃电模块切回到交流电源供电。可有效解决电网上接触器面临的晃电造成脱扣问题,控制可靠性高,兼顾了控制过程各个器件的动作行程时间,有效提高了抗晃电模块的使用寿命,且逻辑完整性和适用性强。(The invention relates to a switching control method of an anti-interference module and the anti-interference module, firstly calculating to obtain a standard sine array of rated voltage according to the rated voltage effective value of a contactor coil; then, calculating voltage deviation according to the actually sampled terminal voltage of the contactor coil to judge whether the interference occurs, and controlling the contactor coil to be switched from the alternating current power supply to the interference prevention module to supply power after the interference occurs; then, after the contactor coil is switched to supply power to the anti-interference module, calculating voltage deviation according to the actually sampled terminal voltage of the contactor coil to judge whether interference disappears; after the interference electricity disappears and the interference electricity recovery time reaches the fixed value of the reverse switching limit time, controlling the coil of the contactor to be switched from the power supply of the anti-interference electricity module to the power supply of an alternating current power supply; and finally, after the power supply capacity of the anti-interference module is exceeded, the anti-interference module is forcibly controlled to switch back to the alternating current power supply for supplying power. The problem that the contactor on the power grid is subjected to electricity interference to cause tripping can be effectively solved, the control reliability is high, the action travel time of each device in the control process is considered, the service life of the anti-interference module is effectively prolonged, and the logic integrity and the applicability are strong.)
