CN201112280Y - 智能交流接触器控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型智能交流接触器控制装置属于电开关领域，特别是一种可镶嵌到交流接触器中的智能控制装置，由微控制器电路为核心和外围手动复位电路、启动自锁电路、电源电路、控制电压监控取样电路、脉冲启动执行电路、用户功能设置、三相电流取样电路、故障保护定时分断执行电路、数据存储电路、RS485通讯接口电路、电路工作状态显示电路组成。本实用新型具有外围保护电路定时功能通过微控制电子技术集成到一体，可节约社会资源、能耗，减小电柜体积、缩短电控线路设计周期，提高效率，大大降低产品成本，进一步提高产品的可靠性。

Description

智能交流接触器控制装置

技术领域

本实用新型智能交流接触器控制装置属于电开关领域，特别是一种可镶嵌到交流接触器中的智能控制装置，可以使用在普通空气、复合、真空交流接触器上。

背景技术

目前，在电力频繁开关大电流负载的场合，普遍采用交流接触器进行控制电机等负载，交流接触器存在以下不足：1、在电压较低时，交流接触器不能正常吸合情况下，容易烧毁电磁线圈。2、因交流接触器开关操作较为频繁，长期使用主触点容易烧损，由此造成缺相损坏负载的事情屡有发生。3、如负载出现过流、三相电流不平衡或接地等，不能单独有效分断负载。4、不具有定时功能，当有些场合如电机降压起动、正反转、能耗(反接)制动等，须延时启动，或延时分断，必须外加时间继电器。因交流接触器存在的功能不完善性，其往往在实际应用中要配电流互感器、热继电器、时间继电器等外围组件形成一个复杂的控制电路。

发明内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处及现有交流接触器存在的功能不完善性而提供一种结构简单、使用方便、节约能耗、体积小、成本低、可靠性高的可镶嵌到交流接触器中的智能控制装置。

本实用新型的目的是通过以下措施来达到的，由微控制器和手动复位电路、启动自锁电路、电源电路、控制电压监控取样电路、脉冲启动执行电路、用户功能设置电路、三相电流取样电路、故障保护定时分断执行电路、电路工作状态显示电路、数据存储电路组成，以微控制器为核心，启动自锁电路是在外接输入交流电源端口和外接启动按钮端口间设置继电器，J1端口外接输入交流电源，J2端口外接启动按钮，交流电源经变压器转换为两路低压电源，一路经电源电路整流、滤波、稳压输出为微控制电路供电，一路输出经控制电压监控电路整流、滤波、分压输入到微控制器端口。三相电流取样电路是三只电流互感器感应主触点电流的交流电信号经整流、高频滤波、电阻分流、分压，分别连接微控制器，输入到微控制器内A/D转换器。微控制器的输出连接到脉冲启动执行电路，微控制器的输出信号连接到驱动故障保护定时分断执行电路，微控制器连接工作状态显示电路由发光二极管显示交流接触器的工作状态。用户功能设置电路由与微控制器I/O口相连的拨码开关和上拉电阻组成。脉冲启动执行电路由整流桥、场效应管组成交流开关，其控制端通过光电藕合器与微控制器的端口相连。故障保护定时分断执行电路控制端通过光电藕合器与微控制器的端口相连，一路由光电藕合器直接驱动继电器动作输出动作故障信号，一路通过三极管控制继电器释放接触器断开。电路工作状态显示电路由限流电阻、发光二极管和泄荷电阻组成，由微控制器直接驱动。在脉冲启动执行电路、故障保护定时分断执行电路、电路工作状态显示电路中，在光电藕合器输入端，发光二极管并联泄荷电阻，能有效增强微控制器抗干扰能力及防止各种感应过电压对微控制器造成损坏。智能交流接触器控制装置由RS485通讯接口电路与外界计算机通讯，微控制器F310内含A/D转换器的高速系统级单片机，外围电路获得的信息传送到微控制器的I/O口，由微控制器进行处理，再通过相应I/O口把信息送出到外围执行或显示器件，数据存储电路的读写和通过RS485与外界计算机的通讯由微控制器的串口完成。

手动复位电路是复位按钮S1连接三极管基极，集电极输出连接微控制器复位端口。手动复位电路按钮S1闭合，三极管集电极输出低电平，微控制器复位，将恢复到上电启动状态，重新执行程序。

启动自锁电路是在电源电路外接输入交流电源端口J1和外接启动按钮端口J2间设置继电器K1，当启动按钮闭合，继电器动作常开触点闭合，完成启动自锁功能。

电源电路，J1端口外接输入交流电源，J2端口外接启动按钮，交流电源经变压器转换为两路低压电源，一路经电源电路整流、滤波、稳压输出3.3伏为微控制器(MCU)电路供电，其中继电器驱动电源直接从整流输出获得。

