CN112397343A

CN112397343A - 一种交流接触器及其抗晃电的智能电子控制装置

Info

Publication number: CN112397343A
Application number: CN202011170215.XA
Authority: CN
Inventors: 赵升; 郭凤仪; 朱翔鸥; 吴桂初; 张正江; 舒亮
Original assignee: Wenzhou University
Current assignee: Wenzhou University
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2021-02-23
Anticipated expiration: 2040-10-28
Also published as: CN112397343B

Abstract

本发明提供一种交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，包括整流模块、电源模块、储能模块、电网电压检测电路、防晃电延时电路和微控制单元；整流模块实现交直流电转换并为接触器线圈提供操作电压；电网电压检测电路实时采集整流模块输出的直流电；电源模块供电并给储能模块充电；微控制单元接收实时采集的直流电电压并判定低于预设的波动门限电压后，发出相应指令；储能模块接收供电指令接管供电并为防晃电延时电路提供电能；防晃电延时电路接收启动指令后工作，将储能模块电能转发给交流接触器操作线圈，确保主触头继续吸合。实施本发明，避免现有交流接触器事故停电超过预定时限而脱扣的问题，从而达到躲过晃电来保持连续生产不停机的目的。

Description

一种交流接触器及其抗晃电的智能电子控制装置

技术领域

本发明涉及交流接触器技术领域，尤其涉及一种交流接触器及其抗晃电的智能电子控制装置。

背景技术

交流接触器是在低压配电和自动控制领域中广泛地用于频繁通断电路的控制电器。然而，现有的交流接触器上并没有智能控制设备来避免因雷击、线路短路接地、大负荷冲击等供电系统发生的瞬间失压、失电(称为晃电)而保持交流接触器不脱扣，因而现有的交流接触器无法适用于石油、化工、钢铁等连续性生产作业线场合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种交流接触器及其抗晃电的智能电子控制装置，能避免现有交流接触器事故停电超过预定时限而脱扣的问题，从而达到躲过晃电来保持连续生产不停机的目的。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，用于交流接触器上，包括整流模块、电源模块、储能模块、电网电压检测电路、防晃电延时电路和微控制单元；其中，

所述整流模块的输入端与接入所述交流接触器主触头进线端的三相电网相连，第一输出端与所述交流接触器的线圈进线端相连，用于将电网的交流电转换为直流电并为所述交流接触器的线圈提供操作电压；

所述电网电压检测电路的输入端与所述整流模块的第二输出端相连，输出端与所述微控制单元的第一端相连，用于对所述整流模块转换电网输出的直流电电压进行实时采集；

所述电源模块的输入端与接入所述交流接触器主触头进线端的三相电网相连，第一输出端与所述微控制单元的第二端相连，第二输出端与所述储能模块的输入端相连，用于将电网的交流电转换为给所述微控制单元正常供电的直流电，并同时给所述储能模块充电；

所述微控制单元，用于接收所述电网电压检测电路实时采集的直流电电压，且在判定出所接收的直流电电压低于预设的波动门限电压后，给所述储能模块发送供电指令以及给所述防晃电延时电路发送启动指令；

所述储能模块的第一输出端与所述微控制单元的第三端相连，第二输出端与所述抗晃电延时电路的第一输入端相连，用于在接收到所述微控制单元发送的供电指令后，接管所述电源模块给所述微控制单元供电，并为所述防晃电延时电路提供电能；

所述防晃电延时电路的第二输入端与所述微控制单元的第四端相连，输出端与所述交流接触器的线圈进线端相连，用于在接收到所述微控制单元发送的启动指令后工作，并将所述储能模块提供的电能转发给所述交流接触器作为操作线圈操作电压，确保所述交流接触器的主触头继续保持吸合状态，用以避免所述交流接触器的主触头发生抖动脱扣现象。

其中，所述交流接触器抗晃电的智能电子控制装置还包括功率驱动电路；其中，

所述微控制单元，还用于在接收到所述电网电压检测电路实时采集的直流电电压时，若判定出所接收的直流电电压位于预设电压范围，则产生具有第一占空比的PWM驱动信号；或若判定出所接收的直流电电压高于所述预设电压范围的上限值，则产生具有第二占空比的PWM驱动信号；或若判定出所接收的直流电电压低于所述预设电压范围的下限值且高于所述预设的波动门限电压，则产生具有第三占空比的PWM驱动信号；其中，所述第一占空比小于所述第三占空比且大于所述第二占空比；

所述功率驱动电路的输入端与所述微控制单元的第五端相连，输出端连接于所述交流接触器的线圈进线端上，用于接收具有第一占空比、第二占空比或第三占空比的PWM驱动信号来动态地调整所述交流接触器的线圈操作电压，实现对接通过程电磁力的动态调节。

其中，所述微控制单元采用8位单片机芯片STM8F103。

其中，所述防晃电延时电路由变压器B1、整流桥U2、1uF电解电容CE3、电阻R13、电阻R14、稳压二极管D5、MOSFET功率器件Q1以及光电耦合器件U3组成。

其中，所述电网电压检测电路由电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R10、电阻R15和电阻R17组成。

其中，所述储能模块由100uF电解电容CE1、100uF电解电容CE2、10uF电解电容CE4和470uF电解电容CE5组成。

其中，所述功率驱动电路由MOSFET功率器件Q2、肖特基二极管D10和功率驱动芯片U4组成。

其中，所述整流模块由电容C1、电容C2、共模电感模块T1、差模电感L1、差模电感L2、压敏电阻R1、压敏电阻R2、整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4组成。

本发明实施例还提供了一种交流接触器，其包括前述的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、本发明在有“晃电”发生使电压降到接触器的维持电压(50％的额定电压时)以下时，以储能释放的形式保持交流接触器触头继续吸合，避免了当电网出现失压时触头抖动引起的燃弧熔焊，因而减小了触头磨损，一旦当事故停电超过定时限时间时接触器不脱扣，达到了躲过晃电保持连续生产不停机的目的；

2、本发明在交流接触器的直流电电压过高或过低时，产生不同占空比的PWM驱动信号来对交流接触器主触头吸合状态电压进行动态调整，用以降低交流接触器的损坏，使故障消灭在初级状态，减小经济损失，间接提高系统的可靠性。

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性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施一例提供的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置的结构示意图；

图2为本发明实施一例提供的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置的电路结构连接示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1和图2所示，为本发明实施例一中，提供的一种交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，用于交流接触器(未图示)上，包括整流模块、电源模块、储能模块、电网电压检测电路、防晃电延时电路和微控制单元；其中，

整流模块的输入端与接入交流接触器主触头进线端的三相四线制电网相连，第一输出端与交流接触器的线圈进线端相连，用于将电网的交流电转换为直流电并为交流接触器的线圈提供操作电压；其中，该整流模块在图2中由电容C1、C2，共模电感模块T1，差模电感L1、L2，压敏电阻R1、R2，整流二极管D1、D2、D3、D4组成；三相电网在图2中对应接入接口为AC1_220V、AC2_220V；交流接触器的线圈进线端在图2中对应接入接口为COIL1、COIL2；

电网电压检测电路的输入端与整流模块的第二输出端相连，输出端与微控制单元的第一端a1相连，用于对整流模块转换电网输出的直流电电压进行实时采集；其中，该电网电压检测电路在图2中由电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R10、电阻R15和电阻R17组成；

电源模块的输入端与接入交流接触器主触头进线端的三相电网相连，第一输出端与微控制单元的第二端a2相连，第二输出端与储能模块的输入端相连，用于将电网的交流电转换为给微控制单元正常供电的直流电，并同时给所述储能模块充电；其中，该电源模块在图2中对应为变压器B1、整流桥U1、整流桥U2、稳压芯片uA78L05、电容C5、电容C6、电容C7；

微控制单元，用于接收电网电压检测电路实时采集的直流电电压，且在判定出所接收的直流电电压低于预设的波动门限电压(如额定电压的-50％)后，给储能模块发送供电指令以及给防晃电延时电路发送启动指令；其中，该微控制单元在图2中采用8位单片机芯片STM8F103；

