CN110349806B - 一种即插即用交流接触器智能化配件系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种即插即用交流接触器智能化配件系统及其实现方法，所述系统包括用于抑制高频干扰信号的EMI滤波器部分，控制交流接触器线圈电流的线圈驱动电路部分，采集线圈电流值的电流采集部分，采集控制电源经滤波整流后电压的电压采集部分，控制线圈驱动电路中开关管的驱动器部分，微型控制器部分，用于功能拓展的拓展口部分和辅助电源部分。其中微型控制器包含用于检测线圈电阻和电感的线圈参数在线检测部分，控制器参数估计部分和用于控制交流接触器吸合、吸持和分断过程的状态控制器部分；该配件系统通过在线检测线圈参数，估计控制器参数，自行匹配不同规格接触器，用于不同规格接触器时具备即插即用特性，实现其智能化工作与节能无声运行。

Description

一种即插即用交流接触器智能化配件系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及低压电器技术领域，特别是一种即插即用交流接触器智能化配件系统及其实现方法。
背景技术
交流接触器是低压电器中种类多、产量大、使用面广的工业控制领域产品。传统交流接触器具有操作简便，结构简单、技术成熟等优点，但还存在着诸多不足，例如功耗大、线圈温升高、振动噪声大，难以适应新能源、车载、电力系统等领域的发展。二十一世纪以来，由于电力电子技术的发展和引入，低压电器开始向智能化迈进。智能低压电器是智能化、网络化、信息化的低压电器，是现代电力系统和科学技术发展的产物，给人们的生产和生活带来了极大的便利，其中接触器的智能化一定程度上满足了人们对节能、无声运行等需求。目前，交流接触器智能化控制普遍采用脉宽调制控制方式，通过反馈工作过程的线圈电流等参数调节励磁能量，优化接触器运动过程，例如通过将交流电磁系统直流化以降低磁滞、涡流损耗，实现接触器的节能运行；通过减少线圈电流纹波及谐波，抑制铁心振动幅值，降低接触器合闸状态的噪音等。然而由于交流接触器规格种类繁多，在设计智能控制器时通常采用一对一设计，需根据交流接触器本体参数匹配控制器的参数，而控制器参数通常由技术人员采用工程调试等方式进行整定，过程繁琐复杂，阻碍了接触器智能化进程。为此，本发明发明了一种通过在线检测接触器参数以自行匹配控制参数、适用于不同规格交流接触器的、具备即插即用特性的智能化配件，无需调整即可实现多种规格交流接触器的智能化控制与节能无声运行。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种即插即用交流接触器智能化配件系统及其实现方法，实现接触器智能化配件模块无需调整即可对多种规格交流接触器进行智能化控制并使其节能无声运行。
本发明采用以下方案实现：一种即插即用交流接触器智能化配件系统，包括EMI滤波器、线圈驱动电路、电压采集单元、电流采集单元、驱动器、微型控制器、拓展口和辅助电源；
所述系统分别与外接的交流或直流控制电源和交流接触器线圈电性相连；所述交流或直流控制电源经EMI滤波器后与线圈驱动电路电性相连；所述线圈驱动电路与交流接触器线圈电性相连，用以控制所述交流接触器线圈的电流；所述交流或直流控制电源经EMI滤波器后还与所述辅助电源电性相连；所述辅助电源分别与所述电压采集单元、所述电流采集单元、所述驱动器、所述微型控制器和所述拓展口电性相连，用以提供电能；所述电压采集单元与所述线圈驱动电路电性相连，用以采集所述线圈驱动电路中整流桥输出端电压Uin；所述电流采集单元采集所述线圈驱动电路中的电流Icoil；所述驱动器还与所述线圈驱动电路电性相连，用以控制所述线圈驱动电路中的开关管；所述电压采集单元、所述电流采集单元、所述驱动器和所述拓展接口均与所述微型控制器电性相连。
