CN107919250A - 一种门控脉冲交流接触器启动保持运行电路 - Google Patents

Abstract

一种门控脉冲交流接触器启动保持运行电路，包括有整流电路、高压快速启动电路，整流电路将交流电整流成工频脉动电压，并通过高压快速启动电路向交流接触器的线圈供电；同时还包括恒流源电路、方波发生器和方波驱动电路以及快速放电电路，恒流源电路从整流电路直流输出侧的正极取电，并为方波发生器和方波驱动电路以及快速放电电路提供工作电压，方波发生器用于向方波驱动电路输出高频脉冲方波，方波驱动电路以此控制高压快速启动电路中MOS管的导通与截止；本发明结构简单、成本低廉，控制便捷，实现了交流接触器在高压快速启动，在脉冲有效值的低压下保持吸合，相对于传统交流接触器的启动运行，节约电量达到80%以上。

Description

一种门控脉冲交流接触器启动保持运行电路

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，尤其是一种门控脉冲交流接触器启动保持运行电路。

背景技术

传统的交流接触器都是采用额定的交流电直接给其线圈供电，线圈流过电流产生磁场，使其触头闭合，从而起动运行，以控制负载的电器。然而，交流接触器在起动运行时消耗的电能大，浪费能源。

当前，为了解决该问题，在交流接触器的启动保持运行电路中，采用具有MOS管的高压快速启动电路控制交流接触器快速起动，并通过采用方波发生器和方波驱动电路控制MOS管间歇式地导通与截止，其中方波发生器由两个运算放大器和RC振荡电路组成，方波驱动电路采用射极跟随器推挽电路，MOS管的启动输出端输出的有效值电压确保了交流接触器在起动后保持吸合状态，从而大大地降低了交流接触器在起动运行时的能耗。然而，该方波发生器采用运算放大器不仅导致成本增加、控制复杂，而且由于运算放大器存在门坎电压（5V），需要在方波驱动电路中增加三极管，对方波发生器输出的电压信号进行功率放大，从而才得以驱动MOS管的运行，这不仅增加了控制器件，而且导致接线复杂。为此，对现有的电路进行优化处理，提供一种结构简单、成本低廉、控制容易实现的交流接触器启动保持运行电路就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的就是要解决当前交流接触器启动保持运行电路成本高、接线复杂，并且控制复杂的问题，为此提供一种门控脉冲交流接触器启动保持运行电路。

本发明的具体方案是：一种门控脉冲交流接触器启动保持运行电路，包括有整流电路、高压快速启动电路，其中高压快速启动电路设有MOS管，MOS管的源极连接整流电路直流输出侧的负极，MOS管的漏极作为启动输出端连接交流接触器线圈的一端，线圈的另一端连接整流电路直流输出侧的正极，MOS管的栅极与整流电路直流输出侧的正极之间串联有起动电阻，并在MOS管的栅极与源极之间并联有稳压管Z1；并且还包括有恒流源电路、方波发生器和方波驱动电路以及快速放电电路；恒流源电路从整流电路直流输出侧的正极取电，并为方波发生器和方波驱动电路以及快速放电电路提供工作电源；其特征是：方波发生器由与非门A1和RC振荡器以及RC延时电路组成，用于向方波驱动电路输出高频脉冲方波，其中RC振荡器的输出端连接与非门A1的其中一个输入端，与非门A1的另一个输入端接收RC延时电路中电容上的电平信号，与非门A1的输出端连接方波驱动电路；方波驱动电路的输出端连接MOS管的栅极，并根据接收到的高频脉冲方波信号控制MOS管的导通与截止，MOS管的启动输出端输出的有效值电压确保了交流接触器在起动后保持吸合状态；所述快速放电电路用于在交流接触器掉电后快速放掉RC延时电路中电容上的电压，以确保交流接触器再次快速起动。

本发明中所述RC振荡器包括有三个非门A2、A3、A4和两个二极管D2、D3以及三个电阻R9、R10、R11；非门A2的输出端作为RC振荡器的输出端，非门A2依次与非门A4、A3相串联，非门A2的输入端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端通过串联电容C3连接至非门A3的输入端，并且由二极管D3、电阻R10和电容C3组成的放电回路及由电阻R11、二极管D2和电容C3组成的充电回路分别并联在非门A3的输出端与输入端之间。

