CN114649163A - 线圈中铁芯位置的检测方法和检测电路、接触器、设备 - Google Patents

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Abstract

线圈中铁芯位置的检测方法和检测电路、接触器、设备，在线圈启动过程中采集线圈流过的电流，在预设的启动所需的时间T1时间内，监测到电流出现电流下降随后又出现电流上升的“V”字型电流变化，且“V”字型电流变化中电流最大值和电流最小值的差值大于设定阈值I1时，则判定铁芯已经到达吸合位置，检测方法简单，成本低。

Description

线圈中铁芯位置的检测方法和检测电路、接触器、设备
技术领域
本发明涉及低压电器领域，具体涉及一种线圈中铁芯位置的检测方法。
背景技术
一种带铁芯的螺线管式线圈，工作时需要检测铁芯位置，尤其是接触器产品中由线圈和动静铁芯带动主触头闭合和断开主回路的情况。当接触器线圈的控制电压达到吸合电压时，控制电路会打开开关管使线圈中通过较大的启动电流，产生较大电磁吸力，克服反力弹簧，吸引动铁芯运动以闭合接触器主触头，接通主回路。为了保护线圈和开关管，控制电路会控制启动电流的持续时间。当启动电流持续时间达到设置的阈值后会降低启动电流，控制线圈进入维持状态，维持动静铁芯在吸合位置。但现有技术产品在整个动静铁芯运动吸合的过程不检测，或者采用机械开关检测，或者通过复杂的电路检测线圈电感量的变化来检测铁芯位置。这三种方案都存在一定的问题，如果不检测铁芯位置，产品存在故障时无法识别。如果采用机械开关检测铁芯位置，需要线路板外部接线，结构复杂，并且机械开关在复杂的环境中，极易因为盐雾、粉尘失效，导致产品故障。如果采用检测线圈电感量的变化来检测铁芯位置，外部电路复杂，成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种简单且成本低的线圈中铁芯位置的检测方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明的一种线圈中铁芯位置的检测方法，在线圈启动过程中采集线圈流过的电流，在预设的启动所需的时间T1时间内，监测到电流出现电流下降随后又出现电流上升的“V”字型电流变化，且“V”字型电流变化中电流最大值和电流最小值的差值大于设定阈值I1时，则判定铁芯已经到达吸合位置。
本发明还提供另一种线圈中铁芯位置的检测方法，在线圈启动过程中采集线圈流过的电流，在预设的启动所需的时间T1时间内，监测到流过的电流在出现大于下降阈值ID的电流下降后，又出现大于上升阈值IU的电流上升，则判定铁芯已经到达吸合位置。
进一步，在预设的启动所需的时间T1时间内定期采集线圈流过的电流值并存储，按顺序得到It0到Itn的采样值数组,基于采样值数组中的最小采样值得到采样最小值Itmin和对应的采用点tmin，基于采样值数组中从t0到tmin之间的采样点的最大采样值得到第一电流最大值，从tmin到tn之间的采样点的最大采样值得到第二电流最大值，当第一电流最大值与采样最小值Itmin的差值大于下降阈值ID，且第二电流最大值与采样最小值Itmin的差值大于上升阈值IU，则判定铁芯已经到达吸合位置。
进一步，在预设的启动所需的时间T1时间内，如果通过采集线圈流过的电流没有判定铁芯已经到达吸合位置，则判定铁芯没有到达吸合位置，进行报警提示。
本发明还提供一种铁芯位置检测电路，包括线圈、可控开关元件、采样电路和控制电路模块，可控开关元件和采样电路串联在线圈的供电回路上，可控开关元件Q1的控制端与控制电路模块连接，控制电路模块与采样电路连接，所述控制电路模块执行本发明上述的线圈中铁芯位置的检测方法的步骤。
本发明还提供一种接触器，包括带铁芯的线圈和控制电路模块，其特征在于：所述控制电路模块执行本发明上述的线圈中铁芯位置的检测方法的步骤。
