基于可变电流方式的低压电器智能控制方法技术

基于可变电流方式的低压电器智能控制方法，通过对接触器控制线圈电压、电流的采样反馈，得当前控制线圈中的电流变化率，调整接触器线圈中的电流幅度。使操作电磁铁的吸力和反力特性达到理想的配合，在闭合过程中不断地调节操作机构的动能，降低动触头闭合过程中的动能和碰撞速度以减少或消除操作机构在闭合瞬间产生的振动、弹跳，大幅度提高交流接触器电寿命。

【技术实现步骤摘要】
技米领域本专利技术属于电子应用领域，具体涉及一种基于可变电流方式的低压电器智能 控制方法。
技术介绍
交流接触器是一种被频繁操作的低压电器，常用于远距离频繁地接通和分断 交直流主电路及大容量控制电路的电器，广泛应用于低压电路中。其主要动作特 征为在控制电源接通后，由电磁系统带动触头系统运动，完成闭合过程；在控 制电源切断后，由反力弹簧将动静触头分开。在接触器触头闭合和分断的过程中， 会产生非常强烈的燃弧情况，对接触器触头以及接触器本体的电寿命有很恶劣的 影响。交流接触器在闭合过程中会发生两次碰撞，第一次是动静触头在接触时发生 的碰撞，第二次是动静铁芯在接触时发生的碰撞，这两次碰撞都会引起触头的弹 跳。产生断续的电弧而使触头受电弧高温侵蚀而损坏。在闭合过程中两次碰撞产 生的弹跳而弓胞的电弧对触头的烧蚀十分严重，是影响接触器寿命的关键。接触器触头的系统在大电流连续通过情况下的温升也是衡量接触器质量的一 个很重标准，动静触头间的捏合的紧密程度直接影响其接触器电阻，而接触电阻 的大小会影响到接触触头系统的工作温升。接触器在工作时可以分为吸合和吸持两个工作状态。在吸合过程中，需要较 大的能量来带动触头克服弹簧的反力运动；而在吸持状态下，仅需要较低的能量 和下线圈电压就可以保持该状态。但是由于目前交流接触器所采用的交流控制方 式，使得接触器在吸合和吸持状态下均使用相同的电压来进行控制，交流电压产 生的反向电动力要通过分磁环进行消除，才能保证接触器的稳定可靠工作，但是 这样的工作过程会议的将近一半的工作能量被浪费，因此造成较大的能量损耗。 目前国内的接触器的能耗平均为每台几十瓦，但是由于接触器的用量较多，全国 工业系统中有上千万台不同容量的接触器在运行，因此其总能耗非常巨大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种能够减少接触器的 铜、铁原材料损耗，减小接触器体积，大幅度提高接触器的电寿命和机械寿命， 降低接触器能量损耗的。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是首先交流电输入后通过抗干扰 整流滤波模块消除浪涌、快速脉冲群电磁干扰后，将交流电压整流成为直流电压， 并直接给接触器线圈和内部电源模块的回路供电；内部电源模块产生+5V和+20V 两路隔离电源，分别给中央处理器，压电流采样/隔离模块、隔离驱动电路供电； 电压电流采样/隔离模±央采集抗干扰整流滤波模块输出的电压经过A/D转换和隔离 将转换完毕的数字量传递给中央处理器，中央处理器通过采样得到的电压、电流 的数值以及其变化量及变化率判断触头所处位置，发出控制信号多次变换线圈控 制电压，当接触器控制电压发生变化，线圈中电流幅值发生变化，但电流变化率 不变，通过该电流变化率判断触头位置，在吸合阶段通过电流检测判断可动部分 启动，动静触头闭合，动静铁心闭合三个时间点并据此来调节控制的平均电压， 优化触头吸和速度减少弹跳次数，在保持闭合阶段，将电流调节至毫安级保持低 功耗运行；该控制信号通过隔离驱动模块电路隔离、放大后作用在MOSFET模块的 门极并作为M0SFET模块的通断控制信号；通过高频通断的M0SFET模块调节接触 器线圈的平均电压；同时保护模块直接与M0SFET模块的采样电阻相连接，对 M0SFET模块的电流进行采样并在过流时关断电流回路。本专利技术通过对接触器控制线圈电压、电流的采样反馈，得当前控制线圈中的电流变化率，调整接触器线圈中的电流幅度。使操作电磁铁的吸力和反力特性达 到理想的配合，在闭合过程中不断地调节操作机构的动能，降低动触头闭合过程 中的动能和碰撞速度以减少或消除操作机构在闭合瞬间产生的振动、弹跳，大幅度提高交流接触器电寿命；本专利技术利用交流接触器在保持阶段，电压裕量较大的 特点，根据电压和电流的采样反馈值实时调整保持阶段线圈电流和功耗。从而使 接触器在各电压等级下保持相同动作特性，同时达到接触器在保持阶段以低功耗 稳定运行的目的；保证交流接触器在正常的运行期间以低电压，小电流的方式保 证接触器动静触头的吸和更紧密，从而达到减小接触电阻，降低触头温升，提高 接触器工作效率的目的；保证交流接触器在限定的电压范围内稳定工作，并且在 此范围之外稳定释放或不启动。 附图说明图1是本专利技术的电路框图；图2是本专利技术抗干扰整流滤波模i央2的电路图；图3是本专利技术内部电源模块6的电路图；图4是本专利技术中央处理器9的电路图；图5是本专利技术电压电流采样/隔离模决7的电路图；图6是本专利技术是隔离驱动电路8的电路图；图7是本专利技术MOSFET模块4的电路图；图8是本专利技术保护模块5的电路图；图9是本专利技术电流变化曲线与触头位移对比；图10是本专利技术线圈中电流变化曲线；图11是本专利技术PWM电压调节模式图；图12是本专利技术动铁心运动速度示意图；图13是本专利技术主回路整流后控制电压波形；图14是本专利技术接触器线圈电压波形。