变压器另一路输出经控制电压监控电路整流、滤波、分压输入到微控制器P1.1端口。

脉冲启动执行电路由整流桥、场效应管组成交流开关，其控制端通过光电藕合器与微控制器的端口相连。当微控制器口输出低电平脉冲，脉冲启动执行电路场效应管导通，端口J3、J4输出脉冲全电压启动电磁线圈。脉冲过后电源通过电容电阻压降为电磁线圈节能保持供电。

用户功能设置电路由与微控制器I/O口相连的拨码开关和上拉电阻组成。用户功能设置采用12位拨码开关，用于设置定时开关模式、定时时间、电流保护模式、保护电流值。

三相电流取样电路，三只电流互感器感应主触点电流的交流电信号经整流、滤波、电阻分流、分压，分别输入到微控制器P1.2、P1.3、P1.4端口，当负载过流、缺相、对地、三相电流不平衡，将直接反应相应电压的变化，通过微控制器内A/D交换，监测三相电流的情况。

故障保护定时分断执行电路由光电藕合器输入端连接在微控制器P1.7端口，光电藕合器输出直接连接信号输出继电器，另通过三极管控制分断继电器，微控制器检测到三相电流、控制电压异常或分断定时时间到，微控制器P1.7端口输出低电平，光电藕合器导通，一路由光电藕合器直接驱动信号输出继电器动作输出动作信号，一路通过三极管控制继电器释放接触器断开。

电路工作状态显示电路由限流电阻、发光二极管和泄荷电阻组成，由微控制器直接驱动。在微控制器检测到不同的输入信息，会驱动不同的发光二极管，用于表示工作、定时和各种故障状态。

数据存储电路由集成电路UT为铁电存储器，在电路掉电仍能保持信息，其通过I2C总线与微控制器连接。

RS485通讯口电路由集成电路UC完成微控制器与外计算机串口通讯。

本实用新型的微控制器是控制器的核心部件，微控制器F310是内含十位A/D转换器的高速系统级单片机。外围电路所得到的控制电压信号、用户功能设置数据、三相电流信号传送到微控制器的I/O口，由微控制进行处理，再通过I/O口把信息送出到脉冲启动执行电路、故障保护定时分断执行电路、电路工作状态显示电路，数据存储电路的读写和通过RS485与外界计算机的通讯由微控制器的串口完成。

本实用新型具有外围保护电路功能和微控制电子技术集成到一体，节约社会资源、能耗，减小电柜体积、缩短电控线路设计周期、提高效率、大大降低产品成本，进一步提高产品的可靠性。其包括以下功能：

1无触点线圈脉冲电子启动电路，对输入控制电压过高过低都不会烧毁电磁线圈。

2带电压监控电路对输入控制电压进行检测，可在用户要求下提供电压过低或过高时释放交流接触器功能，对电机等对电压敏感的负载能起到很好的保护作用。

3三相电流取样电路，可对负载过流、缺相、对地、三相电流不平衡进行有效保护，并提供多种延时过流保护模式，避免如电机负载启动浪涌电流大运行电流小，出现不保护或误保护的现象。

