CN107370122A - 一种智能接触器及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能接触器，包括智能接触器包括三相电流采样电路、三相电压采样电路、漏电保护采样电路、温湿度采样电路、主控电路、控制电源电路、可控硅及驱动电路和工作状态指示电路，所述控制电源电路为温湿度采样电路、主控电路、可控硅及驱动电路和工作状态指示电路提供电源，所述主控电路接收三相电流采样电路、三相电压采样电路、漏电保护采样电路和温湿度采样电路的信号，所述可控硅及驱动电路和工作状态指示电路连接在主控电路的输出端；所述智能接触器还包括无线传输电路，所述控制电源电路为无线传输电路提供电源，所述无线传输电路与主控电路的通信端口连接。

Description

一种智能接触器及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种电器元件，特别涉及一种智能接触器及其工作方法。
背景技术
接触器分为交流接触器（电压AC）和直流接触器（电压DC），它应用于电力、配电与用电场合。接触器广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。目前接触器的种类很多，它们的组成和工作原理相似，即由动触头、静触头、铁芯、衔铁、线圈、反作用弹簧和外壳组成，其动合触点闭合或断开只能够通过导线实现有线控制，接触器在接通电路的过程中，三相电可能会出现过压、欠压和漏电等现象，目前接触器只是起到接通断开的作用，但是对于电路中电压和电流的参数不能进行存储和监测，因此，急需设计一种能够对电路中的电流和电压进行监控存储的接触器。
发明内容
发明的目的：本发明公开一种智能接触器，通过电压采样，采集各相电压值，判别是否欠压，过压，缺相，进行电压保护；通过电流互感器采集各相电流，判别是否过载过流，进行相应的保护；通过零序互感器检测漏电电流，进行漏电保护，同时将采集的电压和电流值传输给远程服务器，对数据进行监督和存储，通过远程服务器可对接触器的参数进行设置。
技术方案：为了实现以上目的，本发明公开了一种智能接触器，包括智能接触器包括三相电流采样电路、三相电压采样电路、漏电保护采样电路、温湿度采样电路、主控电路、控制电源电路、可控硅及驱动电路和工作状态指示电路，所述控制电源电路为温湿度采样电路、主控电路、可控硅及驱动电路和工作状态指示电路提供电源，所述主控电路接收三相电流采样电路、三相电压采样电路、漏电保护采样电路和温湿度采样电路的信号，所述可控硅及驱动电路和工作状态指示电路连接在主控电路的输出端；所述智能接触器还包括无线传输电路，所述控制电源电路为无线传输电路提供电源，所述无线传输电路与主控电路的通信端口连接。本发明智能接触器除具有一般接触器的功能外，还能实现控制、远程通信、检测、保护和设置等远程智能化功能。此智能接触器允许电路内电流和电压在超过额定值一定范围内进行工作，当电路中的电流和电压超过断电设定值的时候，通过无线传输电路将信号传送给主控电路，主控电路将根据设定进行电路保护，同时实现数据的存储监控功能，能够将存储的数据作为参数监控电路中电流、电压是否为正常工作值。
进一步的，上述一种智能接触器，所述三相电压采样电路由电压互感器和运算放大器组成采样电路，所述电压互感器的输入端与三相电压连接，所述三相电压采样电路的输出端与主控电路电性连接。电压采样信号，对数据优化处理后根据远程预设的值对是否欠压，是否过压，是否缺相等做出相应的判断，进入相应的处理子程序，并实时记录当前状态。
进一步的，上述一种智能接触器，所述三相电流采样电路包括电流互感器和运算放大器，所述电流互感器的输入端与三相电流连接，所述三相电流采样电路的输出端与主控电路电性连接。三路电流采样信号，对数据优化处理后根据远程预设的值对是否过载，是否过流等做出相应的判断，进入相应的处理子程序，并实时记录当前状态。
进一步的，上述一种智能接触器，所述漏电保护采样电路的输入端与零序互感器连接，所述漏电保护采样电路的输出端与主控电路电性连接。漏电保护检测，对数据优化处理后根据远程预设的值对是否漏电判断，进入相应的处理子程序，并实时记录当前状态。
进一步的，上述一种智能接触器，所述可控硅及驱动电路包括光耦合器和双向可控硅，所述光耦合器的输出端分别接入双向可控硅，所述可控硅及驱动电路的输入端与主控电路电性连接，所述可控硅及驱动电路的输出分别为三相电的输入端口和输出端口。通过单片机的控制信号，通过光耦合器驱动可控硅的开启和关闭，从而控制三相电的通断。
