磁保持繼電器在智能配電裝置JXD-240中的應用

　　隨著我國電網的不斷發展及運行管理方式逐漸向商業化管理方式的轉換，依靠人工抄表，然后結算電費的傳統方法已經不適應現代電力系統自動化發展的需求。一種運用計算機控制技術、實現電力系統參數遙測的智能計費限電控制系統正在逐步取代以往的人工抄表的計費方法。
　　智能配電裝置JXD-240的主要特點是在傳統開關柜和元器件基礎上充分應用了微電子技術、電力電子技術、計算機控制技術以及通信技術，可以在線實時檢測電流、電壓、惡性負載、功率因數等多項參數，其控制回路容量最大為240路。智能配電裝置通過聯網還可以形成智能型低壓配電系統，完成遙測、遙控、遙信、智能管理等功能，從而改善低壓配電系統的管理。
1 智能配電裝置控制模型框圖
　　智能配電裝置JXD-240控制模型如圖1所示。裝置主要由CPU主板、調理電路、電流電壓檢測通道、輸出接口控制回路、通信接口電路、鍵盤顯示接口電路等部分組成，其中在CPU主板上采用具有強大的邏輯運算功能和控制功能的80C196KB單片機芯片，完成系統參數采樣、計算、控制。對配電柜而言，防止電磁干擾造成裝置的誤動作是首要解決的問題，而執行元件抗干擾性至關重要。采用普通繼電器， 由于其銜鐵質量小，電磁干擾信號很容易使繼電器動作，而磁保持繼電器的銜鐵與普通繼電器銜鐵相比質量大，動作慣性大，對電磁沖擊不敏感，電磁干擾信號不會造成磁保持繼電器動作，配電裝置頻繁進行關、合操作時所產生的強干擾信號也不會造成裝置誤動作，可以提高裝置穩定性、可靠性。

　　智能配電裝置JXD-240控制回路容量最大為240路，如果采用普通繼電器，當240路同時供電時240個繼電器同時閉合，需要近10A電流維持，運行成本非常高；如果采用磁保持繼電器，在同樣情況下只需要80 mA即可。因為磁保持繼電器具有雙穩態，其內部裝有永久磁鋼，觸點的開、合狀態由永久磁鋼所產生的磁力所保持，觸點狀態切換靠一定量脈沖電信號的觸發而完成，一旦切換動作完成后就不需要加電維持。即當磁保持繼電器的觸點狀態需要改變時（即接通或切斷負載時），只需用正向（或反向）直流脈沖電壓激勵線圈，磁保持繼電器即可在瞬間完成觸點狀態的轉換，觸點狀態轉換完畢，線圈不需繼續通電，僅依靠永久磁鋼的磁力就能維持繼電器的狀態不變。磁保持繼電器應用大大降低了裝置運行成本。
2 磁保持繼電器控制電路應用研究
　　磁保持繼電器分為單線圈磁保持繼電器和雙線圈磁保持繼電器，雙線圈磁保持繼電器常用于低壓小負載控制，單線圈磁保持繼電器常用于大負荷控制。智能配電裝置JXD-240采用單線圈磁保持繼電器。本文以單線圈磁保持繼電器為研究對象。
2．1 獨立式驅動電路
　　當一個系統只用幾個磁保持繼電器時，可采用BL8023實現簡單驅動。BL8023是雙向繼電器驅動集成電路，用于控制磁保持繼電器的工作，具有輸出電流大，靜態功耗小的特點，其內部結構框圖如圖2所示。BL8023的輸入端A、B源于I／O口脈沖信號控制，該脈沖信號的寬度及脈沖間隔保持100 ms左右，BL8023的輸出端OA和OB接磁保持繼電器線圈，BL8023的控制時序如圖3所示。控制1只磁保持繼電器至少需要4條接線，電源線、地線、輸入線A-正向驅動、輸入線B-反向驅動（如圖2所示）。如果控制Ⅳ只磁保持繼電器至少需2Ⅳ條線，其中電源和地線公用，如果控制系統磁保持繼電器數量較多時，會有引線數量較大、控制電路體積較大的弊端。

2．2 多回路群控優化驅動電路
2．2．1 電路原理
　　如果控制系統有大量的磁保持繼電器需要控制時，需要注意結構組裝等條件限制，為了實現接線簡單、結構緊湊、控制板模塊化，需對控制電路進行優化設計。在JXD-240型限電計費裝置中，采用了如圖4所示的控制原理：當某個磁保持繼電器需要動作時（接通或斷開），首先將對應的開關K接通。這時磁保持繼電器的一端與電源地線相連，而另一端與浮動的電源總線相連。如果浮動的電源總線與+12 V相連，則繼電器實現接通動作；如果浮動的電源總線與-12 V相連，則繼電器實現斷開動作。脈沖寬度和脈沖之間最小間隔，仍然保持100 ms以上。采用這種結構，N只繼電器只需N+1條連線。

