CN109828198A - 一种交流接触器寿命预测模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流接触器寿命预测模块，其包括：线圈电流检测模块、主回路电流检测模块、主触点温度检测模块、环境温度检测模块、中央处理模块、电源模块、辅助开关检测模块、通讯模块以及外部存储模块。本发明用于对交流接触器的寿命进行智能监测，通过监测交流接触器工作过程中的多个参数并对其进行处理分析，从而累计接触器不同工作状态次数以及寿命状态，预计剩余寿命，实现交流接触器失效前的替换，有利于整机可靠性的提高。

Description

一种交流接触器寿命预测模块

技术领域

本发明涉及接触器领域，具体而言，涉及一种交流接触器寿命预测模块。

背景技术

随着新型触头材料的应用以及新型操动机构的设计，交流接触器的性能已有显著提高，但是，触头分断过程中，电弧对于触头的烧蚀仍限制着交流接触器寿命，使得交流接触器电气寿命仍远远小于其机械寿命。若能够实现交流接触器的智能化，则有望进一步提高接触器的可靠性。

目前，对交流接触器智能化的研究，主要重点在于实现交流接触器有关节能、无声运行，闭合、吸持、开断过程的性能，其主要侧重于对交流接触器每一分段的工作过程的智能控制，虽然能够减轻对于触头的烧蚀，但触头的烧蚀无法完全避免，因此这仍然限制着交流接触器可靠性的提高。

发明内容

本发明提供一种交流接触器寿命预测模块，用以对交流接触器的寿命进行预测，以在交流接触器寿命临近到达前进行预警，进而提高交流接触器使用的安全性和可靠性。

为达到上述目的，本发明提供了一种交流接触器寿命预测模块，其包括：

线圈电流检测模块，用于检测交流接触器中驱动线圈的电流，所述驱动线圈由一交流接触器驱动模块进行驱动；

主回路电流检测模块，用于检测交流接触器主回路中的电流；

主触点温度检测模块，用于检测交流接触器中主触点的温度；

环境温度检测模块，用于检测环境温度；

中央处理模块，用于对电流和温度进行处理分析，对交流接触器的工作状态进行判断和次数累计；

电源模块，连接在所述交流接触器驱动模块与所述中央处理模块之间；

辅助开关检测模块，与中央处理模块连接，包括一辅助触点，辅助触点与主触点控制机构连接，以与主触点同步执行闭合/分断动作，辅助开关检测模块用于检测主触点与辅助触点的状态是否一致；通讯模块，与所述中央处理模块连接；

外部存储模块，与所述中央处理模块连接，

中央处理模块执行以下处理：

(1)判断衔铁吸合时间，驱动线圈中的电流波形出现下尖峰的时间即为衔铁吸合时间；

(2)判断主回路上电时间，将主回路中的电流转变为电压并对其进行采样，当连续N个采样点的电压大于一预设电压值U时，则判断主回路已上电；

(3)比较衔铁吸合时间与主回路上电时间，当衔铁吸合时间早于主回路上电时间时，则判断交流接触器为带载吸合，否则为空载吸合，根据主回路中的电流数值判断线圈掉电时刻主回路中的电流情况，若线圈掉电时刻主回路中的电流数值不为0，则判断交流接触器为带载分断，否则为空载分断，并累计交流接触器带载吸合次数、空载吸合次数、带载分断次数以及空载分断次数，当出现以下任一情况时，中央处理模块进行报警：带载吸合次数超过N1、空载吸合次数超过N2、带载分断次数超过N3、空载分断次数超过N4；

(4)根据驱动线圈中的电流得出驱动线圈上电时刻和掉电时刻，判断主回路处于吸合燃弧阶段、释放燃弧阶段中的哪一阶段并分别对吸合燃弧阶段和释放燃弧阶段中主回路中的电流进行积分处理，得到接触器吸合燃弧电量以及释放燃弧电量，当出现以下任一情况时，中央处理模块进行报警：接触器吸合燃弧电量超过一第一阈值T1、释放燃弧电量超过一第二阈值T2；

(5)计算主触点的温度与环境温度的差值，以获得主触点温度升高值，根据主回路中的电流与主触点温度升高值计算主触点的接触电阻并判断是否超过接触电阻阈值V，若超过则进行报警；

