CN105489448B - 一种交流接触器的控制装置及其自检装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种交流接触器的控制装置及其自检装置，该控制装置包括第一供电电源、控制桥电路和控制器，控制桥电路包括第一、第二、第三、第四可控开关电路以及第一线圈，第一可控开关电路的两端分别与第一供电电源、第一线圈的第一端连接，第二可控开关电路的两端分别与第一供电电源、第一线圈的第二端连接，第三可控开关电路的一端与第一线圈的第一端连接、另一端接地，第四可控开关电路的一端与第一线圈的第二端连接、另一端接地，第一、第二、第三、第四可控开关电路由控制器分别控制。本发明提供的交流接触器的控制装置电路结构简单，控制逻辑也简单，可靠性高。

Description

一种交流接触器的控制装置及其自检装置

技术领域

本发明涉及可控开关技术领域，具体涉及一种交流接触器的控制装置及其自检装置。

背景技术

永磁交流接触器是利用磁极的同性相斥、异性相吸的原理，用永磁驱动机构取代传统的电磁铁驱动机构而形成的一种微功耗接触器。安装在接触器联动机构上极性固定不变的永磁铁，与固化在接触器底座上的可变极性软磁铁相互作用，从而达到吸合、保持与释放的目的。软磁铁的可变极性是通过与其固化在一起的电子模块产生十几到二十几毫秒的正反向脉冲电流，而使其产生不同的极性。即，永磁交流接触器合闸保持依靠的是永磁力，而不需要线圈通过电流产生电磁力来进行合闸保持，只是其开闸和合闸动作需要电子模块提供正反向脉冲来实现。

现有的永磁交流接触器的微电子模块中一般包含六个基本的部分：1.电源整流；2.控制电源电压实时检测；3.释放储能(有的也有吸合储能,但不是必须有)；4.储能电容电压检测；5.抗干扰门槛电压检测；6.释放逻辑电路。即在吸合时利用正向的吸合电流向储能器件充电，在需要释放时就使该储能器件中电能放电以产生反向的释放电流。例如，公开号为CN201036227Y的实用新型专利，在合闸时就是向电容C8充电，这个充电电流在励磁线圈中产生的磁场方向与U形静铁芯中间固装的永磁体磁场方向相同；分闸时电容C8通过励磁线圈、电阻R13、场效应管Q6放电，因放电电流方向与合闸时的充电电流相反，所以励磁线圈产生的磁场方向与永磁体磁场方向相反。

但是，上述现有技术的电路结构复杂，且对电路器件的可靠性要求比较高，尤其是储能器件。并且，没有自检电路来方便地检测各器件工作状态是否正常，从而导致永磁式交流接触器的可靠性低。

发明内容

因此，本发明要解决的其中一个技术问题在于现有永磁式交流接触器的微电子模块电路结构复杂、控制逻辑复杂且对储能器件的依赖性强，从而导致其可靠性不高，从而提出一种交流接触器的控制装置；

本发明要解决的另一个技术问题在于现有永磁式交流接触器的微电子模块不能方便地进行故障检测，在电路发送故障后用户不能及时地知晓、维修，从而提出一种用于交流接触器控制装置的自检装置。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种交流接触器的控制装置，包括第一供电电源、控制桥电路和控制器，控制桥电路包括四个可控开关电路以及第一线圈，四个可控开关电路分别为第一可控开关电路、第二可控开关电路、第三可控开关电路、第四可控开关电路，第一可控开关电路的两端分别与第一供电电源、第一线圈的第一端连接，第二可控开关电路的两端分别与第一供电电源、第一线圈的第二端连接，第三可控开关电路的一端与第一线圈的第一端连接、另一端接地，第四可控开关电路的一端与第一线圈的第二端连接、另一端接地，四个可控开关电路由控制器分别控制。