技术领域
本发明属于电力系统供电保护
技术领域
，特别涉及一种抗晃电模块的切换控制方法及抗晃电模块。背景技术
目前，随着经济社会的高速发展，国民经济生产生活中各类型设备逐渐增多。特别是近年来，一些高精尖设备越来越多。这些工农业生产生活设备对电能质量尤为敏感，特别是对电压晃电问题，一旦发生将造成巨大的经济损失。例如，在生产生活中广泛使用的电脑、服务器等具有存储介质的电子设备，在晃电发生时会造成过热、数据丢失、数据存储不完整等问题；在“卡脖子”的芯片制造行业，一旦发生晃电，将造成半导体器件的批量性质量问题；在PLC控制领域，晃电发生后会造成节点无法保持，程序丢失等问题；在自动化控制喷漆领域，一旦发生晃电，会造成喷漆不均、颜色不一致，进而引发批量质量问题。
特别是在我国已经广泛应用的电动机、泵类控制系统中，以及其他工业控制回路中，接触器已经得到广泛且大量应用。但是，接触器在面对晃电问题时，会发生接触器线圈掉电或无法维持，造成节点回路控制失效，进而引发告警、故障，如电动机掉电、泵类停止运行等问题；在炼油行业表现为磕头机停止工作，在化工行业表现为泵类控制失效，造成了大量工业生产事故，而数量众多的电动机、泵类控制回路，重新上电需要耗费大量的时间和人力，造成了大量的经济损失。
常规在接触器的抗晃电领域，常采用双控制电源互为备用的方式，但是受限于电源切换的速度问题，晃电发生的速度也很快，导致双电源切换有时不能保障晃电时刻的供电。还有采用在线式UPS的方法为控制电源供电，但是在线式UPS的价格和体积都很大，安装时需要特别的安装空间和预算。在既有线路的改造时体积成为了限制该种方案使用的问题。而由于UPS给整个控制系统供电，需要配置的功率很大，部分场合还要配置储能电池，这些因素进一步提高了UPS方案的价格和体积，成为了应用中限制的重要因素。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种可解决电网接触器面临的晃电造成脱扣问题，控制可靠性高，逻辑完整性和适用性强，同时可提高抗晃电模块使用寿命的切换控制方法，以及基于该切换控制方法的抗晃电模块。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种抗晃电模块的切换控制方法，包括：
S100.额定电压标准正弦数组计算，根据接触器线圈的额定电压有效值计算得到额定电压的标准正弦数组；
S200.晃电判断及正切时序控制，根据实际采样的接触器线圈端电压计算电压偏差判定是否发生晃电，且在晃电发生后控制接触器线圈由交流电源供电切换为抗晃电模块供电；
S300.晃电消失判断，在接触器线圈切换为抗晃电模块供电后，根据实际采样的接触器线圈端电压计算电压偏差判断是否晃电消失；
S400.反切时序控制，在晃电消失后，且晃电恢复时间达到反切限定时间定值时，控制接触器线圈由抗晃电模块供电切换为交流电源供电；
S500.超限控制，在超出抗晃电模块的供电能力后强制控制由抗晃电模块切回到交流电源供电。
进一步地，所述步骤S100的“额定电压标准正弦值计算”，具体包括：
S101:接触器线圈额定电压有效值为VN_RMS,则根据公式建立额定电压标准正弦数组:其中sin()为正弦函数；k为控制器所在的当前控制周期，0≤k≤M；M为数组元素的个数，M＝fs/50，fs为控制器的控制频率；
S102：对接触器线圈的端电压进行锁相计算，得到电压的当前相位为θ；
S103：当前控制周期时刻k，接触器线圈的端电压位于正弦数组内位置的额定电压标准正弦值为SIN[k]，其中0≤θ≤2π。
进一步地，所述步骤S200的“晃电判断及正切时序控制”，具体包括：
S201.根据实际采样得到的端电压和该电压位于正弦数组内的位置对应的额定电压标准正弦值，计算得到电压偏差；
S202.判断电压偏差的绝对值与额定电压的标准正弦值的比值是否大于设定的晃电偏差电压允许比例定值，是，则令正切计时标识位t1++，否，则令正切计时标识位t1＝0；
S203.当正切计时标识位t1与控制器的控制频率的比值大于晃电偏差时间允许定值时，控制电磁继电器常开节点闭合；
S204.当正切计时标识位t1与控制器的控制频率的比值大于设定的固态开关合闸延时时间t固时，控制固态开关闭合，使接触器的线圈由原来交流电源供电切换为抗晃电模块供电。
