CN104576203A - 一种接触器电源控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接触器电源控制电路，连接于交流控制电源与接触器操作线圈之间，该电路包括：变压器、第一与第二整流桥电路、延时电路、开关电路与二极管；其中，所述变压器为双线圈输出变压器，该变压器的一输出端依次连有第一整流桥电路、延时电路与开关电路，用于将变压器输出的交流高电压整流成直流高电压；另一输出端依次连有第二整流桥电路与二极管，用于将变压器输出的交流低电压整流成直流低电压。该控制电路能够自动调整并输出接触器在启动阶段和吸持阶段所需工作电压，可以在各种型号的接触器添加该控制电路，起到减少接触器功率消耗，降低接触器线圈温升的目的，并且减少了接触器的工作噪声，具有保护、节能和环保的作用。

Description

一种接触器电源控制电路

技术领域

本发明涉及接触器控制技术领域，尤其涉及一种接触器电源控制电路。

背景技术

电力机车使用接触器主要安装在机车或动车组的牵引变流系统内，属于机车车辆主电路的隔离装置。它的主要作用是机车车辆牵引电机主电路的隔离；该接触器质量的好坏直接关系到机车的运行状态，一旦发生故障将直接导致机破事故，是机车电路内的重要部件。

接触器从开启到闭合有一段行程，这段行程是接触器分断或闭合的必须距离，为了使受电设备得到稳定可靠的电压、电流，确保闭合行程的可靠性，需要给接触器的电磁线圈提供足够的功率，而接触器完成闭合后，由麦克斯韦公式可知，电磁吸力的量值F正比于电磁感应值B的平方值，因此维持接触器吸和合状态所需电流就变小了。目前的接触器在接触器闭合后仍然一直向电磁线圈提供启动时的功率。这种情况容易造成接触器的线圈温升过高而导致烧损，同时也造成的大量能源浪费。

目前针对该情况的节能装置一般有两种方案，一种是通过加装机械自锁装置，控制电路，电磁解锁装置，在接触器吸合后，通过机械自锁达到节能目的；然而，该方案在接触器内部增加机械装置，一是降低可靠性，二是改变现有接触器的结构，不适用与电力机车的安全性，可靠性和特殊性原则。另一种方案是通过增加的检测电路和控制电路通过对启动过程和维持过程提供不同的控制电压达到节能保护的目的；然而，该方案电路设计一般较为复杂需要控制芯片来实施，由于电力机车上的电磁环境十分恶劣，而控制芯片很容易会受到电磁干扰发生故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种接触器电源控制电路，能够自动调整并输出接触器在启动阶段和吸持阶段所需工作电压，该电路结构简单，通用性强，可以在各种型号的接触器添 加该控制电路，该电路起到减少接触器功率消耗，降低接触器线圈温升的目的，并且减少了接触器的工作噪声，具有保护、节能和环保的作用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种接触器电源控制电路，连接于交流控制电源与接触器操作线圈之间，该电路包括：

变压器、第一与第二整流桥电路、延时电路、开关电路与二极管；其中，所述变压器为双线圈输出变压器，该变压器的一输出端依次连有第一整流桥电路、延时电路与开关电路，用于将变压器输出的交流高电压整流成直流高电压；另一输出端依次连有第二整流桥电路与二极管，用于将变压器输出的交流低电压整流成直流低电压。

进一步的，所述变压器的一输出端依次连有第一整流桥电路、延时电路与开关电路包括：

所述第一整流桥电路为依次并联的第一全波整流桥D1与第一电容C1，构成启动直流电压U0的输出，启动直流电压U0输出的正端通过第五电阻R5与接触器操作线圈的A端相连；

所述延时电路包括：4个电阻R1-R4以及第三电容C3；其中，第一电阻R1与第二电阻串联连接后，并连在启动直流电压U0输出的正负两端；第一电阻R1另一端依次连有第三电容C3、第三电阻R3与第四电阻R4；第四电阻R4的另一端连接在启动直流电压U0输出的负端；

所述开关电路为NMOS管A1，其门级与第三电阻R3相连，其源级与启动直流电压U0输出的负端相连，其漏级与接触器操作线圈B端相连。

进一步的，所述另一输出端依次连有第二整流桥电路与二极管包括：

所述第二整流桥电路为依次并联的第二全波整流桥D2与第二电容C2，构成吸持直流电压U1的输出，吸持直流电压U1输出的负端与接触器操作线圈的B端相连；

二极管D3连接在吸持直流电压U1输出的正端，并通过第六电阻与接触器操作线圈的A端相连。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，输入的交流控制电源通过变压器和全波整流电路后形成接触器启动状态所需的直流高电压及吸持状态所需的直流低电压；在接触器启动的初始阶段，操作线圈两端同时施加启动线圈所需的高电压和维持线圈所需的低电压，此时高电压起作用；其后通过设定的延时电路，待接触器铁芯吸动闭合后，高电压 电路断开，改由低电压给线圈供电，保持吸合状态。本电路的接触器的启动电压，吸持电压以及延时时间都可以根据接触器的型号调整，基本可以满足各种型号的接触器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种接触器电源控制电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的接触器操作线圈电压波形图；