优选地，可控开关电路包括场效应管，场效应管的漏极与源极分别作为可控开关电路的两端，场效应管的栅极接收控制器的控制信号。

优选地，可控开关电路还包括光耦，光耦的阳极连接控制器、阴极接地，光耦的集电极连接第二供电电源、发射极连接场效应管的栅极。

一种用于交流接触器控制装置的自检装置，包括第一供电电源、控制桥电路和控制器，控制桥电路包括四个可控开关电路以及第一线圈和第五可控开关，四个可控开关电路分别为第一可控开关电路、第二可控开关电路、第三可控开关电路、第四可控开关电路，第五可控开关的第二端与第一线圈的第一端连接，第五可控开关的第一端分别与第一可控开关电路的一端、第三可控开关电路的一端连接，第一线圈的第二端分别与第二可控开关电路的一端、第四可控开关电路的一端连接，第一可控开关电路的另一端、第二可控开关电路的另一端分别连接第一供电电源，第三可控开关电路的另一端、第四可控开关电路的另一端接地，四个可控开关电路由控制器分别控制；

还包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，第三电阻的一端与第五可控开关的第一端连接、另一端与第一线圈的第二端连接；第一电阻的第二端与第五可控开关的第一端连接、第一端接地，第二电阻的第一端与第一线圈的第二端连接、第二端接地；第一电阻的第二端、第二电阻的第一端分别与控制器连接。

优选地，可控开关电路包括场效应管，场效应管的漏极与源极分别作为可控开关电路的两端，场效应管的栅极接收控制器的控制信号。

优选地，可控开关电路还包括光耦，光耦的阳极连接控制器、阴极接地，光耦的集电极连接第二供电电源、发射极连接场效应管的栅极。

优选地，该装置中：

第五可控开关为继电器，第五可控开关的一对常闭触头与第一线圈串联，第五可控开关的线圈一端连接第三供电电源、另一端接地；

还包括由控制器控制的第六可控开关，串联在第五可控开关的线圈回路中，用于控制该回路的断开与导通。

优选地，还包括RS485模块，与控制器连接，用于远程控制自检启动。

优选地，还包括与控制器连接的发光二极管，用于自检故障指示。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的一种交流接触器的控制装置，通过改变第一线圈中的电流方向来控制交流接触器的开合闸。具体地，需要吸合时，控制器控制第一可控开关电路闭合、第四可控开关电路闭合，而控制第二可控开关电路和第三可控开关电路断开，第一线圈获得从第一端流向第二端的正向电流，交流接触器吸合；需要释放时，控制器控制第二可控开关电路和第三可控开关电路闭合，而控制第一可控开关电路和第四可控开关电路断开，第一线圈获得从第二端流向第一端的反向电流，交流接触器释放。电路结构简单，控制逻辑也简单，可靠性高。

2.本发明实施例提供的一种用于交流接触器控制装置的自检装置，通过在交流接触器的控制装置的第一线圈上串联第五可控开关来控制第一线圈回路的通断，使得在进行自检时不会影响交流接触器的正常工作；另外，设置第三电阻来替代第一线圈来导通相关的控制电路，并分别通过第一电阻和第二电阻设置了两个电压检测点，从而可以实时地检测交流接触器的控制装置是否存在故障以便及时检修，提高了交流接触器的可靠性。

3.本发明实施例提供的一种用于交流接触器控制装置的自检装置，其各可控开关电路还包括光耦，在保证了单片机的控制信号能够可靠控制可控开关电路导通与断开的同时，实现了单片机与可控开关(场效应管)之间的电气隔离，保障了电路安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明实施例1中的一种交流接触器的控制装置的电路结构示意图；