(6)读取辅助开关检测模块的检测结果，若检测结果为主触点与辅助触点的状态不一致则进行报警。

在本发明的一实施例中，所述中央处理模块为STM32芯片。

在本发明的一实施例中，所述电源模块包括三端线性稳压器LM7805和线性稳压芯片ASM1117-3.3。

在本发明的一实施例中，线圈电流检测模块为手工绕制的电流互感器。

在本发明的一实施例中，所述主回路电流检测模块为罗氏线圈。

在本发明的一实施例中，交流接触器为单相交流接触器或三相交流接触器。

在本发明的一实施例中，主触点温度检测模块和环境温度检测模块采用DS18B20或AD590。

在本发明的一实施例中，通讯模块通过RS485或RS232接口与中央处理模块连接。

在本发明的一实施例中，外部存储模块为Flash闪存芯片。

在本发明的一实施例中，接触电阻阈值V为交流接触器正常工作时的接触电阻。

本发明提供的交流接触器寿命预测模块用于对交流接触器的寿命进行智能监测，通过监测交流接触器工作过程中的多个参数并对其进行处理分析，从而累计接触器不同工作状态次数以及寿命状态，预计剩余寿命，实现交流接触器失效前的替换，有利于整机可靠性的提高。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的针对单相交流接触器的交流接触器寿命预测模块；

图2为本发明提供的针对三相交流接触器的交流接触器寿命预测模块；

图3为交流接触器吸合次数累计为100000时的寿命判断流程图；

图4为本发明判断接触电阻处于正常/报警状态的处理流程图；

图5为衔铁吸合前后一段时间内，驱动线圈中的电流信号经处理后转换为的电压波形示意图。

附图标记说明：1-线圈电流检测模块；2-主回路电流检测模块；3-主触点温度检测模块；4-环境温度检测模块；5-中央处理模块；6-电源模块；7-辅助开关检测模块；71-辅助触点；8-通讯模块；9-外部存储模块；10-驱动线圈；11-交流接触器驱动模块；12-主触点。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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付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。

本发明中的交流接触器可以为单相交流接触器或三相交流接触器，也即本发明可以对单相交流接触器或三相交流接触器的寿命进行预测，图1为本发明提供的针对单相交流接触器的交流接触器寿命预测模块，图2为本发明提供的针对三相交流接触器的交流接触器寿命预测模块，如图1、图2所示，本发明提供的交流接触器寿命预测模块，其包括：

线圈电流检测模块1，用于检测交流接触器中驱动线圈10的电流，驱动线圈10由一交流接触器驱动模块11进行驱动，本实施例中，驱动线圈10中的电流为10A的交流电，线圈电流检测模块1为手工绕制的电流互感器，电流互感器将所采集的驱动线圈10的电流信号转换成电压信号，进行直流偏移将信号抬升至0V以上，利用运算放大器放大11倍，再将信号输出；

主回路电流检测模块2，用于检测交流接触器主回路中的电流，本实施例中，主回路电流检测模块2为罗氏线圈，罗氏线圈将采集的主回路电流信号转换成电压信号，进行直流偏移将信号抬升至0V以上，利用运算放大器放大11倍，再将信号输出；

主触点温度检测模块3，用于检测交流接触器中主触点12的温度，本实施例中，主触点温度检测模块3例如可以采用DS18B20或AD590；

环境温度检测模块4，用于检测环境温度，此处的环境温度指的是交流接触器内部腔室的温度，本实施例中，环境温度检测模块4例如可以采用DS18B20或AD590；

中央处理模块5，用于对电流和温度进行处理分析，对交流接触器的工作状态进行判断和次数累计，本实施例中，中央处理模块5选用的是为STM32芯片；

电源模块6，连接在交流接触器驱动模块11与中央处理模块5之间，本实施例中，为保证电源质量以及电源转换效率，选择使用线性芯片进行转换，具体的，电源模块6包括三端线性稳压器LM7805和线性稳压芯片ASM1117-3.3，三端线性稳压器LM7805将交流接触器驱动模块11提供的12V电压降至5V，再由线性稳压芯片ASM1117-3.3将电压降至3.3V，以供给中央处理模块5使用；

辅助开关检测模块7，与中央处理模块5连接，包括一辅助触点71，辅助触点71与主触点控制机构(主触点控制机构本身与主触点连接，用于控制主触点闭合/分断，图中未示出主触点控制机构)连接，以与主触点12同步执行闭合/分断动作，辅助开关检测模块7用于检测主触点12与辅助触点71的状态是否一致；

