CN107658180A - 一种可自学习的继电器零点灭弧方法及继电器控制电路 - Google Patents
一种可自学习的继电器零点灭弧方法及继电器控制电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种可自学习的继电器零点灭弧方法及继电器控制电路；其中，可自学习的继电器零点灭弧方法为：调整控制器的延时时间，使控制器在交流电流上升沿过零点开始，延时时间后发出继电器触点释放信号，继电器在电流过零点附近释放继电器触点。本发明提供的可自学习的继电器零点灭弧方法，在交流电上升沿过零点时开始，控制器经延时时间后向继电器发出释放信号，并根据继电器触点实际释放的时间点与交流电上升沿过零点的时间点的关系，对延时时间进行调整，使后续继电器触点释放的时间点在交流电上升沿过零点附近，从而减小继电器释放时产生的电弧；延时时间由继电器的控制电路自动确定，对于各种类型的继电器均有良好的灭弧效果。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种可自学习的继电器零点灭弧方法及继电器控制电路。
背景技术
现有使用继电器控制交流大功率负载产品上，当继电器触点断开瞬间，动、静触头间会产生高温高压的电弧，致使触头表面烧蚀氧化，产生不可逆转的损伤，直接影响了继电器的使用寿命；同时使开关导电能力降低，触头发热，造成电能浪费，严重时还可能酿成火灾等灾难性后果。由于交流电流在过零点附近时电流很小，因此在这段时间内释放继电器触点，动、静触头间产生的电弧可忽略不计，甚至没有电弧。
如图1所示，为交流电流的一段波形图，其中A点、C点为交流电流的上升沿过零点，由于交流电流在过零点处的电流大小为零，如果继电器触点在C点或其附近(经测试发现在C点左右2ms之内都没有明显的电弧)释放，继电器触点间产生的电弧可忽略不计。而继电器在释放触点时，完成释放动作需要一定的时间，如图1中的t2，触点实际释放的时间点可能位于交流电流上升沿过零点C时刻之前，如D点时刻，也可能位于交流电流上升沿过零点C时刻之后，如E点时刻。为了使继电器触点实际释放的时间点位于交流电流的上升沿过零点时刻，在交流电流上升沿过零点A时刻开始，延时t1时间后开始释放继电器触点，继电器触点经过动作时间t2后完成释放。
现有的零点灭弧方法是捕捉交流电流的零点信号后人为设定一个固定的延时时间让继电器在靠近下个零点附近释放开。然而由于不同类型的继电器、同类型的继电器不同个体甚至是同个继电器的不同时期，继电器完成释放动作需要的时间都存在差异，人为设定一个固定的延时时间的灭弧效果也会相差很多，难以适应不同的继电器。
发明内容
为解决现有技术提到的不足，本发明提供一种可自学习的继电器零点灭弧方法：
根据继电器触点实际释放的时间点与交流电流上升沿过零点的时间点之间的关系，动态调整控制器发出继电器触点释放信号的延时时间，确定控制器发出继电器触点释放信号的实际延时时间；
从继电器触点的理论释放时间点开始，经过所述实际延时时间，控制器发出继电器触点释放信号，使继电器在交流电流上升沿过零点的时间点附近释放继电器触点。
进一步地，所述继电器触点的理论释放时间点为交流电流上升沿过零点的时间点。
进一步地，所述延时时间的动态调整步骤包括：
S10：设置初始延时时间，以及误差参考阈值；
S20：在交流电流的上升沿过零点的时间点开始，控制器经初始延时时间后发出继电器触点释放信号，释放继电器触点；
S30：根据继电器触点释放的时间点与后续某个上升沿过零点的时间点之间的关系，对初始延时时间进行调整，形成最新延时时间；
S40：当初始延时时间的调整幅度小于误差参考阈值，确定最新延时时间为实际延时时间，结束延时时间的调整。
进一步地，步骤S10还包括设置最大延时时间、最小延时时间，所述初始延时间大于所述最小延时时间且小于所述最大延时时间。
进一步地，步骤S30具体为：继电器触点释放完成后：
若继电器触点释放的时间点在后续某个上升沿过零点的时间点之前，将最小延时时间调整为初始延时时间，再将最新延时时间调整为最大延时时间与最小延时时间之和的二分之一；