图2为本发明实施例1中的一种交流接触器的控制装置的电路图；

图3为本发明实施例2中的一种用于交流接触器控制装置的自检装置的电路结构示意图；

图4为本发明实施例2中的另一种用于交流接触器控制装置的自检装置的电路结构示意图；

图5为本发明实施例2中的一种用于交流接触器控制装置的自检装置电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1和2所示，本实施例提供一种交流接触器的控制装置，主要适用于永磁式交流接触器，包括第一供电电源、控制桥电路和控制器，控制桥电路包括四个可控开关电路以及第一线圈L1，四个可控开关电路分别为第一可控开关电路、第二可控开关电路、第三可控开关电路、第四可控开关电路，第一可控开关电路的两端分别与第一供电电源、第一线圈L1的第一端连接，第二可控开关电路的两端分别与第一供电电源、第一线圈L1的第二端连接，第三可控开关电路的一端与第一线圈L1的第一端连接、另一端接地，第四可控开关电路的一端与第一线圈L1的第二端连接、另一端接地，四个可控开关电路由控制器分别控制。

上述交流接触器的控制装置，通过改变第一线圈L1中的电流方向来控制交流接触器的开合闸。具体地，需要吸合时，控制器控制第一可控开关电路闭合、第四可控开关电路闭合，而控制第二可控开关电路和第三可控开关电路断开，第一线圈L1获得从第一端流向第二端的正向电流，交流接触器吸合；需要释放时，控制器控制第二可控开关电路和第三可控开关电路闭合，而控制第一可控开关电路和第四可控开关电路断开，第一线圈L1获得从第二端流向第一端的反向电流，交流接触器释放。电路结构简单，控制逻辑也简单，可靠性高。

作为具体的实施方式，如图2所示，可控开关电路包括场效应管，场效应管的漏极与源极分别作为可控开关电路的两端，场效应管的栅极接收控制器的控制信号。

具体地，控制器优选为PIC16F1828型单片机。第一可控开关电路包括场效应管Q1，其栅极接收单片机引脚2的控制信号(栅极接收的控制信号为高电平时Q1导通，否则截止)，Q1的栅极与源极之间设有电阻R5；第二可控开关电路包括场效应管Q2，其栅极接收单片机引脚15的控制信号，Q2的栅极与源极之间设有电阻R3；第三可控开关电路包括场效应管Q3，其栅极接收单片机引脚9的控制信号，Q3的栅极与源极之间设有电阻R17；第四可控开关电路包括场效应管Q4，其栅极接收单片机引脚10的控制信号，Q4的栅极与源极之间设有电阻R14。另外，上述第一供电电源具体可以是+300V的直流电源。

在其他的实施方式中，上述场效应管也可以替换为其他控制端接收单片机控制信号的可控开关，例如可控硅、三极管、接触器和继电器等。

作为优选的实施方式，如图2所示，可控开关电路还包括光耦，光耦的阳极连接控制器、阴极接地，光耦的集电极连接第二供电电源、发射极连接场效应管的栅极。具体地，上述第二供电电源为+12V的直流电源。第一可控开关电路还包括光耦PC1，其阳极通过电阻R8连接单片机的引脚2，其发射极通过电阻R4连接场效应管Q1的栅极，另外还包括作为旁路电容的电解电容CD2，CD2的正极连接第二供电电源、负极连接场效应管Q1的源极；第二可控开关电路还包括光耦PC2，其阳极通过电阻R1连接单片机的引脚15，其发射极通过电阻R2连接场效应管Q2的栅极，另外还包括作为旁路电容的电解电容CD3，CD3的正极连接第二供电电源、负极连接场效应管Q2的源极；第三可控开关电路还包括光耦PC3，其阳极通过电阻R19连接单片机的引脚9，其发射极通过电阻R18连接场效应管Q3的栅极；第四可控开关电路还包括光耦PC4，其阳极通过电阻R20连接单片机的引脚10，其发射极通过电阻R13连接场效应管Q4的栅极，另外还包括作为旁路电容的电解电容CD4，CD4的正极连接第二供电电源、负极接地。

