CN102751695B - 交流接触器主触头粘连报警保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流接触器主触头粘连报警保护装置及方法，装置包括有接触器主回路及与接触器主回路相连接的接触器控制回路，分别与接触器主回路和接触器控制回路相关连的信号处理及运算电路，信号处理及运算电路的信号输入端分别取自接触器主回路的电源输入端和交流接触器主回路的输出端，信号处理及运算电路的信号输出端连接接触器控制回路中的断路器分励线圈回路。方法包括信号采集；信号处理；逻辑运算；故障报警。本发明能够实时监控接触器主触头通断状态，一旦发生粘连立即切断电源，更好的保护工作人员及设备的安全，避免财产受到损失。特别是在起重设备这种特殊的工作环境下，接触器触头极易造成粘连，引发安全事故。该发明的应用可大大降低事故率。

Description

交流接触器主触头粘连报警保护装置及方法

技术领域

本发明涉及一种交流接触器，特别是涉及一种交流接触器主触头粘连报警保护装置及方法。

背景技术

交流接触器是一种适用于动力驱动供电系统通/断控制的常规操作器件。可以完成主供电电路及大容量控制电路的接通、分断操作，实现如交流电机、大容量驱动控制装置、楼宇自动化控制、电网补偿控制等各类负载的启动、停止。

当交流接触器用在AC-4类负载工况时，例如：起重设备中驱动吊钩升/降、起重小车左右移动、主梁前后移动的电机时，经常处于频繁“正向启动、运行、停止，反向启动、运行、停止”的工作状态。由于其特殊的工作方式要求，使交流接触器经常工作于频繁的接通、断开状态，导致接触器主触头在接通和断开的瞬间承受大于额定电流数倍的工作电流，因此，接触器主触头极易发生粘连。一旦发生接触器主触头粘连，操控装置无法关断正在运行的电机，极易发生冲撞等安全事故。特别是在起重设备下降过程中若发生粘连，会造成人员受伤、货物损坏等事故发生。

交流接触器主触头粘连报警保护装置，主要是实时监控接触器主触头通断状态。一旦发生粘连，该报警保护装置立即发出应急控制信号,断开驱动电机的供电电源，停止电机工作。同时发出报警信号，防止造成安全事故。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种为解决交流接触器触头粘连引发的事故，更好的保护工作人员的安全、避免财产受到损失的交流接触器主触头粘连报警保护装置及方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种交流接触器主触头粘连报警保护装置及方法，交流接触器主触头粘连报警保护装置，包括有接触器主回路及与接触器主回路相连接的接触器控制回路，还有分别与接触器主回路和接触器控制回路相关连的信号处理及运算电路，其中，所述的信号处理及运算电路的信号输入端分别取自接触器主回路的电源输入端和交流接触器主回路的输出端，所述的信号处理及运算电路的信号输出端连接接触器控制回路中的断路器分励线圈回路。

所述的接触器主回路包括有与三相供电电源连接的断路器Q1，所述断路器Q1的另一端连接接触器KM1的主触头，所述接触器KM1的主触头的另一端输出的三相电压U_A、U_B、U_C通过热继电器RJ连接电机M，所述该三相电压U_A、U_B、U_C还分别各引出一端连接信号处理及运算电路的信号输入端，所述的三相供电电源中的A相和N相分别引出一端连接信号处理及运算电路的信号输入端。

所述的接触器控制回路包括有构成接触器通断且相连的启动按钮SF的第一常开触点、接触器KM1的线圈和热继电器RJ的常闭辅助触点，构成按钮闭合信号且相连接的启动按钮SF的第二常开触点和中间继电器J1的线圈，构成断路器脱扣且相连接的继电器K1的常开触点和断路器Q1的分励线圈，其中，所述的启动按钮SF的第一常开触点、第二常开触点和继电器K1的常开触点的另一端连接220V电源的一端，所述热继电器RJ的常闭辅助触点、中间继电器J1的线圈和断路器Q1的分励线圈的另一端连接220V电源的另一端。

所述的信号处理及运算电路包括有依次连接的信号处理单元、逻辑运算电路、继电器吸合电路、常开常闭开关量信号和接触器控制回路，所述的信号处理单元有用于连接接触器主回路中接触器KM1主触头输出的三相电压信号的端子的第一端子S4、第二端子S5和第三端子S6，以及用于连接三相供电电源中的A相和N相分别引出的端子的电源端子S7，所述的第一端子S4、第二端子S5和第三端子S6分别各通过一个隔离变压、整流和稳压电路后再依次通过逻辑运算电路和继电器吸合电路输出一对常开常闭开关量信号连接接触器控制回路，所述的接触器控制回路中的按钮闭合断开开关量信号通过光电隔离电路连接逻辑运算电路；所述的电源端子S7依次通过信号隔离变压器T4、整流桥D4和稳压器U13输出＋5V供电电源；所述的逻辑判断电路的输出端还通过电阻R215连接用于报警的发光二极管D15。

所述的隔离变压、整流和稳压电路包括有依次串接的信号隔离变压器T1，整流桥D1和稳压器U10，所述的稳压器U10的两端分别各并联一个电容E1、E2。

所述的逻辑运算电路包括有输入端连接三个隔离变压、整流和稳压电路所输出的电压信号逻辑或U23A，所述逻辑或U23A的输出连接逻辑异或U20A的一个输入端，逻辑异或U20A的另一个输入端连接光电隔离电路的输出端，所述逻辑异或U20A的输出端分别连接继电器吸合电路和通过电阻R215连接用于报警的发光二极管D15。

所述的继电器吸合电路包括有继电器K1的线圈，所述继电器K1的线圈与二极管D5并联后的一端连接＋5V电源，另一端通过电阻RK1连接逻辑运算电路中的逻辑异或U20A的输出，所述继电器K1的常开常闭触点分别通过第一端子S1和第二端子S2连接接触器控制回路中的断路器脱扣回路中。

一种用于交流接触器主触头粘连报警保护装置的控制方法，包括如下步骤：

1）信号采集

接触器主触头下口电压信号U_A、U_B、U_C；

其中：U_A——A相电压，220V

U_B——B相电压，220V

U_C——C相电压，220V

按钮闭合、断开的开关量信号fout1；

2）信号处理

将U_A、U_B、U_C电压信号分别进行：隔离变压（220V/6V）、二极管整流（整流后变为直流8.5V电压信号）、稳压（输出标准5V电压信号）处理，得到信号U_a、U_b、U_c；

将开关量信号fout1进行光电隔离后得到fout2信号；

3）逻辑运算

将信号U_a、U_b、U_c进行逻辑或，得到：Fout3信号

Fout3=U_a+U_b+U_c

再将fout2信号与Fout3信号进行逻辑异或，得到Fout4信号

$\mathrm{Fout}4=\mathrm{fout}2\⊕\mathrm{Fout}3$

对Fout4运算结果进行分析；

4）故障报警

当Fout4信号为1时，报警灯亮；同时继电器K1吸合，输出一对常开常闭开关量信号。

所述的对fout2、Fout3和Fout4信号进行分析是：

（1）当电机不工作时：按钮不闭合，fout2=0，同时U_a=0、U_b=0、U_c=0

Fout3=U_a+U_b+U_c=0

$\mathrm{Fout}4=\mathrm{fout}2\⊕\mathrm{Fout}3=0$

此种状态属正常状态，没有报警输出；

（2）当电机工作时：按钮闭合，fout2=1，同时U_a=1、U_b=1、U_c=1

Fout3=U_a+U_b+U_c=1

$\mathrm{Fout}4=\mathrm{fout}2\⊕\mathrm{Fout}3=0$

此种状态属正常状态，没有报警输出；

（3）当电机停止工作时：fout2=0，接触器触头粘连，U_a、U_b、U_c其中有一相或多相信号为1

Fout3=U_a+U_b+U_c=1

$\mathrm{Fout}4=\mathrm{fout}2\⊕\mathrm{Fout}3=1$

此种状态属故障状态，报警输出。

在接触器控制回路中，当继电器K1常开点闭合后，断路器Q1分励线圈通电，断路器Q1断开，接触器主回路电源断电。

本发明的交流接触器主触头粘连报警保护装置及方法，具有的优点和积极效果是：实时监控接触器主触头通断状态，一旦发生粘连立即切断电源。能够很好的解决由于接触器触头粘连引发的事故，更好的保护工作人员及设备的安全，避免财产受到损失。特别是在起重设备这种特殊的工作环境下，接触器触头极易造成粘连，引发安全事故。该发明的应用可大大降低事故率。

附图说明

图1是本发明中接触器主回路的电路原理图；

图2是本发明中接触器控制回路的电路原理图；

图3是本发明中信号处理及运算电路的电路原理图；

图4是本发明中信号处理及运算电路的构成框图。

图中

1：接触器主回路           2：接触器控制回路

3：信号处理单元           4：逻辑运算电路

5：继电器吸合电路         6：开关量信号输出

7：按钮闭合断开开关量信号 8：光电隔离电路

具体实施方式

为能进一步了解本发明的交流接触器主触头粘连报警保护装置的发明内容、特点及功效，兹例举以下实例，并配合附图详细说明如下：

如图1、图2、图3所示，本发明的交流接触器主触头粘连报警保护装置，包括有接触器主回路1及与接触器主回路1连接的接触器控制回路2，还有分别与接触器主回路1和接触器控制回路2相关连的信号处理及运算电路，其中，所述的信号处理及运算电路的信号输入端分别取自接触器主回路1的电源输入端和交流接触器主回路的输出端，所述的信号处理及运算电路的信号输出端连接接触器控制回路2中的断路器分励线圈回路。

如图1所示，所述的接触器主回路1包括有与三相供电电源连接的断路器Q1，所述断路器Q1的的另一端连接接触器KM1的主触头，所述接触器KM1的主触头的另一端输出的三相电压U_A、U_B、U_C通过热继电器RJ连接电机M，所述该三相电压U_A、U_B、U_C还分别各引出一端S4-2、S5-2、S6-2连接信号处理及运算电路的信号输入端，所述的三相供电电源中的A相和N相分别引出一端S7-2、S7-1连接信号处理及运算电路的信号输入端。

如图2所示，所述的接触器控制回路2包括有构成接触器通断且相连的启动按钮SF的第一常开触点13和14、接触器KM1的线圈和热继电器RJ的常闭辅助触点，构成按钮闭合信号且相连接的启动按钮SF的第二常开触点23和24以及中间继电器J1的线圈，构成断路器脱扣且相连接的继电器K1的常开触点和断路器Q1的分励线圈，其中，所述的启动按钮SF的第一常开触点13和14、第二常开触点23和24以及继电器K1的常开触点的另一端连接220V电源的一端，所述热继电器RJ的常闭辅助触点、中间继电器J1的线圈和断路器Q1的分励线圈的另一端连接220V电源的另一端。

如图3所示，所述的信号处理及运算电路包括有依次连接的信号处理单元3、逻辑运算电路4、继电器吸合电路5、常开常闭开关量信号6和接触器控制回路2，所述的信号处理单元3有用于连接接触器主回路1中接触器KM1主触头输出的三相电压信号的端子S4-2、S5-2、S6-2、第一端子S4、第二端子S5和第三端子S6，以及用于连接三相供电电源中的A相和N相分别引出的端子S7-2、S7-1的电源端子S7，所述的第一端子S4、第二端子S5和第三端子S6分别各通过一个隔离变压、整流和稳压电路3后再依次通过逻辑运算电路4和继电器吸合电路5输出一对常开常闭开关量信号6连接接触器控制回路2，所述的接触器控制回路2中的按钮闭合断开开关量信号7通过光电隔离电路8连接逻辑运算电路4；所述的电源端子S7依次通过信号隔离变压器T4、整流桥D4和稳压器U13输出＋5V供电电源；所述的逻辑判断电路4的输出端还通过电阻R215连接用于报警的发光二极管D15。

所述的隔离变压、整流和稳压电路3包括有依次串接的信号隔离变压器T1，整流桥D1和稳压器U10，所述的稳压器U10的两端分别各并联一个电容E1、E2。

所述的逻辑运算电路4包括有输入端连接三个隔离变压、整流和稳压电路3所输出的电压信号的逻辑或U23A，所述逻辑或U23A的输出连接逻辑异或U20A的一个输入端，逻辑异或U20A的另一个输入端连接光电隔离电路8的输出端，所述逻辑异或U20A的输出端分别连接继电器吸合电路5和通过电阻R215连接用于报警的发光二极管D15。

所述的继电器吸合电路5包括有继电器K1的线圈，所述继电器K1的线圈与二极管D5并联后的一端连接＋5V电源，另一端通过电阻RK1连接逻辑判断电路4中的逻辑异或U20A的输出，所述继电器K1的常开常闭触点分别通过第一端子S1和第二端子S2(该常闭触点为备用)连接接触器控制回路2中的断路器脱扣回路中。

