磁保持继电器在智能配电装置JXD-240中的应用

　　随着我国电网的不断发展及运行管理方式逐渐向商业化管理方式的转换，依靠人工抄表，然后结算电费的传统方法已经不适应现代电力系统自动化发展的需求。一种运用计算机控制技术、实现电力系统参数遥测的智能计费限电控制系统正在逐步取代以往的人工抄表的计费方法。
　　智能配电装置JXD-240的主要特点是在传统开关柜和元器件基础上充分应用了微电子技术、电力电子技术、计算机控制技术以及通信技术，可以在线实时检测电流、电压、恶性负载、功率因数等多项参数，其控制回路容量最大为240路。智能配电装置通过联网还可以形成智能型低压配电系统，完成遥测、遥控、遥信、智能管理等功能，从而改善低压配电系统的管理。
1 智能配电装置控制模型框图
　　智能配电装置JXD-240控制模型如图1所示。装置主要由CPU主板、调理电路、电流电压检测通道、输出接口控制回路、通信接口电路、键盘显示接口电路等部分组成，其中在CPU主板上采用具有强大的逻辑运算功能和控制功能的80C196KB单片机芯片，完成系统参数采样、计算、控制。对配电柜而言，防止电磁干扰造成装置的误动作是首要解决的问题，而执行元件抗干扰性至关重要。采用普通继电器， 由于其衔铁质量小，电磁干扰信号很容易使继电器动作，而磁保持继电器的衔铁与普通继电器衔铁相比质量大，动作惯性大，对电磁冲击不敏感，电磁干扰信号不会造成磁保持继电器动作，配电装置频繁进行关、合操作时所产生的强干扰信号也不会造成装置误动作，可以提高装置稳定性、可靠性。

　　智能配电装置JXD-240控制回路容量最大为240路，如果采用普通继电器，当240路同时供电时240个继电器同时闭合，需要近10A电流维持，运行成本非常高；如果采用磁保持继电器，在同样情况下只需要80 mA即可。因为磁保持继电器具有双稳态，其内部装有永久磁钢，触点的开、合状态由永久磁钢所产生的磁力所保持，触点状态切换靠一定量脉冲电信号的触发而完成，一旦切换动作完成后就不需要加电维持。即当磁保持继电器的触点状态需要改变时（即接通或切断负载时），只需用正向（或反向）直流脉冲电压激励线圈，磁保持继电器即可在瞬间完成触点状态的转换，触点状态转换完毕，线圈不需继续通电，仅依靠永久磁钢的磁力就能维持继电器的状态不变。磁保持继电器应用大大降低了装置运行成本。
2 磁保持继电器控制电路应用研究
　　磁保持继电器分为单线圈磁保持继电器和双线圈磁保持继电器，双线圈磁保持继电器常用于低压小负载控制，单线圈磁保持继电器常用于大负荷控制。智能配电装置JXD-240采用单线圈磁保持继电器。本文以单线圈磁保持继电器为研究对象。
2．1 独立式驱动电路
　　当一个系统只用几个磁保持继电器时，可采用BL8023实现简单驱动。BL8023是双向继电器驱动集成电路，用于控制磁保持继电器的工作，具有输出电流大，静态功耗小的特点，其内部结构框图如图2所示。BL8023的输入端A、B源于I／O口脉冲信号控制，该脉冲信号的宽度及脉冲间隔保持100 ms左右，BL8023的输出端OA和OB接磁保持继电器线圈，BL8023的控制时序如图3所示。控制1只磁保持继电器至少需要4条接线，电源线、地线、输入线A-正向驱动、输入线B-反向驱动（如图2所示）。如果控制Ⅳ只磁保持继电器至少需2Ⅳ条线，其中电源和地线公用，如果控制系统磁保持继电器数量较多时，会有引线数量较大、控制电路体积较大的弊端。

2．2 多回路群控优化驱动电路
2．2．1 电路原理
　　如果控制系统有大量的磁保持继电器需要控制时，需要注意结构组装等条件限制，为了实现接线简单、结构紧凑、控制板模块化，需对控制电路进行优化设计。在JXD-240型限电计费装置中，采用了如图4所示的控制原理：当某个磁保持继电器需要动作时（接通或断开），首先将对应的开关K接通。这时磁保持继电器的一端与电源地线相连，而另一端与浮动的电源总线相连。如果浮动的电源总线与+12 V相连，则继电器实现接通动作；如果浮动的电源总线与-12 V相连，则继电器实现断开动作。脉冲宽度和脉冲之间最小间隔，仍然保持100 ms以上。采用这种结构，N只继电器只需N+1条连线。