进一步地，所述线圈驱动电路包括整流桥UR、第一开关管VT1、二极管VD、第二开关管VT2和瞬态抑制二极管TVS；所述EMI滤波器的输出端与所述整流桥UR的输入端连接；所述整流桥UR的一个输出端与所述第一开关管VT1的一端连接；所述整流桥UR的另一输出端分别与所述二极管VD的阳极、所述第二开关管VT2的一端和所述瞬态抑制二极管TVS的一端连接；所述二极管VD的阴极与所述第一开关管VT1的另一端连接，并作为所述线圈驱动电路的一输出端，并与所述交流接触器线圈一端相连；所述第二开关管VT2的另一端和所述瞬态抑制二极管TVS的另一端连接，并做为所述线圈驱动电路的另一输出端，并与所述交流接触器线圈另一端相连；所述电压采集单元与所述整流桥UR的一个输出端连接，用以采集这个输出端与所述第一开关管VT1连接节点处的电压Uin；所述电流采集单元采集所述第二开关管VT2的一端与所述二极管TVS的一端连接点处的电流，所述电流与所述交流接触器的线圈电流相同；所述驱动器与所述第一开关管VT1和所述第二开关管VT2连接，用以驱动所述第一开关管VT1和所述第二开关管VT2。
进一步地，所述微型控制器包括线圈参数在线检测单元、控制器参数估计单元和状态控制器；所述电压采集单元、所述电流采集单元和所述状态控制器均与所述线圈参数在线检测单元连接，用以将所述电压采集单元采集的所述线圈驱动电路中整流桥输出端电压Uin、所述电流采集单元采集的所述线圈驱动电路中的电流Icoil和所述状态控制器产生的控制占空比D输出到所述线圈参数在线检测单元，用以通过所述线圈参数在线检测单元估计所述接触器线圈的电阻和电感；所述控制器参数估计单元与所述线圈参数在线检测单元连接，用以接收所估计的电阻和电感，并根据估计值设定所述状态控制器的参数；所述状态控制器与所述控制器参数估计单元连接，用以接收参数；所述状态控制器通过根据所述电压采集单元和所述电流采集单元的输出的信号调节所述占空比D控制所述交流接触器的线圈电流，进而控制所述交流接触器的吸合、吸持和分断。
进一步地，本发明还提供一种基于即插即用交流接触器智能化配件系统的实现方法，包括以下步骤：
步骤S1：进行交流接触器吸合过程分析：当所述交流接触器保持在分闸位置，线圈的电感不变化、电流Icoil纹波小于平均值的十分之一时，所述交流接触器线圈电阻由下式估计：
Figure BDA0002175001780000041
当所述交流接触器线圈保持在分闸位置，线圈的电感不变化、开关管VT1和VT2持续导通时，交流接触器线圈的零电流响应方程满足下式：
Figure BDA0002175001780000042
其中，T为所述开关管VT1和VT2持续导通时间，根据零电流响应方程估计所述交流接触器处于分闸位置的线圈电感，如下式：
Figure BDA0002175001780000043
根据得到的线圈电阻和电感，吸合电流由下式估计：
Figure BDA0002175001780000051
其中，Uclose为交流接触器在交流控制电源下最低吸合电压，ωS为交流控制电源的频率；
步骤S2：进行交流接触器吸持过程分析：当所述交流接触器保持在合闸位置，线圈的电感不变化、所述开关管VT1保持截至、所述开关管VT2持续导通时，线圈的零输入响应过程满足下式：
Figure BDA0002175001780000052
其中，T为所述开关管VT1持续截至、VT2持续导通的时间，根据线圈的零电流响应方程估计交流接触器处于合闸位置的线圈电感，如下式：
Figure BDA0002175001780000053
在交流接触器吸持过程，所述状态控制器的电流环的根轨迹方程为下式：
Figure BDA0002175001780000054
其中，Kp为所述状态控制器的电流环的比例系数，Ki为所述状态控制器的电流环的积分系数，s为复频率；结合所述步骤S1所得到的线圈电阻和所述步骤S2所得到的合闸位置的线圈电感，可用于设定状态控制器的电流环的比例系数和积分系数；