若继电器触点释放的时间点在后续某个上升沿过零点的时间点之后，将最大延时时间调整为初始延时时间，再将最新延时时间调整为最大延时时间与最小延时时间之和的二分之一。
进一步地，步骤S40具体为：若最新延时时间与初始延时时间之间的差值的绝对值大于误差参考阈值，设置初始延时时间为步骤S30所得最新延时时间的值，重复步骤S20和步骤S30；若最新延时时间与初始延时时间之间的差值的绝对值小于误差参考阈值，确定最新延时时间为实际延时时间，结束延时时间的调整。
进一步地，步骤S10中最小延时时间设置为0ms、初始延时时间设置为10ms、最大延时时间设置为20ms、误差参考阈值设置为200μs。
进一步地，当继电器电路重新通电或者继电器触点释放次数达到1000次，重新动态调整控制器发出继电器触点释放信号的延时时间，确定控制器发出继电器触点释放信号的实际延时时间。
本发明还提供一种实现如上任一项所述的可自学习的继电器零点灭弧方法的继电器控制电路，包括电源电路、继电器驱动电路、零点采集电路以及控制器；其中：
所述电源电路为所述继电器驱动电路以及所述控制器供电；所述零点采集电路用于采集交流电流过零点信号以及继电器触点完成释放时的电平信号并反馈给控制器；
所述控制器用于在交流电流上升沿过零点时开始延时一定时间后向所述继电器驱动电路输出继电器触点释放信号，并根据所述零点采集电路反馈的交流电流过零点信号以及继电器触点完成释放时的电平信号对延时时间进行调整；所述继电器驱动电路根据所述控制器输出的继电器触点释放信号释放继电器触点。
进一步地，所述继电器驱动电路包括继电器线圈、继电器触点和三极管；所述继电器触点的一端连接电源火线输入端，所述继电器触点的另一端连接电源火线输出端；所述继电器线圈的一端连接所述电源电路，所述继电器线圈的另一端连接所述三极管的集电极；所述三极管的基极连接所述控制器，所述三极管的发射极连接地线；
所述零点采集电路连接所述电源火线输出端和所述控制器；所述零点采集电路包括电阻R7、电阻R8和电阻R9；所述电源火线输出端依次通过所述电阻R7、电阻R8和电阻R9连接至地线；所述控制器与所述电阻R8和所述电阻R9的公共端相连接。
本发明提供的可自学习的继电器零点灭弧方法，通过在交流电上升沿过零点时开始，控制器经延时时间后向继电器发出释放信号，并根据继电器触点实际释放的时间点与交流电上升沿过零点的时间点之间的关系，对延时时间进行调整，使后续继电器触点实际释放的时间点在交流电上升沿过零点的时间点附近，从而减小继电器释放时产生的电弧。本发明提供的可自学习的继电器零点灭弧方法，延时时间由继电器的控制电路自动确定，适用范围广，对于各种类型的继电器均有良好的灭弧效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为交流电流部分波形图；
图2为本发明一个实施例的延时时间调整方法的流程图；
图3为本发明一个实施例的继电器控制电路的结构框图；
图4为本发明一个实施例的继电器控制电路的电路原理图；
图5为图4的继电器驱动电路的电路原理图；
图6为图4的零点采集电路的电路原理图。
附图标记：
10 电源电路 11 电源火线输入端 12 电源火线输出端
20 继电器驱动电路 21a 继电器线圈 21b 继电器触点
22 三极管 30 零点采集电路 40 控制器
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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作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。
本发明实施例提供一种可自学习的继电器零点灭弧方法，根据继电器触点实际释放的时间点与交流电流上升沿过零点的时间点之间的关系，动态调整控制器发出继电器触点释放信号的延时时间，确定控制器发出继电器触点释放信号的实际延时时间；
从继电器触点的理论释放时间点开始，经过所述实际延时时间，控制器发出继电器触点释放信号，使继电器在交流电流上升沿过零点的时间点附近释放继电器触点。所述继电器触点的理论释放时间点为交流电流上升沿过零点的时间点。