本发明中所述方波驱动电路为由三极管Q2、Q3组成的推挽式电路。

本发明中所述恒流源电路与整流电路直流输出侧的负极之间设有稳压滤波电路，稳压滤波电路由稳压管Z2和电容C7并联而成。

本发明中在交流接触器线圈的两端并联有反峰电压吸收二极管。

本发明中所述整流电路为单相桥式不可控整流电路，整流电路的交流输入侧设有由共模滤波线圈和安规电容组成的电源滤波电路。

本发明实现了交流接触器在高压快速启动，在脉冲低压下保持吸合，即交流接触器在全压快速起动后，在高频直流脉冲信号的控制下使MOS管不断地快速导通与截止，使得交流接触器在一个较低的有效值电压下保持吸合状态，实现了节能运行的目的；并且通过对现有的交流接触器启动运行保持电路进行优化处理，使得控制电路更加简单、降低了电路成本，控制简单，更容易实现，节约电量达到80%以上，可广泛运用于各种类型的交流接触器。

附图说明

图1是本发明的控制结构框图；

图2是本发明的电气原理图；

图3是交流接触器在高压启动吸合时，MOS管的起动输出端向线圈输出的电压波形示意图；

图4是交流接触器在脉冲低压下保持吸合时，MOS管的起动输出端向线圈输出的电压波形示意图。

图中：1—整流电路，2—高压快速启动电路，3—线圈，4—起动电阻，5—恒流源电路，6—方波发生器，7—方波驱动电路，8—快速放电电路，9—稳压滤波电路，10—反峰电压吸收二极管，11—电源滤波电路。

具体实施方式

参见图1-2，本发明包括有整流电路1、高压快速启动电路2，其中高压快速启动电路2设有MOS管Q1，MOS管Q1的源极连接整流电路1的直流输出侧的负极，MOS管Q1的漏极作为启动输出端连接交流接触器线圈3的一端，线圈3的另一端连接整流电路1的直流输出侧的正极，MOS管Q1的栅极与整流电路1的直流输出侧的正极之间串联有起动电阻4（起动电阻4在图2中表示为R2），并在MOS管Q1的栅极与源极之间并联有稳压管Z1；并且还包括有恒流源电路5、方波发生器6和方波驱动电路7以及快速放电电路8；恒流源电路5从整流电路1直流输出侧的正极取电，并为方波发生器6和方波驱动电路7以及快速放电电路8提供工作电源；特别是：方波发生器6用于向方波驱动电路7输出高频脉冲方波，由与非门A1和RC振荡器以及RC延时电路组成，其中RC延时电路由电阻R8和电容C6串联而成，RC振荡器的输出端连接与非门A1的1号输入端，与非门A1的2号输入端接收RC延时电路中电容C6上的电平信号，与非门A1的输出端连接方波驱动电路7；方波驱动电路7的输出端连接MOS管Q1的栅极，并根据接收到的高频脉冲方波信号控制MOS管Q1的导通与截止，MOS管Q1的启动输出端输出的有效值电压确保了交流接触器在起动后保持吸合状态；所述快速放电电路8用于在交流接触器掉电后快速放掉RC延时电路中电容C6上的电压，以确保交流接触器再次快速起动。

本实施例中所述RC振荡器包括有三个非门A2、A3、A4和两个二极管D2、D3以及三个电阻R9、R10、R11；非门A2的输出端作为RC振荡器的输出端，非门A2依次与非门A4、A3相串联，非门A2的输入端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端通过串联电容C3连接至非门A3的输入端，并且由二极管D3、电阻R10和电容C3组成的放电回路及由电阻R11、二极管D2和电容C3组成的充电回路分别并联在非门A3的输出端与输入端之间，通过改变R10、R11和C3的值可以改变RC振荡器的振荡频率和占空比。

本实施例中所述方波驱动电路7为由三极管Q2、Q3组成的推挽式电路。

本实施例中所述恒流源电路6与整流电路1的直流输出侧的负极之间设有稳压滤波电路9，稳压滤波电路9由稳压管Z2和电容C7并联而成。

本实施例中在交流接触器线圈3的两端并联有反峰电压吸收二极管10（反峰电压吸收二极管10在图2中表示为D1），用以吸收交流接触器的线圈3在停电后产生的反向脉冲高压，进而保护MOS管Q1不受反向脉冲高压影响而损坏。

本实施例中所述整流电路1为单相桥式不可控整流电路，整流电路1的交流输入侧设有由共模滤波线圈和安规电容组成的电源滤波电路11。

本发明的工作原理如下：

参见图2，交流接触器通电后，整流电路1将110V-380V交流电整流成工频脉动直流电压，并通过启动电阻R2为MOS管Q1的栅极提供偏置电压，此时在方波发生器6中，由于RC延时电路中电容C6的充电延时，与非门A1的2号输入端为低电平，与非门A1输出为高，MOS管Q1跟随工频脉动直流电压同步导通，MOS管Q1的启动输出端向交流接触器的线圈3供电，交流接触器吸合，此时线圈3的电压波形如图3所示，其中在图3中纵轴V表示线圈电压，单位为伏特，横轴S表示时间，单位为秒，工频脉动直流电压一个周期时长为T₀=10mS。

