CN102882387B - 交流接触器节能保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流接触器节能保护装置，包括一个单片机，用于交流接触器启动动作及启动延时的控制，一个交流接触器节能保护电路，其电压输出端一路与所属单片机连接，为单片机提供稳定的低压直流电源，另一路与交流接触器连接，根据需要为交流接触器提供其中启动电源和稳定的工作电源，所述交流接触器节能保护电路内设置：低通滤波单元、低频滤波单元、开关电源单元、直流输出单元、直流电源单元、保护、驱动及控制单元和启动电源电路。该节能保护装置能够使交流接触器的启动电压降至80V，工作电压降至3.5～5.5V，并从根本上解决了交流接触器烧毁的问题，使交流接触器的使用寿命大大延长，与现有技术相比，节能达99%以上。

Description

交流接触器节能保护装置

技术领域

本发明涉及电器开关技术领域，尤其涉及一种交流接触器节能保护装置。

背景技术

交流接触器是电器开关技术领域应用最为广泛的主要控制器件，而目前使用的交流接触器普遍存在电压适应范围狭窄和自身耗能量大等问题。例如，比较常用的CJ20-160A、CJ20-250A、CJ20-400A交流接触器等，其工作电压一般为380V，只有当工作电压在365V以上时才能正常工作，而当供电电压降至360V及以下时，则会产生强烈的振荡，严重影响交流接触器的正常工作；同时，目前配电变压器供电电压通常在400V左右，交流接触器在其连续使用的过程中经常出现烧坏现象，由此不仅导致维修更换成本提高，而且影响配电及用电设备的运行效率。其次，以CJ20-250A交流接触器为例，工作电压在380V时，其标称耗电功率为152W，而交流接触器的使用十分普遍，其电能资源及其成本费用的消耗将是一个巨大的数字。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种能够杜绝交流接触器的烧坏现象，确保交流接触器的可靠运行，有效延长交流接触器的使用寿命，而且大幅降低交流接触器自身电能消耗的交流接触器节能保护装置。

实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种交流接触器节能保护装置，其特征在于：它包括一个单片机，用于交流接触器启动动作及启动延时的控制，一个交流接触器节能保护电路，其电压输出端一路与所述单片机连接，为单片机提供稳定的低压直流电源，另一路与交流接触器连接，根据需要为交流接触器提供启动电源和稳定的工作电源，所述交流接触器节能保护电路内设置：

——低通滤波单元，用于排除高低频干扰，发挥整个开关控制系统的滤波、限流、过压保护作用；

——低频滤波单元，通过桥式整流器与所述低通滤波单元联接，用于滤除直流电残余的交流成分；

——开关电源单元，其电压输入端与所述低频滤波单元联接，用于组成完整的开关电源；

——直流输出单元，其电压输入端与所述开关电源单元联接，用于提供脉冲直流电源；

——直流电源单元，其电压输入端与所述直流输出单元联接，用于提供稳定的直流电压；

——保护、驱动及控制单元，其电压输入端与所述直流电源单元联接，为交流接触器提供启动及稳定的工作电压，并对交流接触器的启动电压、时间进行检测和控制；

——启动电源电路，通过桥式整流器与所述低通滤波单元联接，为保护、驱动及控制单元提供80V～310V的启动电源；

所述保护、驱动及控制单元的电源输入端与所述开关电源单元的高频变压器联接，该保护、驱动及控制单元由高频整流二极管D6、低频滤波元件C7、高低频滤波元件C24、电阻R10、电阻R11、电阻R28、电阻R20、场效应管Q1、光电耦合器OP1、光电耦合器OP2、二极管D8、电阻R3、电阻R4、电阻R5和滤波电容C11组成，对交流接触器进行启动控制、过电压保护，对交流接触器的启动时间和工作电压情况进行信号采集，并将采集的信号发送给所述单片机；

高频整流二极管D6的阳极和低频滤波元件C7的负极共同与所述开关电源单元连接，高频整流二极管D6的阴极分别与高低频滤波元件C24的一端、低频滤波元件C7的正极、电阻R11、电阻R10的一端连接，低频滤波元件C7的负极、高低频滤波元件C24的另一端、电阻R11的另一端、电阻R28的一端共同连接到光电耦合器OP1的输出端、二极管D8的阴极、电阻R3的一端和场效应管Q1的发射极，电阻R10的另一端分别连接电阻R20的一端和电阻R28的另一端，电阻R20的另一端分别与场效应管Q1的基极、光电耦合器OP1的一个输出端连接，电阻R3的另一端、二极管D8的阳极分别与光电耦合器OP2的两个输入端连接，光电耦合器OP2的一个输出端与电阻R4的一端连接，光电耦合器OP2的另一个输出端与滤波电容C11的正极、电阻R5的一端连接，电阻R4的另一端接VDD，电阻R5的另一端、滤波电容C11的负极接地；光电耦合器OP1的两个输入端分别接VDD和电阻R24的一端，电阻R24的另一端与单片机的一个端口连接，二极管D8的阳极、光电耦合器OP2的一个输入端均与单片机的另一个端口连接。