进一步的，上述一种智能接触器，所述温湿度采样电路包括温湿度传感器。为了实时监控设备运行的环境，通过温湿度传感器对现场的温度、湿度进行测量。
进一步的，上述一种智能接触器，所述工作状态指示电路包括三个发光二极管，所述工作状态指示电路的输入端与控制电源电路连接，所述工作状态指示电路的输出端与主控电路连接。采用三个发光二极管来指示接触器的工作状态，正常工作时绿灯亮，在额定参数范围内黄灯亮，过流、缺项、过压、欠压、漏电的情况红灯亮。
进一步的，上述一种智能接触器，所述控制电源电路包括变压器、整流模块和稳压器，所述控制电源电路提供正负5V和正3.3V电源，所述正负5V与主控电路的电源管脚连接，所述正3.3V与无线传输电路的管脚连接。此控制电源电路将AC380转化为AC220，提供给整流模块，转变成正负5V电源，在通过稳压器模块将电压将为正3.3V。
进一步的，上述一种智能接触器的工作方法，包括如下工作过程：
1）控制电源电路工作，为温湿度采样电路、主控电路、无线传输电路、可控硅及驱动电路和工作状态指示电路提供工作电源；
2）远程服务器通过无线传输电路将各项设置数据下发到主控电路；
3）可控硅及驱动电路由主控电路驱动，通过可控硅及驱动电路中的可控硅控制三相电的通断；
4）三相电流采样电路采集三相电的各相电流，将电流值转换成相应的电压信号发送到主控电路，由主控电路根据远程预设的值判别是否过载过流，并对电路进行相应的保护，同时通过无线传输电路将数据上报给远程服务器，进行数据的存储和监督；
5）三相电压采样电路采集三相电的各相电压，将电压转换成相应的电压信号发送到主控电路，由主控电路根据远程预设的值判别是否欠压，过压，缺相，并对电路进行相应的保护，同时通过无线传输电路将数据上报给远程服务器，进行数据的存储和监督；
6）漏电保护采样电路采集漏电电流，将电流值发送到主控电路，对数据优化处理后根据远程预设的值对是否漏电进行判断，同时通过无线传输电路将数据上报给远程服务器，并实时记录当前状态；
7）温湿度采样电路采集工作环境的温湿度值，同时通过无线传输电路将数据上报给远程服务器，并实时记录当前状态；
8）在接触器工作过程中工作状态指示电路工作，如设备检测到过流、过载、缺相、过压、欠压、漏电的情况，红灯亮；如设备运行在额定参数的极限位置，黄灯亮；设备工作正常时，亮绿灯。
上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的一种智能接触器及其工作方法，结构合理，和普通接触器一样，可以通过开关量信号启动停止接触器，同时通过设置的电流采样电路、电压采样电路和漏电采样电路采集三相电的电压和电流值，同时将数据上报给远程服务端，将数据存储作为参数值，同时具有监测的作用，远程服务端还可对接触器进行参数设置，采用此智能接触器还可对电路形成保护。
附图说明
图1为本发明所述的一种智能接触器的电路框图；
图2为本发明所述的一种智能接触器的主控电路图；
图3为本发明所述的一种智能接触器的三相电流采样电路图；
图4为本发明所述的一种智能接触器的三相电压采样电路图；
图5为本发明所述的一种智能接触器的漏电保护采样电路图；
图6为本发明所述的一种智能接触器的温湿度采样电路图；
图7为本发明所述的一种智能接触器的控制电源电路图；
图8为本发明所述的一种智能接触器的可控硅及驱动电路图；
图9为本发明所述的一种智能接触器的工作状态指示电路图；
图10为本发明所述的一种智能接触器的无线传输电路图。
图中：1三相电流采样电路、2三相电压采样电路、3漏电保护采样电路、4温湿度采样电路、5主控电路、6控制电源电路、7无线传输电路、8可控硅及驱动电路、9工作状态指示电路。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明具体实施方式进行详细的描述。
实施例
