CN102683111A - 智能复合交流接触器 - Google Patents

Abstract

本发明的智能复合交流接触器属于电气自动化控制技术领域，特别是一种不对现有交流接触器结构做任何改动、由微控制器电路为核心并有电源模块、电压采样模块、线圈及可控硅控制模块、通讯模块构成，微处理器模块分别与电源模块、线圈及可控硅控制模块、电压采样模块、电路工作状态显示模块、通讯模块相连，通讯模块设有远程控制RS485通讯接口和现场编程的ICD2。本发明将交流接触器通过微控制电子技术集成到一体，且智能控制装置可镶嵌到现有交流接触器之中，可节约社会资源、能耗，减小电柜体积、缩短电控线路设计周期，提高效率，大大降低产品成本，进一步提高了产品的可靠性。

Description

智能复合交流接触器

技术领域

智能交流接触器，属于电气自动化控制技术领域。包括交流接触器本体；控制单元设有电源模块、中央处理模块、电压采样模块、线圈控制模块、通讯模块，中央处理模块分别与电源模块、线圈控制模块、电压采样模块、通讯模块相连，中央处理模块设有远程控制RS485通讯接口和进行数据分析及处理的高速CPU。本发明改变了现有接触器的单一动作形式，具有智能化程度高；调试、维护简单，运行可靠；多功能且实用价值更高。 

背景技术

接触器的动态过程是一个复杂的电、磁、热、机械运动的过程。传统的交流接触器是利用电磁原理通过控制电路和可动衔铁运动来带动触头控制主电路通断的。交流接触器优点是接触电阻小，动作时间较慢，在触点开关过程中容易产生涌流，在大电流高电压情况下易产生火花及电弧，长期使用其触点非常容易烧结粘连，严重影响其寿命。随着技术的发展，人们又采用可控硅等大功率开关器件作为电子开关来替代接触器，可控硅作为电子开关其优点是响应速度快，可以克服涌流问题。但是，可控硅本身存在功耗，在大功率应用时，会有明显的发热，由于可控硅对过流、过压及对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。在实际应用中，故障多半是由可控硅损坏所引起的。用接触器或可控硅作为开关装置在实际现场使用过程中，始终存在这样或那样的问题。 

进入21世纪，交流接触器在技术上也有新的进展。随着电子元件质量提高、价格下降，电磁兼容(Elect romagnetic Compatibility，EMC)技术逐步成熟， 尤其是计算机网络的发展与应用、交流接触器与中央控制计算机双向通信的实现，使得交流接触器必须朝着电子化、机电一体化方向发展，同时要求部分电器具有智能化功能。目前，智能化电器的发展主要集中在万能式断路器、塑壳式断路器、交流接触器以及电动机控制器等产品。其中，智能型交流接触器的主要特征是装有智能型电磁系统，其控制回路包括电压检测电路、吸合信号发生电路和保持信号发生电路；它能判别门槛吸合电压，当控制电源电压低于接触器门槛吸合电压时，不发出吸合信号，接触器不能合闸并有相应显示；接触器吸合后能降低激磁电流，达到节能的目的。 

近年来，随着微处理器技术、电力电子技术、通信技术等在低压电器中的广泛应用，交流接触器领域的智能化得到了快速发展，出现了不同种类的智能交流接触器产品。然而，由于其成本数倍于原来交流接触器，该电器应用的领域受到很大的局限，在一定程度上又影响了智能交流接触器的进一步发展。 

如何加强经济性能方面的“降本”，提高智能交流接触器的性价比；如何找一种能够兼顾以上两种开关装置优点，克服存在问题的开关装置？这就是本发明的关键所在。本发明在不改动现有交流接触器结构基础上，增加控制单元，使得交流接触器具有智能功能同时又具有了接触器+可控硅电子开关即复合开关功能，这就大大提升了交流接触器应用范围。 

发明内容

本发明的特征之一是本发明的目的是基于微处理器控制可控硅与接触器进行开关动作，将可控硅与接触器触点并联使用，由可控硅实现电压过零投入与电流过零切除，由接触器接点来通过连续电流，这样就避免了可控硅的导通损耗问题，也避免了接触器在投入和切除时产生的电弧。 

本发明通过以下技术方案予以实施。 

1.在交流接触器的开关过程中，其触点往往会在其开关触点产生较强的电弧，损伤触点，致使触头接触不良，甚至会发生触点熔融的现象；对可控硅无触点型开关，因其功耗大，散热问题尤为突出。针对上述情况，智能复合交流接触器在设计时，增加了延时电路。在开通时，可控硅先导通，延时2～3个周期后，接触器闭合，可控硅关断，负载工作电流由接触器提供；在关断时，可控硅先导通，接触器关断，可控硅延迟2～3个周期后关断。这样，从根本上解决了接触器在接通和关断时出现的涌流及触头间拉弧现象，也消除了无触点开关的散热问题，使开关的使用寿命接近其机械寿命，既大大延长了开关的使用寿命，又提高了系统运行的可靠性。软件主程序流程附图8所示。 

2.传统的接触器在开关动作时会产生大量的谐波，污染了电网，同时也减少了触点的使用寿命，而本智能复合交流接触器采用先进的微型处理器，独特的PCB设计工艺，抗干扰能力强，能精确的检测交流电过零点，使整个装置在过零点投入，无谐波无冲击见附图11。采用交流接触器为执行机构，其触点能力强，过电流大，不易烧触点；当智能复合交流接触器出现机械故障或电网电压出现过压，欠压，缺相，严重畸变时，智能复合交流接触器拒绝投入，并通过RS232/485把相关信息传递给主控室的上位机程序，使监控人员能及时发现问题。这是传统交流接触器无法完成的。 