图3为本发明实施例提供的一种接触器控制电路的电路示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例

图1为本发明实施例提供的一种接触器电源控制电路的结构示意图。如图1所示该电路主要包括：

变压器、第一与第二整流桥电路、延时电路、开关电路与二极管；其中，所述变压器为双线圈输出变压器，该变压器的一输出端依次连有第一整流桥电路、延时电路与开关电路，用于将变压器输出的交流高电压整流成直流高电压；另一输出端依次连有第二整流桥电路与二极管，用于将变压器输出的交流低电压整流成直流低电压。

本发明实施例所提供的接触器控制电路可适用于各种类型和型号的接触器，可以通过更改和优化电路拓扑结构适用于不同接触器产品，选择接触器所需合适的直流启动电压和直流吸持电压，达到保护接触器线圈和节能的目的。如图2所示，U0为启动吸合电压(直流高电压)，U1为吸合保持电压(直流低电压)，通过改变变压器的参数可以在较大范围内改变启动电压和维持电压，因此可以适应多种型号的接触器。延时时间t1一般推 荐为30ms至150ms，可以通过更改延时电路的电阻值和电容值来更改延时时间和对负载的匹配。

为了便于理解，下面结合附图3对本发明做进一步的介绍。

如图3所示，为本发明所述接触器控制电路的电路示意图。该接触器电源控制电路为接触器控制电路的一部分，连接在输入交流控制电源(如220VAC)和接触器控制操作线圈之间，

图3中，变压器T1为单线圈输入，双线圈输出的变压器，将输入的交流220v分别输出；通过设计变压器T1线圈的匝数比，形成不同电压比，为接触器操作线圈提供所需的启动高电压U0和吸持低电压U1。

具体来说，变压器T1的一输出端依次与第一整流桥电路、延时电路及开关电路相连；其中，所述第一整流桥电路为依次并联的第一全波整流桥D1与第一电容C1，构成启动直流电压U0的输出，启动直流电压U0输出的正端通过第五电阻R5与接触器操作线圈的A端相连；

所述延时电路包括：4个电阻R1-R4以及第三电容C3；其中，第一电阻R1与第二电阻串联连接后，并连在启动直流电压U0输出的正负两端；第一电阻R1另一端依次连有第三电容C3、第三电阻R3与第四电阻R4；第四电阻R4的另一端连接在启动直流电压U0输出的负端；

所述开关电路为NMOS(N型金属氧化物半导体)管A1，其门级与第三电阻R3相连，其源级与启动直流电压U0输出的负端相连，其漏级与接触器操作线圈B端相连。通过对第三电容C3的充电使得NMOS管A1的门级输入电压变化，当第三电容充满后，NMOS管A1的门级输入电压降为0，NMOS管A1关断。

变压器T1的另一输出端依次与第二整流桥电路及二极管包括相连；其中，所述第二整流桥电路为依次并联的第二全波整流桥D2与第二电容C2，构成吸持直流电压U1的输出，吸持直流电压U1输出的负端与接触器操作线圈的B端相连；

二极管D3连接在吸持直流电压U1输出的正端，并通过第六电阻与接触器操作线圈的A端相连。所述二极管D3用于确定直流电流的方向性，避免启动高电压U0时影响吸持低电压U1的工作。

示例性的，该接触器电源控制电路成功的应用于和谐2型交流电力机车牵引变流器的主接触器中，实现对1800V直流电压的闭合及关断。

其中，T1为根据需求接触器设计的变压器，与D1、C1和D2、C2构成两组全波整流电路，整流后电容分别为直流110V和直流50VDc；D1、D2采用VISHAY公司的整流桥芯片36MB30A，C1、C2采用RUBYCON公司的YXA系列插装电容22uF，400V。

在图3所示的电路中，电阻R1至R6采用金属化薄膜电阻，其中R1＝100k，R2＝20k，R3＝5k，R4＝100k，R5＝22，R6＝22欧姆，C3采用250V多层陶瓷贴片电容，为1uF。A1选取IR公司的NMOS管IRF530N。

