一种通过采集电流变化实现灭弧的系统的制作方法

1.本发明涉及电力灭弧领域，具体涉及一种通过采集电流变化实现灭弧的系统。


背景技术：

2.电力是以电能作为动力的能源，而在电力领域为了实现电源的控制经常会采用一些具有触点的控制器，在有触点电器中，触头接通和分断电流的过程往往伴随着电弧的产生及熄灭。电弧是一种气体放电现象，电弧产生的高温对电器触点的寿命影响较大，因此吸合和分断灭弧处理尤其重要。现有的灭弧方式具有多种，(1)利用气体或油熄灭电弧。在开关电器中利用各种形式的灭弧室使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙，电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便迅速熄灭；(2)采用多断口。高压断路器常制成每相有两个或多个串联的断口，使加于每个断口的电压降低，电弧易于熄灭；(3)断路器断口加装并联电阻。在高压大容量断路器中，广泛利用弧隙并联电阻来改善它们的工作条件。断路器每相假如有两对触头，一对为主触头，另一对为辅助触头，电阻并联在主触头上。当断路器在合闸位置时，主、辅触头都闭合。当断开电路时，主触头先断开，这时并联在主触头断口上的电阻在主触头断开过程中起分流作用，有利于主触头断口灭弧；(4)采用新介质。利用灭弧性能优越的新介质，例如sf6(六氟化硫)断路器和真空断路器等；(5)利用金属灭弧栅熄灭电弧。用铁磁物质制成金属灭弧栅，当电弧发生后，立刻把电弧吸引到栅片内，将长弧分割成一串短弧，当电弧过零时，每个短弧的附近会出现150～250伏的介质强度，如果作用于触头间的电压小于各个介质强度的总和时，电弧就立即熄灭；这种灭弧方法在低压开关中用得很多，如继电器等电器。
3.在中国申请号为201210573317.5，公布日为2023.3.20的专利文献公开了一种可实现过零点合、分的自复式过欠电压保护器；包括中央处理器、控制模块、电源模块、继电器模块、电压和电流采集电路；继电器模块包括磁保持继电器，磁保持继电器的触点串接在220vac电源相线上；当电压异常时，中央处理器在采集到第一个交流电流过零点后于t4时刻发出分断信号给继电器模块，经继电器分断响应时间后，恰好在交流电过零点时分断。
4.该保护器利用光电耦合器输出的电压信号判断交流电是否经过过零点；同时通过继电器的方式实现交流电的通电，由于继电器关断电路具有一定的延时，从而使得需要提前一端时间发出控制信号才能使得在过零点能实现切断操作，而若时间上管控不好的话将会导致无法准确在过零点进行切换操作，同时本电路需要通过电流采集电路以及电压采集电路分别进行电流和电压的采集，从而使得整个电路结构较复杂，另外过零点检测电路中当检测线路正常时，其会输入电流到过零检测光耦开关中，此时过零检测光耦开关会发出光；而光耦开关在使用过程中会出现衰退的情况，从而导致发光二极管的亮度变化从而导致光耦开关无法进行正常打开进而影响过零点检测的效果，导致过零点检测不稳定的情况发生。


技术实现要素：

5.本发明提供一种通过采集电流变化实现灭弧的系统，电路连接简单；同时根据当前的电平信号判断被检测线路是否处于过零点，控制精度高。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种通过采集电流实现灭弧的系统，包括三极管q1、mos管q2、三极管q3、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、mcu和过零点检测电路。
7.mos管q2的源极与火线连接，火线与零线之间连接有负载；mos管q2的栅极与三极管q1的集电极连接，三极管q1的发射极接电源，三极管q1的基极与mcu的io端连接。