为了实现控制电路优化，JXD一240型限电计费装置中采用如下具体方法：
　　（1）每条I/O口线控制一只继电器，每个I／O口可控制8只继电器。
　　（2）采用公共电源为所有继电器供电。
　　（3）为实现线圈中电流可以沿着正负两个方向流动，采用双向可控硅。
2．2．2 电路分析
　　为了实现图4所示的控制，采用了如图5所示的具体电路。8D触发器74LS273输出的每bit位可控制一只继电器。当273某一输出脚为高电平时，其输出短路驱动电流可以达到60mA．磁保持继电器采用BST一902型，其额定电流为80mA，而可控硅MAC97A6是电流控制型，实际的触发电流应是负载电流的1／10至1／3之间。由于器件一致性较差，为了保证批量生产的成品率，应取最低指标进行设计。这样I／O口高电平可使双向可控硅可靠导通，由于双向可控硅导通后等效成一只无触点开关，使继电器的一端与地接通，这时电源输出端只要加上相应电压就会使继电器产生相应的闭合、断开动作。
　　电源输出控制需要2条I／O口线，但在设计时没有直接利用I，0线分别控制输出正或负电源输出，而是采用状态组合方式，以防止在开机操作时正负开关同时导通，造成正负电源短路。控制方式如图5所示。I／O线DY负责控制电源是否有输出，I／O线DYP负责控制电源的正负方向，这样即使开机瞬间，I／O线DY和DYP同时有相同的信号电平，而正负开关也只有一个导通，这样避免发生电源短路。在JXD-240型限电计费装置中8D锁存器有上电复位电路，在开机时，所有的MAC97A6双向可控硅都处于关闭状态，磁保持继电器都保持原状态不会产生误动作。

3 软件控制子程序及流程控制子程序
需要传递2个参数，一个是被控磁保持继电器序号，即回路序号k，另一个是磁保持继电器状态，即要求输出状态sta，流程图如图6所示。系统采用HSO0控制电压方向，HSO1控制电压加载，并开辟30字节缓冲区以输出240个回路状态。

　　unsigned char jc_onof（unsigned char k，unsignedchar sta）//sta=1 on
　　｛unsigned char ij，nl，ram[30]； //240个回路的缓冲区
　　for（i=0；i<30；i++）｛ram=0｝；//缓冲区清零
　　i=k／8；
　　j=k％8；
　　m=1：
　　if（j!=O）｛m<<=j｝；
　　ram !=m； //号码位为1
　　for（i=0；i<6；i++） //out
　　｛ccl=ram ；
　　cc2=i+4；
　　cc3=5；｝ //触发可控硅
if（sta=1） //确定电压方向
　　（hso_command=0x20； //dyp=1
　　hso time=timer1+4； //dyp=1
｝ //正电压方向
else
　　（hso_command=0x00； //dyp=0
　　hso_ time=timerl+4： //dyp=0
｝ //负电压方向
hso_ command=0x01； //dyp=0
hso_ time=timerl+4： //电压输出
countl00ms=l；
while（count100ms!=0）｛｝ //0.1s
for（i=0；i<6；i++）｛ram=O；｝ //关闭可控硅
for（i=0；i<6；i++） //clr
　　（ccl=ram；
　　cc2=i+4；
　　cc3=5；
　　｝
hso_ command-0x21； //dy=1
hso_ time=timerl+4： //电压关闭
p10ms（10）； //0.1s
4 结束语
　　目前微机控制的智能化配电装置越来越多地采用磁保持继电器，而其激磁线圈电流换向的方法各有不同，关键要保持加电脉冲的宽度和脉冲的间隔，多回路有控制要求时，应采用分时操作方式，这样可减轻电源负担，提高设备的稳定性、可靠性和经济性。电路中继电器控制元件造成电压降过大时应适当提高正负电压范围，可将±9 V增加到±12 V．或将±12V增加到±15V 辽宁工学院维森电子电子有限公司的JXD 系列智能配电装置采用以上方法，产品稳定性、可靠性得到明显改善，产品销往全国各地，设备运行情况良好。
参考文献：
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[2]严新忠．大功率磁保持继电器起动电路的设计【J】．继电器，2000，28（1）：46—47．
[3]上海贝岭股份有限公司．BL8023（改进版）双向驱动继电器芯片说明书[EB／OL]．[2OO6—10-05]．http：//www．belling．com／cn／upload／b18023．pdf．