储能模块的第一输出端与微控制单元的第三端a3相连，第二输出端与抗晃电延时电路的第一输入端相连，用于在接收到微控制单元发送的供电指令后，接管电源模块给微控制单元供电，并为防晃电延时电路提供电能；其中，该储能模块在图2中100uF电解电容CE1、100uF电解电容CE2、10uF电解电容CE4和470uF电解电容CE5组成；

防晃电延时电路的第二输入端与微控制单元的第四端a4相连，输出端与交流接触器的线圈进线端相连，用于在接收到微控制单元发送的启动指令后工作，并将储能模块提供的电能转发给交流接触器作为操作线圈能量来源，确保交流接触器的主触头继续保持吸合状态，用以避免交流接触器的主触头发生抖动脱扣现象，因而减少主触头磨损；其中，该防晃电延时电路在图2中由变压器B1、整流桥U2、1uF电解电容CE3、电阻R13、电阻R14、稳压二极管D5、MOSFET功率器件Q1以及光电耦合器件U3组成。

发明人还发现，在交流接触器开始供电时，可以根据输入电压大小选择适当的吸力特性，如果直流电电压高于或低于规定值，将不再进行吸合动作，从而能够避免电压过高或过低对交流接触器造成损坏。同时，鉴于接触器的接通动作是由对线圈通电带动触头动作完成的，通过动态地调整接触器操作线圈的电压，可实现对接通过程电磁力的动态调节，用以降低触头保持吸合状态的电压。因此，交流接触器抗晃电的智能电子控制装置还包括功率驱动电路；其中，

所述微控制单元，还用于在接收到电网电压检测电路实时采集的直流电电压时，若判定出所接收的直流电电压位于预设电压范围(如额定电压的[-30％，+20％])，则产生具有第一占空比(如1/2)的PWM驱动信号；或若判定出所接收的直流电电压高于预设电压范围的上限值(如额定电压的+20％)，则产生具有第二占空比(如1/4)的PWM驱动信号；或若判定出所接收的直流电电压低于预设电压范围的下限值(如额定电压的-30％)且高于预设的波动门限电压(如额定电压的-50％)，则产生具有第三占空比(如3/4)的PWM驱动信号；其中，第一占空比小于第三占空比且大于第二占空比；

功率驱动电路的输入端与微控制单元的第五端a5相连，输出端连接于交流接触器的线圈进线端上，用于接收具有第一占空比、第二占空比或第三占空比的PWM驱动信号来动态地调整所述交流接触器的线圈操作电压，实现对接通过程电磁力的动态调节，用以降低交流接触器的主触头保持吸合状态的电压；其中，该功率驱动电路在图2中由MOSFET功率器件Q2、肖特基二极管D10和功率驱动芯片U4组成。

本发明实施例一中提供的一种交流接触器抗晃电的智能电子控制装置的工作原理为，正常工作时微控制单元通过电网电压检测电路判断电网电压是否在正常范围内(+20％～-30％的额定电压220V时)，若在正常范围内，则微控制单元输出第一占空比(如1/2)的PWM信号，控制功率驱动电路启动交流接触器操动线圈，使得交流接触器主触头吸合，完成交流接触器吸合过程。

当电网电压发生波动(50％的额定电压时)，微控制单元通过电网电压检测电路判定电网发生晃电现象，储能模块(电解电容CE1,CE2,CE4,CE5)开始工作，同时启动防晃电延时电路以储能释放的形式保持接触器继续吸合，避免了当电网出现失压时触头抖动引起的燃弧熔焊，因而减小了触头磨损。

同时，在交流接触器开始供电时，可以根据输入电压大小选择适当的吸力特性，如果直流电电压高于预设电压范围的上限值(如额定电压的+20％)，则产生具有第二占空比(如1/4)的PWM驱动信号，使交流接触器将不再进行吸合动作；或如果直流电电压低于预设电压范围的下限值(如额定电压的-30％)且高于预设的波动门限电压(如额定电压的-50％)，则产生具有第三占空比(如3/4)的PWM驱动信号，使交流接触器将不再进行吸合动作，从而能够避免电压过高或过低对交流接触器造成损坏。