上述各可控开关电路中的光耦在保证了控制信号的传输的同时，实现了控制器与可控开关(场效应管)之间的电气隔离，保障了电路安全。

实施例2

如图3和4所示，本施例提供一种用于交流接触器控制装置的自检装置，包括第一供电电源、控制桥电路和控制器，控制桥电路包括四个可控开关电路以及第一线圈L1和第五可控开关RL1，四个可控开关电路分别为第一、第二、第三、第四可控开关电路，第五可控开关RL1的第二端与第一线圈L1的第一端连接，第五可控开关RL1的第一端分别与第一可控开关电路的一端、第三可控开关电路的一端连接，第一线圈L1的第二端分别与第二可控开关电路的一端、第四可控开关电路的一端连接，第一可控开关电路的另一端、第二可控开关电路的另一端分别连接第一供电电源，第三可控开关电路的另一端、第四可控开关电路的另一端接地，四个可控开关电路由控制器分别控制；

还包括第一电阻R7、第二电阻R11和第三电阻R12，第三电阻R12的一端与第五可控开关RL1的第一端连接、另一端与第一线圈L1的第二端连接；第一电阻R7的第二端与第五可控开关RL1的第一端连接、第一端接地，第二电阻R11的第一端与第一线圈L1的第二端连接、第二端接地；第一电阻R7的第二端、第二电阻R11的第一端分别与控制器连接。

具体地，上述控制器优选为PIC16F1828型单片机，上述第一供电电源具体可以是+300V的直流电源。第一可控开关电路由单片机的引脚2控制、第二可控开关电路由单片机的引脚15控制、第三可控开关电路由单片机的引脚9控制、第四可控开关电路由单片机的引脚10控制，第一电阻R7的第二端连接单片机的引脚8，第二电阻R11的第一端连接单片机的引脚5。

自检过程如下：

第一步，为了不影响交流接触器的正常工作，单片机先控制第五可控开关RL1断开，此时，交流接触器如果处于吸合状态将保持吸合状态不能释放，如果处于断开状态将保持断开状态不能吸合。

第二步，为了保证控制桥电路的安全，先自检其低端是否短路，即第三可控开关电路和第四可控开关电路是否短路。单片机引脚5输出高电平、引脚8处于AD输入状态以检测第一电阻R7第二端的电压，引脚5输出的高电平经过第三电阻R12、第一电阻R7分压后输入到引脚8，如果第三可控开关电路和第四可控开关电路中有任意一路短路，那么引脚8检测到的电压将降为0V。只有当两路均没有短路时，引脚8才能检测到正常电压。第三步，检测确定第三可控开关电路和第四可控开关电路均未短路后，设置单片机引脚5和引脚8均为IO输入状态，具有普通IO口的输入功能。并读取引脚5和引脚8的电平状态，若此时引脚5和引脚8有任意一个是高电平，那么第一可控开关电路和第二可控开关电路中必有一路短路。

第四步，当检测确定第一可控开关电路和第二可控开关电路均未短路后，单片机引脚2输出控制第一可控开关电路导通的控制信号，如果第一可控开关电路正常导通，那么+300V的第一供电电源一路通过第一电阻R7形成回路，此时引脚8为高电平，另一路通过第三电阻R12、第二电阻R11分压后形成回路，此时引脚5为高电平。即只有引脚5和引脚8均为高电平时，才说明第一可控开关电路正常导通了，否则判定第一可控开关电路存在故障。

第五步，在检测确定第一可控开关电路可以正常导通后，单片机控制保持第一可控开关电路处于导通状态，同时引脚10输出控制第四可控开关电路导通的控制信号，如果第四可控开关电路正常导通，那么引脚5应该变为低电平，否则判断第四可控开关电路出现了导通故障。