4短路电流保护锁定功能。当短路电流大于10倍交流接触器额定电流时，保护锁定，保护不作动作，由上一级断路器作短路保护，以保护交流接触器不会损坏。

5定时启动、定时分断功能。

6电控板自带启动自锁电路.在过流等故障交流接触器保护跳开情况下，电路板不失电仍能显示故障信息，且能按复位键复位。

7带一组常开常闭信号输出，可有效预防万一主触头发生粘连，可通过控制其他保护机构动作，如带脱扣线圈的空气断路器等。

8为方便与其他计算机联接，可提供RS485通讯口。

附图说明

附图1是本实用新型的电源电路A、控制电压监控取样电路B、故障保护定时分断执行电路C、脉冲启动执行电路D、启动自锁电路E示意图。

附图2是本实用新型的三相电流取样电路示意图。

附图3是本实用新型的微控制器MCU、手动复位电路F、电路工作状态显示电路G、微控制器电源监控电路H、基准电压源电路I、用户设置电路J、数据存储电路K示意图。

附图4是本实用新型的微控制器MCU、手动复位电路F、电路工作状态显示电路G、微控制器电源监控电路H、基准电压源电路I、用户设置电路J、数据存储电路K、RS485通讯接口电路L示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如附图1所示，J1端口外接输入交流电源，J2端口外接启动按钮，J3、J4接接触器电磁线圈，当启动按钮闭合，控制线路得电，交流电源经变压器T1转换两路低压电源，一路经电源电路A整流、滤波、U2(AMS117)稳压输出(VC)3.3伏为微控制器(MCU)电路供电，节点V2输出脉动直流电为继电器K1、K2、K3驱动电路供电，启动自锁电路E继电器K1动作常开触点闭合，完成启动自锁功能；故障保护定时分断执行电路C三极管Q3导通，继电器K2动作，接通交流接触器线圈回路；变压器T1输出另一路低压电源经控制电压监控取样电路B桥式整流器BR3、C5、C6、R9、R10、R11的整流、滤波、分压，输入到微控制器(MCU)P1.1口。

脉冲启动执行电路D充当启动接触器交流启动开关用，控制端采用光电藕合器OPT1与微控制器(MCU)P1.6口连接，R6为泄荷电阻，可提高微控制器(MCU)的抗干扰能力及防止感应过压通过P1.6口损坏微控制器(MCU)，C11、C12滤波电容，D6、R4、R3、R2、Z1为光电藕合器和场效应管Q2提供合适的偏置电压，当P1.6为低电平时OPT1导通，Q2导通，全电压经整流桥BR4，继电器K2触点输出到与接触器电磁线圈相连接的J3、J5端口，启动完后，场效应管Q2截止，电源通过阻容压降为电磁线圈节能保持供电。

故障保护定时分断执行电路C的控制端由光电藕合器OPT2输入端与微控制器(MCU)的P1.7口连接，其中R7为泄荷电阻，1.7端口输出低电平时，光电藕合器OPT2导通继电器K3动作输出动作故障信号，三极管Q3截止，继电器K2释放接触器断开。

如附图2所示，三相电流取样电路，三只微型电流互感器CT1、CT2、CT3分别感应主触点三相电流，感应的交流电信号经整流桥整流、电容滤波、电阻分流分压，分别输入到微控制器(MCU)的P1.2、P1.3、P1.4口，当负载过流、缺相、对地、三相电流不平衡，将直接反应到P1.2、P1.3、P1.4口电压的变化。

如附图3所示，用户设置电路J，排阻RP1、RP2、RP3是拨码开关S2的上拉电阻，S2用于用户设定延时模式、延时时间、电流保护模式、设定额定保护电流值的拨码开关，拨码开关设置位不同，会引起与之相连的微控制器(MCU)的I/O高低电平的不同。微控制器(MCU)采用F310高速系统级单片机，为总个控制电路的核心部件，内含十位A/D转换器，多个定时器等资源，定时启动、定时关断接触器延时保护等定时功能均由微控制器(MCU)内部定时器完成，外围电路所得到的所有信息都传送到微控制器(MCU)的相应I/O口由微控制器(MCU)进行处理，再通过相应的I/O口把信息送出到外围执行或显示器件，晶振Y1为MCU提供时钟脉冲，控制电压输入监控输入的电信号接微控制器的P1.1端口，微控制器P3.0、P3.1、P3.2、P3.3口连接工作状态显示电路。接微控制器(MCU)的P1.1口为电路控制电压输入监控输入的电信号，控制电压的变化将引起P1.1口的电压变化，通过微控制器(MCU)内部A/D转换，当监控到电压符合要求，微控制器(MCU)的P1.6口输出一个80mS低电平脉冲信号到脉冲启动执行电路，启动交流接触器。R20、R21对3.3V电源分压，输入到P1.0口，当程序把P1.1口作为微控制器(MCU)内比较器输入口时提供比较参考电压；当监控到电压异常时，微控制器(MCU)的P1.7口为低电平，故障保护定时分断执行电路的动作，接触器释放。微控制器(MCU)的P1.2、P1.3、P1.4口的信号由三相电流取样电路送入，微控制器(MCU)通过对P1.2、P1.3、P1.4电压变化的数据采集与拨码开关S2用户设定值进行比较处理，决定P1.7口输出到故障保护定时分断执行电路信号的状态，当三相电流异常时，将会在规定的时间内使P1.7口为低电平，故障保护定时分断执行电路动作，接触器释放。数据存储电路K，集成电路UT(FM24CL04)为铁电存储器，RX1、RX2为上拉电阻，P0.4、P0.1为I2C串口，其中P0.4是时钟线、PO.1为数据线，用于微控制器(MCU)与UT之间的数据存取，用于记录故障及接触器有关数据。手动复位电路F，按复位按钮S1，三极管Q1集电极输出低电平，微控制器(MCU)复位，将恢复到上电启动状态，重新执行程序。电路工作状态显示电路G，限流电阻、发光二极管和与发光二极管并联的电阻R29、R30、R31、R32泄荷电阻组成，泄荷电阻能有效防止感应过压通过与之相连的I/O口损坏微控制器(MCU)及加强微控制器(MCU)抗干扰能力，与微控制器(MCU)相连的I/O口为低电平时，相应的发光二极管点亮，用于显示接触器不同的工作及故障状态；微控制器电源监控电路H，当电源(VC)电压低于3V时，集成电路UV(TM809)输出低电平微控制器(MCU)复位，避免电路电压低时发生失控现象。基准电压源电路I，R24限流电阻，VR1(TL431)是2.5V电压源，为微控制器(MCU)内A/D交换提供2.5V的基准电压。JP1为在线编程接口用于微控制器(MCU)的下载程序和在线升级程序。

