CN101814398A

CN101814398A - 交流接触器及其控制方法

Info

Publication number: CN101814398A
Application number: CN200910009215A
Authority: CN
Inventors: 王英; 查尔斯·布朗德尔
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE; Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-08-25

Abstract

提供一种交流接触器及其接触速度控制方法。所述交流接触器包括：相对设置的电气动触头(1)和电气静触头(2)，以及相对设置的可动铁芯(3)和固定铁芯(4)；所述可动铁芯(3)与所述电气动触头(1)机械相连，所述固定铁芯(4)在其中容纳着控制线圈(5)，通过一开关晶体管(Q)对控制线圈(5)进行通/断电使得固定铁芯(4)对可动铁芯(3)产生/消除电磁吸引力，带动电气动、静触头闭合或断开。所述交流接触器还包括接触速度控制装置(6)，用于对所述电气动触头和所述电气静触头的断开和闭合速度进行闭环反馈控制。

Description

交流接触器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种交流接触器及其控制方法，特别涉及一种对其中电气触头断开和闭合的接触速度进行闭环反馈控制的低压交流接触器及其控制方法。

背景技术

图1示出了目前工业接触器产品中的传统的低压交流接触器。其中左侧的照片示出低压交流接触器的实际产品的内部结构，右侧的是对应的结构示意图。如图1所示，传统的低压交流接触器包括壳体(未示出)、容纳在壳体中的触头和铁芯。所述触头包括相对设置的电气动触头1和电气静触头2，所述铁芯包括相对设置的可动铁芯3和固定铁芯4。所述可动铁芯3与所述电气动触头1机械相连，所述固定铁芯4在其中容纳着控制线圈5。通过对控制线圈5通电，对所述可动铁芯3产生吸力拉动其向下，同时带动所述电气动触头1向下和所述电气静触头2闭合，当它们接触时实现电气接触。当两个触头接触后，所述可动铁芯3还会再向下运动一段距离，直到两个铁芯闭合上，以保证电气触头可靠的接触。

为了使接触器能够快速、可靠的吸合，现有的控制线圈开环控制方案的设计都采用了一种比较安全的设计方式，即，针对接触器闭合动作，向控制线圈提供远大于接触器铁芯实际闭合所需要的电流量。这样就存在一些问题，由于控制线圈提供的能量远大于触头实际闭合需要的能量，就造成闭合时刻的接触器动触头的速度过大，经过闭合的撞击，这部分撞击动能就会转化成很大的噪音，并且对动、静触头造成电气和机械的磨损。在接触器断开时也存在相似的问题，由于断开速度也是开环控制，同样会造成令人不愉快的嗓音。在一些对噪音大小有特殊要求的场合，如电梯控制间，目前不得不采用直流接触器作为控制开关器件，这种开关器件噪音小，但是成本高且闭合时间较长。一些大电流型号的接触器，由于嗓音和磨损的原因，造成使用寿命的变短。

发明内容

针对目前接触器在断开和闭合时速度没有控制的问题，本发明提出了一种新颖的解决方案。

根据本发明的交流接触器，其包括：相对设置的电气动触头和电气静触头，以及相对设置的可动铁芯和固定铁芯；所述可动铁芯与所述电气动触头机械相连，所述固定铁芯在其中容纳着控制线圈，通过一开关晶体管对控制线圈进行通/断电使得固定铁芯对可动铁芯产生/消除电磁吸引力，带动电气动、静触头闭合或断开。其特征在于，所述交流接触器还包括接触速度控制装置，用于对所述电气动触头和所述电气静触头的断开和闭合速度进行闭环反馈控制。

根据本发明的交流接触器，其中所述接触速度控制装置(6)包括：通断电检测器(65)，用于检测接触器的通电/断电动作；速度传感器(62)，用于检测所述电气触头断开和闭合的速度信号；微处理器系统(61)，用于根据通断电检测器(65)的检测结果和速度传感器(62)检测的速度，经过特定的控制算法处理输出占空比可调的PWM控制信号从而对开关晶体管(Q)的导通、截止动作进行控制。