本发明的一种智能接触器及其工作方法，如图1所示，包括智能接触器包括三相电流采样电路1、三相电压采样电路2、漏电保护采样电路3、温湿度采样电路4、主控电路5、控制电源电路6、可控硅及驱动电路8和工作状态指示电路9，所述控制电源电路6为温湿度采样电路4、主控电路5、可控硅及驱动电路8和工作状态指示电路9提供电源，所述主控电路5接收三相电流采样电路1、三相电压采样电路2、漏电保护采样电路3和温湿度采样电路4的信号，所述可控硅及驱动电路8和工作状态指示电路9连接在主控电路5的输出端；如图10所示，所述智能接触器还包括无线传输电路7，所述控制电源电路6为无线传输电路7提供电源，所述无线传输电路7与主控电路5的通信端口连接，所述无线传输电路7采用WIFI或者GPS无线数据通信。如图2所示，所述主控电路5主要元件为单片机，本发明采用的是STC15W401AS系列单片机。进一步的，如图4所示，所述三相电压采样电路2由电压互感器和运算放大器组成采样电路，所述电压互感器的输入端与三相电压连接，所述三相电压采样电路2的输出端与主控电路5电性连接。其中，三相电压的U相通过电阻R7接入电压互感器TSV1一端， V相接入电压互感器TSV1另一端，电压互感器TSV1的两个输出端接入运算放大器U4A的输入端，电压互感器TSV1的其中一个支路产生两个分支分别通过C21和R21，连接到运算放大器U4A的输出端ADC4，运算放大器U4A的输出端ADC4接入主控电路5的输入端；此外，三相电压的V相通过电阻R8接入电压互感器TSV2一端， W相接入电压互感器TSV2另一端，电压互感器TSV2的两个输出端接入运算放大器U5A的输入端，电压互感器TSV2的其中一个支路产生两个分支分别通过C22和R22，连接到运算放大器U5A的输出端ADC5，运算放大器U5A的输出端ADC5接入主控电路5的输入端；再次，三相电压的U相通过电阻R9接入电压互感器TSV3一端，W相接入电压互感器TSV3另一端，电压互感器TSV3的两个输出端接入运算放大器U6A的输入端，电压互感器TSV3的其中一个支路产生两个分支分别通过C23和R23，连接到运算放大器U6A的输出端ADC6，运算放大器U6A的输出端ADC6接入主控电路5的输入端；另，采用的电压互感器为TVA1421系列，运算放大器为TL082。进一步的，如图3所示，所述三相电流采样电路1包括电流互感器和运算放大器，所述电流互感器的输入端与三相电流连接，所述三相电流采样电路1的输出端与主控电路5电性连接。其中，电流互感器TSA1的两个输出端分别接入运算放大器U7A的两个输入端，电流互感器TSA1的其中一个支路产生两个分支分别经过C31和R31，与运算放大器U7A的输出端ADC1连接，运算放大器U7A的输出端ADC1接入主控电路5的输入端；此外，电流互感器TSA2的两个输出端分别接入运算放大器U8A的两个输入端，电流互感器TSA2的其中一个支路产生两个分支分别经过C32和R32，与运算放大器U8A的输出端ADC2连接，运算放大器U8A的输出端ADC2接入主控电路5的输入端；电流互感器TSA3的两个输出端分别接入运算放大器U9A的两个输入端，电流互感器TSA3的其中一个支路产生两个分支分别经过C33和R33，与运算放大器U9A的输出端ADC3连接，运算放大器U9A的输出端ADC3接入主控电路5的输入端；另，采用的电流互感器为TVA1421B系列，运算放大器为TL082。进一步的，如图5所示，所述漏电保护采样电路3的输入端与零序互感器连接，所述漏电保护采样电路3的输出端与主控电路5电性连接。其中零序互感器的输出通过接口XS1接入运算放大器U10A的两个输入端，其中一个支路产生两个分支分别经过C34和R34，与运算放大器U10A的输出端ADC7连接，运算放大器U10A的输出端ADC7接入主控电路5的输入端。上述ADC1-ADC7形成的7个信号值，与主控电路5中的单片机的输入端连接，用于采集过压、欠压、缺相、过流、过载和漏电等情况。进一步的，如图8所示，所述可控硅及驱动电路8包括光耦合器和双向可控硅，所述光耦合器的输出端分别接入双向可控硅，所述可控硅及驱动电路8的输入端与主控电路5电性连接，所述可控硅及驱动电路8的输出分别为三相电的输入端口和输出端口。其中，主控电路5的输出端OUT1接入光耦合器U3的IN-管脚，U3的IN+管脚与U2的IN-连接，U2的IN+管脚与U1的IN-连接，U1的IN+与通过电阻R100的控制电源电路6的正5V电压V5连接，U1的SUB输出端通过电阻R1与可控硅连接，U1的TER输出端直接接入可控硅Q1，可控硅Q1上有三相电压的输入端和输出端，因此通过U1、U2和U3三个驱动电路来实现可控硅Q1的开启和关闭，进一步控制三相电的通断。进一步的，如图6所示，所述温湿度采样电路4包括温湿度传感器，通过温湿度传感器对现场的温度和湿度进行测量。进一步的，如图9所示，所述工作状态指示电路9包括三个发光二极管，所述工作状态指示电路9的输入端与控制电源电路6连接，所述工作状态指示电路9的输出端与主控电路5连接。