CN102420078A - 用于普通电磁接触器的同步开关控制电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于普通电磁接触器的同步开关控制电路,属于电力系统的无功补偿和谐波滤波技术领域,同步开关采用普通电磁接触器,在不改变普通接触器的结构的前提下,适当设计了接触器线圈的控制电路,将交流接触器的交流220V线圈供电改变为直流220V稳压电源供电,开关闭合设计为线圈全压吸合,低压节电保持吸合,开关打开设计为线圈电感器L、电容器C和电阻器R的振荡放电,快速吸收线圈的电感能量,完成了接触器快速打开的功能。本发明采用普通电磁接触器实现了同步开关的要求,并达到了预期效果,应用普通电磁接触器,实现了准确无冲击电流投切电容器组和电抗器。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统的无功补偿和谐波滤波技术领域,具体涉及一种同步开关控制电路。
背景技术
经查,专利号为200920105307.2的专利“一种投切电容器组的2控3预充电相控开关电路”、专利号为200910076776.0的专利“一种投切电容器组的2控3预充电相控开关电路”和专利号为01113435.6的专利“一种电子式零投切接触器”等等的文件中讲到使用现有的机械式触点开关投切电容器。然而,普遍认为在使用机械式触点开关投切时,三相开关在随机不确定的电网电压点投切电容器,电流冲击大,有4倍到10倍甚至20倍的额定电流,这会引起电网电压畸变。还存在合闸触点弹跳,打开触点重燃的危险概率,弹跳和重燃使得电容器组过电压,损坏电容器,容易造成事故。
为克服机械开关的缺点,产生了同步开关。目前有关同步开关的文献,例如:专利申请号为200910028385.1、名称为“一种永磁接触器智能化控制模块”,专利申请号为200910029944.0、名称为“可远程通信智能保护式永磁接触器”等的文件中提到,要使机械开关准确地投切,需要依靠同步开关技术实现,同步开关所采用的开关类型均为永磁类的开关,都没有谈到使用电磁类的机械开关。理由是永磁开关没有弹簧,结构简单,所以可以准确动作,电磁开关使用很多弹簧,弹簧经过长期动作,弹性变软,不容易长期准确动作。但是,工程上大量应用的不是永磁类开关而是电磁类的机械开关,大量的厂家生产的是电磁式机械开关,只有为数不多的厂家生产永磁式机械开关。
通常认为,普通电磁接触器不可以作为同步开关技术的开关执行器件。普通电磁接触器的线圈用交流有效值220V电压供电,交流电按照正弦波变化,合闸命令在正弦波的任意点发出,给接触器线圈送电,接触器的触点必然是在正弦波的随机点闭合,投切产生涌流。因此,传统上公认的是:应用普通机械开关进行投切,必然要产生很大的电流冲击。
发明内容
与本领域中的普遍认知不同,本发明通过独特设计的接触器线圈的控制电路,可以实现普通电磁接触器的准确投切,且投切时没有电流冲击。
本发明提供了一种用于普通电磁接触器的同步开关控制电路,同步开关采用普通电磁接触器,在不改变普通接触器结构的前提下,适当设计了接触器线圈的控制电路,将交流接触器的交流220V线圈供电改变为直流220V稳压电源供电,开关闭合设计为线圈全压吸合,低压节电保持吸合,开关打开设计为线圈电感器L、电容器C和电阻器R的振荡放电,快速吸收线圈的电感能量,完成了接触器快速打开的功能,实现了同步开关的要求和效果。所谓同步开关的功能,是指主触点开关在正弦波电压的特定点闭合、打开。
本发明通过以下方案实现:一种用于普通电磁接触器的同步开关控制电路,普通接触器K1线圈的两端并联连接着电容器C1与电阻器R7构成的串联吸收电路,还并联连接着二极管D1和MOSFET开关管Q1构成的另一串联吸收电路。MOSFET开关管Q2与接触器K1线圈串联连接到220V直流电源上,MOSFET开关管Q2全导通给接触器K1线圈全压供电或者给接触器K1线圈部分电压供电,工作在脉宽调制(PWM)节能状态。单片机逻辑控制电路接收到S1命令信号后,依据电压同步信号和接触器K1开关的动作时间,判断延时时间到了,对接触器K1线圈给出和撤销“工作”和“全压、节能工作”动作信号,控制普通接触器K1的线圈的工作电压,完成接触器主触点开关的投切动作。