根据本发明的交流接触器，其中所述控制算法为比例积分、比例积分微分算法。

根据本发明的交流接触器，其中所述速度传感器(62)通过从外部检测与电气触头联动的部件的速度来检测所述电气触头断开和闭合的速度信号。

根据本发明的交流接触器，其中所述接触速度控制装置(6)还包括：A/D模数转换器(63)，用于将所述速度传感器(62)检测的速度信号转换成数字信号，然后被输入到微处理器控制系统(61)；直流控制电源产生器(64)，根据输入电压产生适合的接触速度控制装置(6)所需的直流电源。

根据本发明的交流接触器，其中直流控制电源产生器(64)的输入为交流电压。

根据本发明的交流接触器，其中所述接触速度控制装置(6)位于交流接触器主体机械结构的外部。

根据本发明的交流接触器，所述交流接触器还包括驱动器(7)，用于接收微处理器系统(61)输出的PWM控制信号从而对开关晶体管(Q)的导通、截止动作进行控制。

根据本发明的交流接触器的接触速度控制方法，包括检测交流接触器的通电/断电动作；检测所述电气触头断开和闭合的速度；根据通断电检测步骤的检测结果和速度检测步骤得到的速度，经过特定的控制算法处理输出占空比可调的PWM控制信号从而对交流接触器的接触速度进行控制。

根据本发明的交流接触器的接触速度控制方法，其中所述控制算法为比例积分、比例积分微分算法。

具有上述特征的本发明具有以下优势：

便于安装，只需在接触器外部加一个附件即可实现速度的控制功能，无需打开接触器或更改接触器的内部结构，通过速度传感器检测与电气触头联动部件的速度，在接触器外部实现了速度控制的功能，无需对接触器内部结构进行变更。

通过对速度的控制可以减小接触器闭合和断开时的噪音，特别适用对噪音有特殊要求的场合，如电梯控制。

通过对速度的闭环控制可以减小接触器闭合时对电气触头的磨损，延长产品的使用寿命；利用对速度的控制，从而减小了电气和机械损耗，并通过对程序的设置可以设置不同的控制速度，以达到不同闭合断开速度和时间的要求。

附图说明

通过下面结合附图对示例实施例的详细描述，将更好地理解本发明。应当清楚地理解，所描述的示例实施例仅仅是作为说明和示例，而本发明不限于此。本发明的精神和范围仅仅由所附权利要求书的具体内容限定。下面描述附图的简要说明，其中：

图1示出传统的低压交流接触器，其中左侧的照片示出低压交流接触器的实际产品的内部结构，右侧的是对应的结构示意图；

图2示出根据本发明实施例的低压交流接触器的接触速度控制装置的电路图；

图3示出根据本发明实施例的低压交流接触器的接触速度控制方法的流程图；

图4示出根据本发明实施例的低压交流接触器实际样品图片。

具体实施方式

由上面的解释可以了解，为了达到控制接触器触头的断开和闭合速度，本发明首先需要检测接触器触头的运动速度，根据所检测的速度控制通过图1中的控制线圈5的电流，从而控制接触器触头的断开和闭合的电磁吸引力，进而控制接触器触头的断开和闭合的速度达到期望的要求。即本发明通过对接触器触头的速度进行闭环控制来克服现有技术中的缺点。

具体来说，本发明通过在接触器外部附加一接触速度控制装置来实现。

图2示出根据本发明实施例的低压交流接触器的接触速度控制装置的电路图。

如图2所示，根据本发明实施例的低压交流接触器的接触速度控制装置6包括微处理器系统61、速度传感器62、A/D模数转换器63、直流控制电源产生器64、通断电检测器65。

直流控制电源产生器64根据输入的交流或指直流电压产生适合的用于接触器触头速度控制过程中所需的直流电源，优选地，输入为交流电压。

通断电检测器65检测接触器的供电情况，在检测到接触器触头将进行断开动作的断电情况后，通断电检测器65给出信号通知微处理器控制系统61以执行断电时接触器触头的速度控制方案。在检测到接触器触头将进行闭合动作的接通情况后，通断电检测器65给出信号通知微处理器控制系统61以执行通电时接触器触头的速度控制方案。