8.所述电阻r1的一端和电阻r2的一端与火线连接，所述电阻r3的一端和电阻r4的一端与零线连接；电阻r1的另一端、电阻r2的另一端、电阻r3的另一端和电阻r4的另一端与三极管q3的发射极连接，电阻r1的另一端、电阻r2的另一端与mcu相连，三极管q3的集电极接地；三极管q3的基极与mcu连接。
9.过零点检测电路包括运算放大器u3，运算放大器u3的反相输入端与火线连接，运算放大器u3的同相输入端与零线和参考电压输出端连接；运算放大器u3的输出端与mcu连接。
10.mcu在电阻r1和电阻r2的另一端输入的电压值异常时且在过零点检测电路检测到电压过零点时通过io端向三极管q1发送开关信号。
11.以上系统，正常情况下，三极管q1是导通，三极管q1的集电极有电压，然后使得mos管q2导通，从而零线和火线之间与负载接通，同时mcu向三极管q3发送信号使得三极管q3导通，从而三极管q3的集电极相当于接地，使得零线l和火线n上的电阻r1和电阻r2、电阻r3和电阻r4这四个采样电阻上有电流通过，并在电阻r1和电阻r2上具有压降，并将压降反馈到mcu内，若在零线和火线之间的负载短路或断路的情况下，流过电阻r1和电阻r2上的电流会突然发生变化，从而使得电阻r1和电阻r2的另一端上的压降发生变化，mcu检测到电阻r1和电阻r2的另一端上的压降变化之后，并在过零点检测电路检测到过零点时，在mcu的io端发出控制信号，使得三极管q1关闭，从而mos管的栅极置高，从而使得mos管截止，从而火线和零线断开，从而使得在电路异常时在过零点位置实现断开电路，确保电路安全，本电路仅仅通过三极管q1以及mos管实现电路的断开操作，无需使用继电器等器件，而三极管等器件能实现及时通断，从而使得电路结构简单且操作可靠，另外过零点检测电路通过运算放大器实现，通过设置参考电压使得运算放大器在异常工作时，能输出控制信号给mcu，无需光耦合器控制基准电压，电路结构简单且可靠。
12.进一步的，过零点检测电路还包括电阻r35、电阻r43、电阻r45、电阻r46、电阻r47、电阻r48、电阻r49、电阻r50、电阻r51、电阻r52、电阻r53和电容c16。
13.电阻r45的一端与火线连接，电阻r45的另一端与电阻r46的一端连接，电阻r46的另一端与电阻r47的一端连接，电阻r47的另一端与电阻r48的一端连接，电阻r48的另一端与电阻r49的一端连接，电阻r49的另一端与运算放大器u3的反相输入端连接。
14.电阻r50的一端与零线连接，电阻r50的另一端与电阻r51的一端连接，电阻r51的另一端与电阻r52的一端连接，电阻r52的另一端与电阻r53的一端连接，电阻r53的另一端与电阻r54的一端连接，电阻r54的另一端与运算放大器u3的同相输入端连接。
15.运算放大器u3的输出端与电阻r35的一端连接，电阻r35的另一端与mcu处理器连接且通过电容c16接地。
16.运算放大器u3的反相输入端还与电阻r43的一端连接，电阻r43的另一端与与运算放大器u3的输出端连接；运算放大器u3的同相输入端还与电阻r44的一端连接，电阻r44的另一端与基准电压电路连接。
17.运算放大器u3的vcc端与电源连接，运算放大器u3的vee端接地。
18.以上电路，运算放大器u3与电源端连接，实现对运算放大器u3供电；零线和火线通过电阻与运算放大器u3连接；检测被检测线路的电压过零点；通过串联的电阻起到限流作用，运算放大器u3的同相输入端连接的基准电压电路提供参考电压，当被检测线路的电压远离过零点时，运算放大器u3的反相输入端的电压为火线的电压值经过五个电阻分压之后小于参考电压；运算放大器u3的输出端输出0；当被检测线路的电压经过零点时，零线和火线的电压值为0，运算放大器u3的反相输入端的电压大于参考电压；运算放大器u3的输出端输出高电平；运算放大器u3输出的高电平或低电平都输入到mcu中，mcu根据当前的电平信号判断被检测线路是否处于过零点，控制精度高，且通过设置基准电压电路提供小电压使得运算放大器在正常工作时处于工作状态，从而无需额外设置压降电路，电路结构简单，另外在运算放大器的输出端和反向输入端之间设置有电阻r43，形成负反馈，使得输出更加可靠。
