CN108899253A - 具有电磁可控反力的三相独立控制接触器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有电磁可控反力的三相独立控制接触器及其控制方法，包括：相互独立的三相动触头；每一相接触装置包括相配合的设置有主线圈的静铁心和设置有辅助线圈的动铁心；所述动铁心设置在绝缘壳内侧，所述动铁心两侧对称设置有两个反力弹簧，所述两个反力弹簧的一端固定，另一端与绝缘壳内侧连接；所述绝缘壳外侧连接触头弹簧的一端；所述触头弹簧的另一端对称连接有两个动触头；每一相接触装置分别连接强激磁电源、低压保持电源、以及电路过零检测模块，所述强激磁电源、低压保持电源、以及电路过零检测模块分别连接单片机。本发明解决了交流接触器的节能问题、常规接触器分闸只能依靠弹簧反力的问题，以及分闸过程中产生大电弧的问题。

Description

具有电磁可控反力的三相独立控制接触器及其控制方法

技术领域

本发明属于交流接触器领域，尤其涉及一种具有电磁可控反力的三相独立控制接触器及其控制方法。

背景技术

张培铭等发表在《低压电器》2001年第1期的“新型智能混合式交流接触器” 中利用一对单向晶闸管或者一个双向晶闸管实现了接触器的微弧运行, 且大大降低成本, 减少体积。这样的设计方案简单、方便且成本较低，但对电力电子元件的过压、过流承受能力要求较高，若无可靠的保护措施，可能会由于电力电子元件的发热损耗导致损坏，引起电路故障。许志红等发表在《电工电能新技术》2002年第21卷第4期的“智能交流接触器零电流分断控制技术”利用机械特性和电路控制实现交流接触器三相触头的零电流分断控制方案，通过改变三相触头的开距和控制首开相的分断时间，进而实现交流接触器的微弧分断。但现有技术方案提供的接触器从结构到控制方法上均有很大改进空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的交流接触器及其控制方法，其有利于为用户提供一种在接触工作时能耗低、噪声低、受电网影响小和动静触头间少电弧的接触器，本发明具体采用以下技术方案：

一种具有电磁可控反力的三相独立控制接触器，其特征在于，包括：相互独立的三相接触装置；每一相接触装置包括相配合的设置有主线圈的静铁心和设置有辅助线圈的动铁心；所述动铁心设置在绝缘壳内侧，所述动铁心两侧对称设置有两个反力弹簧，所述两个反力弹簧的一端固定，另一端与绝缘壳内侧连接；所述绝缘壳外侧连接触头弹簧的一端；所述触头弹簧的另一端对称连接有两个动触头；当所述静铁心和动铁心处于吸合状态时，两个动触头与对应的静触头接触；

每一相接触装置分别连接强激磁电源、低压保持电源、以及电路过零检测模块，所述强激磁电源、低压保持电源、以及电路过零检测模块分别连接单片机。

优选地，每一相接触装置连接的所述强激磁电源各有两个，其中一个连接主线圈，另一个连接辅助线圈；所述低压保持电源连接主线圈。

优选地，所述强激磁电源为1、3引脚接AC220v电源，4引脚输出、2引脚接地的第一整流桥；所述第一整流桥的1、3引脚并联有第一压敏电阻；所述第一整流桥的2、4引脚并联有第二压敏电阻。

优选地，在所述低压保持电源中，单相电源经变压器转换为AC12V后接第二整流桥的1、3引脚；所述第二整流桥的2、4引脚分别接固定三端稳压器7812的1、2引脚，并与第一电容、第一有极性电解电容并联；所述固定三端稳压器7812的3、2引脚分别接固定三端稳压器7809的1、2引脚，并与第二电容、第二有极性电解电容并联；所述固定三端稳压器7809的3引脚输出DC9V电压，2引脚接地，2、3引脚之间并联有第三电容、第三有极性电解电容。