进一步地,二极管D1的正极与接触器K1线圈的A2端连接,二极管D1的负极与MOSFET开关管Q1的漏极D连接,MOSFET开关管Q1的源极S与220V稳压电源的+端连接,MOSFET开关管Q1的门极G由+15Vb供电,用光耦U1控制,MOSFET管Q2的源极S与0V-(220V)相连接,MOSFET管Q2的漏极D与接触器K1线圈的A2端连接,接触器K1线圈的A1端与+220V相连接,MOSFET开关管Q1的门极G由+15Va供电,用光耦U2控制。
进一步地,单片机逻辑控制装置接收到S1命令信号后,依据电压同步信号和接触器K1开关的闭合动作时间,判断延时时间到了,发出“工作”和“全压、节能工作”动作信号,MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2导通,接触器K1线圈全压吸合得电,接触器K1主触点开关闭合。
进一步地,接触器触点开关K1闭合后,单片机逻辑控制装置继续给出“工作”动作信号,MOSFET开关管Q1导通,“全压、节能工作”动作信号工作在脉宽调制PWM状态,控制MOSFET开关管Q2的导通和关断,MOSFET开关管Q2导通时,接触器K1线圈流过吸合电流,MOSFET开关管Q2关断时,接触器K1线圈的感性电流通过二极管D1和MOSFET开关管Q1续流。接触器K1线圈保持吸合状态,工作在节能状态。
进一步地,单片机逻辑控制装置接收到S1命令打开信号后,根据电压同步信号,和接触器K1开关打开的动作时间,判断延时时间到了,断开“工作”和“全压、节能工作”信号,接触器K1线圈的感性电流通过接触器K1线圈的两端并联连接着的电容器C1与电阻器R7的串联吸收电路,振荡放电,接触器K1触点开关快速打开。
进一步地,单片机逻辑控制电路给出“工作”和“全压、节能工作”动作信号,通过光耦隔离电路,触发MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2的通断。
进一步地,普通接触器K1的主触点开关可以是单极或多极,接触器的主触点开关多数为3极,在使用多极主触点时,将多极的所有主触点并联,转换成单极主触点开关。多极的所有主触点并联,允许通过的触点电流增大了。
进一步地,普通接触器的类型可以是交流接触器,也可以是直流接触器。无论是交、直流接触器都可以使用本发明的控制电路触发。
本发明的控制电路通过实验和波形测试,达到了同步投切的预期目的。
附图说明
图1:根据本发明的用于普通电磁接触器的同步开关控制电路图;
图2:单片机逻辑控制电路的原理图;
图3:接触器K1主触点开关闭合时,主触点开关电压和线圈电压的波形图;
图4:接触器K1主触点开关打开时,主触点开关电压和线圈电压的波形图;
图5:开关控制电路的控制流程框图。
具体实施方式
下面结合附图,详细描述本发明。
图1示出了用于普通电磁接触器的同步开关控制电路;图2示出了单片机逻辑控制电路的原理图。如图1所示,接触器采用GSC1-40型,接触器K1线圈的两端A1、A2并联连接着电容器C1与电阻器R7构成的串联吸收电路,还并联连接着二极管D1和MOSFET开关管Q1构成的另一串联吸收电路。其中,电容器C1采用630V 0.1uF电容器;电阻器R7采用30欧姆1W的电阻器;二极管D1采用FR107;MOSFET开关管Q1采用SSS4N80AS。MOSFET开关管Q2与接触器K1线圈串联连接到220V直流电源上,MOSFET开关管Q2也采用SSS4N80AS。Q2全导通给接触器K1线圈全压供电,或者给接触器K1线圈部分电压供电,工作在脉宽调制(PWM)节能状态。单片机逻辑控制电路接收到S1命令信号后,依据电压同步信号和接触器K1开关的动作时间,判断延时时间到了,对接触器K1线圈给出和撤销“工作”和“全压、节能工作”动作信号,控制普通接触器的线圈K1的工作电压,完成接触器K1主触点开关的投切动作。