步骤S3：进行交流接触器分断过程分析：当所述交流或直流控制电源撤离所述系统后，EMI滤波器中的残余电能被所述辅助电源、所述线圈驱动电路和所述交流接触器线圈消耗，用以使得所述电压采集单元能够快速反应所述交流或直流控制电源的变化，控制交流接触器分闸。
进一步地，所述步骤S1具体包括以下内容：所述第二开关管VT2保持导通，所述状态控制器通过所述驱动器驱动所述第一开关管VT1使得电流Icoil上升并维持在较低值即不超过吸合电流值，用以保证交流接触器保持在分闸位置且线圈的电感不变化，同时持续采集电流Icoil、电压Uin和占空比D并存储数据，维持交流控制电源下半个变化周期或直流控制电源下5-10ms内，用于检测所述交流接触器线圈的电阻和电感；提取在电流Icoil纹波小于平均值的十分之一期间的数据，估计得到所述交流接触器线圈的电阻Rcoil；提取电流快速上升期间的数据，根据零状态响应方程，得到所述交流接触器线圈的电感Lcoil；当所述的线圈参数在线检测单元对所述交流接触器线圈的电阻和电感在线检测结束后，估计交流接触器吸合电流Iclose，由所述状态控制器通过滞环比较控制方式使得线圈电流上升并维持在吸合电流值，用以使接触器合闸，随后接触器进入吸持过程。
进一步地，所述步骤S2具体包括以下内容：所述步骤S2具体包括以下内容：在交流接触器吸持过程，所述线圈驱动电路首先将所述第二开关管VT2保持导通，所述第一开关管VT1保持截止，所述交流接触器线圈的电流逐渐下降，通过零输入响应方程得到接触器处于合闸位置的线圈电感L’coil；随后，根据所述电感L’coil和步骤S1得到的线圈电阻Rcoil，由所述状态控制器的电流环的根轨迹方程设置状态控制器的比例、积分参数，用以实现所述系统的控制参数与不同规格交流接触器之间的匹配；同时，所述状态控制器的比例、积分系数满足使根轨迹方程中复频率的根为实数的条件并加以采用积分分离比例积分控制方式以抑制超调；最后，在所述状态控制器的参数设置完毕后，由所述状态控制器的功率环设定电流环的电流参考值，电流环经所述驱动器控制第一开关管VT1和第一开关管VT2，用以使得线圈电流平滑、快速地跟踪参考值，同时实现交流接触器的节能无声运行。
进一步地，所述步骤S3具体包括以下内容：在接触器的分断过程，当所述交流或直流控制电源电压高于分断电压阈值时，所述线圈驱动电路中所述状态控制器通过驱动器控制所述第一开关管VT1和第二开关管VT2使得线圈电流下降，由所述线圈驱动电路、所述交流接触器线圈和所述辅助电源消耗所述EMI滤波器内的残余电能，使所述整流后电压Uin快速降低，同时通过所述电压采样单元检测电压Uin是否低于分断电压阈值；当所述交流或直流控制电源电压低于分断电压阈值时，所述第一开关管VT1和所述第二开关管VT2保持截止，所述二极管TVS使线圈两端电压为负，线圈电流快速降低，使接触器分闸。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明实现接触器智能化配件与不同规格交流接触器的自行匹配、即插即用，无需调整即可对多种规格交流接触器进行智能化控制并使其节能无声运行。
附图说明
图1为本发明实施例的原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种即插即用交流接触器智能化配件系统，包括EMI滤波器、线圈驱动电路、电压采集单元、电流采集单元、驱动器、微型控制器、拓展口和辅助电源；
所述系统分别与外接的交流或直流控制电源和交流接触器线圈电性相连；所述交流或直流控制电源经EMI滤波器后与线圈驱动电路电性相连；所述线圈驱动电路与交流接触器线圈电性相连，用以控制所述交流接触器线圈的电流；所述交流或直流控制电源经EMI滤波器后还与所述辅助电源电性相连；所述辅助电源分别与所述电压采集单元、所述电流采集单元、所述驱动器、所述微型控制器和所述拓展口电性相连，用以提供电能；所述电压采集单元与所述线圈驱动电路电性相连，用以采集所述线圈驱动电路中整流桥输出端电压Uin；所述电流采集单元通过霍尔传感器或串联采样电阻的方式采集所述线圈驱动电路中的电流Icoil；所述驱动器还与所述线圈驱动电路电性相连，用以控制所述线圈驱动电路中的开关管VT1和VT2；所述电压采集单元、所述电流采集单元、所述驱动器和所述拓展接口均与所述微型控制器电性相连。