优选地，所述第一电容、第二电容、第三电容的容量均为47000PF，所述第一有极性电解电容的容量为：1000μF，所述第二有极性电解电容的容量为：47μF；所述第三有极性电解电容的容量为：0.1μF。

优选地，所述电路过零检测模块包括比较器，在每一相在被测电压的正周期输出高电平，而在负周期输出低电平。

优选地，所述单片机经第一电子开关连接强激磁电源，经第二电子开关连接低压保持电源；所述单片机根据电路过零检测模块的输出值控制第一电子开关和第二电子开关的开闭。

以及，根据本发明优选方案的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：所述单片机通过电路过零检测模块对每一相独立选择不同的最佳合闸相角，对每一相在最佳合闸相角下开启连接主线圈的第一强激磁电源，相继独立完成合闸；

步骤2：所述单片机控制合闸完成后断开第一强激磁电源，随即低压保持电源开启，使合闸状态保持，实现无噪声节电吸持；

步骤3：当需要分闸时，所述单片机通过电路过零检测模块检测每一相的负载电流过零点，以过零点为基准，加上预设的延时时间后，同时开启连接主线圈的第一强激磁电源和连接辅助线圈的第二强激磁电源，在主线圈和辅助线圈分别施加大小相等极性相反的脉动直流电压，以此产生电磁反力，保证每一相在下一个负载电流过零点附近相继完成快速分闸，从而达到微电弧能量分断。

本发明结构精简，性能可靠，解决了交流接触器的节能问题、常规接触器分闸只能依靠弹簧反力的问题，以及分闸过程中产生大电弧的问题，提高了其产品的性能指标，使交流接触器具有电磁可控反力的三相独立控制功能，通过三相电磁可控反力的控制实现三相主触头的快速分断，减少触头烧烛，延长电器寿命；通过三相电磁系统的独立控制实现三相主触头带负载时的微电弧能量分断，采用直流高压吸合、直流低压吸持的控制策略，避免了铁心和线圈中绝大部分的损耗功率，从而取得较高的节电效果，同时，还可以降低或消除噪音，降低线圈的温升，并延长新型接触器的寿命。本发明及其优选方案通过单片机的检测和准确延时，能够大大提高零电流分断的成功率，且不会受限于电力电子元件的应用条件，从而大大简化了熄弧电路的设计。通过利用电磁反力能更加迅速地实现分闸，实现了快速分断的目的。每一相受单片机独立控制，可以对每一相分别实现零电流的分断，最大限度消除电弧出现的可能性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1是本发明实施例结构主剖视图；

图2是本发明实施例结构侧剖视图；

图3是本发明实施例控制原理示意图；

图4是本发明实施例强激磁电源电路原理图；

图5是本发明实施例低压保持电源电路原理图；

图6是本发明实施例单片机控制原理图；

图7是本发明实施例电路过零检测模块电路原理图；

图8是本发明实施例电路过零检测模块检测波形示意图；

图9是本发明实施例通过延时时间设置实现零电流分断原理示意图；

图中：1-静铁心；2-主线圈；3-反力弹簧；4-绝缘壳；5-动铁心；6-静触头；7-触头弹簧；8-辅助线圈；9-A相接触装置；10-B相接触装置；11-C相接触装置。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

如图2所示，本实施例装置包括：相互独立的三相接触装置：即A相接触装置9、B相接触装置10、C相接触装置11。

如图1所示，每一相接触装置的结构相同，包括相配合的设置有主线圈2的静铁心1和设置有辅助线圈8的动铁心5；动铁心5设置在绝缘壳4内侧，动铁心5两侧对称设置有两个反力弹簧3，两个反力弹簧3的一端固定，另一端与绝缘壳4内侧连接；绝缘壳4外侧连接触头弹簧7的一端；触头弹簧7的另一端对称连接有两个动触头；当静铁心1和动铁心5处于吸合状态时，两个动触头与对应的静触头6接触，构成电气连接；当静铁心1和动铁心5处于分离状态时，两个动触头与静触头6分离。