速度传感器62通过从外部检测与电气触头联动的部件的速度检测所述电气触头断开和闭合过程中的速度信号，该速度信号通过A/D模数转换器63转换成数字信号后被输入到微处理器控制系统61，微处理器控制系统61经过特定的控制算法处理(如比例积分(PI)、比例积分微分(PID)运算处理)输出占空比可调的PWM控制信号从而经由驱动器7对开关晶体管Q的导通、截止动作进行控制，进而实现控制线圈5中流过的电流控制，基于受控的线圈5的电流，控制接触器触头的断开和闭合的电磁吸引力，进而控制接触器触头的断开和闭合的速度达到期望的要求。至此，速度传感器62、A/D模数转换器63、微处理器系统61、驱动器7、开关晶体管Q、控制线圈5形成了接触器触头运动速度的闭环反馈控制回路。其中，如果微处理器控制系统61输出的占空比可调的PWM控制信号的驱动能力足够，也可以在交流接触器中省略驱动器7。

开关管Q的导通占空比越大，通过控制线圈5的电流就越大，固定铁芯4对所述可动铁芯3产生的电磁力也就越大，反之，电磁力就越小。低压接触器的电气触头在受电磁力以及联动部件的反作用的弹簧力的合力下，速度也会随之增加或减小。

在控制线圈5通过合适的电流时，固定铁芯4对所述可动铁芯3产生适当的吸力，拉动其向下运动，同时带动电气动触头1向下运动从而与所述电气静触头2闭合，当电气动触头1和电气静触头2接触时实现电气接触。

当电气动触头1和电气静触头2接触后，可动铁芯3再向下运动一段距离，直到可动铁芯3和固定铁芯4闭合，从而保证电气触头可靠接触。

这种控制是由本发明中的所述接触速度控制装置6通过闭环反馈控制实现的。

因此，通过本发明的接触速度控制装置6可以使接触器触头闭合和断开的速度基本维持在一个固定的值，从而实现触头速度的闭环控制；同时通过对程序参数的设置，我们可以设置不同的速度控制值，以达到不同闭合/断开速度和时间的要求。具体参数的设置、PWM控制算法可以根据具体的接触器产品参数进行设计。这对本领域普通技术人员来说，是完全可以实现的，在此，省略对上述具体设计的详细描述。

图3示出根据本发明实施例的低压交流接触器的接触速度控制方法的流程图。

如图3所示，在步骤S1，检测接触器触头是进行通电操作还是进行断电操作，也就是检测触头是进行断开动作还是进行闭合动作。

若进行通电操作，则进行步骤S2，检测触头运动速度，并判断速度是否合适。若速度不合适，则在步骤S4，根据具体的控制算法来调整PWM波的占空比，然后进行步骤S6。若速度合适，则直接进行步骤S6。在步骤S6，检测触头是否完全闭合，若已完全闭合，则在步骤S8，维持PWM波的占空比不变，保持触头可靠闭合，然后结束控制。

若进行断电操作，则进行步骤S3，检测触头运动速度，并判断速度是否合适。若速度不合适，则在步骤S5，根据具体的控制算法来调整PWM波的占空比，然后进行步骤S7。若速度合适，则直接进行步骤S7。在步骤S7，检测触头是否完全断开，若已完全断开，则在步骤S9，输出PWM波使得开关Q完全截止，保持触头可靠断开，然后结束控制。

图4示出根据本发明实施例的低压交流接触器实际样品图片。如图4所示，根据本发明实施例的低压交流接触器包括右侧的一个传统的低压交流接触器以及在其外部附加的位于左侧透明外壳内的接触速度控制装置。