通讯模块8，与中央处理模块5连接，本实施例中，通讯模块8通过RS485或RS232接口与中央处理模块5连接；

外部存储模块9，与中央处理模块5连接，本实施例中，外部存储模块9为Flash闪存芯片，中央处理模块5通过SPI接口与Flash闪存芯片连接，Flash闪存芯片中存储有交流接触器的历史信息，交流接触器每次开始工作时，Flash闪存芯片中存储的历史信息传输至中央处理模块5，以供中央处理模块5对交流接触器继续进行状态监测、故障诊断，

中央处理模块5执行以下处理：

(1)判断衔铁吸合时间，驱动线圈10中的电流波形(电压波形)出现下尖峰的时间即为衔铁吸合时间，如图5所示为衔铁吸合前后一段时间内，驱动线圈中的电流信号经处理后转换为的电压波形示意图，因电流波形出现下尖峰时，对应的电压波形也呈现下尖峰，故从电压波形判断衔铁吸合时间与从电流波形判断衔铁吸合时间的结果一致，故可以选取电流或电压波形中的任意一种进行判断；

(2)判断主回路上电时间，将主回路中的电流转变为电压并对其进行采样，当连续N个采样点的电压大于一预设电压值U时，则判断主回路已上电，此处N例如可以取为8，采样频率可为2kHz，U例如可以取为550；

(3)比较衔铁吸合时间与主回路上电时间，当衔铁吸合时间早于主回路上电时间时，则判断交流接触器为带载吸合，否则为空载吸合，根据主回路中的电流数值判断线圈掉电时刻主回路中的电流情况，若线圈掉电时刻主回路中的电流数值不为0，则判断交流接触器为带载分断，否则为空载分断，并累计交流接触器带载吸合次数、空载吸合次数、带载分断次数以及空载分断次数，当出现以下任一情况时，中央处理模块5进行报警：带载吸合次数超过N1、空载吸合次数超过N2、带载分断次数超过N3、空载分断次数超过N4，此处N1、N3例如可以取为100000，N2、N4例如可以取为1000000，，当带载吸合次数超过N1，则交流接触器的额定电寿命临近，当空载吸合次数超过N2，则交流接触器的额定机械寿命临近；

(4)根据驱动线圈10中的电流得出驱动线圈10上电时刻和掉电时刻，判断主回路处于吸合燃弧阶段、释放燃弧阶段中的哪一阶段并分别对吸合燃弧阶段和释放燃弧阶段中主回路中的电流进行积分处理，得到接触器吸合燃弧电量以及释放燃弧电量，当出现以下任一情况时，中央处理模块5进行报警：接触器吸合燃弧电量超过一第一阈值T1、释放燃弧电量超过一第二阈值T2，此处T1例如可以取为5000C，T2例如可以取为10000C；

(5)计算主触点12的温度与环境温度的差值，以获得主触点温度升高值，根据主回路中的电流与主触点温度升高值计算主触点12的接触电阻并判断是否超过接触电阻阈值V，若超过则进行报警，其中，接触电阻阈值V为交流接触器正常工作时的接触电阻，此处V例如可以取为50mΩ，计算接触电阻的方式例如可以通过建立数学模型等方式来进行，此为本领域技术人员所熟知的技术，在此不予赘述；

(6)读取辅助开关检测模块7的检测结果，若检测结果为主触点12与辅助触点71的状态不一致则进行报警，本发明中，由于辅助触点71与主触点控制机构连接，接收的是与主触点一致的闭合/分断命令，故其与主触点同步闭合/分断，若二者动作不一致，则意味着主触点工作异常，不能按照主触点控制机构发出的命令进行正常闭合/分断。

本发明中，中央处理模块5发生以上报警时，意味着交流接触器已经出现故障或寿命临近，使用者应对其进行检修或更换。

本发明中的中央处理模块5、外部存储模块9可以进一步与一PC端连接，以便于对监控过程中的数据进行更直观的呈现和后续处理。

本发明中，可以不对带载吸合次数和空载吸合次数进行分别累计而是将二者的总次数进行累计，例如，若预计交流接触器的吸合次数的上限为10000，则带载吸合次数和空载吸合次数达到100000时进行报警，如图3所示为交流接触器吸合次数累计为100000时的寿命判断流程图。

图4为本发明判断接触电阻处于正常/报警状态的处理流程图，如图4所示以采用DS18B20进行温度采集为例，当判断接触电阻超差(超过正常工作时的接触电阻数值)时，进行故障预警。