在本实施例中，动铁心5和静铁心1均为无剩磁硅钢片材料叠成。

如图3所示，在本实施例中，每一相接触装置分别连接强激磁电源、低压保持电源、以及电路过零检测模块，强激磁电源、低压保持电源、以及电路过零检测模块分别连接单片机。

其中，每一相接触装置连接的强激磁电源各有两个，其中一个连接主线圈2，另一个连接辅助线圈8；低压保持电源连接主线圈2。

在本实施例中，单片机采用STM32单片机最小系统。

如图4所示，强激磁电源为1、3引脚接AC220v电源，4引脚输出、2引脚接地的第一整流桥；第一整流桥的1、3引脚并联有第一压敏电阻；第一整流桥的2、4引脚并联有第二压敏电阻，本实施例去除了常规交流接触器的分磁环，利用整流桥元件将单相电源进行全波整流，得到脉动直流电压作为强激磁电源，压敏电阻则起到保护作用。

如图5所示，在低压保持电源中，单相电源经变压器转换为AC12V后接第二整流桥的1、3引脚；第二整流桥的2、4引脚分别接固定三端稳压器7812的1、2引脚，并与第一电容、第一有极性电解电容并联；固定三端稳压器7812的3、2引脚分别接固定三端稳压器7809的1、2引脚，并与第二电容、第二有极性电解电容并联；固定三端稳压器7809的3引脚输出DC9V电压，2引脚接地，2、3引脚之间并联有第三电容、第三有极性电解电容。

其中，第一电容、第二电容、第三电容的容量均为47000PF，第一有极性电解电容的容量为：1000μF，第二有极性电解电容的容量为：47μF；第三有极性电解电容的容量为：0.1μF。

在该模块中，单相电源经变压器转换电压至AC12V，然后由整流桥全波整流、有极性电解电容滤波，固定三端稳压器7812的稳压为DC12V的直流电源，再经过固定三端稳压器7809的稳压电路，输出DC9V的直流稳压电源。

如图6所示，在本实施例中，单片机经第一电子开关连接强激磁电源，经第二电子开关连接低压保持电源；单片机根据电路过零检测模块的输出值控制第一电子开关和第二电子开关的开闭。单片机对强激磁电源和低压保持电源的控制过程为：强激磁电源加在主线圈2两端带动动静铁心1完成吸合之后，单片机发出保持指令，关断强激磁电路，打开低压保持电路，接触器转入低压节能无声吸持阶段运行。为保证接触器的可靠吸持，低压保持电源应具有足够的功率，并输出稳定的直流电压为接触器提供吸持磁势。

如图7所述，电路过零检测模块包括比较器，在每一相在被测电压的正周期输出高电平，而在负周期输出低电平。

如图8所示，通过电路过零检测模块，可以将周期电流的零点判断转化为更为简单的高低电平判断，使得过零点判断得以容易实现。

综上所述，本实施例在使用过程中具体包括以下步骤：

步骤1：单片机通过电路过零检测模块的输出信号，以过零点为基准，对每一相独立选择不同的最佳合闸相角，对每一相在最佳合闸相角下开启连接主线圈2的第一强激磁电源，相继独立完成合闸；

步骤2：单片机关断第一强激磁电源，并同时控制低压保持电源开启，使合闸状态保持，实现无噪声节电吸持；

步骤3：当需要分闸时，单片机通过电路过零检测模块检测每一相的过零点，以过零点为基准，加上预设的延时时间后，同时开启连接主线圈2的第一强激磁电源和连接辅助线圈8的第二强激磁电源，在主线圈2和辅助线圈8分别施加等量且极性相反的电压，在负载电流基准过零点后的下一个过零点处完成分闸。