其中，如图2所示，所述延时时间的调整步骤包括：
S10设置初始延时时间，以及误差参考阈值；
具体地，设置一初始延时时间Ti，一误差参考阈值Δt，还设置一最大延时时间Tmax、一最小延时时间Tmin，初始延时间Ti的值大于最小延时时间Tmin的值且小于最大延时时间Tmax的值，即Tmin＜Ti＜Tmax。
优选地，所述步骤S10中最小延时时间设置为0ms、初始延时时间设置为10ms、最大延时时间设置为20ms、误差参考阈值设置为200μs。
S20在交流电流的上升沿过零点的时间点开始，控制器经初始延时时间后发出继电器触点释放信号，释放继电器触点；
具体地，在交流电流的上升沿过零点的时间点开始，控制器经初始延时时间Ti后发出继电器触点释放信号，继电器经过Toff后完成继电器触点的释放；Toff为继电器接收到释放信号到继电器触点完成释放所需的动作时间。
S30继电器触点释放完成后，根据继电器触点释放的时间点与后续某个上升沿零点的时间点之间的关系，对初始延时时间进行调整，形成最新延时时间；
具体地，继电器触点释放完成后，判断继电器触点释放的时间点与后续某个上升沿零点的时间点的关系：如果继电器触点释放的时间点在后续某个上升沿过零点的时间点之前，执行步骤S301，将最小延时时间的值调整为初始延时时间的值，将最新延时时间的值调整为最大延时时间与最小延时时间之和的二分之一，即Tmin＝Ti，Ti+1＝(Tmax+Tmin)/2，其中，Ti+1为最新延时时间；如果继电器触点释放的时间点在后续某个上升沿过零点的时间点之后，执行步骤S302，将最大延时时间的值调整为初始延时时间的值，将最新延时时间的值调整为最大延时时间与最小延时时间和的二分之一，即Tmax＝Ti，Ti+1＝(Tmax+Tmin)/2。
S40当初始延时时间的调整幅度小于误差参考阈值，确定最新延时时间为所确定的延时时间，结束延时时间的调整。
具体地，如果最新延时时间与初始延时时间之间的差值的绝对值大于误差参考阈值，即∣Ti+1-Ti∣＞Δt,执行步骤S401，设置初始延时时间为最新延时时间的值，即Ti＝Ti+1，并重复步骤S20和步骤S30；如果最新延时时间与初始延时时间之间的差值的绝对值小于误差参考阈值，即∣Ti+1-Ti∣＜Δt，执行步骤S402，确定最新延时时间为所要获取的延时时间，结束延时时间的调整步骤。
优选地，当继电器电路重新通电时或者继电器触点释放次数达到1000次时，重复步骤S10～步骤S40，重新确定延时时间。当继电器电路重新通电或者继电器长时间运作，继电器触点释放所需的动作时间Toff会发生改变，因此设置当继电器电路重新通电或者继电器触点释放次数达到1000次时，重复步骤S10～步骤S40，重新动态调整控制器发出继电器触点释放信号的延时时间，确定控制器发出继电器触点释放信号的实际延时时间。
本发明实施例提供的自学习的继电器零点灭弧方法，通过在交流电上升沿过零点时开始，控制器经延时时间后向继电器发出释放信号，并根据继电器触点实际释放的时间点与交流电上升沿过零点的时间点之间的关系，对延时时间进行调整，使后续继电器触点实际释放的时间点在交流电上升沿过零点的时间点附近，从而减小继电器释放时产生的电弧。本发明实施例提供的自学习的继电器零点灭弧方法，延时时间由继电器的控制电路自动确定，适用范围广，对于各种类型的继电器均有良好的灭弧效果。
与上述可自学习的继电器零点灭弧方法相对应的，本发明实施例还提供了实现如上任一项所述的可自学习的继电器零点灭弧方法的继电器控制电路，如图3所示，包括电源电路10、继电器驱动电路20、零点采集电路30以及控制器40；其中：所述电源电路10输出一个+24V直流电源为所述继电器驱动电路20供电，输出一个+5V直流电源为所述控制器40供电；所述电源电路10为所述继电器驱动电路20以及所述控制器40供电；所述零点采集电路30用于采集交流电流过零点信号以及继电器触点完成释放时的电平信号并反馈给控制器40；所述控制器40用于在交流电流上升沿过零点时开始延时一定时间后向所述继电器驱动电路20输出继电器触点释放信号，并根据所述零点采集电路30反馈的交流电流过零点信号以及继电器触点完成释放时的电平信号对延时时间进行调整；所述继电器驱动电路20根据所述控制器40输出的继电器触点释放信号释放继电器触点21b。