根据上述的具体结构，根据本发明实施例的低压交流接触器可以在不改变传统接触器内部主要电气和内部机械结构的情况下，只需在外部增加一个电气附件(即接触速度控制装置)，通过电气附件内的速度传感器检测接触器外部与触头联动部件的速度，并反馈到电气附件内的微处理器控制系统中，经过特定的算法输出可控的PWM波，从而控制流过控制线圈的电流，以改变接触器断开和闭合的速度，进而达到减小噪音和触头损耗的目的。

具有上述特征的本发明的低压交流接触器具有以下优势：

1.便于安装，只需在接触器外部加一个附件即可实现速度的控制功能，无需打开接触器或更改接触器的结构，通过速度传感器检测与电气触头联动部件的速度，在接触器外部实现了速度控制的功能，无需对接触器内部结构进行变更。

2.通过对速度的控制可以减小接触器闭合和断开时的噪音，特别适用对噪音有特殊要求的场合，如电梯控制。

3.通过对速度的闭环控制可以减小接触器闭合时对电气触头的磨损，延长产品的使用寿命；利用对速度的控制，从而减小了电气和机械损耗，并通过对程序的设置可以设置不同的控制速度，以达到不同闭合断开速度和时间的要求。

本领域技术人员可清楚地得知，可对所述的低压交流接触器进行各种改进和变化。本领域技术人员通过考虑说明书和所述的低压交流接触器的实效将清楚地得知其它实施例。应该知道，说明书和实例仅仅是作为实例考虑，本发明的范围由权利要求和它们的等同内容限定。

Claims

1.一种交流接触器，其包括：相对设置的电气动触头(1)和电气静触头(2)，以及相对设置的可动铁芯(3)和固定铁芯(4)；所述可动铁芯(3)与所述电气动触头(1)机械相连，所述固定铁芯(4)在其中容纳着控制线圈(5)，通过一开关晶体管(Q)对控制线圈(5)进行通/断电使得固定铁芯(4)对可动铁芯(3)产生/消除电磁吸引力，带动电气动、静触头闭合或断开，

其特征在于，所述交流接触器还包括接触速度控制装置(6)，用于对所述电气动触头和所述电气静触头的断开和闭合速度进行闭环反馈控制。

2.如权利要求1所述的交流接触器，其中所述接触速度控制装置(6)包括：

通断电检测器(65)，用于检测接触器的通电/断电动作；

速度传感器(62)，用于检测所述电气触头断开和闭合的速度信号；

微处理器系统(61)，用于根据通断电检测器(65)的检测结果和速度传感器(62)检测的速度，经过特定的控制算法处理输出占空比可调的PWM控制信号从而对开关晶体管(Q)的导通、截止动作进行控制。

3.如权利要求2所述的交流接触器，其中所述控制算法为比例积分、比例积分微分算法。

4.如权利要求2所述的交流接触器，其中所述速度传感器(62)通过从外部检测与电气触头联动的部件的速度来检测所述电气触头断开和闭合的速度信号。

5.如权利要求2所述的交流接触器，其中所述接触速度控制装置(6)还包括：

A/D模数转换器(63)，用于将所述速度传感器(62)检测的速度信号转换成数字信号，然后被输入到微处理器控制系统(61)；

直流控制电源产生器(64)，根据输入电压产生适合的接触速度控制装置(6)所需的直流电源。

6.如权利要求5所述的交流接触器，其中直流控制电源产生器(64)的输入为交流电压。

7.如权利要求2所述的交流接触器，其中所述接触速度控制装置(6)位于交流接触器主体机械结构的外部。

8.如权利要求1-7所述的交流接触器，所述交流接触器还包括驱动器(7)，用于接收微处理器系统(61)输出的PWM控制信号从而对开关晶体管(Q)的导通、截止动作进行控制。

9.一种交流接触器的接触速度控制方法，包括

检测交流接触器的通电/断电动作；

检测所述电气触头断开和闭合的速度；

根据通断电检测步骤的检测结果和速度检测步骤得到的速度，经过特定的控制算法处理输出占空比可调的PWM控制信号从而对交流接触器的接触速度进行控制。

10.如权利要求9所述的交流接触器的接触速度控制方法，其中所述控制算法为比例积分、比例积分微分算法。