CN107833796B - 一种交流接触器的控制结构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种交流接触器的控制结构及控制方法，将原有技术的交流接触器电磁联结改为机械传动联结，用步进电机、匹配螺纹空心轴和实心轴、活动杆组合代替硅钢片、铜绕组，避免了原有交流接触器控制方法存在的线圈长期带电过高温升、过大噪音的问题，在稳定性、安全性、能耗方面具有很大程度改善，该结构不存在电磁联结关系，没有绕组和硅钢片不会产生热量、谐振，在控制交流接触器动静触头过程中，不会出现过高温升和噪音过大现象。

Description

一种交流接触器的控制结构及控制方法

【技术领域】

本发明属于继电器控制领域，涉及一种交流接触器的控制结构。

【背景技术】

110kV以上电压等级强油循环风冷变压器对于绕组和油面温度有着严格的运行要求，其冷却系统主要依赖外部大功率的风机，由于风机需要长期不间断运行，用来控制风机运行的交流接触器必须安全可靠投入，电磁关系联结会产生热量、谐振，所以出现了冷却器控制箱内4-5组(共12-15个)交流接触器过高温升、过大噪音的问题。温升甚至达到80K以上，交流接触器的电磁结构温升过高会降低使用寿命，需要检修人员经常检查或更换。温升严重时会导致交流接触器停止工作，影响风机冷却效果，出现变压器内部绕组和油面温升过快，危及变压器稳定、安全运行。

而现有交流接触器基本都采用电磁关系联结的单一控制方法，因此，有必要提出一种没有温升和噪音的交流接触器控制方法。

【发明内容】

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种交流接触器的控制结构及控制方法，避免了原有交流接触器控制方法存在的线圈长期带电过高温升、过大噪音的问题，提供交流接触器的稳定性和安全性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种交流接触器的控制结构，包括步进电机、支架、活动杆和步进电机驱动装置；

活动杆竖直设置在支架、能够垂直上下移动，交流接触器的常开静触头和常闭静触头安装在支架上，接触器的常开动触头和常闭动触头安装在活动杆的上段，通过活动杆垂直移动带动常开动触头、常闭动触头与常开静触头、常闭静触头的闭合或断开；

活动杆的上段通过绝缘套管与活动杆的下段相连，活动杆的下段与空心轴相连，空心轴通过螺纹与实心轴相连，步进电机转轴与实心轴相连，步进电机驱动实心轴转动，进而驱动空心轴、活动杆上下移动，步进电机与步进电机驱动装置相连。

进一步，步进电机驱动装置包括步进电机驱动器、开关电源和用于控制触发脉冲方向和数量的单片机，开关电源作为步进电机驱动器和单片机的工作电源，步进电机驱动器与步进电连接。

进一步，包括交流接触器底座，支架和步进电机固定在交流接触器底座上。

进一步，支架上固定有水平隔板，活动杆的下段固定有弹簧挡板，弹簧挡板与水平隔板之间设置有用于活动杆垂直移动的限位、减震的弹簧。

进一步，步进电机的引线通过交流接触器底座上的孔引出与步进电机驱动装置相连。

进一步，空心轴采用钢材质制成。

一种交流接触器控制方法，交流接触器常开触头闭合控制；

单片机通过采集外部通道逻辑量，判定需要闭合常开触头时，按照预设程序触发若干个上升沿脉冲，该脉冲信号传输给步进电机驱动器，电机驱动器将此信号放大并驱动步进电机工作，步进电机转轴开始带动实心轴顺时针旋转，在实心轴的作用下，空心轴垂直向下移动一定距离，拉动活动杆向下移动一定长度，交流接触器常开动触头与常开静触头接触，常闭动触头与常闭静触头分离，单片机脉冲触发完毕，步进电机在无脉冲信号电流作用下停止旋转处于掉电状态，交流接触器常开触头闭合，常闭触头断开；

交流接触器常开触头复位控制；

单片机通过采集外部通道逻辑量，判定需要复位常开触头时，按照预设程序触发若干个下降沿脉冲，该脉冲信号传输给步进电机驱动器，电机驱动器将此信号放大并驱动步进电机工作，步进电机转轴开始带动实心轴逆时针旋转，在实心轴的作用下，空心轴垂直向上移动一定距离，拉动活动杆向上移动一定长度，交流接触器常开动触头与常开静触头分离，常闭动触头与常闭静触头接触，单片机脉冲触发完毕，步进电机在无脉冲信号电流作用下停止旋转处于掉电状态，交流接触器常开触头复位，常闭触头复位。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的交流接触器的控制结构及控制方法，将原有技术的交流接触器电磁联结改为机械传动联结，用步进电机、匹配螺纹空心轴和实心轴、活动杆组合代替硅钢片、铜绕组。避免了原有交流接触器控制方法存在的线圈长期带电过高温升、过大噪音的问题，在稳定性、安全性、能耗方面具有很大程度改善。