参见图1,本专利技术包括与交流输入电源1直接相连接的抗干扰模块2，该抗干 扰模±央2用于防止浪涌冲击和快速脉冲群干扰，交流输入电源1经整流滤波模块 3整流后，变为频率是100Hz的脉动直流电压之后通过高压电解电容滤波，变成 纹波较小的直流电压。该直流电压被分为两路， 一路通过内部电源模±央7的调整 变成+5V和+20V的两路输出电压，这两路电压分别为电压电流采样/隔离模±央9， 中央处理器10，隔离驱动电路8提供工作电压。电压电流采样/隔离模块9利用 A/D转换的原理，通过单路采样的方式采集电压信号，通过两路差值的方式采取 电流信号，在采样的过程中同时完成了信号隔离的功能。电压电流采样/隔离模块 9从接触器线圈5的输出端采取电压信号，并完成了 A/D转换和隔离后，将数字 信号传递给中央处理器10。中央处理器10，通过采集得到的电压数据和电流数据，判断主回路所处的工 作状态，外部电压状态。当外部电压信号满足要求时，中央处理器10执行吸合过 程。中央处理器10发出的控制信号，通过隔离驱动电路8传递，该隔离驱动电路 8起到电平转换，提高输出信号驱动能力以及隔离电路的作用，该部分采用高速光 耦器件和推挽式电路以保证输出控制信号的完整性和驱动能力的提高。隔离后的 驱动信号直接施加在MOSFET模块4的门极以达到控制MOSFET模块4通断的 目的。MOSFET模±央4接在电源主回路中与整流滤波模i央3输出端和接触器线圈 5直接连接以达到调节施加在接触器线圈5上电压和开通、关断接触器控制回路的 目的。■保护模±央6与接触器线圈5和MOSFET模±央4直接相连，在MOSFET模块4 或整流滤波模块5因意外事故，使用寿命截止等原因击穿或损毁时，将电路强制 关断一段时间，以保证控制电路和接触器的安全运行。 本专利技术的整流滤波模块3由压敏电阻，瓷片电容，整流桥，扼流圈，电解电 容组成;.整流电路采用单向全桥整流模式。压敏电阻应用于抗击浪涌，高压电容 和扼流圈用于消除快速脉冲群的干扰。电解电容用于消除电压纹波以及去除开关 过程中出现的过电压。参见图2，本专利技术的抗干扰整流滤波模块2包括与交流输入电源1相连接的JP1 输入接插件，交流电由此输入；JP1输入接插件上连连接有整流桥D1，且在整流 桥D1上还连接有三个高电容C1， C2， C3和三个压敏电阻R1， R2， R3，其中第 一高压电容C本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于可变电流方式的低压电器智能控制方法，其特征在于：１）首先交流电输入后通过抗干扰整流滤波模块（２）消除浪涌、快速脉冲群电磁干扰后，将交流电压整流成为直流电压，并直接给接触器线圈（３）和内部电源模块（６）的回路供电；２）内部 电源模块（６）产生＋５Ｖ和＋２０Ｖ两路隔离电源，分别给中央处理器（９），压电流采样／隔离模块（７）、隔离驱动电路（８）供电；３）电压电流采样／隔离模块（７）采集抗干扰整流滤波模块（２）输出的电压经过Ａ／Ｄ转换和隔离将转换完毕的数字量 传递给中央处理器（９），中央处理器（９）通过采样得到的电压、电流的数值以及其变化量及变化率判断触头所处位置，发出控制信号多次变换线圈控制电压，当接触器控制电压发生变化，线圈中电流幅值发生变化，但电流变化率不变，通过该电流变化率判断触头位置，在吸合阶段通过电流检测判断可动部分启动，动静触头闭合，动静铁心闭合三个时间点并据此来调节控制的平均电压，优化触头吸和速度减少弹跳次数，在保持闭合阶段，将电流调节至毫安级保持低功耗运行；该控制信号通过隔离驱动模块电路（８）隔离、放大后作用在ＭＯＳＦＥＴ模块（４）的门极并作为ＭＯＳＦＥＴ模块（４）的通断控制信号；通过高频通断的ＭＯＳＦＥＴ模块（４）调节接触器线圈（４）的平均电压；同时保护模块（４）直接与ＭＯＳＦＥＴ模块（４）的采样电阻相连接，对ＭＯＳＦＥＴ模块（４）的电流进行采样并在过流时关断电流回路。...

【技术特征摘要】
1、基于可变电流方式的低压电器智能控制方法，其特征在于1)首先交流电输入后通过抗干扰整流滤波模块(2)消除浪涌、快速脉冲群电磁干扰后，将交流电压整流成为直流电压，并直接给接触器线圈(3)和内部电源模块(6)的回路供电；2)内部电源模块(6)产生+5V和+20V两路隔离电源，分别给中央处理器(9)，压电流采样/隔离模块(7)、隔离驱动电路(8)供电；3)电压电流采样/隔离模块(7)采集抗干扰整流滤波模块(2)输出的电压经过A/D转换和隔离将转换完毕的数字量传递给中央处理器(9)，中央处理器(9)通过采样得到的电压、电流的数值以及其变化量及变化率判断触头所处位置，发出控制信号多次变换线圈控制电压，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建华，耿英三，姚建军，冯涛，戴鹏程，
申请(专利权)人：西安交通大学，陕西工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]