CN103022959A - 交流接触器主触头粘连检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种为了解决接触器异常时主触头不能分断的交流接触器主触头粘连检测装置及检测方法，包括交流接触器主回路及其控制回路、粘连信号检测电路和主控器控制电路，粘连检测电路信号取自交流接触器下端、接触器控制回路的中间继电器及交流接触器辅助触点；粘连检测电路输出信号为无源输出，型式为集电极开路输出；主控器控制电路是以可编程控制器PLC或微控制器MCU为核心的控制电路，可驱动中间继电器实现对交流接触器和交流接触器的前级电源的控制，具有结构简单，工作稳定可靠的优点，能够实时检测交流接触器的各种工作状态，一旦发生粘连，立即发出故障信号，通过主控器断开前级电源，保证现场工作人员及财产安全。

Description

交流接触器主触头粘连检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种为了解决接触器异常时主触头不能分断而设计的交流接触器主触头粘连检测装置及检测方法。 

背景技术

交流接触器是动力设备及配电系统中的常见执行元件，适用于配电系统中的远距控制，可以频繁分断/接通主电路及大容量控制电路。主要应用于电动机控制、电热设备、电容器组等。

在一些大功率且常工作于过负荷状态的供电系统中，当接触器过载严重或设备短路时，由于电流非常大，接触器主触头发热量会十分严重，因此而产生的高温会使接触器的触头粘连在一起。这种情况下即使接触器控制回路断电，其主触头也不能分断，动力设备将无法按照指令停止运行，这给下游设备和工作人员带来了极大的安全隐患，因此需要一种解决接触器异常时主触头不能分断的装置。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种可以检测到接触器是否发生粘连，当发生粘连时会发出控制信号给控制设备，控制设备自动断开前级电源、发出警报，并发送信息到监控中心，工作人员可以及时处理故障，避免造成重大损失的交流接触器主触头粘连检测装置及检测方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种交流接触器粘连检测装置，包括交流接触器主回路及其控制回路、粘连信号检测电路和主控器控制电路，其特征在于：所述粘连检测电路信号取自交流接触器下端、接触器控制回路的中间继电器及交流接触器辅助触点；所述粘连检测电路输出信号为无源输出，型式为集电极开路输出；所述主控器控制电路是以可编程控制器PLC或微控制器MCU为核心的控制电路，可驱动中间继电器实现对交流接触器和交流接触器的前级电源的控制。

所述交流接触器主回路包括与三相电源相连的隔离开关QS、与隔离开关QS相连接的用于电动机短路保护的熔断器FU、与电动机相连的用于电动机过载保护的热继电器FR和连接在三相电源与电动机之间的主回路执行元件交流接触器KM，连接次序为主电源U0、V0、W0接隔离开关QS，隔离开关QS下端连接熔断器FU1-FU3，熔断器FU1-FU3下端连接交流接触器KM，交流接触器KM下端连接热继电器FR，热继电器FR出线端连接电动机，所述交流接触器下端U11和V11分别引出导线连接粘连检测电路的信号输入端。

所述的交流接触器控制回路包括变压器T、系统的控制核心主控器CPU、与CPU相连的启动按钮start的第一常开触点、与CPU相连的停止按钮stop的第一常开触点、用于控制交流接触器KM且与CPU相连的中间继电器KA1线圈，中间继电器KA1常开触点、热继电器常闭辅助触点和交流接触器KM线圈顺次连接，两端接于变压器输出端L1、N1，其中主控器电源取自接变压器T的输出端L1、N1，按钮start和stop信号经主控器判断后控制中间继电器KA1动作，中间继电器KA1常开触点和热继电器的常闭触点控制交流接触器KM的分断/接通。

所述粘连信号检测电路包括信号采集、信号处理和信号输出，信号采集有两部分分别是端子S1、S2和端子S3、S4，用于检测两种情况下的交流接触器粘连，一是交流接触器主触头粘连但辅助触点正常动作，二是交流接触器主触头和辅助触头同时粘连；端子S1、S2信号来源于交流接触器KM下端，该信号经由交流接触器KM的常闭辅助触点，用于检测上述第一种粘连情况，信号输入端端连接二极管D进行半波整流，并连接电阻R2、R3产生符合光电耦合器PL使用的电流，电容C并联在电阻R3和光电耦合器PL两端用于滤波，保证在交流接触器KM出现第一种粘连时光电耦合器PL持续开通，同时晶体管T1开通；光电耦合器PL输出电路连接晶体管T1的基极形成集电极开路输出电路；端子S3、S4信号取自中间继电器KA1的常闭触点和交流接触器KM的常开辅助触点，两触点串联经限流电阻R1连接在晶体管T2的基极，用于检测上述第二种粘连情况，接触器发生这种粘连时，晶体管T2开通，形成集电极开路输出电路；所述两种粘连情况检测电路并联输出，组成逻辑或电路，其中任何一个电路有粘连信号传递都会在S5、S6端产生输出信号。

