CN115692102A - 一种继电器无弧分断控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种继电器无弧分断控制方法，其步骤为：1）将继电器机械接点与负载以及负载电源串联连接；2）继电器线圈得电后，通过驱动电路将IGBT导通；3）电弧电流在电弧电压的作用下开始向IGBT支路转移；4）电流传感器采样IGBT电流，并将电流信号转换为电压信号送至比较器中；5）比较器对采样的电流大小进行比较，当IGBT的电流大于电流阈值时，电流转移结束，进入延时电路，然后关断IGBT。本发明通过机械接点承载负载电流，仅仅在机械接点动作时导通IGBT，从而将上述两种继电器的优点结合，既解决了电弧烧蚀问题，提高了继电器电寿命，又避免了过热、过压、过流等问题。

Description

一种继电器无弧分断控制方法

技术领域

本发明涉及一种继电器分断控制技术，具体为一种继电器无弧分断控制方法。

背景技术

在开关电器领域，通常将机械接点作为开断和接通负载的装置，然而机械接点在分断负载时会产生电弧，从而导致触头烧蚀，增大了接点的接触电阻，增大了电流的热效应，甚至引起接点的熔焊，因此传统机械式开关电器的电寿命因受限于电弧而大大降低。

为了延长开关电器的电寿命，将开关电器分断时的电弧熄灭，传统的灭弧方法主要分为：永磁体灭弧技术和惰性气体灭弧技术，在永磁体灭弧技术中必须安装一定体积的永磁灭弧设备，而且制造工艺也相对复杂，生产成本较高；惰性气体灭弧技术对气体的配比、填充压力等有严密的限制，因此还需要开展大量实验攻关，虽然这两项灭弧技术起到了一定的灭弧效果，但是对触头的烧损还是比较严重的，未从根本上解决继电器分断产生的电弧对触头的烧损。

发明内容

针对现有技术中继电器采用的灭弧技术对触头的烧损依然比较严重、未从根本上得到改善等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种继电器无弧分断控制方法，从根本上解决电弧烧蚀问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种继电器无弧分断控制方法，包括以下步骤：

1）将继电器机械接点与负载以及负载电源串联连接；

2）继电器线圈得电后，通过驱动电路将IGBT导通；

3）电弧电流在电弧电压的作用下开始向IGBT支路转移；

4）电流传感器采样IGBT电流，并将电流信号转换为电压信号送至比较器中；

5）比较器对采样的电流大小进行比较，当IGBT的电流大于电流阈值时，电流转移结束，进入延时电路，然后关断IGBT。

步骤5）中：

501）当IGBT的电流小电流阈值时，电弧电流继续向IGBT支路转移；

502）当IGBT的电流大于等于电流阈值时，比较器输出高电平；

503）由锁存电路对高电平信号进行锁存，电流转移结束；

在比较器与延时电路设有锁存器，将比较器输出的高电平信号锁定。

4.根据权利要求1所述的继电器无弧分断控制方法，其特征在于：在IGBT的电流采样回路上还设有IGBT保护电路，吸收电路的能量，保护IGBT不被击穿。

在IGBT和机械接点之间还设有整流桥，可实现实现交直流通用。

继电器线圈通过外加直流电源控制其上电及失电。

本发明具有以下有益效果及优点：

1. 本发明提供一种继电器无弧分断控制方法，通过机械接点承载负载电流，仅仅在机械接点动作时导通IGBT，从而将上述两种继电器的优点结合，既解决了电弧烧蚀问题，提高了继电器电寿命，又避免了过热、过压、过流等问题；

2. 本发明通过IGBT将继电器的电弧电流转移，将电弧熄灭，采用无弧控制技术将强电地与弱电地隔离，增强了稳定性；采用电子电路的形式，成本低，交直流同时适用，IGBT导通和关断速度快，具有抗干扰能力强，便于实现的特点。

附图说明

图1为本发明方法整体方案框图；

图2为本发明控制流程图；

图3为本发明时序动作图；

图4为本发明无弧继电器直流负载下的接点电压曲线图；

图5为本发明无弧继电器交流负载下的接点电压图；

图6为本发明未加入无弧控制时接点电压电流波形图；

图7为本发明加入无弧控制后接点电压电流波形图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本发明一种继电器无弧分断控制方法采用的电路如图1所示，包括电流传感器、比较器、锁存电路、延时电路、驱动电路、IGBT模块、整流桥以及IGBT (Insulated GateBipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管保护电路，其中

继电器机械接点与负载及负载电路串联连接于一个回路上，机械接点通过整流桥与IGBT并联连接，IGBT的集电极侧线路上设有电流传感器，其栅极与驱动电路的输出端相连；驱动电路的输入端经延时电路及锁存电路接有比较器的输出端；比较器的输入端与电流传感器输入的电流检测信号相连；IGBT与整流桥之间并联连接有IGBT保护电路。