进一步地，所述步骤S202中的晃电偏差电压允许比例定值为接触器线圈额定电压有效值的所述步骤S203中的晃电偏差时间允许定值为2～3ms，所述S204中的固态开关合闸延时时间为4～6ms。
进一步地，所述“晃电消失判断”具体包括：
S301.在接触器线圈切换为抗晃电模块供电后，判断电压偏差的绝对值与额定电压的标准正弦值的比值是否小于设定的晃电恢复电压偏差允许比例定值，是，则令反切计时标识位q++，否，则令反切计时标识位q＝0；
S302.当反切计时标识位与控制器的控制频率的比值大于晃电恢复判定时间定值时，判定为晃电消失，进入反切时序控制；
S303.当反切计时标识位与控制器的控制频率的比值大于反切限定时间定值时，进入超限控制。
进一步地，所述步骤S301中的晃电恢复电压偏差允许比例定值不小于接触器线圈额定电压有效值的且晃电恢复电压偏差允许比例定值小于设定的晃电偏差电压允许比例定值；所述步骤S302中的晃电恢复判定时间定值不小于2～5ms，所述步骤S303中的反切限定时间定值不大于10s。
进一步地，所述反切时序控制是反切逻辑控制，包括：
S401.计算预估反切完成后电压所处的控制周期位置为k+t固*fs；
S402.判断当前电压所处正弦表位置、预估反切完成后电压所处正弦表位置SIN[k+t固*fs]、递增期反切电压递减期反切电压的关系；
若该电压位于正弦数组位置对应的额定电压标准正弦值SIN(k)位于第一象限且满足λ1为递增期反切电压比例系数，则输出电磁继电器的常开节点闭合指令和固态开关分开指令，否则循环等待，直到满足为止；
若该电压位于正弦数组位置对应的额定电压标准正弦值SIN(k)位于第二象限且满足λ2为递减期反切电压比例系数，则输出电磁继电器的常开节点闭合指令和固态开关分开指令，否则循环等待，直到满足为止；
若该电压位于正弦数组位置对应的额定电压标准正弦值SIN(k)位于第三象限且满足则输出电磁继电器的常开节点闭合指令和固态开关分开指令，否则循环等待，直到满足为止；
若该电压位于正弦数组位置对应的额定电压标准正弦值SIN(k)位于第四象限且满足则输出电磁继电器的常开节点闭合指令和固态开关分开指令，否则循环等待，直到满足为止。
优选地，所述递增期反切电压比例系数λ1不低于0.7，所述递减期反切电压比例系数λ2不低于0.85。
进一步地，所述超限控制包括：
S501.检测储能电容组两端电压；
S502.判断检测到的储能电容组两端电压是否小于储能电容组额定电压的50％，是，则令超限计时标识位J++，否，则令超限计时标识位J＝0；
S503.当超限计时标识位与控制器的控制频率的比值大于超限时间时，控制电磁继电器的常开节点闭合指令和固态开关分开。
进一步地，所述步骤S503中的超限时间不小于1～2ms。
本发明又提供了一种抗晃电模块，包括有控制器、电磁继电器、固态开关、储能电容组、AC/DC开关电源、DC/DC电源、电压转换芯片、电压采样器和状态检测器，而且所述AC/DC开关电源的输入端和输出端分别与电网和储能电容组的输入端电连接，所述储能电容组的其一输出端经电压转换芯片与控制器电连接，另一输出端与DC/DC电源的输入端电连接；所述DC/DC电源的输出端设置有与电网连接的直流供电回路，所述固态开关的常开接点J2串联在直流供电回路上；所述电压采样器和状态检测器的输入端和输出端分别与电网和控制器信号连接，所述电压采样器实时采样电网输入电压，并传送给控制器；所述控制器的输出端与电磁继电器和固态开关信号连接，且所述电磁继电器包括设于电网上以接通电网和接触器的常闭接点J1A、J1D，以及串联在直流供电回路上的常开接点J1B、J1C；
其中，所述控制器包括：
额定电压标准正弦值计算模块，用于根据接触器线圈的额定电压有效值计算得到额定电压的标准正弦值；
晃电判断及正切时序控制模块，用于根据实际采样的电压偏差判定是否发生晃电，且在晃电发生后控制接触器线圈由交流电源供电切换为抗晃电模块供电；
晃电消失判断模块，用于在接触器线圈切换为抗晃电模块供电后，根据实际采样的电压偏差判断是否晃电消失；
反切时序控制模块，用于在晃电消失后，且晃电恢复时间达到反切限定时间定值时，控制接触器线圈由抗晃电模块供电切换为交流电源供电；
超限控制模块，用于在超出抗晃电模块的供电能力后强制控制由抗晃电模切回到交流电源供电。