所述粘连检测电路为无源电路，输入分别靠交流接触器KM下端U11、V11和主控器端子供电。

一种利用所述的交流接触器粘连检测装置进行检测的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1）、信号采集：分为两部分：

a、采集交流接触器KM下端U11、V11的信号，U11、V11之间电压为1140V；

b、采集中间继电器KA1常闭触点和KM常开触点之间的控制回路断电信号，主控器发出断电指令时，中间继电器KA1常闭点合上；接触器KM常开点的闭合/断开开关量信号；

步骤2）、信号处理：两组信号分开处理，

1）、a组信号进行半波整流，经电阻限流及电容滤波后驱动光电耦合器，耦合器旁路滤波电容两端电压约为12V，光电耦合器导通驱动晶体管输出信号；

2）、b组信号为开关量信号，经电阻限流后直接驱动晶体管输出；

步骤3）、信号输出：电路输出为集电极开路输出，粘连信号出现时晶体管开通，可连接直流驱动型继电器或作为主控器输入信号，无粘连信号时晶体管截止，主控器接收到粘连信号使KA2动作断开前级电源，同时传输信号至监控设备。

在上述步骤中还包括所述交流接触器主触头粘连检测装置各个状态下晶体管T1，T2输出信号分析：

a、接触器正常工作时：KM常闭点打开，光电耦合器无信号，T1回路截止；

KM控制继电器KA1常闭触点打开，T2回路截止；T1+T2无输出；

b、接触器正常分断时：KM主触头断开，U11、V11无电压，光电耦合器无

信号，T1回路截止；KM常开辅助打开，T2回路截止；T1+T2无输出；

c、接触器主触头粘连辅助触头无粘连时：KM主触头粘连，U11、V11电压

1140V，光电耦合器开通，T1开通；KM常开辅助打开，T2回路截止；T1+T2有输出，此种状态为故障状态；

d、接触器主触头和辅助触头同时粘连时：KM常闭点打开，光电耦合器无

信号，T1回路截止；KM控制继电器KA1常闭触点已闭合，KM常开辅助触点闭合，T2开通；T1+T2有输出，此种状态为故障状态。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、结构简单，工作稳定可靠，能够实时检测交流接触器的各种工作状态，一旦发生粘连，立即发出故障信号，通过主控器断开前级电源，保证现场工作人员及财产安全。

2、粘连检测电路为无源电路、接触器正常工作时检测电路无电流通过可以起到节能减排的作用，配合主控器保证供电系统安全，避免造成重大损失。

附图说明

图1为本发明的粘连检测电路。

图2为本发明的接触器主回路及其控制回路。

图3为本发明粘连检测装置工作框图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明公开了一种交流接触器粘连检测装置，包括交流接触器主回路及其控制回路、粘连信号检测电路和主控器控制电路，其特征在于：所述粘连检测电路信号取自交流接触器下端、接触器控制回路的中间继电器及交流接触器辅助触点；所述粘连检测电路输出信号为无源输出，型式为集电极开路输出；所述主控器控制电路是以可编程控制器PLC或微控制器MCU为核心的控制电路，可驱动中间继电器实现对交流接触器和交流接触器的前级电源的控制。

如图2所示，本发明所述交流接触器主回路包括与三相电源相连的隔离开关QS、与隔离开关QS相连接的用于电动机短路保护的熔断器FU、与电动机相连的用于电动机过载保护的热继电器FR和连接在三相电源与电动机之间的主回路执行元件交流接触器KM，连接次序为主电源U0、V0、W0接隔离开关QS，隔离开关QS下端连接熔断器FU1-FU3，熔断器FU1-FU3下端连接交流接触器KM，交流接触器KM下端连接热继电器FR，热继电器FR出线端连接电动机，所述交流接触器下端U11和V11分别引出导线连接粘连检测电路的信号输入端。

如图2所示，本发明所述的交流接触器控制回路包括变压器T、系统的控制核心主控器CPU、与CPU相连的启动按钮start的第一常开触点、与CPU相连的停止按钮stop的第一常开触点、用于控制交流接触器KM且与CPU相连的中间继电器KA1线圈，中间继电器KA1常开触点、热继电器常闭辅助触点和交流接触器KM线圈顺次连接，两端接于变压器输出端L1、N1，其中主控器电源取自接变压器T的输出端L1、N1，按钮start和stop信号经主控器判断后控制中间继电器KA1动作，中间继电器KA1常开触点和热继电器的常闭触点控制交流接触器KM的分断/接通。