二极管D1的正极与接触器K1线圈的A2端连接,二极管D1的负极与MOSFET开关管Q1的漏极D连接,MOSFET开关管Q1的源极S与220V稳压电源的+端连接,MOSFET开关管Q1的门极G由+15Vb供电,用光耦U1(型号为TLP521-1)控制。MOSFET开关管Q2的源极S与0V一(220V)相连接,MOSFET开关管Q2的漏极D与接触器K1线圈的A2端连接,MOSFET开关管Q1的门极G由+15Va供电,用光耦U2(型号为TLP521-1)控制。接触器K1线圈的A1端与+220V相连接。
单片机逻辑控制电路接收到S1命令信号后,依据电压同步信号和接触器K1开关的闭合动作时间,判断延时时间到了,发出“工作”和“全压、节能工作”动作信号,MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2导通,接触器K1线圈全压吸合得电,接触器K1主触点开关闭合。
接触器K1线圈闭合后,单片机逻辑控制电路继续给出“工作”动作信号,MOSFET开关管Q1导通,“全压、节能工作”动作信号工作在脉宽调制PWM状态,控制MOSFET开关管Q2的导通和关断,MOSFET开关管Q2导通时,接触器K1线圈流过吸合电流,MOSFET开关管Q2关断时,接触器K1线圈的感性电流通过二极管D1和MOSFET开关管Q1续流。接触器K1线圈保持吸合状态,工作在节能状态。
单片机逻辑控制电路接收到S1命令打开信号后,根据电压同步信号和接触器K1开关打开的动作时间,断开“工作”和“全压、节能工作”信号,接触器K1线圈的感性电流通过接触器K1线圈的两端并联连接着的电容器C1与电阻器R7的串联吸收电路,振荡放电,接触器K1主触点开关快速打开。
单片机逻辑控制电路给出“工作”和“全压、节能工作”动作信号,通过光耦隔离电路,触发MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2的导通、关断。
普通接触器K1的主触点开关可以是单极或多极,本实施例中采用的接触器为3极,在使用3极主触点时,将3极的所有主触点并联,转换成单极主触点开关。3极的所有主触点并联,允许通过触点的电流增大了。
普通接触器的类型可以是交流接触器,也可以是直流接触器。交、直流接触器都可以用本发明的控制电路触发。
图3示出了接触器K1主触点开关闭合时,主触点开关电压和线圈电压的波形图,上面的波形A为主触点开关电压,下面的波形B为接触器K1的线圈电压,坐标横轴为5ms/格。图3的波形B展示了接触器K1线圈电压得到全压20ms,在15.5ms时刻接触器闭合,触点弹跳2.5ms,接触器K1线圈电压全压得电20ms后,转入PWM脉宽调制工作状态,接触器主触点开关闭合,线圈工作在节能状态。
图4示出了接触器K1主触点开关打开时,主触点开关电压和线圈K1电压的波形图,上面的波形A为主触点开关电压,下面的波形B为接触器K1的线圈电压,坐标横轴为5ms/格。图4的波形B展示了关断MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2后,接触器K1线圈电流向与接触器K1线圈并联连接着的电容器C1与电阻器R7的串联吸收电路振荡放电,波形A的触点电压展示:接触器K1的主触点开关经过21.5ms打开。
图5显示了控制电路的控制流程框图。在测量到有电压同步信号后,判断有无投切命令,若有投切命令,延时一段时间,使得“工作”输出使能MOSFET开关管Q1导通,“全压、节能工作”输出使能MOSFET开关管Q2导通。20ms后,“工作”输出使能MOSFET开关管Q1导通,“全压、节能工作”输出使能MOSFET开关管Q2运行在PWM状态。在得到停止投切命令时,延时预定的一段时间后,停止“工作”输出使能MOSFET开关管Q1,停止“全压、节能工作”输出使能MOSFET开关管Q2。接触器K1线圈电流通过与接触器K1线圈并联连接着的电容器C1和电阻器R7的串联吸收电路振荡放电,接触器K1主触点开关打开。