19.进一步的，所述基准电压电路输出1.65v电压。
20.以上设置，确保运算放大器正常工作。
21.进一步的，电阻r54的另一端与阻r49的另一端之间连接有电容c24。
22.以上设置，通过电容c24起到隔直通交的保护作用。
23.进一步的，运算放大器u3的vcc端与电源端连接且通过电容c20接地。
24.以上设置，通过电容c20对电源端的电压进行过滤，从而运算放大器的vcc端输入更加可靠。
25.进一步的，还包括继电器k，mos管q2的漏极与继电器k的一端连接，继电器k的另一端与零线连接。
26.以上设置，通过在mos管q2与零线之间设置继电器k，可以通过外部操作使得在不需要外接电阻时断开继电器k，从而能选择性外接负载，继电器k在正常情况是关闭的。
27.进一步的，基准电压电路包括电容c6、电阻r41、电阻r42、电阻r20、运算放大器u2、电阻r21、电阻r40和电容c13；电阻r41的一端与3.3v电源端连接且通过电容c6接地，电阻r41的另一端电阻r42的一端与电阻r20的一端连接，电阻r42的另一端接地，电阻r20的另一端与运算放大器u2的同相输入端连接；电阻r21的一端与运算放大器u2的反相输入端连接，电阻r21的另一端与运算放大器u2的输出端连接，运算放大器u2的输出端还与电阻r40的一端连接，电阻r40的另一端与基准电压电路的输出端连接且通过电容c13接地。
28.以上设置，3.3v的电压经过电阻r41、电阻r20分压后输入到运算放大器u2中，同时使用运算放大器u2作为减法器进一步降低输入到运算放大器u2中的电压；实现输出1.65v的基准电压，其中电容c6以及电阻r42对输入的3.3v电压进行过滤，确保输入电压的稳定性，然后通过电阻r41和电阻r20进行分压之后输入到运算放大器u2中进行比较，电阻r21设置在运算放大器的输出端以及反向输入端确保运算放大器的输出的稳定性，然后电阻r40和电容c13对输出参考电压进行过滤确保输出电压的稳定性。
附图说明
29.图1为本发明的示意图。
30.图2为本发明中过零点检测电路的电路图。
31.图3为本发明中基准电压电路的电路图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
32.如图1-3所示，一种通过采集电流变化实现灭弧的系统，包括三极管q1、mos管q2、三极管q3、继电器k、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、mcu和过零点检测电路1。
33.mos管q2的源极与火线连接，mos管q2的漏极与继电器k的一端连接，继电器k的另一端与零线连接，火线与零线之间连接有负载2；mos管q2的栅极与三极管q1的集电极连接，三极管q1的发射极接电源地，三极管q1的基极与mcu的io端连接。
34.所述电阻r1的一端和电阻r2的一端与火线连接，所述电阻r3的一端和电阻r4的一端与零线连接；电阻r1的另一端、电阻r2的另一端、电阻r3的另一端和电阻r4的另一端与三极管q3的发射极连接，电阻r1的另一端、电阻r2的另一端与mcu相连，三极管q3的集电极接地；三极管q3的基极与mcu连接。
35.过零点检测电路包括运算放大器u3，运算放大器u3的反相输入端与火线连接，运算放大器u3的同相输入端与零线和参考电压输出端连接；运算放大器u3的输出端与mcu连接；mcu在电阻r1和电阻r2的另一端输入的电压值异常时且在过零点检测电路检测到电压过零点时通过io端向三极管q1发送开关信号。