如图2所示，本发明所述粘连信号检测电路包括信号采集、信号处理和信号输出，信号采集有两部分分别是端子S1、S2和端子S3、S4，用于检测两种情况下的交流接触器粘连，一是交流接触器主触头粘连但辅助触点正常动作，二是交流接触器主触头和辅助触头同时粘连；端子S1、S2信号来源于交流接触器KM下端，该信号经由交流接触器KM的常闭辅助触点，用于检测上述第一种粘连情况，信号输入端端连接二极管D进行半波整流，并连接电阻R2、R3产生符合光电耦合器PL使用的电流，电容C并联在电阻R3和光电耦合器PL两端用于滤波，保证在交流接触器KM出现第一种粘连时光电耦合器PL持续开通，同时晶体管T1开通；光电耦合器PL输出电路连接晶体管T1的基极形成集电极开路输出电路；端子S3、S4信号取自中间继电器KA1的常闭触点和交流接触器KM的常开辅助触点，两触点串联经限流电阻R1连接在晶体管T2的基极，用于检测上述第二种粘连情况，接触器发生这种粘连时，晶体管T2开通，形成集电极开路输出电路；所述两种粘连情况检测电路并联输出，组成逻辑或电路，其中任何一个电路有粘连信号传递都会在S5、S6端产生输出信号。

所述粘连检测电路为无源电路，输入分别靠交流接触器KM下端U11、V11和主控器端子供电。

如图3所示，本发明一种利用所述的交流接触器粘连检测装置进行检测的方法，包括如下步骤：

步骤1）、信号采集：分为两部分：

a、采集交流接触器KM下端U11、V11的信号，U11、V11之间电压为1140V；

b、采集中间继电器KA1常闭触点和KM常开触点之间的控制回路断电信号，主控器发出断电指令时，中间继电器KA1常闭点合上；接触器KM常开点的闭合/断开开关量信号；

步骤2）、信号处理：两组信号分开处理，

1）、a组信号进行半波整流，经电阻限流及电容滤波后驱动光电耦合器，耦合器旁路滤波电容两端电压约为12V，光电耦合器导通驱动晶体管输出信号；

2）、b组信号为开关量信号，经电阻限流后直接驱动晶体管输出；

步骤3）、信号输出：电路输出为集电极开路输出，粘连信号出现时晶体管开通，可连接直流驱动型继电器或作为主控器输入信号，无粘连信号时晶体管截止，主控器接收到粘连信号使KA2动作断开前级电源，同时传输信号至监控设备。

在上述步骤中还包括所述交流接触器主触头粘连检测装置各个状态下晶体管T1，T2输出信号分析：

e、接触器正常工作时：KM常闭点打开，光电耦合器无信号，T1回路截止；

KM控制继电器KA1常闭触点打开，T2回路截止；T1+T2无输出；

f、接触器正常分断时：KM主触头断开，U11、V11无电压，光电耦合器无

信号，T1回路截止；KM常开辅助打开，T2回路截止；T1+T2无输出；

g、接触器主触头粘连辅助触头无粘连时：KM主触头粘连，U11、V11电压

1140V，光电耦合器开通，T1开通；KM常开辅助打开，T2回路截止；T1+T2有输出，此种状态为故障状态；

h、接触器主触头和辅助触头同时粘连时：KM常闭点打开，光电耦合器无

信号，T1回路截止；KM控制继电器KA1常闭触点已闭合，KM常开辅助触点闭合，T2开通；T1+T2有输出，此种状态为故障状态。

本系统分为主回路和控制回路，主回路采用常规短路、过载保护措施。控制回路以主控器为核心，通过KA1控制接触器的分断/接通，通过KA2分断前级电源并报警，通过signal_out端口提供信号到监控设备，该信号用于集中管理控制，可以不用。

接触器启动后，在正常工作和正常分断时，信号输入端都是断开的。

接触器正常工作时：KM常闭点打开，光电耦合器PL所作回路被切断，耦合器输入端电流为零，没有电流输出，晶体管T1截止，无信号输出；KM控制继电器KA1常闭触点打开，晶体管T2截止；无故障信号输出；

接触器正常分断时：KM主触头断开，虽然KM常闭触点合上，接通了光电耦合器回路，但U11、V11无电压，光电耦合器输入端依然没有电流，没有电流输出，晶体管T1截止；KM常开辅助打开，晶体管T2路截止；无故障信号输出；