本发明的特定实施例已对本发明的内容作出了详尽的说明,对本领域一般技术人员而言,在不背离本发明精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动,都构成对本发明专利权的侵犯,将承担相应的法律责任。
Claims (8)
1.一种用于普通电磁接触器的同步开关控制电路,其特征在于:电磁接触器K1线圈的两端并联连接着电容器C1与电阻器R7构成的串联吸收电路,还并联连接着二极管D1和MOSFET开关管Q1构成的另一串联吸收电路,MOSFET开关管Q2与接触器K1线圈串联连接到220V直流电源上,MOSFET开关管Q2全导通给接触器K1线圈全压供电或者MOSFET开关管Q2给接触器K1线圈部分电压供电,工作在脉宽调制(PWM)节能状态,单片机逻辑控制电路接收到S1命令信号后,依据电压同步信号和接触器K1开关的动作时间,判断延时时间到了,对接触器K1线圈给出和撤销“工作”和“全压、节能工作”动作信号,控制电磁接触器K1线圈的工作电压,完成主触点开关的投切动作。
2.根据权利要求1所述的用于普通电磁接触器的同步开关控制电路,其特征在于:二极管D1的正极与接触器K1线圈的A2端连接,二极管D1的负极与MOSFET开关管Q1的漏极D连接,MOSFET开关管Q1的源极S与220V稳压电源的+端连接,MOSFET开关管Q1的门极G由+15Vb供电,用光耦U1控制,MOSFET管Q2的源极S与0V-(220V)相连接,MOSFET管Q2的漏极D与接触器K1线圈的A2端连接,接触器K1线圈的A1端与+220V相连接,MOSFET开关管Q2的门极G由+15Va供电,用光耦U2控制。
3.根据权利要求1所述的用于普通电磁接触器的同步开关控制电路,其特征在于:单片机逻辑控制电路接收到S1命令信号后,依据电压同步信号和接触器K1开关的闭合动作时间,判断延时时间到了,发出“工作”和“全压、节能工作”动作信号,MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2导通,接触器K1线圈在220V直流全压吸合得电,主触点开关闭合。
4.根据权利要求1所述的用于普通电磁接触器的同步控制电路,其特征在于:接触器主触点开关K1闭合后,单片机逻辑控制电路继续给出“工作”动作信号,MOSFET开关管Q1导通,“全压、节能工作”动作信号工作在脉宽调制PWM状态,控制MOSFET开关管Q2的导通和关断,MOSFET开关管Q2导通时,接触器K1线圈得到220V直流全压,线圈流过吸合电流,MOSFET开关管Q2关断时,接触器K1线圈的感性电流通过二极管D1和MOSFET开关管Q1续流。接触器K1线圈保持吸合状态,工作在节能状态。
5.根据权利要求1所述的用于普通电磁接触器的同步开关控制电路,其特征在于:单片机逻辑控制电路接收到S1命令打开信号后,依据电压同步信号和接触器K1开关打开的动作时间,判断延时时间到了,断开“工作”和“全压、节能工作”信号,MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2不导通,接触器K1线圈的感性电流通过接触器K1线圈的两端并联连接着的电容器C1与电阻器R7的串联吸收电路,振荡放电,接触器K1主触点开关快速打开。
6.根据权利要求1所述的用于普通电磁接触器的同步开关控制电路,其特征在于:单片机逻辑控制电路给出“工作”和“全压、节能工作”动作信号,通过光耦隔离电路,触发MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2,使它们导通、关断。
7.根据权利要求1所述的用于普通电磁接触器的同步开关控制电路,其特征在于:电磁接触器K1的主触点开关可以是单极或多极,在使用多极主触点时,将多极的所有主触点并联,转换成单极主触点开关。
8.根据权利要求1所述的用于电磁电磁接触器的同步开关控制电路,其特征在于:电磁接触器的类型可以是交流接触器,也可以是直流接触器。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |