CN110391113B - 电磁接触器、线圈电流控制方法、装置 - Google Patents

电磁接触器、线圈电流控制方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电磁接触器、线圈电流控制方法、装置，其中，所述方法包括：电磁接触器线圈中流过电流，带动触点处于闭合状态时，检测线圈电流值；当检测到所述线圈电流值处于持续下降状态时，减少输入线圈的线圈电压，以降低所述线圈电流值；调制线圈电压信号，维持线圈电流值处于稳定状态。采用上述方案，可以控制线圈电流值处于数值较小且稳定的状态，进而解决电磁接触器维持触点闭合状态的电流大、损耗高、且吸合不可靠问题。

Description

电磁接触器、线圈电流控制方法、装置
技术领域
本发明涉及机电领域，尤其涉及一种电磁接触器、线圈电流控制方法、装置。
背景技术
电磁式接触器作为一种常用的开关设备，被广泛地应用于电力系统与工业生产的各个领域中。
现有技术中，电磁接触器在应用过程中，由于电磁接触器的线圈电流没有得到有效的控制，大量的能量被消耗在线圈中。当输入线圈的线圈电压发生波动时，还会使接触器的可靠性下降。
发明内容
发明目的：针对现有技术缺陷，本发明旨在提供一种电磁接触器、线圈电流控制方法、装置，以实现自适应控制线圈电流大小，达到线圈电流闭环控制的效果，进而解决电磁接触器维持电流大、损耗高、吸合不可靠问题。
技术方案：本发明实施例中提供一种电磁接触器的线圈电流控制方法，包括：电磁接触器线圈中流过电流，带动触点处于闭合状态时，检测线圈电流值；当检测到所述线圈电流值处于持续下降状态时，减少输入线圈的线圈电压，以降低所述线圈电流值；调制线圈电压信号，维持线圈电流值处于稳定状态。
具体的，采用加权移动平均滤波器对线圈电流信号进行滤波。
具体的，计算述线圈电流值的下降斜率，并将变化中的线圈电流值与预设阈值进行比对；当线圈电流值变化至电流极小值时，减少输入线圈的线圈电压。
具体的，采用脉冲宽度调制线圈电压信号。
具体的，采用脉冲宽度调制后的电压信号的初始占空比t0为：
t0＝[Rδ1(1+β)/U0N][(2KaFf/u0Sδ)1/2]，
其中，R为线圈电阻，U0为额定电压，Ka为电磁力裕量系数，Ff为总反向作用力，μ0为真空磁导率，Sδ为磁极面积，δ1为触点合闸后仍存在的气隙的宽度，β为系数参考系数，与气隙外磁路的磁压降相关，N为线圈匝数。
具体的，采用加权移动平均滤波器对线圈电压信号进行滤波。
具体的，获取线圈电压值；基于所述线圈电压值，采用脉冲宽度调制所述初始占空比t0得到适应占空比t1，所述适应占空比t1为：
t1＝U0t0/U1，
其中，U1为所述线圈电压值。
具体的，所述加权移动平均滤波器使用三次采样值进行平均，按照采样时间顺序，三个采样值的权重分别为1、4、7，滤波公式为：
y(n)＝[x(n-2)+4x(n-1)+7x(n)]/12，
其中，x(n)为输入的采样值，y(n)为输出的滤波值。
本发明实施例中还提供一种电磁接触器的线圈电流控制装置，包括：检测单元，第一调制单元，第二调制单元，其中：所述检测单元，用于电磁接触器线圈中流过电流，带动触点处于闭合状态时，检测线圈电流值：所述第一调制单元，用于当检测到所述线圈电流值处于持续下降状态时，减少输入线圈的线圈电压，以降低所述线圈电流值；所述第二调制单元，用于调制线圈电压信号，维持线圈电流值处于稳定状态。
本发明实施例中还提供一种电磁接触器，采用本发明实施例中任意一种的电磁接触器的线圈电流控制方法。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：通过自适应调节线圈电流值，达到电流闭环控制的效果，极大地减少了线圈能量损耗，延长了接触器的使用寿命。通过检测电压电流信号判断接触器触点合闸时刻，降低了使用外部传感器的成本。使用加权移动平均滤波器有效地滤除杂波信号的干扰，提升了触点合闸时刻检测的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例中的电磁接触器的线圈电流控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中的电磁接触器的线圈电流控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
参阅图1，其为本发明实施例中的电磁接触器的线圈电流控制方法的流程示意图，其中包括具体步骤，以下结合附图进行详细说明。
步骤S101，电磁接触器线圈中流过电流，带动触点处于闭合状态时，检测线圈电流值。
在具体实施中，触点处于闭合状态可以是触点处于正在闭合中的过程，也可以是触点处于相接触状态。检测线圈电流值，即检测流过线圈的电流值。
本发明实施例中，在触点处于闭合状态时，采用加权移动平均滤波器对线圈电流信号进行滤波。
在具体实施中，加权移动平均滤波器可以是根据某一时间段内线圈电流波形在不同时间的数据对预测值的影响程度，分别给予不同的权数，然后再进行平均移动以预测未来值。愈是近期的数据对预测值影响愈大，不同地对待某一时间段内线圈电流波形在不同时间的数据。对近期数据给予较大的权数，对较远的数据给予较小的权数，这样来弥补简单移动平均法的不足。使用加权移动平均滤波器可以有效地滤除杂波信号对线圈电流信号的干扰。