在本实施例中，所述线圈驱动电路包括整流桥UR、第一开关管VT1、二极管VD、第二开关管VT2和瞬态抑制二极管TVS；所述EMI滤波器的输出端与所述整流桥UR的输入端连接；所述整流桥UR的一个输出端与所述第一开关管VT1的一端连接；所述整流桥UR的另一输出端分别与所述二极管VD的阳极、所述第二开关管VT2的一端和所述瞬态抑制二极管TVS的一端连接；所述二极管VD的阴极与所述第一开关管VT1的另一端连接，并作为所述线圈驱动电路的一输出端，并与所述交流接触器线圈一端相连；所述第二开关管VT2的另一端和所述瞬态抑制二极管TVS的另一端连接，并做为所述线圈驱动电路的另一输出端，并与所述交流接触器线圈另一端相连；所述电压采集单元与所述整流桥UR的一个输出端连接，用以采集这个输出端与所述第一开关管VT1连接节点处的电压Uin；所述电流采集单元通过霍尔传感器或串联采样电阻的方式采集所述第二开关管VT2的一端与所述二极管TVS的一端连接点处的电流，所述电流与所述交流接触器的线圈电流相同；所述驱动器与所述第一开关管VT1和所述第二开关管VT2连接，用以驱动所述第一开关管VT1和所述第二开关管VT2。
在本实施例中，为减小即插即用交流接触器智能化配件的体积并削弱上电涌流和电容对配件使用寿命的影响，线圈驱动电路部分仅由半导体器件构成。在线圈驱动电路中，当所述第一开关管VT1和所述第二开关管VT2导通时，控制电源经滤波整流后得到的电压Uin施加在接触器线圈两端；当第一开关管VT1截止，第二开关管VT2导通时，线圈电流经由二极管VD、第二开关管VT2续流，接触器线圈两端电压为二极管VD的导通压降，可近似为零；当第一开关管VT1和所述第二开关管VT2截止时，瞬态抑制二极管TVS使得线圈两端电压为负。
在本实施例中，所述微型控制器包括线圈参数在线检测单元、控制器参数估计单元和状态控制器；所述电压采集单元、所述电流采集单元和所述状态控制器均与所述线圈参数在线检测单元连接，用以将采集的所述整流桥输出端电压Uin、所述电流Icoil和所述状态控制器产生的控制占空比D输出到所述线圈参数在线检测单元；所述线圈参数在线检测单元用以估计所述接触器线圈的电阻Rcoil和电感Lcoil；所述控制器参数估计单元与所述线圈参数在线检测单元连接，用以接收所估计的电阻和电感，并根据估计值设定所述状态控制器的参数；所述状态控制器与所述控制器参数估计单元连接，用以接收参数；所述状态控制器根据所述电压采集单元和所述电流采集单元的输出的信号调节占空比D控制所述交流接触器的线圈电流，进而控制所述交流接触器的吸合、吸持和分断过程，包括在吸合、吸持和分断状态作用的电流环和仅在吸持状态作用的功率环；所述电流环用以通过调节所述控制占空比D使得所述电流Icoil快速跟踪电流参考值；所述功率环用以通过估计所述交流接触器线圈的功耗，调节所述电流参考值，使得交流接触器在吸持过程节能无声运行。
在本实施例中，所述线圈参数在线检测单元接收所述电压采样单元采集的电压Uin、所述电流采样单元采集的电流Icoil和所述状态控制器产生的占空比D，得到所述交流接触器线圈的电阻Rcoil和电感Lcoil，并输出到所述控制器参数估计单元；所述控制器参数估计单元接收所述线圈参数在线检测单元对线圈电阻和电感的检测结果，结合所述状态控制器的传递函数估计控制器参数，并输出到所述状态控制器；所述状态控制器接收所述电压采集单元和所述电流采集单元的输出信号，控制所述交流接触器的吸合、吸持和分断过程；在吸合过程中，电流环根据所述电流Icoil调节所述占空比D，使得所述电流Icoil快速达到并保持在电流参考值；在吸持过程，功率环根据所述电流Icoil和所述电阻Rcoil估计线圈功耗并调节所述电流参考值，使得交流接触器维持低功耗运行，电流环使得所述电流Icoil快速跟踪电流参考值变化；在分断过程，当所述电压Uin高于分断电压阈值时，电流环使得线圈电流缓慢降低，由所述线圈驱动电路消耗EMI滤波器中的残余电能，当所述电压Uin低于分断电压阈值时，电流环使得线圈电流迅速降低。