步进电机驱动装置给步进电机正传电流脉冲，步进电机正转，实心轴顺时针旋转，空心轴在实心轴的牵引下，垂直向下移动，与空心轴连接的活动杆向下移动。与此同时，两对常开动触头向下移动，开始与交流接触器的常开静触头接触，实现常开动静触头结合，常开触头闭合；一对常闭动静触头同样原理动作，实现常闭触头断开。步进电机进入断电状态，活动杆停止移动。

本发明结构通过实际验证，具有可行性高，科学有效的诸多优点，适宜于电力变压器冷却器控制箱内时间精度要求小、长期带电运行的大功率交流接触器上：该结构不存在电磁联结关系，没有绕组和硅钢片，所以不会产生热量、谐振。在控制交流接触器动静触头过程中，不会出现过高温升和噪音过大现象。

【附图说明】

图1是交流接触器控制结构示意图

图2是交流接触器步进电机驱动装置电气连接图

图中：1-动触头；2-静触头；3-引线端子；4-弹簧挡板；5-水平隔板；6-空心轴；7-步进电机；8-交流接触器底座；9-引线；10-实心轴；11-弹簧；12-绝缘套管；13-支架；14-活动杆；15-单片机；16-开关电源；17-步进电机驱动器。

【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、完整的描述，本文所描述的实施例仅仅为本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护范围。

参见图1，本发明的控制结构包括步进电机7、支架13、活动杆14和步进电机驱动装置；活动杆14竖直设置在支架13、能够垂直上下移动，交流接触器的常开静触头和常闭静触头安装在支架13上，接触器的常开动触头和常闭动触头安装在活动杆14的上段，通过活动杆14垂直移动带动常开动触头、常闭动触头与常开静触头、常闭静触头的闭合或断开；

活动杆14上段通过绝缘套管12与活动杆14下段相连，起到电气绝缘作用。活动杆14下段与钢材质空心轴6相连，空心轴6内部为螺纹结构，空心轴6螺纹与实心轴10相连，实心轴10表面为螺纹结构，空心轴6与实心轴10螺纹孔径配对嵌套。

步进电机的引线9通过交流接触器底座8上的孔引出。

弹簧挡板4与水平隔板5之间设置了弹簧11，用于活动杆14垂直移动的限位和减震功能。

交流接触器的静触头2设置有引线端子3，用于外部接线，静触头2通过支架13与交流接触器固定。

步进电机的引线9通过与外部步进电机驱动器17的电源和控制反向、脉冲引线相匹配连接，步进电机驱动器17电源取自开关电源16，步进电机驱动器17通过单片机15控制实现动静触头之间精准控制。

参见图2，本发明的驱动装置电气连接图，包括用于控制触发脉冲方向和数量的单片机，它作为交流接触器控制核心。单片机的引脚P2.0、引脚P2.1分别与步进电机驱动器的接口P+、D+连接。步进电机驱动器的接口P-、D-分别与数字地引脚短接。步进电机驱动器的接口A+、A-、B+、B-分别与步进电机a、b、c、d四根引线连接。开关电源作为步进电机驱动器和单片机工作电源，其接口L、N与外部交流220V电源线连接，接口5V、GND分别与单片机引脚VCC、GND连接，接口24V、GND分别与步进电机驱动器接口V+、V-连接。

步进电机控制与螺纹螺距计算采用以下技术方法：

空心轴和实心轴结合长度S＝动静触头之间距离M＝10mm

实心轴螺栓外径D1＝空心轴内螺纹公称直径D2＝11mm

单线螺纹螺距P＝导程H(沿螺纹旋转一周，螺栓前进长度H＝P)＝1mm

步进电机旋转一周需要脉冲个数＝360/0.9(步进角)＝400

由以上可得：

交流接触器动静触头接触需要脉冲个数N＝400*(S/H)＝4000

由于空心轴和实心轴结合长度S与动触头垂直向下移动距离H相同，该距离对应步进电机正转脉冲N为4000个，因此单片机预设程序中，编程4000个上升沿脉冲给步进电机驱动器，而后停止触发。步进电机反转，交流接触器动静触头复位同样需要4000个下降沿脉冲。

本发明的交流接触器控制方法，在使用时：

1、交流接触器常开触头闭合控制。

变压器冷却器控制系统中，单片机通过采集外部通道逻辑量，判定需要投入一组冷却器风机，并按照预设程序，触发4000个上升沿脉冲，该脉冲信号传输给步进电机驱动器，步进电机驱动器将此信号放大，通过引线供步进电机工作使用，步进电机转轴开始带动实心轴顺时针旋转，在实心轴的作用下，空心轴垂直向下移动10mm距离，拉动活动杆14向下移动10mm长度，交流接触器动静触头接触，弹簧在弹簧挡版的作用下开始压缩10mm,对活动杆14移动起到缓冲作用。单片机脉冲触发完毕，步进电机在无脉冲信号电流作用下，停止旋转，处于掉电状态。交流接触器常开触头闭合，常闭触头断开。接在常开触头引线的冷却器风机开始运转。