其中，二极管LD51的一端通过电阻R46与控制电源电路6的正5V电压V5连接，另一端与主控电路5的OUT2连接；此外，二极管LD52的一端通过电阻R47与控制电源电路6的正5V电压V5连接，另一端与主控电路5的OUT3连接；二极管LD53的一端通过电阻R48与控制电源电路6的正5V电压V5连接，另一端与主控电路5的OUT4连接；形成红、黄和绿三色指示灯，用于指示接触器的工作状态。进一步的，如图7所示，所述控制电源电路6包括变压器、整流模块和稳压器，所述控制电源电路6提供正负5V和正3.3V电源，所述正负5V与主控电路5的电源管脚连接，所述正3.3V与无线传输电路7的管脚连接。其中，通过变压器T1将AC380转化为AC220，AC220接入整流模块M1的L和N两端，输出端通过电容C1-C4形成正负5V电源，正5V电源接入稳压器M2，将+5V电压降为+3.3V，形成的正负5V和正3V为电路中的其他部分提供电源。
上述一种智能接触器的工作方法，包括如下工作过程：
1）控制电源电路6工作，为温湿度采样电路4、主控电路5、无线传输电路7、可控硅及驱动电路8和工作状态指示电路9提供工作电源；
2）远程服务器通过无线传输电路7将各项设置数据下发到主控电路5；
3）可控硅及驱动电路8由主控电路5驱动，通过可控硅及驱动电路8中的可控硅控制三相电的通断；
4）三相电流采样电路1采集三相电的各相电流，将电流值转换成相应的电压信号发送到主控电路5，由主控电路5根据远程预设的值判别是否过载过流，并对电路进行相应的保护，同时通过无线传输电路7将数据上报给远程服务器，进行数据的存储和监督；
5）三相电压采样电路2采集三相电的各相电压，将电压转换成相应的电压信号发送到主控电路5，由主控电路5根据远程预设的值判别是否欠压，过压，缺相，并对电路进行相应的保护，同时通过无线传输电路7将数据上报给远程服务器，进行数据的存储和监督；
6）漏电保护采样电路3采集漏电电流，将电流值发送到主控电路5，对数据优化处理后根据远程预设的值对是否漏电进行判断，同时通过无线传输电路7将数据上报给远程服务器，并实时记录当前状态；
7）温湿度采样电路4采集工作环境的温湿度值，同时通过无线传输电路7将数据上报给远程服务器，并实时记录当前状态；
8）在接触器工作过程中工作状态指示电路9工作，如设备检测到过流、过载、缺相、过压、欠压、漏电的情况，红灯亮；如设备运行在额定参数的极限位置，黄灯亮；设备工作正常时，亮绿灯。
上面所述一种智能接触器的工作方法，所述三相电流采样电路1、三相电压采样电路2、漏电保护采样电路3和温湿度采样电路4的保护，包括如下过程：
1）欠压保护：根据三相电压采样电路2的采样值和预先设置的欠压区值和欠压阈值进行比较，如在规定的时间内的实测值在欠压区内，黄灯亮；超过欠压阈值，则红灯亮同时驱动可控硅及驱动电路8关闭可控硅，切断电源，同时在远程端警示；
2）过压保护：根据三相电压采样电路2的采样值和预先设置的过压区值和过压阈值，如在规定的时间内的实测值在过压区内，黄灯亮；超过过压阈值，则红灯亮同时驱动可控硅及驱动电路8关闭可控硅，切断电源，同时在远程端警示；
3）缺相保护：根据三相电压采样电路2的采样值，如果实测值三相电压中任意一相有低于规定的电压，则判断为缺相，则红灯亮同时驱动可控硅及驱动电路8关闭可控硅，切断电源，同时在远程端警示；
4）过流保护：根据三相电流采样电路1的采样值和预先设置的过流阈值，如在规定的时间内的实测值在过流区，则红灯亮同时驱动可控硅及驱动电路8关闭可控硅，切断电源，同时在远程端警示；
5）过载保护：根据三相电流采样电路1和三相电压采样电路2的采样值以及预先设置的额定功率区间，如在规定的时间内的值超过额定功率，则红灯亮同时驱动可控硅及驱动电路8关闭可控硅，切断电源，同时在远程端警示；
6）热保护：根据温湿度采样电路4的采样值以及预先设置的其安全区间，如在规定的时间内的值超过规定的温度，则红灯亮同时驱动可控硅及驱动电路8关闭可控硅，切断电源，同时在远程端警示；