本实施例还提供一种基于即插即用交流接触器智能化配件系统的实现方法，包括以下步骤：
步骤S1：进行交流接触器吸合过程分析，得到当所述交流接触器保持在分闸位置，线圈的电感不变化、电流Icoil纹波小于平均值的十分之一时，所述交流接触器线圈电阻可由下式估计：
Figure BDA0002175001780000111
当所述交流接触器保持在分闸位置，线圈的电感不变化、开关管VT1和VT2持续导通时，交流接触器线圈的零电流响应方程满足下式：
Figure BDA0002175001780000112
其中，T为所述开关管VT1和VT2持续导通时间，可根据零电流响应方程估计所述交流接触器处于分闸位置的线圈电感，如下式：
Figure BDA0002175001780000113
根据得到的线圈电阻和电感，吸合电流可由下式估计：
Figure BDA0002175001780000121
其中，Uclose表示交流接触器在交流控制电源下最低吸合电压，ωS为交流控制电源的频率。
步骤S2：进行交流接触器吸持过程分析，得到当所述交流接触器保持在合闸位置，线圈的电感不变化、所述开关管VT1保持截至、所述开关管VT2持续导通时，线圈的零输入响应过程满足下式：
Figure BDA0002175001780000122
其中，T为所述开关管VT1持续截至、VT2持续导通的时间，可根据线圈的零电流响应方程估计交流接触器处于合闸位置的线圈电感，如下式：
Figure BDA0002175001780000123
在交流接触器吸持过程，所述状态控制器的电流环的根轨迹方程为下式：
Figure BDA0002175001780000124
其中，Kp为所述状态控制器的电流环的比例系数，Ki为所述状态控制器的电流环的积分系数，s为复频率。结合所述步骤S1所得到的线圈电阻和所述步骤S2所得到的合闸位置的线圈电感，可用于设定状态控制器的电流环的比例系数和积分系数。
步骤S3：进行交流接触器分断过程分析，得到当所述交流或直流控制电源撤离所述即插即用交流接触器智能化配件后，EMI滤波器中的残余电能被所述辅助电源、所述线圈驱动电路和所述交流接触器线圈迅速消耗，使得所述电压采样部分能够快速反应所述交流或直流控制电源的变化，使得交流接触器智能化配件快速响应，控制交流接触器分闸。
在本实施例中，所述步骤S1具体包括以下内容：在交流接触器吸合过程，所述第二开关管VT2保持导通，所述状态控制器通过所述驱动器驱动所述第一开关管VT1使得电流Icoil上升并维持在较低值(不超过吸合电流值)，用以保证交流接触器保持在分闸位置且线圈的电感不变化，同时持续采集电流Icoil、电压Uin和占空比D并存储数据，维持交流控制电源下半个变化周期或直流控制电源下短时间段内(5-10ms内)，用于检测所述交流接触器线圈的电阻和电感；提取在电流Icoil纹波小于平均值的十分之一期间的数据，估计得到所述交流接触器线圈的电阻Rcoil；提取电流快速上升期间的数据，根据零状态响应方程，得到所述交流接触器线圈的电感Lcoil；当所述的线圈参数在线检测单元对所述交流接触器线圈的电阻和电感在线检测结束后，估计交流接触器吸合电流Iclose，由所述状态控制器通过滞环比较控制方式使得线圈电流上升并维持在吸合电流值，使接触器合闸，随后接触器进入吸持过程。