与此同时，当方波发生器6得电工作时，非门A2的输出端有方波脉冲输出，当电阻R8向电容C6充电延时一定的时间后，电容C6的电压达到与非门A1的翻转电平的阀值后，此时与非门A1受控于非门A2保持反相输出，由三极管Q2和三极管Q3组成的推挽式电路驱动MOS管Q1的导通和截止，MOS管Q1输出的有效值电压使得交流接触器的吸合状态。

在方波发生器6所组成的电路中，通过调整R10、R11和C3可以改变方波的频率和占空比。通过R8和C6组成的RC延时电路的通电延时，达到控制与非门A1的延时输出的目的，从而避开了交流接触器全压启动的时间，完成了交流接触器由接通电源-快速启动-维持吸合的工作过程。

交流接触器在工频脉动直流电压下维持吸合的过程中，线圈3的电压波形如图4所示，其中在图4中纵轴V表示线圈电压，单位为伏特，横轴S表示时间，单位为秒，S1表示线圈的供电脉冲，S2表示线圈的供电脉冲周期。

由图4可显而易见得知，交流接触器在工频脉动直流电压下维持吸合的过程中，交流接触器工作的有效电压远小于交流接触器以额定电压运行时的有效电压，从而大大节约了电能。

为保证交流接触器在掉电后能再次快速起动，电路中设有由三极管Q4、Q5组成停电后快速放电的快速放电电路8，参见图2；交流接触器在工作时，经过整流后的工频脉动直流电压由串联电阻R5不断地向三极管Q4的基极提供偏流，从而使得电容C5对地电压始终为低电平，从而三极管Q5截止，此时电阻R8向电容C6充电，与非门A1延时输出方波；在交流接触器掉电后，三极管Q4即失去偏压而截止，稳压滤波电路9中电容C7上残留的电压通过电阻R7向三极管Q5提供基极偏流，三极管Q5导通，将电容C6上的电压快速置零，交流接触器即可进行下一次的起动运行。

Claims (6)

1.一种门控脉冲交流接触器启动保持运行电路，包括有整流电路、高压快速启动电路，其中高压快速启动电路设有MOS管，MOS管的源极连接整流电路直流输出侧的负极，MOS管的漏极作为启动输出端连接交流接触器线圈的一端，线圈的另一端连接整流电路直流输出侧的正极，MOS管的栅极与整流电路直流输出侧的正极之间串联有起动电阻，并在MOS管的栅极与源极之间并联有稳压管Z1；并且还包括有恒流源电路、方波发生器和方波驱动电路以及快速放电电路；恒流源电路从整流电路直流输出侧的正极取电，并为方波发生器和方波驱动电路以及快速放电电路提供工作电源；其特征是：方波发生器由与非门A1和RC振荡器以及RC延时电路组成，用于向方波驱动电路输出高频脉冲方波，其中RC振荡器的输出端连接与非门A1的其中一个输入端，与非门A1的另一个输入端接收RC延时电路中电容上的电平信号，与非门A1的输出端连接方波驱动电路；方波驱动电路的输出端连接MOS管的栅极，并根据接收到的高频脉冲方波信号控制MOS管的导通与截止；所述快速放电电路用于在交流接触器掉电后快速放掉RC延时电路中电容上的电压，以确保交流接触器再次快速起动。

2.根据权利要求1所述的一种门控脉冲交流接触器启动保持运行电路，其特征是：所述RC振荡器包括有三个非门A2、A3、A4和两个二极管D2、D3以及三个电阻R9、R10、R11；非门A2的输出端作为RC振荡器的输出端，非门A2依次与非门A4、A3相串联，非门A2的输入端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端通过串联电容C3连接至非门A3的输入端，并且由二极管D3、电阻R10和电容C3组成的放电回路及由电阻R11、二极管D2和电容C3组成的充电回路分别并联在非门A3的输出端与输入端之间。

3.根据权利要求1所述的一种门控脉冲交流接触器启动保持运行电路，其特征是：所述方波驱动电路为由三极管Q2、Q3组成的推挽式电路。

4.根据权利要求1所述的一种门控脉冲交流接触器启动保持运行电路，其特征是：所述恒流源电路与整流电路直流输出侧的负极之间设有稳压滤波电路，稳压滤波电路由稳压管Z2和电容C7并联而成。

5.根据权利要求1所述的一种门控脉冲交流接触器启动保持运行电路，其特征是：在交流接触器线圈的两端并联有反峰电压吸收二极管。

6.根据权利要求1所述的一种门控脉冲交流接触器启动保持运行电路，其特征是：所述整流电路为单相桥式不可控整流电路，整流电路的交流输入侧设有由共模滤波线圈和安规电容组成的电源滤波电路。