步骤S102，当检测到所述线圈电流值处于持续下降状态时，减少输入线圈的线圈电压，以降低所述线圈电流值。
在具体实施中，用于维持触点处于闭合状态的线圈电流值可以是比较小的，因此，少输入线圈的线圈电压，以降低所述线圈电流值，可以减少线圈能量损耗，延长接触器的使用寿命。
在具体实施中，减少输入线圈的线圈电压，可以是降低线圈两端的电压值，也可以是改变线圈两端的电压的输入频率，即调制线圈电压信号，实现间隔地进行电压输入，还可以是同时应用上述两项。
本发明实施例中，计算述线圈电流值的下降斜率，并将变化中的线圈电流值与预设阈值进行比对；当线圈电流值变化至电流极小值时，减少输入线圈的线圈电压。
在具体实施中，线圈电流值达到的电流极小值点，是线圈电流波形上的最低峰点，即对应动铁心和静铁心带动触点完全闭合时刻的线圈电流曲线的拐点。此时线圈电流值最小，可以最大程度上减少电流在线圈上的能量消耗。
在具体实施中，预设阈值通常经多次线圈电流试验获得，可以由用户根据实际应用场景进行相应的设定。且通过检测电压电流信号判断接触器触点合闸时刻，可以降低了使用外部传感器的成本。
本发明实施例中，所述减少输入线圈的线圈电压，可以通过采用脉冲宽度调制线圈电压信号。
在具体实施中，采用脉冲宽度调制线圈电压信号可以实现间隔地进行电压输入。
本发明实施例中，采用脉冲宽度调制后的电压信号的初始占空比t0为：
t0＝[Rδ1(1+β)/U0N][(2KaFf/u0Sδ)1/2]，
其中，R为线圈电阻，U0为额定电压，Ka为电磁力裕量系数，Ff为总反向作用力，μ0为真空磁导率，Sδ为磁极面积，δ1为触点合闸后仍存在的气隙的宽度，β为系数参考系数，与气隙外磁路的磁压降相关，N为线圈匝数，上标1/2可以是指相应的开方运算。
在具体实施中，U0为额定电源电压，即输入线圈的电压的额定值；电磁力裕量系数，是指针对电流流过线圈而产生的电磁力的裕量系数；磁极面积，是指电流流过线圈而产生电磁力的面的面积，可以是触点的面，可以是动铁心的面或者静铁心的面；总反向作用力，是指触点在闭合状态中的全部的反向作用力。
在具体实施中，初始占空比即是线圈进行间隔地进行电压输入时，其中间隔的时间。
步骤S103，调制线圈电压信号，维持线圈电流值处于稳定状态。
在具体实施中，调制线圈电压信号，可以是间隔地进行电压输入线圈，并实现线圈电流值处于稳定状态。稳定状态可以是电流值的波动幅度较小，几乎可以视作电流值处于恒定状态。进而可以提升电磁接触器触点闭合的稳定性。
在具体实施中，经过两次调制线圈电压信号，线圈电流值将会达到比较低的水平，但动铁心仍然可以可靠吸合。
本发明实施例中，在所述调制线圈电压信号之前，可以采用加权移动平均滤波器对线圈电压信号进行滤波。
在具体实施中，采用加权移动平均滤波器对线圈电压信号进行滤波，可以有效地滤除杂波信号对线圈电压信号的干扰。
本发明实施例中，所述调制线圈电压信号，包括：获取线圈电压值；基于所述线圈电压值，采用脉冲宽度调制所述初始占空比t0得到适应占空比t1，所述适应占空比t1为：
t1＝U0t0/U1，
其中，U1为所述线圈电压值。
在具体实施中，第二次调制线圈电压信号是根据第一次调制线圈电压信号后的实际线圈电压值，第二次调制线圈电压信号也即是使得线圈电流处于自适应状态，线圈电流值可以被调节至处于数值较小、稳定的状态，且可以实现电流闭环控制、触点稳定闭合的效果。
在具体实施中，脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)是一种模拟控制方式，其可以根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而可以实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压或电流在工作条件变化时保持恒定。
本发明实施例中，加权移动平均滤波器使用三次采样值进行平均，按照采样时间顺序，三个采样值的权重分别为1、4、7，滤波公式为：
y(n)＝[x(n-2)+4x(n-1)+7x(n)]/12，
其中，x(n)为输入的采样值，y(n)为输出的滤波值。
在具体实施中，在对线圈电流信号进行滤波时，采用值可以是线圈电流；在对线圈电压信号进行滤波时，采用值可以是线圈电压。
在具体实施中，加权移动平均滤波器也可以使用其他次数的采样值进行平均，每个采样值的权重可以由用户根据实际应用场景进行相应的设定。
参阅图2，其为本发明实施例中的电磁接触器的线圈电流控制装置20的结构示意图，具体包括：检测单元201，第一调制单元202，第二调制单元203，其中：
所述检测单元201，可以用于电磁接触器线圈中流过电流，带动触点处于闭合状态时，检测线圈电流值：
所述第一调制单元202，可以用于当检测到所述线圈电流值处于持续下降状态时，减少输入线圈的线圈电压，以降低所述线圈电流值；
所述第二调制单元203，可以用于调制线圈电压信号，维持线圈电流值处于稳定状态。
本发明实施例中还提供一种电磁接触器，采用本发明实施例中任意一种的电磁接触器的线圈电流控制方法。