电流传感器采集IGBT电流信号后传入比较器中，然后判断电流的大小，当电流大于阈值电流时，比较器输出高电平，然后锁存电路将此信号锁存，输入到延时电路中去，最后通过驱动电路将IGBT导通或关断。

本实施例中，电流传感器采用霍尔电流传感器，霍尔电流传感器与IGBT串联，可检测IGBT的电流大小，并且转换为电压信号。

比较器可确定电流传感器输出电压信息的大小，当电流传感器输出信号超过阈值时，比较器输出高电平信号。

锁存电路可以将比较器输出的高电平信号锁定，考虑到IGBT关断后电流降为零造成比较器输出变为低电平，从而引起IGBT重新导通的问题，因此加入锁存电路。

延时电路可以将比较器输出的高电平信号延时，从而实现将IGBT延时关断的效果，可以防止电弧重燃。

整流桥电路可实现交直流通用的功能，将其并联在IGBT模块两端。

驱动电路用来驱动IGBT导通，通过光耦进行隔离驱动，实现电平转换。

IGBT保护电路保护IGBT不被击穿，考虑到感性负载的存在，IGBT在关断时由于电感能量得不到释放，因此会产生过电压，所以需要保护电路来吸收电路的能量。

如图2所示，为本发明无弧控制方法程序流程图。

首先检测继电器的线圈电压，当线圈得电时将IGBT导通；

然后电弧电流在电弧电压的作用下开始向IGBT支路转移；

对IGBT的电流进行采样，如果IGBT的电流大于电流阈值，则表明电流已经转移到了IGBT支路上；

此时为防止电弧重燃，将IGBT延时关断，由于电弧能量通过IGBT支路得到了释放，所以达到了灭弧的目的。

如图3所示，为本发明的动作时序图，可以看出，在继电器线圈得电时，IGBT立即有一个驱动信号，代表此时IGBT已经导通，经过一段时间，IGBT的电流信号为高电平，代表此时接点电流已经转移到了IGBT支路上，然后经过大约10ms的延时，将IGBT关闭。

如图4所示，为本发明的无弧继电器接点直流电压波形，可以看出，接点电压有一段时间内不同时为零，代表着继电器的中上接点没有发生短路。

如图5所示，为本发明的无弧继电器接点交流电压波形，可以看出，接点电压有一段时间内不同时为零，代表着继电器的上下接点没有发生短路，所以本发明可以交直流通用。

由图6和图7对比，可以看出加入无弧控制后，继电器的接点电压电流波形得以改善，在中间接点没有到下接点时，接点两端电压为IGBT的管压降，约1.5v，在关断IGBT的时，电压迅速上升为负载两端电压，电流也直接变为零，所以继电器的分断能力得到提高。

本发明一种继电器无弧分断控制方法的工作原理如下：

首先在继电器的稳定状态下，将机械接点作为承载负载电路的主要部件，在继电器动作时，当线圈电压得电时将与机械接点并联的IGBT导通，由于电弧电压大于IGBT导通压降，所以电流会转移到IGBT上，考虑到继电器存在一对转换接点，为防止上下接点短路，所以需要采样IGBT电流，当IGBT电流大于阈值时，判定电流转移完成，然后为防止电弧重燃，将IGBT延时关断，由于电弧能量通过IGBT释放，所以不会产生电弧。

综上所述，本本发明一种继电器无弧分断控制方法可将继电器电弧熄灭，解决了电弧烧蚀问题，提高了继电器的电寿命。

Claims (5)

1.一种继电器无弧分断控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将继电器机械接点与负载以及负载电源串联连接；

2）继电器线圈得电后，通过驱动电路将IGBT导通；

3）电弧电流在电弧电压的作用下开始向IGBT支路转移；

4）电流传感器采样IGBT电流，并将电流信号转换为电压信号送至比较器中；

5）比较器对采样的电流大小进行比较，当IGBT的电流大于电流阈值时，电流转移结束，进入延时电路，然后关断IGBT。

2.根据权利要求1所述的继电器无弧分断控制方法，其特征在于步骤5）中：

501）当IGBT的电流小电流阈值时，电弧电流继续向IGBT支路转移；

502）当IGBT的电流大于等于电流阈值时，比较器输出高电平；

503）由锁存电路对高电平信号进行锁存，电流转移结束；

根据权利要求1所述的继电器无弧分断控制方法，其特征在于：在比较器与延时电路设有锁存器，将比较器输出的高电平信号锁定。

3.根据权利要求1所述的继电器无弧分断控制方法，其特征在于：在IGBT的电流采样回路上还设有IGBT保护电路，吸收电路的能量，保护IGBT不被击穿。

4.根据权利要求1所述的继电器无弧分断控制方法，其特征在于：在IGBT和机械接点之间还设有整流桥，可实现实现交直流通用。

5.根据权利要求1所述的继电器无弧分断控制方法，其特征在于： 继电器线圈通过外加直流电源控制其上电及失电。

Images