本发明的用于交流接触器主触点粘连报警保护装置的控制方法，包括如下步骤：

1）信号采集

接触器主触头下口电压信号U_A、U_B、U_C；

其中：U_A——A相电压，220V

U_B——B相电压，220V

U_C——C相电压，220V

按钮闭合、断开的开关量信号fout1；

2）信号处理

将U_A、U_B、U_C电压信号分别进行：隔离变压（220V/6V）、二极管整流（整流后变为直流8.5V电压信号）、稳压（输出标准5V电压信号）处理，得到信号U_a、U_b、U_c；

将开关量信号fout1进行光电隔离后得到fout2信号；

3）逻辑运算

将信号U_a、U_b、U_c进行逻辑或，得到：Fout3信号

Fout3=U_a+U_b+U_c

再将fout2信号与Fout3信号进行逻辑异或，得到Fout4信号

$\mathrm{Fout}4=\mathrm{fout}2\⊕\mathrm{Fout}3$

对Fout4运算结果进行分析；

所述的对fout2、Fout3和Fout4信号进行分析是：

（1）当电机不工作时：按钮不闭合，fout2=0，同时U_a=0、U_b=0、U_c=0

Fout3=U_a+U_b+U_c=0

$\mathrm{Fout}4=\mathrm{fout}2\⊕\mathrm{Fout}3=0$

此种状态属正常状态，没有报警输出；

（2）当电机工作时：按钮接触器吸闭合，fout2=1，同时U_a=1、U_b=1、U_c=1

Fout3=U_a+U_b+U_c=1

$\mathrm{Fout}4=\mathrm{fout}2\⊕\mathrm{Fout}3=0$

此种状态属正常状态，没有报警输出；

（3）当电机停止工作时：fout2=0，接触器触头粘连，U_a、U_b、U_c其中有一相或多相信号为1

Fout3=U_a+U_b+U_c=1

$\mathrm{Fout}4=\mathrm{fout}2\⊕\mathrm{Fout}3=1$

此种状态属故障状态，报警输出。

4）故障报警

当Fout4信号为1时，报警灯亮；同时继电器K1吸合，输出一对常开常闭开关量信号。

在接触器控制回路中，当继电器K1常开点闭合后，断路器Q1分励线圈通电，断路器Q1断开，接触器主回路电源断电。

Claims (9)

1.一种交流接触器主触头粘连报警保护装置，包括有接触器主回路(1)及与接触器主回路(1)相连接的接触器控制回路(2)，还有分别与接触器主回路(1)和接触器控制回路(2)相关连的信号处理及运算电路，其中，所述的信号处理及运算电路的信号输入端分别取自接触器主回路(1)的电源输入端和交流接触器主回路的输出端，所述的信号处理及运算电路的信号输出端连接接触器控制回路(2)中的断路器分励线圈回路，其特征在于，所述的接触器控制回路(2)包括有构成接触器通断且相连的启动按钮(SF)的第一常开触点(13、14)、接触器(KM1)的线圈和热继电器(RJ)的常闭辅助触点，构成按钮闭合信号且相连接的启动按钮(SF)的第二常开触点(23、24)和中间继电器(J1)的线圈，构成断路器脱扣且相连接的继电器(K1)的常开触点和断路器(Q1)的分励线圈，其中，所述的启动按钮(SF)的第一常开触点、第二常开触点和继电器(K1)的常开触点的另一端连接220V电源的一端，所述热继电器(RJ)的常闭辅助触点、中间继电器(J1)的线圈和断路器(Q1)的分励线圈的另一端连接220V电源的另一端。

2.根据权利要求1所述的交流接触器主触头粘连报警保护装置，其特征在于，所述的接触器主回路(1)包括有与三相供电电源连接的断路器(Q1)，所述断路器(Q1)的另一端连接接触器(KM1)的主触头，所述接触器(KM1)的主触头的另一端输出的三相电压(U_A、U_B、U_C)通过热继电器(RJ)连接电机(M)，所述的三相电压(U_A、U_B、U_C)还分别各引出一端(S4-2、S5-2、S6-2)连接信号处理及运算电路的信号输入端，所述的三相供电电源中的A相和N相分别引出一端(S7-2、S7-1)连接信号处理及运算电路的信号输入端。