可见，本发明实施例的可以根据接触器的型号进行电源控制电路的器件选型和参数设计，具有极大的灵活性和应用性。

以上本发明实施例提供的接触器控制电路的主要组成结构，下面针对其工作原理进行介绍。

当控制电源AC220V输入时，通过变压器T1、第一全波整流桥D1和第一电容C1整流为启动高电压U0，该电压U0经第一电阻R1和第二电阻R2为分压为对第三电容C3进行充电，此时NMOS管A1的门级输入电压为启动高电压U0经第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4后的分压，高于NMOS管导通A1阈值，此时NMOS管A1导通，接触器操作线圈L1的控制电压为启动高电压U0；当经过延时时间t＝-RCln((E-V)/E)后NMOS管A1门级输入电压低于导通阀值，NMOS管A1关断，此时控制电源AC220V经变压器T1、第二全波整流桥D2和第二电容2整流为吸持低电压U1经二极管D3后给操作线圈L1。上述延时时间t的公式中，R的值为第三电阻R3与第四电阻R4的串联电阻值；C的值为第三电容C3的电容值；E为RC串联的电压值，即E＝U0*R2/(R1+R2)；V为电容C要达到的电压，该电压值对应NMOS管A1的导通阀值V0，V＝U0*R1/(R1+R2)-V0*(R3+R4)/R3；ln为对数。

另外，针对该接触器电源控制电路中各个元器件做如下说明：

(1)变压器T1的设计：变压器T1可采用1路输入2路输出的变压器，通过具体型号接触器的输入要求和控制电压要求来设计变比，通过全波整流电路形成该接触器所需的启动高电压U0和吸持低电压U1。

(2)分压电阻，充电电容设计：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4及第三电容C3的选取一是要考虑到NMOS管A1的门级输入最高电压，避免损坏NMOS管A1，二是要根据延迟时间t的计算公式来选取合适的电容电阻值。

(3)限流电阻，二极管设计：根据接触器的线圈阻抗及接触器线圈电流限制选取合 适的第五电阻R5和第六电阻R6；二极管D3的选型要满足电流要求。

需要说明的是，本发明所实现的目的目前有很多种方法，如机械的保护切换和电子式的切换，虽然改进方法并不相同，但是大多采取复杂的机械控制手段或成本较高的开关技术和控制技术，这里不做累述。本发明电路拓扑结构简单，可以被用在各种型号的接触器控制电路中，并根据所接触器的型号和实际应用场合进行参数设计。

此外，在本发明在具体实施过程中仍有许多手段进行改进，如：一是调整PCB元器件的封装和摆放，进一步减小控制板的体积；二是绘制PCB时候可考虑采用一些抑制干扰的措施，提高设计的抗干扰能力；三是可以根据实际接触器需求增加各种接触器主电路的保护功能。

综上可见，本发明实施例的实施不仅能够良好的实现接触器启动直流电压和吸持直流电压不同需求的切换，同时还具备极大的适应性和扩展性，可应用于多种设计场合。

本发明实施例输入的交流控制电源通过变压器和全波整流电路后形成接触器启动状态所需的直流高电压及吸持状态所需的直流低电压；在接触器启动的初始阶段，操作线圈两端同时施加启动线圈所需的高电压和维持线圈所需的低电压，此时高电压起作用；其后通过设定的延时电路，待接触器铁芯吸动闭合后，高电压电路断开，改由低电压给线圈供电，保持吸合状态。本电路的接触器的启动电压，吸持电压以及延时时间都可以根据接触器的型号调整，基本可以满足各种型号的接触器。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种接触器电源控制电路，连接于交流控制电源与接触器操作线圈之间，其特征在于，该电路包括：

变压器、第一与第二整流桥电路、延时电路、开关电路与二极管；其中，所述变压器为双线圈输出变压器，该变压器的一输出端依次连有第一整流桥电路、延时电路与开关电路，用于将变压器输出的交流高电压整流成直流高电压；另一输出端依次连有第二整流桥电路与二极管，用于将变压器输出的交流低电压整流成直流低电压。

2.根据权利要求1所述的接触器电源控制电路，其特征在于，所述变压器的一输出端依次连有第一整流桥电路、延时电路与开关电路包括：

所述第一整流桥电路为依次并联的第一全波整流桥D1与第一电容C1，构成启动直流电压U0的输出，启动直流电压U0输出的正端通过第五电阻R5与接触器操作线圈的A端相连；

所述延时电路包括：4个电阻R1-R4以及第三电容C3；其中，第一电阻R1与第二电阻串联连接后，并连在启动直流电压U0输出的正负两端；第一电阻R1另一端依次连有第三电容C3、第三电阻R3与第四电阻R4；第四电阻R4的另一端连接在启动直流电压U0输出的负端；

所述开关电路为NMOS管A1，其门级与第三电阻R3相连，其源级与启动直流电压U0输出的负端相连，其漏级与接触器操作线圈B端相连。

3.根据权利要求1所述的接触器电源控制电路，其特征在于，所述另一输出端依次连有第二整流桥电路与二极管包括：

所述第二整流桥电路为依次并联的第二全波整流桥D2与第二电容C2，构成吸持直流电压U1的输出，吸持直流电压U1输出的负端与接触器操作线圈的B端相连；

二极管D3连接在吸持直流电压U1输出的正端，并通过第六电阻与接触器操作线圈的A端相连。