如图9所示，通过预设的延时时间实现负载电流下一个过零点分断的方法如下：由于三相交流电路的负载单相电流是周期电流，因而每一相电流过零点的时间是固定的。抓住这个特性，和是同一周期内负载交流电流经过零点的时刻，是单片机发出分断指令的时刻。当要进行分断动作时，单片机首先通过电路过零检测模块检测到零点时刻，然后延时约毫秒，并在时刻就发出分断指令，通过硬件实际的延时后，最终实际就在零点时刻附近分断，从而实现微电弧能量分断。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的具有电磁可控反力的三相独立控制接触器及其控制方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种具有电磁可控反力的三相独立控制接触器，其特征在于，包括：相互独立的三相动触头；每一相接触装置包括相配合的设置有主线圈的静铁心和设置有辅助线圈的动铁心；所述动铁心设置在绝缘壳内侧，所述动铁心两侧对称设置有两个反力弹簧，所述两个反力弹簧的一端固定，另一端与绝缘壳内侧连接；所述绝缘壳外侧连接触头弹簧的一端；所述触头弹簧的另一端对称连接有两个动触头；当所述静铁心和动铁心处于吸合状态时，两个动触头与对应的静触头接触；

每一相接触装置分别连接强激磁电源、低压保持电源、以及电路过零检测模块，所述强激磁电源、低压保持电源、以及电路过零检测模块分别连接单片机。

2.根据权利要求1所述的具有电磁可控反力的三相独立控制接触器，其特征在于：每一相接触装置连接的所述强激磁电源各有两个，其中一个连接主线圈，另一个连接辅助线圈；所述低压保持电源连接主线圈。

3.根据权利要求1所述的具有电磁可控反力的三相独立控制接触器，其特征在于：所述强激磁电源为1、3引脚接AC220v电源，4引脚输出、2引脚接地的第一整流桥；所述第一整流桥的1、3引脚并联有第一压敏电阻；所述第一整流桥的2、4引脚并联有第二压敏电阻。

4.根据权利要求1所述的具有电磁可控反力的三相独立控制接触器，其特征在于：在所述低压保持电源中，单相电源经变压器转换为AC12V后接第二整流桥的1、3引脚；所述第二整流桥的2、4引脚分别接固定三端稳压器7812的1、2引脚，并与第一电容、第一有极性电解电容并联；所述固定三端稳压器7812的3、2引脚分别接固定三端稳压器7809的1、2引脚，并与第二电容、第二有极性电解电容并联；所述固定三端稳压器7809的3引脚输出DC9V电压，2引脚接地，2、3引脚之间并联有第三电容、第三有极性电解电容。

5.根据权利要求3所述的具有电磁可控反力的三相独立控制接触器，其特征在于：所述第一电容、第二电容、第三电容的容量均为47000PF，所述第一有极性电解电容的容量为：1000μF，所述第二有极性电解电容的容量为：47μF；所述第三有极性电解电容的容量为：0.1μF。

6.根据权利要求1所述的具有电磁可控反力的三相独立控制接触器，其特征在于：所述电路过零检测模块包括比较器，在每一相在被测电压的正周期输出高电平，而在负周期输出低电平。

7.根据权利要求1所述的具有电磁可控反力的三相独立控制接触器，其特征在于：所述单片机经第一电子开关连接强激磁电源，经第二电子开关连接低压保持电源；所述单片机根据电路过零检测模块的输出值控制第一电子开关和第二电子开关的开闭。

8.根据权利要求2所述具有电磁可控反力的三相独立控制接触器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：所述单片机通过电路过零检测模块对每一相独立选择不同的最佳合闸相角，对每一相在最佳合闸相角下开启连接主线圈的第一强激磁电源，相继独立完成合闸；

步骤2：所述单片机控制合闸完成后断开第一强激磁电源，随即低压保持电源开启，使合闸状态保持；

步骤3：当需要分闸时，所述单片机通过电路过零检测模块检测每一相的负载电流过零点，以过零点为基准，加上预设的延时时间后，同时开启连接主线圈的第一强激磁电源和连接辅助线圈的第二强激磁电源，在主线圈和辅助线圈分别施加大小相等极性相反的脉动直流电压。