所述低通滤波单元包括保险F1、压敏电阻VS1、卸放电阻RT1和电容器C1，并构成一个RC滤波电路，在整个交流接触器开关控制系统发挥滤波、限流、过压保护作用，对高低频干扰进行滤除。

所述低频滤波单元包括逆向保护二级管D3、电解电容C2、高频电容C4、电阻器R1和整流器D4，构成直流滤波、逆向保护、续流及卸放电路，对直流电残余的交流成分进行滤除。

所述开关电源单元包括电源模块U1、高频变压器T1、电阻器R9、电解电容C6、高频电容C22、二极管D5和稳压二极管D9，由二极管D5和稳压二极管D9构成稳压电路，并与电源模块U1、高频变压器T1、卸放电阻器R9、电解电容C6和高频电容C22组成交流接触器以及单片机的开关电源电路。

所述直流输出单元包括低频滤波电容C5、电容C8、电容C9、高频滤波电容C2、电容C25、电阻R16、高频扼流电感L1和高频整流二极管D7，生成稳定的12V脉冲直流电源。

所述直流电源单元包括三端稳压器U2、低频滤波电容C10和高频滤波电容C26，为单片机提供稳定的5v直流电压。

所述启动电源电路包括电阻器R2和电解电容C3，用于为交流接触器提供80V～310V的启动电源。

所述电源模块U1采用VIPER22A型电源模块。

本发明的交流接触器节能保护装置，能够使交流接触器的启动电压降至80V，工作电压降至3.5～5.5V，并从根本上解决了交流接触器烧毁的问题，使交流接触器的使用寿命大大延长，而且使交流接触器的耗电功率下降至1～1.8W，与现有技术相比，节能99％以上。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明中交流接触器节能保护电路的电路原理图。

具体实施方式

参看图1、图2，本发明的交流接触器节能保护装置，包括一个单片机8和一个交流接触器节能保护电路，其中，交流接触器节能保护电路由低通滤波单元1、启动电源电路10、低频滤波单元3、开关电源单元4、直流输出单元5、直流电源单元6和保护、驱动及控制单元9构成。所述低频滤波单元3的电压输入端通过桥式整流器2与低通滤波单元1联接，低频滤波单元3的电压输出端与开关电源单元4、直流输出单元5和直流电源单元6依次导线联接。所述直流电源单元6的电压输出端与所述单片机8的电源输入端联接，所述启动电源电路10通过桥式整流器11与低通滤波单元1导线联接，所述保护、驱动及控制单元10与所述开关电源单元4导线并联，所述单片机8和启动电源电路10分别与所述保护和驱动单元9导线联接。

所述低通滤波单元1由保险F1、压敏电阻VS1、卸放电阻RT1和电容C1组成，其中保险和压敏电阻串联，对电路进行限压保护；卸放电阻器和电容器并联，发挥滤波功能，对高低频干扰进行滤除。该单元在交流接触器及其整个开关控制系统发挥滤波、限流、过压保护作用。

所述低频滤波单元3通过桥式整流器2与所述低通滤波单元1联接，该低频滤波单元3是由逆向保护二级管D3、电解电容C2、高频电容C4、用于卸放电压的电阻R1和用于续流调制的整流器D4组成，该单元的诸元件协同作用，构成直流滤波、逆向保护、续流及卸放电路，主要的是对直流电残余的交流成分滤除。

所述开关电源单元4含有电源模块U1、高频变压器T1、用于卸放电压的电阻器R9、电解电容C6、高频电容C22、二极管D5和稳压二极管D9，其中二极管D5和稳压二极管D9构成稳压电路，该单元的诸元件协同作用，组成一个完整的交流接触器以及单片机8的开关电源电路。其中，电源模块U1采用采用VIPER22A型电源模块，具有电压适应范围宽(100V-265V)、功率大、性能稳定、站空比可调、过载能力强等特点。

所述直流输出单元5含有低频滤波电容C5、C8、C9、高频滤波电容C2、C25、电阻R16、高频扼流电感L1和高频整流二极管D7，诸元件组成12V脉冲直流电源。

所述直流电源单元6含有三端稳压器U2、低频滤波电容C10和高频滤波电容C26，其作用是为单片机8和所述保护、驱动及控制单元9中的光电耦合器OP1、OP2提供稳定的5v直流电压。