如图4、图5所示，所述继电器驱动电路20具体包括继电器线圈21a、继电器触点21b和三极管22；所述继电器触点21b的一端连接电源火线输入端11，所述继电器触点21b的另一端连接电源火线输出端12；所述继电器线圈21a的一端连接所述电源电路10；所述继电器线圈21a的另一端连接所述三极管22的集电极；所述三极管22的基极连接所述控制器40，所述三极管22的发射极连接地线。当控制器40向三极管22的基极输出高电平时，三极管22处于导通状态，继电器线圈21a通电，继电器触点21b吸合，电源火线输入端11和电源火线输出端12相连通，电源火线输出端12输出交流电；当需要控制继电器触点21b释放时，控制器40向三极管22的基极输出低电平，三极管22处于截止状态，继电器线圈21a断电，继电器触点21b释放，电源火线输入端11和电源火线输出端12之间形成开路，电源火线输出端12无输出电流。
如图4、图6所示，所述零点采集电路30连接所述电源火线输出端12和所述控制器40；所述零点采集电路30包括电阻R7、电阻R8和电阻R9；所述电源火线输出端12依次通过所述电阻R7、电阻R8和电阻R9连接至地线；所述控制器40与所述电阻R8和所述电阻R9的公共端相连接。在继电器触点21b吸合的状态下，电源火线输出端12输出交流电；由于交流电的呈正弦波变化，在上升沿过零点处，控制器40通过零点采集电路30检测到的电平信号由低电平转换为高电平；在交流电下降沿过零点处，控制器40通过零点采集电路30检测到的电平信号由高电平转换为低电平；而当继电器触点21b释放完成后，电源火线输出端12无电流输出，控制器40通过零点采集电路30检测到的电平信号一直为低电平。因此，当继电器触点21b释放完成时，控制器40通过零点采集电路30检测到低电平，说明继电器触点21b释放的时间点在交流电上升沿过零点之前；控制器40通过零点采集电路30检测到电平状态由高电平转换为低电平，说明继电器触点21b释放的时间点在交流电的上升沿过零点之后。
当需要释放继电器触点21b时，零点采集电路30先捕捉距离当前时间最近的下一个上升沿过零点信号，并反馈给控制器40，控制器40延时一定时间后向继电器驱动电路20输出继电器触点释放信号，继电器驱动电路20控制继电器触点21b释放；继电器触点21b释放完成时，零点采集电路30检测交流电流的电平状态的变化信息，并反馈给控制器40，控制器40判断继电器触点21b释放的时间点是在后续某个交流电流上升沿过零点之前或者之后，并对向继电器驱动电路20发出继电器触点21b释放信号的延时时间进行调整，使继电器触点21b后续能够在交流电流上升沿过零点的时间点附近释放。
优选地，所述控制器40为单片机，所述单片机型号为SN8P27226SG；其中所述单片机的第一管脚用于连接地线，第16管脚用于连接+5V电源，第8管脚用于连接零点采集电路30，第9管脚用于连接继电器驱动电路20。
本发明实施例提供的继电器控制电路，当需要释放继电器触点时，零点采集电路检测交流电流过零点信号并反馈给控制器，控制器经延时时间后向继电器驱动电路输出低电平从而控制继电器释放触点。控制器能够根据零点采集信号提供的继电器触点释放的时间点与交流电流过零点的关系，对延时时间进行调整，使得继电器触点释放的时间点位于交流电流过零点附近，能够有效减小继电器触点释放时产生的电弧。
尽管本文中较多的使用了诸如上升沿、过零点、延时时间、继电器触点、继电器线圈、电源火线输入端、电源火线输出端、三极管、控制器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种可自学习的继电器零点灭弧方法，其特征在于：
根据继电器触点实际释放的时间点与交流电流上升沿过零点的时间点之间的关系，动态调整控制器发出继电器触点释放信号的延时时间，确定控制器发出继电器触点释放信号的实际延时时间；
从继电器触点的理论释放时间点开始，经过所述实际延时时间，控制器发出继电器触点释放信号，使继电器在交流电流上升沿过零点的时间点附近释放继电器触点。