优选的，接触器中，启动时控制电路模块使大电流流过线圈，在判定铁芯已经到达吸合位置后，控制电路模块使小电流流过线圈。
本发明还一种具有含铁芯的线圈的设备，包括带铁芯的线圈和控制电路模块，所述控制电路模块执行本发明上述的线圈中铁芯位置的检测方法的步骤。
本发明的线圈中铁芯位置的检测方法，在线圈启动状态过程中采集线圈流过的电流，通过电流变化规律，检测线圈中铁芯是否已经到达吸合位置，检测方法简单，成本低。
附图说明
图1是本发明铁芯位置状态检测电路的示意图；
图2是线圈的铁芯正常吸合时采集的电流波形；
图3是线圈的铁芯吸合时未达到吸合位置的电流波形。
具体实施方式
以下结合附图1至3，进一步说明本发明的线圈中铁芯位置的检测方法的具体实施方式。
如图1所示,本发明的铁芯位置状态检测电路包括线圈L、可控开关元件Q1、采样电路和控制电路模块，可控开关元件Q1和采样电路串联在线圈L的供电回路上，可控开关元件Q1的控制端与控制电路模块连接，控制电路模块与采样电路连接。图1的实施例中，线圈L一端与电源V+连接，另一端与可控开关元件Q1的一端连接，可控开关元件Q1的另一端与采样电路连接，采样电路的另一端与电源V-连接，可控开关元件Q1的控制端与控制电路模块连接。
优选的，线圈L的两端还并联有续流二极管D1。本实施例中可控开关元件Q1为MOS管，当然可控开关元件Q1也可以为三极管、IGBT管等可控开关元件。所述采样电路包括电阻R1，通过采样电阻R1两端电压实现电流采样。当然，采样电路也可以运用电流互感器或者采用锰铜分流器等方式直接采样电路中的电流。需要说明的是图1为检测电路的示意图，根据需要还可以设置电源模块为电路供电，设置采样信号处理电路对采用信号进行滤波、放大等处理。所述的控制电路模块可以包括微处理器MCU，根据采样电路的信号检测线圈中铁芯位置，微处理器MCU直接控制可控开关元件Q1的通断，也可以通过PWM电路或者驱动电路控制可控开关元件Q1的通断。
线圈L和铁芯组成的电磁线圈通电工作时，电流从V+经过线圈L、MOS管Q1、采样电路流到V-。可控开关元件Q1由控制电路模块进行控制，以实现电磁线圈工作状态的切换，分别为启动状态和维持状态。启动状态时控制电路控制Q1以较大的占空比打开，线圈中流过的电流较大，产生的电磁吸力也很大，吸引线圈中动铁芯向静铁芯运动。在电磁线圈的铁芯到达吸合位置后，即此时电磁线圈的动铁芯和静铁芯已经吸合在一起，则控制电路模块控制MOS管Q1以较小的占空比打开，线圈中流过的电流较小，维持铁芯的吸合状态，线圈进入维持状态，这为本领域的现有技术。
在现有技术中，不对铁芯是否到达吸合位置进行检测，控制电路模块在延迟一段启动状态所需的时间T1后，则判定铁芯到达吸合位置。或者，或者采用机械开关检测，或者通过复杂的电路检测线圈电感量的变化来检测铁芯是否到达吸合位置。
本发明的改进点在于，通过采集线圈在启动状态中的流过的电流变化规律来判断线圈的铁芯是否到达吸合位置。在线圈启动过程中采集线圈流过的电流，在启动状态所需的时间T1时间内，监测到电流出现电流下降随后又出现电流上升的“V”字型电流变化，且“V”字型电流变化中电流最大值和电流最小值的差值大于设定阈值I1时，则判定铁芯已经到达吸合位置。所述T1为已知值。反之，在预设的启动所需的时间T1时间内，如果通过采集线圈流过的电流没有判定铁芯已经到达吸合位置，则判定铁芯没有到达吸合位置，进行报警提示。