36.正常情况下，三极管q1是导通，三极管q1的集电极有电压，然后使得mos管q2导通，从而零线和火线之间与负载接通，同时mcu向三极管q3发送信号使得三极管q3导通，从而三极管q3的集电极相当于接地，使得零线l和火线n上的电阻r1和电阻r2、电阻r3和电阻r4这四个采样电阻上有电流通过，并在电阻r1和电阻r2上具有压降，并将压降反馈到mcu内，若在零线和火线之间的负载短路或断路的情况下，流过电阻r1和电阻r2上的电流会突然发生变化，从而使得电阻r1和电阻r2的另一端上的压降发生变化，mcu检测到电阻r1和电阻r2的另一端上的压降变化之后，并在过零点检测电路检测到过零点时，在mcu的io端发出控制信号，使得三极管q1关闭，从而mos管的栅极置高，从而使得mos管截止，从而火线和零线断开，从而使得在电路异常时在过零点位置实现断开电路，确保电路安全，本电路仅仅通过三极管q1以及mos管实现电路的断开操作，无需使用继电器等器件，而三极管等器件能实现及时通断，从而使得电路结构简单且操作可靠，另外过零点检测电路通过运算放大器实现，通过设置参考电压使得运算放大器在异常工作时，能输出控制信号给mcu，无需光耦合器控制基准电压，电路结构简单且可靠。
37.过零点检测电路1包括电阻r35、电阻r43、电阻r45、电阻r46、电阻r47、电阻r48、电阻r49、电阻r50、电阻r51、电阻r52、电阻r53、电容c16和运算放大器u3。
38.电阻r45的一端与火线连接，电阻r45的另一端与电阻r46的一端连接，电阻r46的另一端与电阻r47的一端连接，电阻r47的另一端与电阻r48的一端连接，电阻r48的另一端与电阻r49的一端连接，电阻r49的另一端与运算放大器u3的反相输入端连接。
39.电阻r50的一端与零线连接，电阻r50的另一端与电阻r51的一端连接，电阻r51的另一端与电阻r52的一端连接，电阻r52的另一端与电阻r53的一端连接，电阻r53的另一端与电阻r54的一端连接，电阻r54的另一端与运算放大器u3的同相输入端连接。在电阻r54的另一端与阻r49的另一端之间连接有电容c24。通过连接c24实现隔直通交的效果，从而能对输入端电压进行过滤，确保输入电压的可靠性。
40.运算放大器u3的输出端与电阻r35的一端连接，电阻r35的另一端与mcu处理器的arm端连接且通过电容c16接地。
41.运算放大器u3的反相输入端还与电阻r43的一端连接，电阻r43的另一端与与运算放大器u3的输出端连接；运算放大器u3的同相输入端还与电阻r44的一端连接，电阻r44的另一端与基准电压电路3连接。在本实施例中，基准电压电路的输出1.65v电压，确保运算放大器在非过零点时能输出高电平，确保运算放大器可靠地工作。
42.运算放大器u3的vcc端与5v电源连接且通过电容c20接地，运算放大器u3的vee端接地。在运算放大器的电源端连接有电容c20，对电源端进行过滤操作，运算放大器可靠。
43.基准电压电路3包括电容c6、电阻r41、电阻r42、电阻r20、运算放大器u2、电阻r21、电阻r40和电容c13；电阻r41的一端与3.3v电源端连接且通过电容c6接地，电阻r41的另一端与电阻r42的一端和电阻r20的一端连接，电阻r42的另一端接地，电阻r20的另一端与运算放大器u2的同相输入端连接；电阻r21的一端与运算放大器u2的反相输入端连接，电阻r21的另一端与运算放大器u2的输出端连接，运算放大器u2的输出端还与电阻r40的一端连接，电阻r40的另一端与基准电压电路的输出端连接且通过电容c13接地。
44.3.3v的电压经过电阻r41、电阻r20分压后输入到运算放大器u2中，同时使用运算放大器u2作为减法器进一步降低输入到运算放大器u2中的电压；实现输出1.65v的基准电压，其中电容c6以及电阻r42对输入的3.3v电压进行过滤，确保输入电压的稳定性，然后通过电阻r41和电阻r20进行分压之后输入到运算放大器u2中进行比较，电阻r21设置在运算放大器的输出端以及反向输入端确保运算放大器的输出的稳定性，然后电阻r40和电容c13对输出参考电压进行过滤确保输出电压的稳定性。