第六步，在检测确定第一可控开关电路和第四可控开关电路都可以正常导通后，同理按照上述第四步和第五步检测第二可控开关电路和第三可控开关电路是否可以正常导通。即，先断开第一可控开关电路和第四可控开关电路，然后，单片机引脚15输出控制第二可控开关电路导通的控制信号，此时如果第二可控开关电路导通，那么+300V的第一供电电源一路通过第二电阻R11形成回路，另一路通过第三电阻R12和第一电阻R7形成回路，即引脚5和引脚8均为高电平，否则判定第二可控开关电路存在导通故障。在检测确定第二可控开关电路可以正常导通后，引脚9输出控制第三可控开关电路导通的控制信号，如果第三可控开关电路导通，那么此时引脚8变为低电平，否则判定第三可控开关电路出现了故障，不能正常导通。

在上述所有自检步骤完成后，如果交流接触器的控制装置没有任何故障，单片机就控制第五可控开关RL1闭合。

为了进一步保证电路安全，如图4所示，该自检装置还包括用于分压的第四电阻R6和第五电阻R10，第四电阻R6设置在第一电阻R7与第五可控开关RL1之间，第五电阻R10设置在第一线圈L1与第二电阻R11之间。另外，如图5所示，该自检装置还包括电阻R16，第三可控开关电路和第四可控开关电路均是通过电阻R16接地。

上述自检装置，可以实时地检测交流接触器的控制装置是否存在故障以便及时检修，提高了交流接触器的可靠性。

作为具体的实施方式，可控开关电路包括场效应管，场效应管的漏极与源极分别作为可控开关电路的两端，场效应管的栅极接收控制器的控制信号。具体地，如图5所示，第一可控开关电路包括场效应管Q1，其栅极接收单片机引脚2的控制信号(栅极接收的控制信号为高电平时Q1导通，否则截止)，Q1的栅极与源极之间设有电阻R5；第二可控开关电路包括场效应管Q2，其栅极接收单片机引脚15的控制信号，Q2的栅极与源极之间设有电阻R3；第三可控开关电路包括场效应管Q3，其栅极接收单片机引脚9的控制信号，Q3的栅极与源极之间设有电阻R17；第四可控开关电路包括场效应管Q4，其栅极接收单片机引脚10的控制信号，Q4的栅极与源极之间设有电阻R14。在其他的实施方式中，上述场效应管也可以替换为其他可控开关，例如可控硅、三极管、接触器和继电器等。

作为优选的实施方式，可控开关电路还包括光耦，光耦的阳极连接控制器、阴极接地，光耦的集电极连接第二供电电源、发射极连接场效应管的栅极。具体地，如图5所示，上述第二供电电源为+12V的直流电源。第一可控开关电路还包括光耦PC1，其阳极通过电阻R8连接单片机的引脚2，其发射极通过电阻R4连接场效应管Q1的栅极，另外还包括作为旁路电容的电解电容CD2，CD2的正极连接第二供电电源、负极连接场效应管Q1的源极；第二可控开关电路还包括光耦PC2，其阳极通过电阻R1连接单片机的引脚15，其发射极通过电阻R2连接场效应管Q2的栅极，另外还包括作为旁路电容的电解电容CD3，CD3的正极连接第二供电电源、负极连接场效应管Q2的源极；第三可控开关电路还包括光耦PC3，其阳极通过电阻R19连接单片机的引脚9，其发射极通过电阻R18连接场效应管Q3的栅极；第四可控开关电路还包括光耦PC4，其阳极通过电阻R20连接单片机的引脚10，其发射极通过电阻R13连接场效应管Q4的栅极，另外还包括作为旁路电容的电解电容CD4，CD4的正极连接第二供电电源、负极接地。

作为具体的实施方式，上述第五可控开关RL1为继电器，第五可控开关RL1的一对常闭触头与第一线圈L1串联，第五可控开关RL1的线圈一端连接第三供电电源、另一端接地；且该自检装置还包括由控制器控制的第六可控开关Q5，串联在第五可控开关RL1的线圈回路中，用于控制该回路的断开与导通。