当接触器分断故障时，其中一路信号输入端会闭合。

主控器控制KA1令KM分断，接触器主触头粘连辅助触头无粘连时：KM主触头粘连，KM常闭辅助触点没有粘连已合上，信号接通，U11、V11电压1140V，经二极管D半波整流，电阻R2、R3限流，电容C滤波，光电耦合器PL开通，耦合器输出电路驱动晶体管T1开通；KM常开辅助触点打开，晶体管T2截止；

此时有粘连故障信号输出。

主控器控制KA1令KM分断，接触器主触头和辅助触头同时粘连时：KM常闭点由于处于粘连状态而打开，光电耦合器PL所作回路被切断，耦合器输入端电流为零，没有电流输出，晶体管T1截止；KM控制继电器KA1常闭触点已恢复闭合，KM常开辅助触点由于粘连也处于闭合状态，晶体管T2开通；此时有粘连故障信号输出。

当上述情况有粘连故障信号输出时，主控器根据监测到的信号令KA2动作，KA2 可以切断电源并发出警报，同时通过signal_out发出信号到监控设备。

粘连检测装置其电路原理如图1所示（粗框中为粘连检测装置），该电路适用于电子式控制系统，当接触器发生粘连时，该装置会给控制系统发送电流信号，控制系统就可以及时发出指令关断前级电源，保证整个供电系统的安全。     

系统正常（无粘连）时，接触器KM线圈一旦断电，主触头就会打开同时常闭辅助触点闭合，粘连装置不会带电，输出端口无输出。

当主触头出现粘连时，分两种情况：①辅助触点同时粘合；②辅助触点正常复位。

1.辅助触点同时粘连时，图1中T2就会导通，向外部提供电流信号。

2.主触头粘连，辅助触点正常复位时，电源的V、W两相电压就加在粘连装置的输入端口。交流电的正半周期给光耦供电同时对电容C充电，负半周期由电容放电供光耦工作。光耦合器选择低电流驱动型器件，此电路选用HCPL0701，其最低驱动电流为0.01mA,0.1mA时其CTR就达到了1000%，通电后由光耦合器驱动晶体管T，使T工作在饱和状态就可以起到开关的作用。该装置用于PLC控制器时，如图2所示，当接触器粘连时，在直流电源的作用下，光耦PL形成的光电流经晶体管T放大，只要T的β值超过100，其输出电流就可以达到100mA,足够驱动PLC的输入端子。

器件参数要求：

R3是为了增加电容C的充电电压，增加其储存能量，由W=CU²/2可知，U不能过小，否则C储存的能量就不能维持光耦PL的连续导通，增加R3后C的端电压可上升至I_PL*R3，若I_PL取值0.15mA，根据普通电容的耐压特性，这里R3可取100K。由于工频电压频率为50Hz,所以C只要保证0.02S时还能维持PL输出即可，按以上R3的取值，C充满电时电压15V，为了使PL正常工作，令0.02S后电压维持到10V以上，电流为1mA以上。因此可以得方程:                                                

解方程可得C>4.9*10-7，但C的取值也不易过大，否则充电时间长，响应速度慢，可取1uF。R2的选择和供电电压有关，计算较为复杂，但使用电路仿真软件很容易就可以得到合适的参数。在220V供电电路中，R2取300K时，PL的直流分量为0.11mA,回路总电流为0.6mA。R2功耗为I2*R2=0.11W。

Claims (7)

1.一种交流接触器粘连检测装置，包括交流接触器主回路及其控制回路、粘连信号检测电路和主控器控制电路，其特征在于：所述粘连检测电路信号取自交流接触器下端、接触器控制回路的中间继电器及交流接触器辅助触点；所述粘连检测电路输出信号为无源输出，型式为集电极开路输出；所述主控器控制电路是以可编程控制器PLC或微控制器MCU为核心的控制电路，可驱动中间继电器实现对交流接触器和交流接触器的前级电源的控制。

2.根据权利要求1所述的交流接触器粘连检测装置，其特征在于：所述交流接触器主回路包括与三相电源相连的隔离开关QS、与隔离开关QS相连接的用于电动机短路保护的熔断器FU、与电动机相连的用于电动机过载保护的热继电器FR和连接在三相电源与电动机之间的主回路执行元件交流接触器KM，连接次序为主电源U0、V0、W0接隔离开关QS，隔离开关QS下端连接熔断器FU1-FU3，熔断器FU1-FU3下端连接交流接触器KM，交流接触器KM下端连接热继电器FR，热继电器FR出线端连接电动机，所述交流接触器下端U11和V11分别引出导线连接粘连检测电路的信号输入端。