本发明有益效果：
本发明通过上述技术方案，即可有效解决电网上接触器面临的晃电造成脱扣问题，提高了工农业生产生活中控制的可靠性，而且切换过程考虑了接触器线圈的冲击电流，继电器与固态开关存在特定控制顺序，提高了抗晃电模块的使用寿命，双向切换逻辑清晰，考虑了供电或断电问题下的超限控制，逻辑完整性强，同时在应用过程中可针对不同工况设定抗晃电过程中的各个参数，适用性更强，应用更广泛。
附图说明
图1是本发明所述一种抗晃电模块的切换控制方法实施例的流程图；
图2是本发明所述一种抗晃电模块实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1中所示，本发明实施例所述的一种抗晃电模块的切换控制方法，包括以下步骤：
步骤S100.额定电压标准正弦数组计算，根据接触器线圈的额定电压有效值计算得到额定电压的标准正弦数组。具体包括：
S101:接触器线圈额定电压有效值为VN_RMS,则根据公式建立额定电压标准正弦数组:其中sin()为正弦函数；k为控制器所在的当前控制周期，0≤k≤M；M为数组元素的个数，M＝fs/50，fs为控制器的控制频率；
S102：对接触器线圈的端电压进行锁相计算，得到电压的当前相位为θ；
S103：当前控制周期时刻k，接触器线圈的端电压位于正弦数组内位置的额定电压标准正弦值为SIN[k]，其中0≤θ≤2π。
步骤S200.晃电判断及正切时序控制，根据实际采样的接触器线圈端电压计算电压偏差判定是否发生晃电，且在晃电发生后控制接触器线圈由交流电源供电切换为抗晃电模块供电；具体包括：
S201.根据实际采样得到的端电压Vreal和该电压位于正弦数组内的位置对应的额定电压标准正弦值，计算得到电压偏差ΔV，即ΔV＝Vreal-SIN(k)；
S202.判断电压偏差ΔV的绝对值与额定电压的标准正弦值SIN[k]的比值是否大于设定的晃电偏差电压允许比例定值V晃％(即：)，是，则令正切计时标识位t1++，否，则令正切计时标识位t1＝0；其中，所述晃电偏差电压允许比例定值V晃％优选为接触器线圈额定电压有效值VN_RMS的
S203.当正切计时标识位t1与控制器的控制频率的比值大于晃电偏差时间允许定值t晃(即：)时，控制电磁继电器常开节点闭合；其中，所述晃电偏差时间允许定值优选为2～3ms，所述固态开关合闸延时时间优选为4～6ms；
S204.当正切计时标识位t1与控制器的控制频率fs的比值大于设定的固态开关合闸延时时间t固(即：)时，控制固态开关闭合，使接触器的线圈由原来交流电源供电切换为抗晃电模块供电。
步骤S300.晃电消失判断，在接触器线圈切换为抗晃电模块供电后，根据实际采样的接触器线圈端电压计算电压偏差ΔV判断是否晃电消失。
具体包括：
S301.在接触器线圈切换为抗晃电模块供电后，判断电压偏差ΔV与额定电压的标准正弦值SIN[k]的比值是否小于设定的晃电恢复电压偏差允许比例定值V恢％(即：)，是，则令反切计时标识位q++，否，则令反切计时标识位q＝0；其中，所述晃电恢复电压偏差允许比例定值V恢％优选为不小于接触器线圈额定电压有效值的且晃电恢复电压偏差允许比例定值V恢％小于设定的晃电偏差电压允许比例定值V晃％(即：V恢％＜V晃％)；
S302.当反切计时标识位q与控制器的控制频率fs的比值大于晃电恢复判定时间定值t恢(即：)时，判定为晃电消失，进入步骤S400.反切时序控制；其中，所述晃电恢复判定时间定值t恢优选为不小于2～5ms；
S303.当反切计时标识位q与控制器的控制频率fs的比值大于反切限定时间定值t限(即：)时，进入步骤S500.超限控制；其中，所述反切限定时间定值优选为不小于10s。
S400.反切时序控制，在晃电消失后，且晃电恢复时间达到反切限定时间定值t限时，控制接触器线圈由抗晃电模块供电切换为交流电源供电；具体地，所述反切时序控制是反切逻辑控制，包括：
S401.计算预估反切完成后电压所处的控制周期位置(k+t固*fs)；
S402.判断该电压位于正弦表位置的额定电压标准正弦值SIN(k)所处的象限和SIN[k+t固*fs]与的关系，以确定是否控制电磁继电器的常开节点闭合和固态开关分开；具体为：
若该电压位于正弦表位置的额定电压标准正弦值SIN(k)位于第一象限且满足λ1为递增期反切电压比例系数，则输出电磁继电器的常开节点闭合指令和固态开关分开指令，否则循环等待，直到满足为止；