7）漏电保护：根据漏电保护采样电路3所采样的漏电电流以及预先设置的其安全区间，如在规定的时间内的值超过规定的安全区，则红灯亮同时驱动可控硅及驱动电路8关闭可控硅，切断电源，同时在远程端警示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能接触器，其特征在于：智能接触器包括三相电流采样电路（1）、三相电压采样电路（2）、漏电保护采样电路（3）、温湿度采样电路（4）、主控电路（5）、控制电源电路（6）、可控硅及驱动电路（8）和工作状态指示电路（9），所述控制电源电路（6）为温湿度采样电路（4）、主控电路（5）、可控硅及驱动电路（8）和工作状态指示电路（9）提供电源，所述主控电路（5）接收三相电流采样电路（1）、三相电压采样电路（2）、漏电保护采样电路（3）和温湿度采样电路（4）的信号，所述可控硅及驱动电路（8）和工作状态指示电路（9）连接在主控电路（5）的输出端；
所述智能接触器还包括无线传输电路（7），所述控制电源电路（6）为无线传输电路（7）提供电源，所述无线传输电路（7）与主控电路（5）的通信端口连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能接触器，其特征在于：所述三相电压采样电路（2）由电压互感器和运算放大器组成采样电路，所述电压互感器的输入端与三相电压连接，所述三相电压采样电路（2）的输出端与主控电路（5）电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种智能接触器，其特征在于：所述三相电流采样电路（1）包括电流互感器和运算放大器，所述电流互感器的输入端与三相电流连接，所述三相电流采样电路（1）的输出端与主控电路（5）电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种智能接触器，其特征在于：所述漏电保护采样电路（3）的输入端与零序互感器连接，所述漏电保护采样电路（3）的输出端与主控电路（5）电性连接。
5.根据权利要求4所述的一种智能接触器，其特征在于：所述可控硅及驱动电路（8）包括光耦合器和双向可控硅，所述光耦合器的输出端分别接入双向可控硅，所述可控硅及驱动电路（8）的输入端与主控电路（5）电性连接，所述可控硅及驱动电路（8）的输出分别为三相电的输入端口和输出端口。
6.根据权利要求5所述的一种智能接触器，其特征在于：所述温湿度采样电路（4）包括温湿度传感器。
7.根据权利要求6所述的一种智能接触器，其特征在于：所述工作状态指示电路（9）包括三个发光二极管，所述工作状态指示电路（9）的输入端与控制电源电路（6）连接，所述工作状态指示电路（9）的输出端与主控电路（5）连接。
8.根据权利要求7所述的一种智能接触器，其特征在于：所述控制电源电路（6）包括变压器、整流模块和稳压器，所述控制电源电路（6）提供正负5V和正3.3V电源，所述正负5V与主控电路（5）的电源管脚连接，所述正3.3V与无线传输电路（7）的管脚连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种智能接触器的工作方法，其特征在于：
1）控制电源电路（6）工作，为温湿度采样电路（4）、主控电路（5）、无线传输电路（7）、可控硅及驱动电路（8）和工作状态指示电路（9）提供工作电源；
2）远程服务器通过无线传输电路（7）将各项设置数据下发到主控电路（5）；
3）可控硅及驱动电路（8）由主控电路（5）驱动，通过可控硅及驱动电路（8）中的可控硅控制三相电的通断；
4）三相电流采样电路（1）采集三相电的各相电流，将电流值转换成相应的电压信号发送到主控电路（5），由主控电路（5）根据远程预设的值判别是否过载过流，并对电路进行相应的保护，同时通过无线传输电路（7）将数据上报给远程服务器，进行数据的存储和监督；
5）三相电压采样电路（2）采集三相电的各相电压，将电压转换成相应的电压信号发送到主控电路（5），由主控电路（5）根据远程预设的值判别是否欠压，过压，缺相，并对电路进行相应的保护，同时通过无线传输电路（7）将数据上报给远程服务器，进行数据的存储和监督；
6）漏电保护采样电路（3）采集漏电电流，将电流值发送到主控电路（5），对数据优化处理后根据远程预设的值对是否漏电进行判断，同时通过无线传输电路（7）将数据上报给远程服务器，并实时记录当前状态；
7）温湿度采样电路（4）采集工作环境的温湿度值，同时通过无线传输电路（7）将数据上报给远程服务器，并实时记录当前状态；
8）在接触器工作过程中工作状态指示电路（9）工作，如设备检测到过流、过载、缺相、过压、欠压、漏电的情况，红灯亮；如设备运行在额定参数的极限位置，黄灯亮；设备工作正常时，亮绿灯。
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