在本实施例中，所述步骤S2具体包括以下内容：在交流接触器吸持过程，所述线圈驱动电路首先将所述第二开关管VT2保持导通，所述第一开关管VT1保持截止，所述交流接触器线圈的电流逐渐下降，通过零输入响应方程得到接触器处于合闸位置的线圈电感L’coil；随后，根据所述电感L’coil和步骤S1得到的线圈电阻Rcoil，由所述状态控制器的电流环的根轨迹方程设置状态控制器的比例、积分参数，用以实现所述系统的控制参数与不同规格交流接触器之间的匹配；同时，所述状态控制器的比例、积分系数满足使根轨迹方程中复频率的根为实数的条件并加以采用积分分离比例积分控制方式以抑制超调；最后，在所述状态控制器的参数设置完毕后，由所述状态控制器的功率环设定电流环的电流参考值，电流环经所述驱动器控制第一开关管VT1和第二开关管VT2，用以使得线圈电流平滑、快速地跟踪参考值，同时实现交流接触器的节能无声运行。
在本实施例中，所述步骤S3具体包括以下内容：在接触器的分断过程，当所述交流或直流控制电源电压高于分断电压阈值时，所述线圈驱动电路中所述状态控制器通过驱动器控制所述第一开关管VT1和第二开关管VT2使得线圈电流缓慢下降，由所述线圈驱动电路、所述交流接触器线圈和所述辅助电源快速消耗所述EMI滤波器内的残余电能，使所述整流后电压Uin快速降低，同时通过所述电压采样单元检测电压Uin是否低于分断电压阈值；当所述交流或直流控制电源电压低于分断电压阈值时，所述第一开关管VT1和所述第二开关管VT2保持截止，所述二极管TVS使线圈两端电压为负，线圈电流快速降低，使接触器分闸。
在本实施例中，即插即用交流接触器智能化配件系统包含用于抑制高频干扰信号的EMI滤波器部分，控制交流接触器线圈电流的线圈驱动电路部分，采集线圈电流值的电流采集部分，采集控制电源经滤波整流后电压的电压采集部分，控制线圈驱动电路中开关管的驱动器部分，微型控制器部分，用于功能拓展的拓展口部分和辅助电源部分。其中微型控制器包含用于检测线圈电阻和电感的线圈参数在线检测部分，控制器参数估计部分和用于控制交流接触器吸合、吸持和分断过程的状态控制器部分；该配件系统通过在线检测线圈参数，估计控制器参数，自行匹配不同规格接触器，用于不同规格接触器时具备即插即用特性，实现其智能化工作与节能无声运行。
较佳的，本实施例(1)建立了接触器处于合闸或分闸位置的线圈参数在线检测方案，实现智能化配件对不同规格交流接触器参数的在线检测，为配件自行匹配接触器奠定基础。在接触器分闸位置将线圈电流控制在较小值，持续采集线圈电流变化过程的励磁电压、线圈电流和占空比，求得线圈电阻和接触器在分闸位置的线圈电感；在接触器合闸位置，根据持续续流过程中线圈电流的变化情况，通过零输入响应方程求得接触器在合闸位置的线圈电感。
(2)建立了通过接触器线圈参数检测结果在线设置控制器参数的方案，实现交流接触器智能化配件与多种规格交流接触器之间的自行匹配，具备即插即用特性。当接触器处于分闸位置时，根据不同规格交流接触器的线圈参数在线检测结果，设置吸合电流值，通过滞缓比较控制方式使线圈电流快速上升并保持在吸合电流值，使接触器合闸；当接触器处于合闸位置时，以线圈参数在线检测结果为基础，根据控制策略的根轨迹估计电流闭环控制器中的控制参数，使线圈电流快速跟踪并维持在参考值。
(3)建立了交流接触器的功率环和电流环的运行状态控制方案，在接触器吸持过程通过反馈功率自行设定吸持电流值，使配备智能化配件后的多种规格交流接触器在节能无声运行时获得最大吸持电流以抵抗振动冲击。在接触器吸持过程，功率环通过估计配备智能化配件后的交流接触器的功耗，调节线圈电流参考值，由电流环通过控制占空比使得线圈电流快速跟踪并稳定在参考值，使交流接触器节能无声运行时获得最大吸持电流。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种即插即用交流接触器智能化配件系统，其特征在于：包括EMI滤波器、线圈驱动电路、电压采集单元、电流采集单元、驱动器单元、微型控制器、拓展口和辅助电源；