若该电压位于正弦表位置的额定电压标准正弦值SIN(k)位于第三象限且满足则输出电磁继电器的常开节点闭合指令和固态开关分开指令，否则循环等待，直到满足为止；
若该电压位于正弦表位置的额定电压标准正弦值SIN(k)位于第二象限且满足λ2为递减期反切电压比例系数，则输出电磁继电器的常开节点闭合指令和固态开关分开指令，否则循环等待，直到满足为止；
若该电压位于正弦表位置的额定电压标准正弦值SIN(k)位于第四象限且满足则输出电磁继电器的常开节点闭合指令和固态开关分开指令，否则循环等待，直到满足为止；
而且，所述递增期反切电压比例系数λ1优选为不低于0.7，所述递减期反切电压比例系数λ2优选为不低于0.85。当第一象限和第三象限的电压波形的数值在增大时，且t固时间合闸接通电路后，将有较大的数值立刻给接触器线圈供电，保障不脱扣；当第二象限和第四象限的电压波形的数值在减小时，合闸后电压峰值仍不小于额定电压的85％，即使电压减小了，也能够给接触器线圈供电一段时间完成吸合保持；即λ1衡量的门槛值低于λ2，因为第一象限和第三象限的电压波形处于增大阶段，较低的数值反切之后一直在充电，第二象限和第四象限是电压波形下降阶段，较高的数值反切后，给接触器线圈留足够的时间充电保持吸合。
步骤S500.超限控制，在超出抗晃电模块的供电能力后强制控制由抗晃电模块切回到交流电源供电。具体包括：
S501.检测储能电容组两端电压；
S502.判断检测到的储能电容组两端电压是否小于储能电容组额定电压的50％，是，则令超限计时标识位J++，否，则令超限计时标识位J＝0；
S503.当超限计时标识位J与控制器的控制频率fs的比值大于超限时间t超(即：)时，控制电磁继电器的常开节点闭合指令和固态开关分开；其中，所述超限时间优选为不小于1～2ms。
如图2所示，本发明实施例所述的抗晃电模块，包括有控制器1、电磁继电器2、固态开关3、储能电容组4、AC/DC开关电源5、DC/DC电源6、电压转换芯片7、电压采样器8和状态检测器9，而且所述AC/DC开关电源5的输入端和输出端分别与电网和储能电容组4的输入端电连接，所述储能电容组4的其一输出端经电压转换芯片7与控制器1电连接，另一输出端与DC/DC电源6的输入端电连接；所述DC/DC电源6的输出端设置有与电网连接的直流供电回路10，所述固态开关3的常开接点J2串联在直流供电回路10上；所述电压采样器8和状态检测器9的输入端和输出端分别与电网和控制器1信号连接，所述电压采样器8实时采样电网输入电压，并传送给控制器1；所述控制器1的输出端与电磁继电器2和固态开关3信号连接，且所述电磁继电器2包括设于电网上以接通电网10和接触器12的常闭接点J1A、J1D，以及串联在直流供电回路10上的常开接点J1B、J1C；
其中，所述控制器1包括：
额定电压标准正弦值计算模块11，用于根据接触器线圈的额定电压有效值计算得到额定电压的标准正弦值；
晃电判断及正切时序控制模块12，用于根据实际采样的电压偏差判定是否发生晃电，且在晃电发生后控制接触器线圈由交流电源供电切换为抗晃电模块供电；
晃电消失判断模块13，用于在接触器线圈切换为抗晃电模块供电后，根据实际采样的电压偏差判断是否晃电消失；
反切时序控制模块14，用于在晃电消失后，且晃电恢复时间达到反切限定时间定值时，控制接触器线圈由抗晃电模块供电切换为交流电源供电；
超限控制模块15，用于在超出抗晃电模块的供电能力后强制控制由抗晃电模切回到交流电源供电。
通过本发明所述的抗晃电模块的切换控制方法即可有效解决电网上接触器面临的晃电造成脱扣问题，提高了工农业生产生活中控制的可靠性，而且切换过程考虑了接触器线圈的冲击电流，继电器与固态开关存在特定控制顺序，提高了抗晃电模块的使用寿命，双向切换逻辑清晰，考虑了供电或断电问题下的超限控制，逻辑完整性强，同时在应用过程中可针对不同工况设定抗晃电过程中的各个参数，适用性更强，应用更广泛。
以上所述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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种新型高压直流继电器生产加工艺