所述保护、驱动及控制单元9的电源输入端与所述开关电源单元4中的高频变压器T1联接，由高频整流二极管FR104、低频滤波元件C7、高低频滤波元件C24、电阻R10、R28、R20、场效应管Q1、光电耦合器OP1、OP2、二极管D8、电阻R3、R4、R5和滤波元件C11组成，用于交流接触器7的保护、驱动和控制。其中光电耦合器OP1、OP2实现了所述单片机8及交流接触器7与保护、驱动及控制单元9电压的光电隔离，用于实现了高、低压电路的链接。光电耦合器OP1对交流接触器7的启动时间和工作电压情况进行信号采集，并将采集的信号发送给所述单片机8；光电耦合器OP2用于接收所述单片机8的指令信号，并根据该指令信息对交流接触器7进行启动动作、启动时间实施控制，并对交流接触器7进行过电压保护。保护、驱动及控制单元9中的输出端N1和LOAD与交流接触器7连接，为交流接触器7提供启动和工作电压。

所述启动电源电路10通过桥式整流器11与所述低通滤波单元1联接，其电源输出端与所述保护、驱动及控制单元9联接，该启动电源电路10由电阻R2和电解电容C3组成，并通过保护、驱动及控制单元9为交流接触器7提供80V～310V的启动电源。

所述单片机8的电源输入端与所述直流电源单元6的电源输出端联接，并取得稳定的5V直流电源。监测、控制信号输入、输出端通过信号传输线分别与所述保护、驱动及控制单元9的2个光电耦合器OP1、OP2联接，对光电耦合器OP1发送的交流接触器7的启动时间和工作电压检测信号进行处理，并通过光电耦合器OP2对交流接触器7的启动时间和工作电压实施控制，从而保证交流接触器7的正常启动和运行。

发明人研究结果表明，通过对电源的适当处理，可以大大降低交流接触器7的启动电压和保持电压，而且可以对交流接触器7进行可靠的保护，大幅度延长交流接触器7的使用寿命。本发明的交流接触器节能保护装置，通过所述低通滤波单元1的电压输入端L、N加入220V电压，经F1、VS1、RI1、C组成的低通滤波电路，并具有防雷和过高电压的功能，进入保护电路，给所述桥式整流器D1、D2提供电源。经桥式整流器D1、D2整流后，一路进入所述启动电源电路及保护、驱动及控制单元9，用于交流接触器7的启动电源；另一路依次进入所述低频滤波单元3、开关电源单元4、直流输出单元5和直流电源单元6，为所述单片机8和2个光电耦合器OP1、OP2提供5v稳定的直流电压。由于开关电源单元4中的电源模块U1采用采用VIPER22A型电源模块，具有电压适应范围宽(100V-265V)、功率大、性能稳定、站空比可调、过载能力强等特点，并与所述高频变压器T1组成了交流接触器开关控制电源电路，而且使高压与低压之间隔离。而后，再经所述直流输出单元5中的低频滤波电容C8、高频滤波电容C23、高频扼流电感L1、低频滤波电容C9、高频整流二极管D7和高频电容C23、C25组成的L、C滤波电路，由三端放压器U2给单片机8及保护、驱动及控制单元7中的光电耦合器OP1、OP2提供电源。而单片机8的任务是通过光电耦合器OP1监测信号的接受、处理和向光电耦合器OP2发出调整指令信息的控制，在接通电源时给交流接触器7提供一个启动电压，并在交流接触器7启动后提供一个稳定的工作电压。而且，启动电压启动时间及工作电压都可任意调节，因此能适应各种大小型号的交流接触器及各种工作电压的交流接触器。在保护、驱动及控制单元9中，电源高低压之间通过光电耦合器OP1、OP2实现光电隔离，并对输出进行时间检测和反馈控制，经单片机8处理后的输出电压还可实现断路保护。试验结果证明，通过本发明的交流接触器节能保护装置的作用，使得交流接触器7的启动电压降至80V，工作电压降至3.5～5.5V，由此从根本上解决了交流接触器烧毁的问题，使其使用寿命大大延长，而且使交流接触器的耗电功率下降至1～1.8W，与现有技术相比节能99％以上。

Claims (8)

1.一种交流接触器节能保护装置，其特征在于：它包括一个单片机，用于交流接触器启动动作及启动延时的控制，一个交流接触器节能保护电路，其电压输出端一路与所述单片机连接，为单片机提供稳定的低压直流电源，另一路与交流接触器连接，根据需要为交流接触器提供启动电源和稳定的工作电源，所述交流接触器节能保护电路内设置：