如图2所示，铁芯正常吸合时通过采样电路采集的电流波形，图2中的电流线I表示采样的电流信号，在线圈启动过程中，在预设的启动所需的时间T1时间内，即在启动状态所需的时间T1时间内，流过的电流大小在出现明显下降随后又明显上升的变化过程，即吸合过程中电流出现明显的“V”字形电流变化的规律，此时电流“V”字形电流变化状态中采集到的电流最小值和电流最大值的差值的绝对值大于设定阈值I1时，可以判定铁芯已经到达吸合位置。如果不符合上述条件，可以判定铁芯没有达到吸合位置。借此方法可以检测铁芯是否到达吸合位置。在图2的实施例中，铁芯正常吸合时电流首先成弧形上升，然后出现明显的下降，随后又出现电流上升，形成了明显的“V”字形电流变化的规律，在启动状态所需的时间T1之后下降并维持在低电流状态。
图3为吸合时铁芯未达到吸合位置的电流波形。图3中的电流线I表示采样的电流信号，在线圈启动过程中，电流整体成弧形上升，然后出现持续的下降，在启动状态所需的时间T1之后维持在低电流状态。在线圈启动状态过程中，没有形成“V”字形电流变化。
本实施例的线圈中铁芯位置的检测方法，基于线圈启动状态过程中，采集线圈中电流，通过电流变化规律，检测线圈中铁芯是否已经到达吸合位置，检测方法简单，成本低。
本发明的一种在启动状态过程中监测采集线圈流过的电流的实施例为，在线圈启动过程中采集线圈流过的电流，在预设的启动所需的时间T1时间内，监测到流过的电流在出现大于下降阈值ID的电流下降后，又出现大于上升阈值IU的电流上升，则判定铁芯已经到达吸合位置。一种实现方式为，在启动状态所需的时间T1时间内定期采集线圈流过的电流值并存储，例如进行n+1次采样，按顺序得到It0到Itn的采样值数组,基于It0到Itn的采样值数组中的最小采样值得到采样最小值Itmin和对应的采用点tmin，基于采样值数组中从t0到tmin之间的采样点的最大采样值得到第一电流最大值，在tmin到tn之间的采样点的最大采样值得到第二电流最大值，当第一电流最大值与采样最小值Itmin的差值大于下降阈值ID，且第二电流最大值与采样最小值Itmin的差值大于上升阈值IU，则判定铁芯已经到达吸合位置；反之，则判定铁芯没有到达吸合位置，可以报警提示。t0、tmin和tn为第几次的采样点，均为整数，t0＜tmin＜tn。如果tmin等于0或者等于n，则不可能存在“V”字形电流变化，则认为铁芯没有达到吸合位置。如果第一电流最大值与采样最小值Itmin的差值小于或者等于下降阈值ID，或者第二电流最大值与采样最小值Itmin的差值小于或者等于上升阈值IU，则认为铁芯没有达到吸合位置。其中，下降阈值ID和上升阈值IU可以相等或者不相同，或者是同一设定阈值，或者为不同的设定阈值。
监测电流出现电流下降随后又出现电流上升的“V”字型电流变化的方法有多种，本领域技术人员根据需要可以采用各种方法实现。启动状态所需的时间T1时间内，当监测到电流出现电流下降随后又出现电流上升的“V”字型电流变化，且“V”字型电流变化中电流最大值和电流最小值的差值大于设定阈值I1时，则判定铁芯已经到达吸合位置，采用类似方法进行铁芯位置检测均属于本发明的保护范围。
本发明还提供一种铁芯位置检测电路，如图1所示，包括线圈L、可控开关元件Q1、采样电路和控制电路模块，可控开关元件Q1和采样电路串联在线圈L的供电回路上，可控开关元件Q1的控制端与控制电路模块连接，控制电路模块与采样电路连接。线圈L和铁芯组成的电磁线圈工作时，所述控制电路模块通过可控开关元件Q1控制电磁线圈工作状态的切换，分别为启动状态和维持状态；所述控制电路模块通过采样电路采集流过线圈L的电流，所述的控制电路模块包括微处理器，所述微处理器执行本发明的上述线圈中铁芯位置的检测方法的步骤，以检测线圈中铁芯是否已经到达吸合位置。
本发明还提供一种接触器，包括带铁芯的线圈和控制电路模块，所述控制电路模块执行本发明的上述线圈中铁芯位置的检测方法的步骤，以检测线圈中铁芯是否已经到达吸合位置。所述控制电路模块包括微处理器，微处理器执行本发明的上述线圈中铁芯位置的检测方法的步骤。优选的，启动时控制电路模块使大电流流过线圈，在判定铁芯已经到达吸合位置后，控制电路模块使小电流流过线圈。