3.根据权利要求1所述的交流接触器粘连检测装置，其特征在于：所述的交流接触器控制回路包括变压器T、系统的控制核心主控器CPU、与CPU相连的启动按钮start的第一常开触点、与CPU相连的停止按钮stop的第一常开触点、用于控制交流接触器KM且与CPU相连的中间继电器KA1线圈，中间继电器KA1常开触点、热继电器常闭辅助触点和交流接触器KM线圈顺次连接，两端接于变压器输出端L1、N1，其中主控器电源取自接变压器T的输出端L1、N1，按钮start和stop信号经主控器判断后控制中间继电器KA1动作，中间继电器KA1常开触点和热继电器的常闭触点控制交流接触器KM的分断/接通。

4.根据权利要求1所述的交流接触器粘连检测装置，其特征在于：所述粘连信号检测电路包括信号采集、信号处理和信号输出，信号采集有两部分分别是端子S1、S2和端子S3、S4，用于检测两种情况下的交流接触器粘连，一是交流接触器主触头粘连但辅助触点正常动作，二是交流接触器主触头和辅助触头同时粘连；端子S1、S2信号来源于交流接触器KM下端，该信号经由交流接触器KM的常闭辅助触点，用于检测上述第一种粘连情况，信号输入端端连接二极管D进行半波整流，并连接电阻R2、R3产生符合光电耦合器PL使用的电流，电容C并联在电阻R3和光电耦合器PL两端用于滤波，保证在交流接触器KM出现第一种粘连时光电耦合器PL持续开通，同时晶体管T1开通；光电耦合器PL输出电路连接晶体管T1的基极形成集电极开路输出电路；端子S3、S4信号取自中间继电器KA1的常闭触点和交流接触器KM的常开辅助触点，两触点串联经限流电阻R1连接在晶体管T2的基极，用于检测上述第二种粘连情况，接触器发生这种粘连时，晶体管T2开通，形成集电极开路输出电路；所述两种粘连情况检测电路并联输出，组成逻辑或电路，其中任何一个电路有粘连信号传递都会在S5、S6端产生输出信号。

5.根据权利要求4所述的交流接触器粘连检测装置，其特征在于：所述粘连检测电路为无源电路，输入分别靠交流接触器KM下端U11、V11和主控器端子供电。

6.一种根据权利要求1-5之一所述的交流接触器粘连检测装置进行检测的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1）、信号采集：分为两部分：

a、采集交流接触器KM下端U11、V11的信号，U11、V11之间电压为1140V；

b、采集中间继电器KA1常闭触点和KM常开触点之间的控制回路断电信号，主控器发出断电指令时，中间继电器KA1常闭点合上；接触器KM常开点的闭合/断开开关量信号；

步骤2）、信号处理：两组信号分开处理，

1）、a组信号进行半波整流，经电阻限流及电容滤波后驱动光电耦合器，耦合器旁路滤波电容两端电压约为12V，光电耦合器导通驱动晶体管输出信号；

2）、b组信号为开关量信号，经电阻限流后直接驱动晶体管输出；

步骤3）、信号输出：电路输出为集电极开路输出，粘连信号出现时晶体管开通，可连接直流驱动型继电器或作为主控器输入信号，无粘连信号时晶体管截止，主控器接收到粘连信号使KA2动作断开前级电源，同时传输信号至监控设备。

7.根据权利要求6所述的交流接触器粘连检测装置进行检测的方法，其特征在于：在上述步骤中还包括所述交流接触器主触头粘连检测装置各个状态下晶体管T1，T2输出信号分析：

接触器正常工作时：KM常闭点打开，光电耦合器无信号，T1回路截止；

KM控制继电器KA1常闭触点打开，T2回路截止；T1+T2无输出；

接触器正常分断时：KM主触头断开，U11、V11无电压，光电耦合器无

信号，T1回路截止；KM常开辅助打开，T2回路截止；T1+T2无输出；

接触器主触头粘连辅助触头无粘连时：KM主触头粘连，U11、V11电压

1140V，光电耦合器开通，T1开通；KM常开辅助打开，T2回路截止；T1+T2有输出，此种状态为故障状态；

接触器主触头和辅助触头同时粘连时：KM常闭点打开，光电耦合器无

信号，T1回路截止；KM控制继电器KA1常闭触点已闭合，KM常开辅助触点闭合，T2开通；T1+T2有输出，此种状态为故障状态。

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