所述系统分别与外接的交流或直流控制电源和交流接触器线圈电性相连；所述交流或直流控制电源经EMI滤波器后与线圈驱动电路电性相连；所述线圈驱动电路与交流接触器线圈电性相连，用以控制所述交流接触器线圈的电流；所述交流或直流控制电源经EMI滤波器后还与所述辅助电源电性相连；所述辅助电源分别与所述电压采集单元、所述电流采集单元、所述驱动器单元、所述微型控制器和所述拓展口电性相连，用以提供电能；所述电压采集单元与所述线圈驱动电路电性相连，用以采集所述线圈驱动电路中整流桥输出端电压Uin；所述电流采集单元采集所述线圈驱动电路中的电流Icoil；所述驱动器单元还与所述线圈驱动电路电性相连，用以控制所述线圈驱动电路中的开关管；所述电压采集单元、所述电流采集单元、所述驱动器单元和所述 拓展口均与所述微型控制器电性相连；
所述线圈驱动电路包括整流桥UR、第一开关管VT1、二极管VD、第二开关管VT2和瞬态抑制二极管TVS；所述EMI滤波器的输出端与所述整流桥UR的输入端连接；所述整流桥UR的一个输出端与所述第一开关管VT1的一端连接；所述整流桥UR的另一输出端分别与所述二极管VD的阳极、所述第二开关管VT2的一端和所述瞬态抑制二极管TVS的一端连接；所述二极管VD的阴极与所述第一开关管VT1的另一端连接，并作为所述线圈驱动电路的一输出端，并与所述交流接触器线圈一端相连；所述第二开关管VT2的另一端和所述瞬态抑制二极管TVS的另一端连接，并作为所述线圈驱动电路的另一输出端，并与所述交流接触器线圈另一端相连；所述电压采集单元与所述整流桥UR的一个输出端连接，用以采集这个输出端与所述第一开关管VT1连接节点处的电压Uin；所述电流采集单元采集所述第二开关管VT2的一端与所述瞬态抑制二极管TVS的一端连接点处的电流，所述电流与所述交流接触器的线圈电流相同；所述驱动器单元与所述第一开关管VT1和所述第二开关管VT2连接，用以驱动所述第一开关管VT1和所述第二开关管VT2；
上述智能化配件系统的实现方法，包括以下步骤：
步骤S1：进行交流接触器吸合过程分析：当所述交流接触器保持在分闸位置，线圈的电感不变化、电流Icoil纹波小于平均值的十分之一时，所述交流接触器线圈电阻由下式估计：
Figure FDA0002879448720000021
D表示所述微型控制器输出的占空比；当所述交流接触器保持在分闸位置，线圈的电感不变化、开关管VT1和VT2持续导通时，交流接触器线圈的零电流响应方程满足下式：
Figure FDA0002879448720000022
其中，T为所述开关管VT1和VT2持续导通时间，根据零电流响应方程估计所述交流接触器处于分闸位置的线圈电感，如下式：
Figure FDA0002879448720000023
根据得到的线圈电阻和电感，吸合电流由下式估计：
Figure FDA0002879448720000031
其中，Uclose为交流接触器在交流控制电源下最低吸合电压，ωS为交流控制电源的频率；
步骤S2：进行交流接触器吸持过程分析：当所述交流接触器保持在合闸位置，线圈的电感不变化、所述开关管VT1保持截止、所述开关管VT2持续导通时，线圈的零输入响应过程满足下式：
Figure FDA0002879448720000032
其中，T为所述开关管VT1持续截止、VT2持续导通的时间，根据线圈的零电流响应方程估计交流接触器处于合闸位置的线圈电感，如下式：
Figure FDA0002879448720000033
在交流接触器吸持过程，状态控制器的电流环的根轨迹方程为下式：
Figure FDA0002879448720000034
其中，Kp为状态控制器的电流环的比例系数，Ki为状态控制器的电流环的积分系数，s为复频率；结合所述步骤S1所得到的线圈电阻和所述步骤S2所得到的合闸位置的线圈电感，可用于设定状态控制器的电流环的比例系数和积分系数；
步骤S3：进行交流接触器分断过程分析：当所述交流或直流控制电源撤离所述系统后，EMI滤波器中的残余电能被所述辅助电源、所述线圈驱动电路和所述交流接触器线圈消耗，用以使得所述电压采集单元能够快速反应所述交流或直流控制电源的变化，控制交流接触器分闸。