為了實現控制電路優化，JXD一240型限電計費裝置中采用如下具體方法：
　　（1）每條I/O口線控制一只繼電器，每個I／O口可控制8只繼電器。
　　（2）采用公共電源為所有繼電器供電。
　　（3）為實現線圈中電流可以沿著正負兩個方向流動，采用雙向可控硅。
2．2．2 電路分析
　　為了實現圖4所示的控制，采用了如圖5所示的具體電路。8D觸發器74LS273輸出的每bit位可控制一只繼電器。當273某一輸出腳為高電平時，其輸出短路驅動電流可以達到60mA．磁保持繼電器采用BST一902型，其額定電流為80mA，而可控硅MAC97A6是電流控制型，實際的觸發電流應是負載電流的1／10至1／3之間。由于器件一致性較差，為了保證批量生產的成品率，應取最低指標進行設計。這樣I／O口高電平可使雙向可控硅可靠導通，由于雙向可控硅導通后等效成一只無觸點開關，使繼電器的一端與地接通，這時電源輸出端只要加上相應電壓就會使繼電器產生相應的閉合、斷開動作。
　　電源輸出控制需要2條I／O口線，但在設計時沒有直接利用I，0線分別控制輸出正或負電源輸出，而是采用狀態組合方式，以防止在開機操作時正負開關同時導通，造成正負電源短路。控制方式如圖5所示。I／O線DY負責控制電源是否有輸出，I／O線DYP負責控制電源的正負方向，這樣即使開機瞬間，I／O線DY和DYP同時有相同的信號電平，而正負開關也只有一個導通，這樣避免發生電源短路。在JXD-240型限電計費裝置中8D鎖存器有上電復位電路，在開機時，所有的MAC97A6雙向可控硅都處于關閉狀態，磁保持繼電器都保持原狀態不會產生誤動作。

3 軟件控制子程序及流程控制子程序
需要傳遞2個參數，一個是被控磁保持繼電器序號，即回路序號k，另一個是磁保持繼電器狀態，即要求輸出狀態sta，流程圖如圖6所示。系統采用HSO0控制電壓方向，HSO1控制電壓加載，并開辟30字節緩沖區以輸出240個回路狀態。

　　unsigned char jc_onof（unsigned char k，unsignedchar sta）//sta=1 on
　　｛unsigned char ij，nl，ram[30]； //240個回路的緩沖區
　　for（i=0；i<30；i++）｛ram=0｝；//緩沖區清零
　　i=k／8；
　　j=k％8；
　　m=1：
　　if（j!=O）｛m<<=j｝；
　　ram !=m； //號碼位為1
　　for（i=0；i<6；i++） //out
　　｛ccl=ram ；
　　cc2=i+4；
　　cc3=5；｝ //觸發可控硅
if（sta=1） //確定電壓方向
　　（hso_command=0x20； //dyp=1
　　hso time=timer1+4； //dyp=1
｝ //正電壓方向
else
　　（hso_command=0x00； //dyp=0
　　hso_ time=timerl+4： //dyp=0
｝ //負電壓方向
hso_ command=0x01； //dyp=0
hso_ time=timerl+4： //電壓輸出
countl00ms=l；
while（count100ms!=0）｛｝ //0.1s
for（i=0；i<6；i++）｛ram=O；｝ //關閉可控硅
for（i=0；i<6；i++） //clr
　　（ccl=ram；
　　cc2=i+4；
　　cc3=5；
　　｝
hso_ command-0x21； //dy=1
hso_ time=timerl+4： //電壓關閉
p10ms（10）； //0.1s
4 結束語
　　目前微機控制的智能化配電裝置越來越多地采用磁保持繼電器，而其激磁線圈電流換向的方法各有不同，關鍵要保持加電脈沖的寬度和脈沖的間隔，多回路有控制要求時，應采用分時操作方式，這樣可減輕電源負擔，提高設備的穩定性、可靠性和經濟性。電路中繼電器控制元件造成電壓降過大時應適當提高正負電壓范圍，可將±9 V增加到±12 V．或將±12V增加到±15V 遼寧工學院維森電子電子有限公司的JXD 系列智能配電裝置采用以上方法，產品穩定性、可靠性得到明顯改善，產品銷往全國各地，設備運行情況良好。
參考文獻：
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[3]上海貝嶺股份有限公司．BL8023（改進版）雙向驅動繼電器芯片說明書[EB／OL]．[2OO6—10-05]．http：//www．belling．com／cn／upload／b18023．pdf．