45.运算放大器u3与电源端连接，实现对运算放大器u3供电；零线和火线通过电阻与运算放大器u3连接；检测被检测线路的电压过零点；通过串联的电阻起到限流作用，运算放大器u3的同相输入端连接的基准电压电路提供参考电压，当被检测线路的电压远离过零点时，运算放大器u3的反相输入端的电压为火线的电压值经过五个电阻分压之后小于参考电压；运算放大器u3的输出端输出0；当被检测线路的电压经过零点时，零线和火线的电压值为0，运算放大器u3的反相输入端的电压大于参考电压；运算放大器u3的输出端输出高电平；运算放大器u3输出的高电平或低电平都输入到mcu中，mcu根据当前的电平信号判断被检测线路是否处于过零点，控制精度高，且通过设置基准电压电路提供小电压使得运算放大器在正常工作时处于工作状态，从而无需额外设置压降电路，电路结构简单，另外在运算放大器的输出端和反向输入端之间设置有电阻r43，形成负反馈，使得输出更加可靠。
46.上述系统的控制方法，包括以下步骤：s1、闭合继电器k；mcu发出控制信号使三极管q1导通；三极管q1的集电极输出电压使三极管q2导通，使得火线与零线之间导通为负载供电。s2、火线与零线的电压输入到mcu中。
47.s3、火线与零线的电压输入到过零点检测电路中。
48.s4、运算放大器u3将反相输入端的电压与基准电压电路的输出电压进行对比，若运算放大器u3的反相输入端的电压小于基准电压电路的输出电压，则进行s5；若算放大器u3的反相输入端的电压大于基准电压电路的输出电压，则进行s6。
49.s5、运算放大器u3的输出端输出低电平信号到mcu，然后进行s7。
50.s6、运算放大器u3的输出端输出高电平信号到mcu，然后进行s7。
51.s7、mcu根据当前的电平信号判断被检测线路是否处于过零点。
52.s8、mcu检测到电阻r1和电阻r2的另一端上的压降变化，则进行s9。
53.s9、被检测线路处于过零点时，mcu的io端输出控制信号，使得三极管q1关闭，从而mos管的栅极置高，使得mos管截止，使火线和零线断开。
54.以上方法，由于零线和火线之间的负载短路或断路的情况下，流过电阻r1和电阻r2上的电流会突然发生变化，从而使得电阻r1和电阻r2的另一端上的压降发生变化，通过mcu实时获取被检测线路中阻r1和电阻r2阻r1和电阻r2压降变化，同时mcu实时获取被检线线路是否处于过零点；若被检测线路的的电压出现异常；则mcu在过零点输出控制信号使火线和零线断开，从而使得在电路异常时在过零点位置实现断开电路，确保电路安全，少电弧的产生。

技术特征：
1.一种通过采集电流变化实现灭弧的系统，其特征在于：包括三极管q1、mos管q2、三极管q3、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、mcu和过零点检测电路；mos管q2的源极与火线连接，火线与零线之间连接有负载；mos管q2的栅极与三极管q1的集电极连接，三极管q1的发射极接电源，三极管q1的基极与mcu的io端连接；所述电阻r1的一端和电阻r2的一端与火线连接，所述电阻r3的一端和电阻r4的一端与零线连接；电阻r1的另一端、电阻r2的另一端、电阻r3的另一端和电阻r4的另一端与三极管q3的发射极连接，电阻r1的另一端、电阻r2的另一端与mcu相连，三极管q3的集电极接地；三极管q3的基极与mcu连接；过零点检测电路包括运算放大器u3，运算放大器u3的反相输入端与火线连接，运算放大器u3的同相输入端与零线和参考电压输出端连接；运算放大器u3的输出端与mcu连接；mcu在电阻r1和电阻r2的另一端输入的电压值异常时且在过零点检测电路检测到电压过零点时通过io端向三极管q1发送开关信号。