——低通滤波单元，用于排除高低频干扰，发挥整个开关控制系统的滤波、限流、过压保护作用；

——低频滤波单元，通过桥式整流器与所述低通滤波单元联接，用于滤除直流电残余的交流成分；

——开关电源单元，其电压输入端与所述低频滤波单元联接，用于组成完整的开关电源；

——直流输出单元，其电压输入端与所述开关电源单元联接，用于提供脉冲直流电源；

——直流电源单元，其电压输入端与所述直流输出单元联接，用于提供稳定的直流电压；

——保护、驱动及控制单元，其电压输入端与所述直流电源单元联接，为交流接触器提供启动及稳定的工作电压，并对交流接触器的启动电压、时间进行检测和控制；

——启动电源电路，通过桥式整流器与所述低通滤波单元联接，为保护、驱动及控制单元提供80V～310V的启动电源；

所述保护、驱动及控制单元的电源输入端与所述开关电源单元的高频变压

器联接，该保护、驱动及控制单元由高频整流二极管D6、低频滤波元件C7、高低频滤波元件C24、电阻R10、电阻R11、电阻R28、电阻R20、场效应管Q1、光电耦合器OP1、光电耦合器OP2、二极管D8、电阻R3、电阻R4、电阻R5和滤波电容C11组成，对交流接触器进行启动控制、过电压保护，对交流接触器的启动时间和工作电压情况进行信号采集，并将采集的信号发送给所述单片机；

高频整流二极管D6的阳极和低频滤波元件C7的负极共同与所述开关电源单元连接，高频整流二极管D6的阴极分别与高低频滤波元件C24的一端、低频滤波元件C7的正极、电阻R11、电阻R10的一端连接，低频滤波元件C7的负极、高低频滤波元件C24的另一端、电阻R11的另一端、电阻R28的一端共同连接到光电耦合器OP1的输出端、二极管D8的阴极、电阻R3的一端和场效应管Q1的发射极，电阻R10的另一端分别连接电阻R20的一端和电阻R28的另一端，电阻R20的另一端分别与场效应管Q1的基极、光电耦合器OP1的一个输出端连接，电阻R3的另一端、二极管D8的阳极分别与光电耦合器OP2的两个输入端连接，光电耦合器OP2的一个输出端与电阻R4的一端连接，光电耦合器OP2的另一个输出端与滤波电容C11的正极、电阻R5的一端连接，电阻R4的另一端接VDD，电阻R5的另一端、滤波电容C11的负极接地；光电耦合器OP1的两个输入端分别接VDD和电阻R24的一端，电阻R24的另一端与单片机的一个端口连接，二极管D8的阳极、光电耦合器OP2的一个输入端均与单片机的另一个端口连接。

2.如权利要求1所述的交流接触器节能保护装置，其特征在于：所述低通滤波单元包括保险F1、压敏电阻VS1、卸放电阻RT1和电容器C1，并构成一个RC滤波电路，在整个交流接触器开关控制系统发挥滤波、限流、过压保护作用，对高低频干扰进行滤除。

3.如权利要求1所述的交流接触器节能保护装置，其特征在于：所述低频滤波单元包括逆向保护二级管D3、电解电容C2、高频电容C4、电阻器R1和整流器D4，构成直流滤波、逆向保护、续流及卸放电路，对直流电残余的交流成分进行滤除。

4.如权利要求1所述的交流接触器节能保护装置，其特征在于：所述开关电源单元包括电源模块U1、高频变压器T1、电阻器R9、电解电容C6、高频电容C22、二极管D5和稳压二极管D9，由二极管D5和稳压二极管D9构成稳压电路，并与电源模块U1、高频变压器T1、卸放电阻器R9、电解电容C6和高频电容C22组成交流接触器以及单片机的开关电源电路。

5.如权利要求1所述的交流接触器节能保护装置，其特征在于：所述直流输出单元包括低频滤波电容C5、电容C8、电容C9、高频滤波电容C2、电容C25、电阻R16、高频扼流电感L1和高频整流二极管D7，生成稳定的12V脉冲直流电源。

6.如权利要求1所述的交流接触器节能保护装置，其特征在于：所述直流电源单元包括三端稳压器U2、低频滤波电容C10和高频滤波电容C26，为单片机提供稳定的5v直流电压。

7.如权利要求1所述的交流接触器节能保护装置，其特征在于：所述启动电源电路包括电阻器R2和电解电容C3，用于为交流接触器提供80V～310V的启动电源。

8.如权利要求4所述的交流接触器节能保护装置，其特征在于：所述电源模块U1采用VIPER22A型电源模块。