2.根据权利要求1所述一种可自学习的继电器零点灭弧方法，其特征在于：所述继电器触点的理论释放时间点为交流电流上升沿过零点的时间点。
3.根据权利要求2所述一种可自学习的继电器零点灭弧方法，其特征在于：所述延时时间的动态调整步骤包括：
S10：设置初始延时时间，以及误差参考阈值；
S20：在交流电流的上升沿过零点的时间点开始，控制器经初始延时时间后发出继电器触点释放信号，释放继电器触点；
S30：根据继电器触点释放的时间点与后续某个上升沿过零点的时间点之间的关系，对初始延时时间进行调整，形成最新延时时间；
S40：当初始延时时间的调整幅度小于误差参考阈值，确定最新延时时间为实际延时时间，结束延时时间的调整。
4.根据权利要求3所述一种可自学习的继电器零点灭弧方法，其特征在于：步骤S10还包括设置最大延时时间、最小延时时间，所述初始延时间大于所述最小延时时间且小于所述最大延时时间。
5.根据权利要求4所述一种可自学习的继电器零点灭弧方法，其特征在于：步骤S30具体为：继电器触点释放完成后：
若继电器触点释放的时间点在后续某个上升沿过零点的时间点之前，将最小延时时间调整为初始延时时间，再将最新延时时间调整为最大延时时间与最小延时时间之和的二分之一；
若继电器触点释放的时间点在后续某个上升沿过零点的时间点之后，将最大延时时间调整为初始延时时间，再将最新延时时间调整为最大延时时间与最小延时时间之和的二分之一。
6.根据权利要求5所述一种可自学习的继电器零点灭弧方法，其特征在于：步骤S40具体为：若最新延时时间与初始延时时间之间的差值的绝对值大于误差参考阈值，设置初始延时时间为步骤S30所得最新延时时间的值，重复步骤S20和步骤S30；若最新延时时间与初始延时时间之间的差值的绝对值小于误差参考阈值，确定最新延时时间为实际延时时间，结束延时时间的调整。
7.根据权利要求4所述一种可自学习的继电器零点灭弧方法，其特征在于：步骤S10中最小延时时间设置为0ms、初始延时时间设置为10ms、最大延时时间设置为20ms、误差参考阈值设置为200μs。
8.根据权利要求1～7任一项所述一种可自学习的继电器零点灭弧方法，其特征在于：当继电器电路重新通电或者继电器触点释放次数达到1000次，重新动态调整控制器发出继电器触点释放信号的延时时间，确定控制器发出继电器触点释放信号的实际延时时间。
9.一种实现权利要求1～8任一项所述的可自学习的继电器零点灭弧方法的继电器控制电路，其特征在于：包括电源电路(10)、继电器驱动电路(20)、零点采集电路(30)以及控制器(40)；其中：
所述电源电路(10)为所述继电器驱动电路(20)以及所述控制器(40)供电；所述零点采集电路(30)用于采集交流电流过零点信号以及继电器触点完成释放时的电平信号并反馈给控制器(40)；
所述控制器(40)用于在交流电流上升沿过零点时开始延时一定时间后向所述继电器驱动电路(20)输出继电器触点释放信号，并根据所述零点采集电路(30)反馈的交流电流过零点信号以及继电器触点完成释放时的电平信号对延时时间进行调整；
所述继电器驱动电路(20)根据所述控制器(40)输出的继电器触点释放信号释放继电器触点(21b)。
10.根据权利要求9所述继电器控制电路，其特征在于：所述继电器驱动电路(20)包括继电器线圈(21a)、继电器触点(21b)和三极管(22)；所述继电器触点(21b)的一端连接电源火线输入端(11)，所述继电器触点(21b)的另一端连接电源火线输出端(12)；所述继电器线圈(21a)的一端连接所述电源电路(10)，所述继电器线圈(21a)的另一端连接所述三极管(22)的集电极；所述三极管(22)的基极连接所述控制器(40)，所述三极管(22)的发射极连接地线；
所述零点采集电路(30)连接所述电源火线输出端(12)和所述控制器(40)；所述零点采集电路(30)包括电阻R7、电阻R8和电阻R9；所述电源火线输出端(12)依次通过所述电阻R7、电阻R8和电阻R9连接至地线；所述控制器(40)与所述电阻R8和所述电阻R9的公共端相连接。
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