2.根据权利要求1所述的一种通过采集电流变化实现灭弧的系统，其特征在于：过零点检测电路还包括电阻r35、电阻r43、电阻r45、电阻r46、电阻r47、电阻r48、电阻r49、电阻r50、电阻r51、电阻r52、电阻r53和电容c16；电阻r45的一端与火线连接，电阻r45的另一端与电阻r46的一端连接，电阻r46的另一端与电阻r47的一端连接，电阻r47的另一端与电阻r48的一端连接，电阻r48的另一端与电阻r49的一端连接，电阻r49的另一端与运算放大器u3的反相输入端连接；电阻r50的一端与零线连接，电阻r50的另一端与电阻r51的一端连接，电阻r51的另一端与电阻r52的一端连接，电阻r52的另一端与电阻r53的一端连接，电阻r53的另一端与电阻r54的一端连接，电阻r54的另一端与运算放大器u3的同相输入端连接；运算放大器u3的输出端与电阻r35的一端连接，电阻r35的另一端与mcu处理器连接且通过电容c16接地；运算放大器u3的反相输入端还与电阻r43的一端连接，电阻r43的另一端与与运算放大器u3的输出端连接；运算放大器u3的同相输入端还与电阻r44的一端连接，电阻r44的另一端与基准电压电路连接；运算放大器u3的vcc端与电源连接，运算放大器u3的vee端接地。3.根据权利要求2所述的一种通过采集电流变化实现灭弧的系统，其特征在于：所述基准电压电路输出1.65v电压。4.根据权利要求2所述的一种通过采集电流变化实现灭弧的系统，其特征在于：电阻r54的另一端与电阻r49的另一端之间连接有电容c24。5.根据权利要求2所述的一种通过采集电流变化实现灭弧的系统，其特征在于：运算放大器u3的vcc端与电源端连接且通过电容c20接地。6.根据权利要求1所述的一种通过采集电流变化实现灭弧的系统，其特征在于：还包括继电器k，mos管q2的漏极与继电器k的一端连接，继电器k的另一端与零线连接。7.根据权利要求2所述的一种通过采集电流变化实现灭弧的系统，其特征在于：基准电压电路包括电容c6、电阻r41、电阻r42、电阻r20、运算放大器u2、电阻r21、电阻r40和电容c13；电阻r41的一端与3.3v电源端连接且通过电容c6接地，电阻r41的另一端电阻r42的一端与电阻r20的一端连接，电阻r42的另一端接地，电阻r20的另一端与运算放大器u2的同相
输入端连接；电阻r21的一端与运算放大器u2的反相输入端连接，电阻r21的另一端与运算放大器u2的输出端连接，运算放大器u2的输出端还与电阻r40的一端连接，电阻r40的另一端与基准电压电路的输出端连接且通过电容c13接地。

技术总结
本发明提供一种通过采集电流变化实现灭弧的系统，包括三极管Q1、MOS管Q2、三极管Q3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、MCU和过零点检测电路；MCU先发出控制信号使三极管Q1导通；使得火线与零线之间导通为负载供电；通过电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4进行分压；火线与零线的电压输入到MCU中；通过设置过零检测电路，MCU根据过零检测电路反馈的电信号，判断出被检测电路是靠近过零点还是远离过零点；若火线与零线的电压出现异常，MCU在被检测电路经过过零点时发出信号到三极管Q1，使三极管Q1断开；进而火线与零线断开连接，确保电路安全，少电弧的产生。电弧的产生。电弧的产生。


技术研发人员：郑建财 吴楚
受保护的技术使用者：浙江知也电气科技有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/7/22