本发明提供的交流接触器寿命预测模块用于对交流接触器的寿命进行智能监测，通过监测交流接触器工作过程中的多个参数并对其进行处理分析，从而累计接触器不同工作状态次数以及和寿命状态，预计剩余寿命，实现交流接触器失效前的替换，有利于整机可靠性的提高。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种交流接触器寿命预测模块，其特征在于，包括：

线圈电流检测模块，用于检测交流接触器中驱动线圈的电流，所述驱动线圈由一交流接触器驱动模块进行驱动；

主回路电流检测模块，用于检测交流接触器主回路中的电流；

主触点温度检测模块，用于检测交流接触器中主触点的温度；

环境温度检测模块，用于检测环境温度；

中央处理模块，用于对电流和温度进行处理分析，对交流接触器的工作状态进行判断和次数累计；

电源模块，连接在所述交流接触器驱动模块与所述中央处理模块之间；

辅助开关检测模块，与中央处理模块连接，包括一辅助触点，辅助触点与主触点控制机构连接，以与主触点同步执行闭合/分断动作，辅助开关检测模块用于检测主触点与辅助触点的状态是否一致；

通讯模块，与所述中央处理模块连接；

外部存储模块，与所述中央处理模块连接，

中央处理模块执行以下处理：

(1)判断衔铁吸合时间，驱动线圈中的电流波形出现下尖峰的时间即为衔铁吸合时间；

(2)判断主回路上电时间，将主回路中的电流转变为电压并对其进行采样，当连续N个采样点的电压大于一预设电压值U时，则判断主回路已上电；

(3)比较衔铁吸合时间与主回路上电时间，当衔铁吸合时间早于主回路上电时间时，则判断交流接触器为带载吸合，否则为空载吸合，根据主回路中的电流数值判断线圈掉电时刻主回路中的电流情况，若线圈掉电时刻主回路中的电流数值不为0，则判断交流接触器为带载分断，否则为空载分断，并累计交流接触器带载吸合次数、空载吸合次数、带载分断次数以及空载分断次数，当出现以下任一情况时，中央处理模块进行报警：带载吸合次数超过N1、空载吸合次数超过N2、带载分断次数超过N3、空载分断次数超过N4；

(4)根据驱动线圈中的电流得出驱动线圈上电时刻和掉电时刻，判断主回路处于吸合燃弧阶段、释放燃弧阶段中的哪一阶段并分别对吸合燃弧阶段和释放燃弧阶段中主回路中的电流进行积分处理，得到接触器吸合燃弧电量以及释放燃弧电量，当出现以下任一情况时，中央处理模块进行报警：接触器吸合燃弧电量超过一第一阈值T1、释放燃弧电量超过一第二阈值T2；

(5)计算主触点的温度与环境温度的差值，以获得主触点温度升高值，根据主回路中的电流与主触点温度升高值计算主触点的接触电阻并判断是否超过接触电阻阈值V，若超过则进行报警；

(6)读取辅助开关检测模块的检测结果，若检测结果为主触点与辅助触点的状态不一致则进行报警。

2.根据权利要求1所述的交流接触器寿命预测模块，其特征在于，所述中央处理模块为STM32芯片。

3.根据权利要求1所述的交流接触器寿命预测模块，其特征在于，所述电源模块包括三端线性稳压器LM7805和线性稳压芯片ASM1117-3.3。

4.根据权利要求1所述的交流接触器寿命预测模块，其特征在于，线圈电流检测模块为手工绕制的电流互感器。

5.根据权利要求1所述的交流接触器寿命预测模块，其特征在于，所述主回路电流检测模块为罗氏线圈。

6.根据权利要求1所述的交流接触器寿命预测模块，其特征在于，交流接触器为单相交流接触器或三相交流接触器。

7.根据权利要求1所述的交流接触器寿命预测模块，其特征在于，主触点温度检测模块和环境温度检测模块采用DS18B20或AD590。

8.根据权利要求1所述的交流接触器寿命预测模块，其特征在于，通讯模块通过RS485或RS232接口与中央处理模块连接。

9.根据权利要求1所述的交流接触器寿命预测模块，其特征在于，外部存储模块为Flash闪存芯片。

10.根据权利要求1所述的交流接触器寿命预测模块，其特征在于，接触电阻阈值V为交流接触器正常工作时的接触电阻。