3.根据权利要求1所述的交流接触器主触头粘连报警保护装置，其特征在于，所述的信号处理及运算电路包括有依次连接的信号处理单元(3)、逻辑运算电路(4)、继电器吸合电路(5)和常开常闭开关量信号单元(6)，所述的信号处理单元(3)有用于连接接触器主回路(1)中接触器(KM1)主触头输出的三相电压信号的端子(S4-2、S5-2、S6-2)的第一端子(S4)、第二端子(S5)和第三端子(S6)，以及用于连接三相供电电源中的A相和N相分别引出的端子(S7-2、S7-1)的电源端子(S7)，所述的第一端子(S4)、第二端子(S5)和第三端子(S6)分别各通过一个隔离变压、整流和稳压电路后再依次通过逻辑运算电路(4)和继电器吸合电路(5)输出一对常开常闭开关量信号(6)连接接触器控制回路(2)，所述的接触器控制回路(2)中的按钮闭合断开开关量信号(7)通过光电隔离电路(8)连接逻辑运算电路(4)；所述的电源端子(S7)依次通过信号隔离变压器(T4)、整流桥(D4)和稳压器(U13)输出+5V供电电源；所述的逻辑运算电路(4)的输出端还通过第一电阻(R215)连接用于报警的发光二极管(D15)。

4.根据权利要求3所述的交流接触器主触头粘连报警保护装置，其特征在于，所述的隔离变压、整流和稳压电路(3)包括有依次串接的信号隔离变压器(T1)，整流桥(D1)和稳压器(U10)，所述的稳压器(U10)的两端分别各并联一个电容(E1、E2)。

5.根据权利要求3所述的交流接触器主触头粘连报警保护装置，其特征在于，所述的逻辑运算电路(4)包括有输入端连接三个隔离变压、整流和稳压电路(3)所输出的电压信号逻辑或(U23A)，所述逻辑或(U23A)的输出连接逻辑异或(U20A)的一个输入端，逻辑异或(U20A)的另一个输入端连接光电隔离电路(8)的输出端，所述逻辑异或(U20A)的输出端分别连接继电器吸合电路(5)和通过第一电阻(R215)连接用于报警的发光二极管(D15)。

6.根据权利要求3所述的交流接触器主触头粘连报警保护装置，其特征在于，所述的继电器吸合电路(5)包括有继电器(K1)的线圈，所述继电器(K1)的线圈与二极管(D5)并联后的一端连接+5V电源，另一端通过第二电阻(RK1)连接逻辑运算电路(4)中的逻辑异或(U20A)的输出，所述继电器(K1)的常开常闭触点分别通过第一端子(S1)和第二端子(S2)连接接触器控制回路(2)中的断路器脱扣回路中。

7.一种用于权利要求1所述的交流接触器主触头粘连报警保护装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)信号采集

接触器主触头下口电压信号U_A、U_B、U_C；

其中：U_A——A相电压，220V

U_B——B相电压，220V

U_C——C相电压，220V

按钮闭合、断开的开关量信号fout1；

2)信号处理

将U_A、U_B、U_C电压信号分别进行：隔离变压、二极管整流、稳压处理，得到信号U_a、U_b、U_c；

将开关量信号fout1进行光电隔离后得到fout2信号；

3)逻辑运算

将信号U_a、U_b、U_c进行逻辑或，得到：Fout3信号

Fout3＝U_a+U_b+U_c

再将fout2信号与Fout3信号进行逻辑异或，得到Fout4信号

Fout4＝fout2⊕Fout3

对Fout4运算结果进行分析；

4)故障报警

当Fout4信号为1时，报警灯亮；同时继电器(K1)吸合，输出一对常开常闭开关量信号。

8.根据权利要求7所述的用于交流接触器主触头粘连报警保护装置的控制方法，其特征在于，对fout2、Fout3和Fout4信号进行分析：

(1)当电机不工作时：按钮不闭合，fout2＝0，同时U_a＝0、U_b＝0、U_c＝0

Fout3＝U_a+U_b+U_c＝0

Fout4＝fout2⊕Fout3＝0

此种状态属正常状态，没有报警输出；

(2)当电机工作时：按钮闭合，fout2＝1，同时U_a＝1、U_b＝1、U_c＝1

Fout3＝U_a+U_b+U_c＝1

Fout4＝fout2⊕Fout3＝0

此种状态属正常状态，没有报警输出；

(3)当电机停止工作时：fout2＝0，接触器触头粘连，U_a、U_b、U_c其中有一相或多相信号为1

Fout3＝U_a+U_b+U_c＝1

Fout4＝fout2⊕Fout3＝1

此种状态属故障状态，报警输出。

9.根据权利要求7所述的用于交流接触器主触头粘连报警保护装置的控制方法，其特征在于，在接触器控制回路中，当继电器(K1)常开点闭合后，断路器(Q1)分励线圈通电，断路器(Q1)断开，接触器主回路电源断电。