接触器的控制电路模块在启动阶段以较大的占空比导通可控开关元件，使大电流流过线圈，线圈中的动铁芯向静铁芯运动，在线圈启动过程中控制电路模块通过采样电路采集线圈流过的电流，在启动状态所需的时间T1时间内，监测到电流出现电流下降随后又出现电流上升的“V”字型电流变化，且“V”字型电流变化中电流最大值和电流最小值的差值大于设定阈值I1时，则判定铁芯已经到达吸合位置，否则判定铁芯没有到达吸合位置。如果铁芯已经到达吸合位置，则控制电路模块调整为以较小的占空比导通可控开关元件，使线圈中流过的电流较小，维持铁芯的吸合状态，线圈进入维持状态，以降低功耗。如果判定铁芯没有到达吸合位置，则认为存在故障，可以报警提示。
需要说明的是，本发明的线圈中铁芯位置的检测方法不仅适用于接触器，也适用于其它具有含铁芯的线圈的设备。不仅适用于具有启动状态和维持状态给线圈提供不同大小电流的低功耗设备，也适用于持续给线圈一定稳定电流的设备，因为线圈启动过程中电流变化规律是相同的。在一个预设的启动所需的时间T1内，监测到电流出现电流下降随后又出现电流上升的“V”字型电流变化，且“V”字型电流变化中电流最大值和电流最小值的差值大于设定阈值I1时，则判定铁芯已经到达吸合位置，反之则判定铁芯没有到达吸合位置，可以报警提示。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种线圈中铁芯位置的检测方法，其特征在于：
在线圈启动过程中采集线圈流过的电流，在预设的启动所需的时间T1时间内，监测到电流出现电流下降随后又出现电流上升的“V”字型电流变化，且“V”字型电流变化中电流最大值和电流最小值的差值大于设定阈值I1时，则判定铁芯已经到达吸合位置。
2.一种线圈中铁芯位置的检测方法，其特征在于：
在线圈启动过程中采集线圈流过的电流，在预设的启动所需的时间T1时间内，监测到流过的电流在出现大于下降阈值ID的电流下降后，又出现大于上升阈值IU的电流上升，则判定铁芯已经到达吸合位置。
3.根据权利要求2所述线圈中铁芯位置的检测方法，其特征在于：在预设的启动所需的时间T1时间内定期采集线圈流过的电流值并存储，按顺序得到It0到Itn的采样值数组,基于采样值数组中的最小采样值得到采样最小值Itmin和对应的采用点tmin，基于采样值数组中从t0到tmin之间的采样点的最大采样值得到第一电流最大值，从tmin到tn之间的采样点的最大采样值得到第二电流最大值，当第一电流最大值与采样最小值Itmin的差值大于下降阈值ID，且第二电流最大值与采样最小值Itmin的差值大于上升阈值IU，则判定铁芯已经到达吸合位置。
4.根据权利要求1或2所述线圈中铁芯位置的检测方法，其特征在于：在预设的启动所需的时间T1时间内，如果通过采集线圈流过的电流没有判定铁芯已经到达吸合位置，则判定铁芯没有到达吸合位置，进行报警提示。
5.一种铁芯位置检测电路，包括线圈、可控开关元件、采样电路和控制电路模块，可控开关元件和采样电路串联在线圈的供电回路上，可控开关元件Q1的控制端与控制电路模块连接，控制电路模块与采样电路连接，其特征在于：所述控制电路模块执行权利要求1-4任一所述的线圈中铁芯位置的检测方法的步骤。
6.一种接触器，包括带铁芯的线圈和控制电路模块，其特征在于：所述控制电路模块执行权利要求1-4任一所述的线圈中铁芯位置的检测方法的步骤。
7.根据权利要求6所述的接触器，其特征在于：启动时控制电路模块使大电流流过线圈，在判定铁芯已经到达吸合位置后，控制电路模块使小电流流过线圈。
8.一种具有含铁芯的线圈的设备，包括带铁芯的线圈和控制电路模块，其特征在于：所述控制电路模块执行权利要求1-4任一所述的线圈中铁芯位置的检测方法的步骤。
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