3.传统交流接触器不具有定时功能，当有些场合如电机降压起动、正反转、能耗(反接)制动等，须延时启动，或延时分断，必须外加时间继电器。本发明智能复合交流接触器可以根据用户需求进行任意延时时间的设置。 

附图说明

附图1智能复合交流接触器总体架构 

附图2断相保护 

附图3光电隔离控制电路 

附图4ICD2接口 

附图5智能复合交流接触器工作电源原理图 

附图6交流采样电路 

附图7接触器触点闭合检测电路 

附图8智能复合交流接触器开关动作软件流程图 

附图9智能复合交流接触器触点检测软件流程图 

附图10智能复合交流接触器外接输入单元框图 

附图11智能复合交流接触器动作示波器波形图 

具体实施方式

本发明的具体实施方式参照附图1。在附图1中A相电源→接触器触点 

与可控硅 

并联连接→负载；B相电源→接触器触点 与可控硅 并联连接→负载；C相电源→接触器触点 

与可控硅 

并联连接→负载。二极管 

分别并联在三个可控硅 的阳极和阴极之间，用于保护可控硅。 

在附图1中交流采样电路 分别对电源A/B/C三相进行采样，采样后的信号送到微处理器单元 

的A/D口如附图6。在附图6中AB相电压经R1限流后→T1电压互感器，产生对应比值的弱电压→R5电流平衡→R4限流→C1滤波→微处理器单元 

AD口1；BC相电压经R2限流后→T2电压互感器，产生对应比值的弱电压→R7电流平衡→R6限流→C2滤波→微处理器单元 

AD 口2；CB相电压经R3限制流后→T3电压互感器，产生对应比值的弱电压→R9电流平衡→R8限流→C3滤波→微处理器单元 

AD口3： 

在附图1中 

是接触器触点闭合检测电路如附图7.在附图7中当A触点断开电流经电阻R1→光耦U1隔离后→脉冲信号到输出口O_A.送到微处理器单元 

当B触点断开电流经电阻R2→光耦U2隔离后→脉冲信号到输出口O_B.送到微处理器单元 

当C触点断开电流经电阻R3→光耦U3隔离后→脉冲信号到输出口O_C.送到微处理器单元 

在附图1中 

三个过零触发电路用以分别触发三个可控硅 

附图3是采用光电隔离控制触发原理图。 

在附图1中 

是控制单元电源。附图5是电源原理图，来自C相电源和零线N→变压器B1→经D1、D2、D3、D4组成桥式整流得到直流电压→经集成稳压器和滤波→输出一稳定的直流提供给微处理器单元作为工作电源。 

在附图1中 

是微处理器单元，是本发明装置的核心部件。它读取来自交流采样单元的信号，在收到合闸指令后经分析在过零时刻发出指令导通可控硅→然后发出指令让接触器动作→关断可控硅，完成合闸动作；在收到分闸指令后经分析在过零时刻发出指令导通可控硅→然后发出指令让接触器动作触点断开→关断可控硅，完成分闸动作。软件控制流程见附图8。 

在附图1中 

微处理器单元在发出合闸、分闸指令后检测接收来自接触器触点检测单元 

的触点闭合信号， 

微处理器单元根据接收的信息进行分析判断，正常情况下触点闭合后应该反馈三个位置信息，如果发现触点闭合有问题则发出指令，让接触器驱动单元 

输出使接触器线圈 

失电→接触器触点处于分闸状态，避免缺相引起的故障继续，保证了负载的安全。软件控制流程见附图9。 

断相运行时，将造成三相电路不平衡及对负载运行产生较大的影响。因此在断相时应能及时报警和停止投入。断相检测电路如附图2所示，当三相正常时OAB与OBC输出高低电平的方波，当OAB或OBC输出低电平连续超过20ms时说明已有断相产生，此时微处理器将发出及时切除负载和不允许再次投入指令并显示断相。 

在附图1中 

微处理器接受来自 

控制输入选择单元信号，在附图10中可以看出 

控制输入选择单元分别可以接收来自“无功功率补偿器”的输出信号及“手动”输入信号。 

在附图1中 

微处理器与在线编程的插口见附图4。用户可在线对智能交流接触器的运行参数进行修改，比如过压欠压阀值、延时时间等。 

在附图1中 

用以检测交流接触器线圈工作电流，在微处理器发出动作指令后显示面板将显示此指令状态，如果线圈工作正常此状态显示将由红色转变为绿色；如果线圈工作不正常，此状态显示将不予变色，提示线圈有故障。 

在附图1中 

微处理器单元有网络通讯接口，可以采用485或CAN总线方式进行组网，在中心值班室操作人员可以通过上位机查看现场的每一台智能交流接触器的工作状况及对其运行参数进行修改。 

Claims (5)

1.一种智能交流复合接触器，包括交流接触器本体及微处理器控制单元，其特征在于：在交流接触器本体的上方安装有微处理器控制单元，所述的微处理器控制单元包括电源模块、电压采样模块、线圈及可控硅控制模块、通讯模块构成，微处理器单元分别与电源模块、线圈及可控硅控制模块、电压采样模块、电路工作状态显示模块、通讯模块相连，通讯模块设有远程控制RS485通讯接口和现场编程的ICD2。

2.根据权利要求一所述的智能交流复合接触器其特征在于不对现有交流接触器结构进行改动。

3.根据权利要求一所述的智能交流复合接触器其特征在于交流接触器的触点与可控硅并联复合而成，其结合了机械触头低能耗和可控硅开关操作无电弧的优点。

4.根据权利要求一所述的智能交流复合接触器其特征在于微处理器单元采用于MSP430微处理器。

5.根据权利要求一所述的智能交流复合接触器其特征在于面板有过压、欠压、接触器触点闭合状态、接触器线圈故障、接通及断开LED显示功能。

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