步进电机内部特殊的齿轮结构，不会因为弹簧处于压缩状态掉电出现逆时针回转现象。另外，由于步进电机处于掉电状态，不会消耗电能和产生热量。

2、交流接触器常开触头复位控制。

变压器冷却器控制系统中，单片机通过采集外部通道逻辑量，判定需要切除一组冷却器风机，并按照预设程序，触发4000个下降沿脉冲，该脉冲信号传输给步进电机驱动器，步进电机驱动器将此信号放大，通过引线供步进电机工作使用，步进电机转轴开始带动实心轴逆时针旋转，在实心轴的作用下，空心轴垂直向上移动10mm距离，拉动活动杆14向上移动10mm长度，交流接触器动静触头复位，弹簧在弹簧挡版的作用下开始伸长10mm,对活动杆14移动起到缓冲作用。单片机脉冲触发完毕，步进电机在无脉冲信号电流作用下，停止旋转，处于掉电状态。交流接触器常开触头复位，常闭触头复位。接在常开触头引线的冷却器风机失电，并停止运行。

以上为交流接触器常开触头闭合、复位的两种控制方法。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种交流接触器的控制结构，其特征在于：包括步进电机(7)、支架(13)、活动杆(14)和步进电机驱动装置；

活动杆(14)竖直设置在支架(13)、能够垂直上下移动，交流接触器的常开静触头和常闭静触头安装在支架(13)上，接触器的常开动触头和常闭动触头安装在活动杆(14)的上段，通过活动杆(14)垂直移动带动常开动触头、常闭动触头与常开静触头、常闭静触头的闭合或断开；

活动杆(14)的上段通过绝缘套管(12)与活动杆(14)的下段相连，活动杆(14)的下段与空心轴(6)相连，空心轴(6)通过螺纹与实心轴(10)相连，步进电机(7)转轴与实心轴(10)相连，步进电机(7)驱动实心轴(10)转动，进而驱动空心轴(6)、活动杆(14)上下移动，步进电机(7)与步进电机驱动装置相连，支架(13)上固定有水平隔板(5)，活动杆(14)的下段固定有弹簧挡板(4)，弹簧挡板(4)与水平隔板(5)之间设置有用于活动杆(14)垂直移动的限位、减震的弹簧(11)。

2.根据权利要求1所述的交流接触器的控制结构，其特征在于：步进电机驱动装置包括步进电机驱动器(17)、开关电源(16)和用于控制触发脉冲方向和数量的单片机(15)，开关电源(16)作为步进电机驱动器(17)和单片机(15)的工作电源，步进电机驱动器(17)与步进电机(7)连接。

3.根据权利要求1或2所述的交流接触器的控制结构，其特征在于：包括交流接触器底座(8)，支架(13)和步进电机(7)固定在交流接触器底座(8)上。

4.根据权利要求3所述的交流接触器的控制结构，其特征在于：步进电机(7)的引线(9)通过交流接触器底座(8)上的孔引出与步进电机驱动装置相连。

5.根据权利要求1所述的交流接触器的控制结构，其特征在于：空心轴(6)采用钢材质制成。

6.一种基于权利要求2控制结构的交流接触器控制方法，其特征在于：

交流接触器常开触头闭合控制；

单片机(15)通过采集外部通道逻辑量，判定需要闭合常开触头时，按照预设程序触发若干个上升沿脉冲，该脉冲信号传输给步进电机驱动器(17)，电机驱动器(17)将此信号放大并驱动步进电机(7)工作，步进电机转轴开始带动实心轴顺时针旋转，在实心轴的作用下，空心轴垂直向下移动一定距离，拉动活动杆(14)向下移动一定长度，交流接触器常开动触头与常开静触头接触，常闭动触头与常闭静触头分离，单片机脉冲触发完毕，步进电机在无脉冲信号电流作用下停止旋转处于掉电状态，交流接触器常开触头闭合，常闭触头断开；

交流接触器常开触头复位控制；

单片机(15)通过采集外部通道逻辑量，判定需要复位常开触头时，按照预设程序触发若干个下降沿脉冲，该脉冲信号传输给步进电机驱动器(17)，电机驱动器(17)将此信号放大并驱动步进电机(7)工作，步进电机转轴开始带动实心轴逆时针旋转，在实心轴的作用下，空心轴垂直向上移动一定距离，拉动活动杆(14)向上移动一定长度，交流接触器常开动触头与常开静触头分离，常闭动触头与常闭静触头接触，单片机脉冲触发完毕，步进电机在无脉冲信号电流作用下停止旋转处于掉电状态，交流接触器常开触头复位，常闭触头复位。