具体地，如图5所示，上述第三供电电源可以替换为上述+12V的第二供电电源。上述第六可控开关Q5具体选用三极管，三极管的基极通过电阻R9与单片机的引脚14连接以接收单片机的控制信号，三极管的集电极通过用于滤波的二极管D1连接第二供电电源，二极管D1的阳极连接第二供电电源、阴极连接三极管的集电极，三极管的发射极接地，第五可控开关RL1的线圈与二极管D1并联。通过由单片机控制的第六可控开关Q5可以方便地控制第五可控开关RL1的吸合与释放，从而方便地控制交流接触器控制装置的自检启动，以及自检后及时恢复正常工作状态。

作为优选的实施方式，该自检装置还包括RS485模块，与控制器连接，用于远程控制自检启动。该自检装置的启动方式还可以其他方式，例如根据用户的需求每隔预设的时间自动启动自检；还可以在单片机的其中一个引脚上串联一个启动按键，用户根据需求随时按下启动按键就可以启动自检。

作为进一步优选的实施方式，如图5所示，该自检装置还包括与控制器连接的发光二极管，用于自检故障指示。即，在自检过程中，只要出现了电路故障，该发光二极管就会亮起，以直观地显示交流接触器的控制装置存在故障，从而用户可以及时检修，保障电路安全。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种用于交流接触器控制装置的自检装置，其特征在于：

包括第一供电电源、控制桥电路和控制器，所述控制桥电路包括四个可控开关电路以及第一线圈(L1)和第五可控开关(RL1)，四个所述可控开关电路分别为第一可控开关电路、第二可控开关电路、第三可控开关电路、第四可控开关电路，所述第五可控开关（RL1）的第二端与所述第一线圈（L1）的第一端连接，所述第五可控开关（RL1）的第一端分别与所述第一可控开关电路的一端、所述第三可控开关电路的一端连接，所述第一线圈（L1）的第二端分别与所述第二可控开关电路的一端、第四可控开关电路的一端连接，所述第一可控开关电路的另一端、所述第二可控开关电路的另一端分别连接所述第一供电电源，所述第三可控开关电路的另一端、所述第四可控开关电路的另一端接地，四个所述可控开关电路由所述控制器分别控制；

还包括第一电阻（R7）、第二电阻（R11）和第三电阻（R12），所述第三电阻（R12）的一端与所述第五可控开关（RL1）的第一端连接、另一端与所述第一线圈（L1）的第二端连接；所述第一电阻（R7）的第二端与所述第五可控开关（RL1）的第一端连接、第一端接地，所述第二电阻（R11）的第一端与所述第一线圈（L1）的第二端连接、第二端接地；所述第一电阻（R7）的第二端、所述第二电阻（R11）的第一端分别与所述控制器连接。

2.如权利要求1所述的用于交流接触器控制装置的自检装置，其特征在于，所述可控开关电路包括场效应管，所述场效应管的漏极与源极分别作为所述可控开关电路的两端，所述场效应管的栅极接收所述控制器的控制信号。

3.如权利要求2所述的用于交流接触器控制装置的自检装置，其特征在于，所述可控开关电路还包括光耦，所述光耦的阳极连接所述控制器、阴极接地，所述光耦的集电极连接第二供电电源、发射极连接所述场效应管的栅极。

4.如权利要求1所述的用于交流接触器控制装置的自检装置，其特征在于：

所述第五可控开关（RL1）为继电器，所述第五可控开关（RL1）的一对常闭触头与所述第一线圈（L1）串联，所述第五可控开关（RL1）的线圈一端连接第三供电电源、另一端接地；

还包括由所述控制器控制的第六可控开关（Q5），串联在所述第五可控开关（RL1）的线圈回路中，用于控制该回路的断开与导通。

5.如权利要求1所述的用于交流接触器控制装置的自检装置，其特征在于，还包括RS485模块，与所述控制器连接，用于远程控制自检启动。

6.如权利要求1-5中任一项所述的用于交流接触器控制装置的自检装置，其特征在于，还包括与所述控制器连接的发光二极管，用于自检故障指示。