Claims (7)

1.一种电磁接触器的线圈电流控制方法，其特征在于，包括：
电磁接触器线圈中流过电流，带动触点处于闭合状态时，检测线圈电流值；
当检测到所述线圈电流值处于持续下降状态时，计算所述线圈电流值的下降斜率；
当线圈电流值变化至电流极小值时，确定触点闭合时刻，采用脉冲宽度调制线圈电压信号减少输入线圈的线圈电压，以降低所述线圈电流值；采用脉冲宽度调制后的电压信号的初始占空比t0为：
t0＝[Rδ1(1+β)/U0N][(2KaFf/μ0Sδ)1/2]，
其中，R为线圈电阻，U0为额定电压，Ka为电磁力裕量系数，Ff为总反向作用力，μ0为真空磁导率，Sδ为磁极面积，δ1为触点合闸后仍存在的气隙的宽度，β为系数参考系数，与气隙外磁路的磁压降相关，N为线圈匝数；
调制线圈电压信号，维持线圈电流值处于稳定状态。
2.根据权利要求1所述的电磁接触器的线圈电流控制方法，其特征在于，所述电磁接触器线圈中流过电流，带动触点处于闭合状态时：包括：
采用加权移动平均滤波器对线圈电流信号进行滤波。
3.根据权利要求1所述的电磁接触器的线圈电流控制方法，其特征在于，在所述调制线圈电压信号之前，包括：
采用加权移动平均滤波器对线圈电压信号进行滤波。
4.根据权利要求3所述的电磁接触器的线圈电流控制方法，其特征在于，所述调制线圈电压信号，包括：
获取线圈电压值；
基于所述线圈电压值，采用脉冲宽度调制所述初始占空比t0得到适应占空比t1，所述适应占空比t1为：
t1＝U0t0/U1，
其中，U1为所述线圈电压值。
5.根据权利要求2或3所述的电磁接触器的线圈电流控制方法，其特征在于，所述加权移动平均滤波器使用三次采样值进行平均，按照采样时间顺序，三个采样值的权重分别为1、4、7，滤波公式为：
y(n)＝[x(n-2)+4x(n-1)+7x(n)]/12，
其中，x(n)为输入的采样值，y(n)为输出的滤波值。
6.一种电磁接触器的线圈电流控制装置，其特征在于，包括：检测单元，第一调制单元，第二调制单元，其中：
所述检测单元，用于电磁接触器线圈中流过电流，带动触点处于闭合状态时，检测线圈电流值：
所述第一调制单元，用于当检测到所述线圈电流值处于持续下降状态时，计算所述线圈电流值的下降斜率；
当线圈电流值变化至电流极小值时，确定触点闭合时刻，采用脉冲宽度调制线圈电压信号减少输入线圈的线圈电压，以降低所述线圈电流值；采用脉冲宽度调制后的电压信号的初始占空比t0为：
t0＝[Rδ1(1+β)/U0N][(2KaFf/μ0Sδ)1/2]，
其中，R为线圈电阻，U0为额定电压，Ka为电磁力裕量系数，Ff为总反向作用力，μ0为真空磁导率，Sδ为磁极面积，δ1为触点合闸后仍存在的气隙的宽度，β为系数参考系数，与气隙外磁路的磁压降相关，N为线圈匝数；
所述第二调制单元，用于调制线圈电压信号，维持线圈电流值处于稳定状态。
7.一种电磁接触器，其特征在于，采用根据权利要求1～5任意一项所述的电磁接触器的线圈电流控制方法。
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