更进一步的，发明人通过图2来阐述本发明实施例一中提供的一种交流接触器抗晃电的智能电子控制装置中防晃电延时电路的工作原理，具体为：

当线路电压在正常范围时，该防晃电延时电路维持交流接触器正常的吸合和分断动作；而当电网出现晃电时,该防晃电延时电路开始工作，由微控制单元发出高电平信号至光电耦合器件KPC357，使光电耦合器件KPC357开始导通，R14接入电路，在MOSFET器件Q1的门控端和源极形成较低压降，此时Q1的漏极与源极间断开，压敏电阻RV10331串接入电路，来自储能电容CE1，CE2的能量经肖特基二极管FR607和压敏电阻RV10331组成的续流回路持续操作线圈提供电能，维持原有的电磁力，保持交流接触器操动机构维持吸合状态。

一旦电网电压恢复至正常范围时，由微控制单元发出低电平信号至光电耦合器件KPC357，此时光耦输出断路，MOSFET器件Q1的门控端和源极间存在较高压降，MOSFET器件的漏极与源极导通，并将压敏电阻RV10331短路，操作线圈两端的高压能量及时释放，减少了对IGBT管造成的高压冲击。同时，交流接触器的操作线圈产生的电磁力迅速减小，对铁心的吸力小于释放弹簧的弹力使得接触器动、静触头快速分离，完成接触器的分断动作。

更进一步的，发明人通过图2来阐述本发明实施例一中提供的一种交流接触器抗晃电的智能电子控制装置中储能模块的工作原理，具体为：

电网未发生晃电的情况下，电流通过整流桥DB107S后，一路提供给微控制单元使用，一路给储能电容CE5、CE4充电，电阻R8、R9起到限流作用，减少对小功率变压器的冲击。而当电网发生晃电时，储能电容CE5给防晃电延时电路供电，储能电容CE4通过电阻R8、R9持续向微控制单元供电，达到延长微处理器正常工作时间的目的。

相应于本发明实施例一中提供的一种交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，本发明实施二例还提供了一种交流接触器，其包括本发明实施例一中提供的一种交流接触器抗晃电的智能电子控制装置。由于本发明实施二例中所包括的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置与本发明实施例一中提供的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置具有相同结构及连接关系，具体可参见本发明实施例一中提供的一种交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，在此不再一一赘述。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，用于交流接触器上，其特征在于，包括整流模块、电源模块、储能模块、电网电压检测电路、防晃电延时电路和微控制单元；其中，

所述整流模块的输入端与接入所述交流接触器主触头进线端的三相四线制电网相连，第一输出端与所述交流接触器的线圈进线端相连，用于将电网的交流电转换为直流电并为所述交流接触器的线圈提供操作电压；

2.如权利要求1所述的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，其特征在于，所述交流接触器抗晃电的智能电子控制装置还包括功率驱动电路；其中，

3.如权利要求2所述的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，其特征在于，所述微控制单元采用8位单片机芯片STM8F103。

4.如权利要求3所述的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，其特征在于，所述防晃电延时电路由变压器B1、整流桥U2、1uF电解电容CE3、电阻R13、电阻R14、稳压二极管D5、MOSFET功率器件Q1以及光电耦合器件U3组成。

5.如权利要求4所述的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，其特征在于，所述电网电压检测电路由电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R10、电阻R15和电阻R17组成。

6.如权利要求5所述的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，其特征在于，所述储能模块由100uF电解电容CE1、100uF电解电容CE2、10uF电解电容CE4和470uF电解电容CE5组成。

7.如权利要求6所述的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，其特征在于，所述功率驱动电路由MOSFET功率器件Q2、肖特基二极管D10和功率驱动芯片U4组成。

8.如权利要求7所述的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置，其特征在于，所述整流模块由电容C1、电容C2、共模电感模块T1、差模电感L1、差模电感L2、压敏电阻R1、压敏电阻R2、整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4组成。

9.一种交流接触器，其特征在于，其包括如权利要求1-8中任一项所述的交流接触器抗晃电的智能电子控制装置。