2.根据权利要求1所述的一种即插即用交流接触器智能化配件系统，其特征在于：所述微型控制器包括线圈参数在线检测单元、控制器参数估计单元和状态控制器；所述电压采集单元、所述电流采集单元和所述状态控制器均与所述线圈参数在线检测单元连接，用以将所述电压采集单元采集的所述线圈驱动电路中整流桥输出端电压Uin、所述电流采集单元采集的所述线圈驱动电路中的电流Icoil和所述状态控制器产生的控制占空比D输出到所述线圈参数在线检测单元，用以通过所述线圈参数在线检测单元估计所述交流接触器线圈的电阻和电感；所述控制器参数估计单元与所述线圈参数在线检测单元连接，用以接收所估计的电阻和电感，并根据估计值设定所述状态控制器的参数；所述状态控制器与所述控制器参数估计单元连接，用以接收参数；所述状态控制器根据所述电压采集单元和所述电流采集单元的输出的信号调节所述占空比D控制所述交流接触器的线圈电流，进而控制所述交流接触器的吸合、吸持和分断。
3.根据权利要求1所述的一种即插即用交流接触器智能化配件系统，其特征在于：步骤S1中所述进行在交流接触器吸合过程分析具体内容为：所述第二开关管VT2保持导通，所述状态控制器通过所述驱动器单元驱动所述第一开关管VT1使得电流Icoil上升并维持在较低值即不超过吸合电流值，用以保证交流接触器保持在分闸位置且线圈的电感不变化，同时持续采集电流Icoil、电压Uin和占空比D并存储数据，在交流控制电源下维持半个电源周期或在直流控制电源下维持5-10ms，用于检测所述交流接触器线圈的电阻和电感；提取在电流Icoil纹波小于平均值的十分之一期间的数据，估计得到所述交流接触器线圈的电阻Rcoil；提取电流快速上升期间的数据，根据零状态响应方程，得到所述交流接触器线圈的电感Lcoil；在线检测单元对所述交流接触器线圈的电阻和电感在线检测结束后，估计交流接触器吸合电流Iclose，由所述状态控制器通过滞环比较控制方式使得线圈电流上升并维持在吸合电流值，用以使接触器合闸，随后接触器进入吸持过程。
4.根据权利要求1所述的一种即插即用交流接触器智能化配件系统，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下内容：在交流接触器吸持过程，所述线圈驱动电路首先将所述第二开关管VT2保持导通，所述第一开关管VT1保持截止，所述交流接触器线圈的电流逐渐下降，通过零输入响应方程得到接触器处于合闸位置的线圈电感L’coil；随后，根据所述电感L’coil和步骤S1得到的线圈电阻Rcoil，由所述状态控制器的电流环的根轨迹方程设置状态控制器的比例、积分参数，用以实现所述系统的控制参数与不同规格交流接触器之间的匹配；同时，所述状态控制器的比例、积分系数满足使根轨迹方程中复频率的根为实数的条件并加以采用积分分离比例积分控制方式以抑制超调；最后，在所述状态控制器的参数设置完毕后，由所述状态控制器的功率环设定电流环的电流参考值，电流环经所述驱动器控制第一开关管VT1和第一开关管VT2，用以使得线圈电流平滑、快速地跟踪参考值，同时实现交流接触器的节能无声运行。
5.根据权利要求1所述的一种即插即用交流接触器智能化配件系统，其特征在于：所述步骤S3具体包括以下内容：在接触器的分断过程，当所述交流或直流控制电源电压高于分断电压阈值时，所述线圈驱动电路中所述状态控制器通过驱动器单元控制所述第一开关管VT1和第二开关管VT2使得线圈电流下降，由所述线圈驱动电路、所述交流接触器线圈和所述辅助电源消耗所述EMI滤波器内的残余电能，使所述整流后电压Uin快速降低，同时通过所述电压采样单元检测电压Uin是否低于分断电压阈值；当所述交流或直流控制电源电压低于分断电压阈值时，所述第一开关管VT1和所述第二开关管VT2保持截止，所述瞬态抑制二极管TVS使线圈两端电压为负，线圈电流快速降低，使接触器分闸。
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