如附图4所示，电路L为485通讯口电路，由集成电路UC(ME3483)完成微控制器(MCU)与外计算机的连接。用户设置电路J，排阻RP1、RP2、RP3是拨码开关S2的上拉电阻，S2用于用户设定延时模式、延时时间、电流保护模式、设定额定保护电流值的拨码开关，拨码开关设置位不同，会引起与之相连的微控制器(MCU)的I/O高低电平的不同。微控制器(MCU)采用F310高速系统级单片机，为总个控制电路的核心部件，内含十位A/D转换器，多个定时器等资源，定时启动、定时关断接触器延时保护等定时功能均由微控制器(MCU)内部定时器完成，外围电路所得到的所有信息都传送到微控制器(MCU)的相应I/O口由微控制器(MCU)进行处理，再通过相应的I/O口把信息送出到外围执行或显示器件，晶振Y1为MCU提供时钟脉冲，控制电压输入监控输入的电信号接微控制器的P1.1端口，微控制器P3.0、P3.1、P3.2、P3.3口连接工作状态显示电路。接微控制器(MCU)的P1.1口为电路控制电压输入监控输入的电信号，控制电压的变化将引起P1.1口的电压变化，通过微控制器(MCU)内部A/D转换，当监控到电压符合要求，微控制器(MCU)的P1.6口输出一个80mS低电平脉冲信号到脉冲启动执行电路，启动交流接触器。R20、R21对3.3V电源分压，输入到P1.0口，当程序把P1.1口作为微控制器(MCU)内比较器输入口时提供比较参考电压；当监控到电压异常时，微控制器(MCU)的P1.7口为低电平，故障保护定时分断执行电路的动作，接触器释放。微控制器(MCU)的P1.2、P1.3、P1.4口的信号由三相电流取样电路送入，微控制器(MCU)通过对P1.2、P1.3、P1.4电压变化的数据采集与拨码开关S2用户设定值进行比较处理，决定P1.7口输出到故障保护定时分断执行电路信号的状态，当三相电流异常时，将会在规定的时间内使P1.7口为低电平，故障保护定时分断执行电路动作，接触器释放。数据存储电路K，集成电路UT(FM24CL04)为铁电存储器，RX1、RX2为上拉电阻，P0.4、P0.6为I2C串口，其中P0.4是时钟线、P0.6为数据线，用于微控制器(MCU)与UT之间的数据存取，用于记录故障及接触器有关数据。手动复位电路F，按复位按钮S1，三极管Q1集电极输出低电平，微控制器(MCU)复位，将恢复到上电启动状态，重新执行程序。电路工作状态显示电路G，限流电阻、发光二极管和与发光二极管并联的电阻R29、R30、R31、R32泄荷电阻组成，泄荷电阻能有效防止感应过压通过与之相连的I/O口损坏微控制器(MCU)及加强微控制器(MCU)抗干扰能力，与微控制器(MCU)相连的I/O口为低电平时，相应的发光二极管点亮，用于显示接触器不同的工作及故障状态；微控制器电源监控电路H，当电源(VC)电压低于3V时，集成电路UV(TM809)输出低电平微控制器(MCU)复位，避免电路电压低时发生失控现象。基准电压源电路I，R24限流电阻，VR1(TL431)是2.5V电压源，为微控制器(MCU)内A/D交换提供2.5V的基准电压。JP1为在线编程接口用于微控制器(MCU)的下载程序和在线升级程序。

Claims (9)

1、一种智能交流接触器控制装置，由微控制器和手动复位电路、启动自锁电路、电源电路、控制电压监控取样电路、脉冲启动执行电路、用户功能设置电路、三相电流取样电路、故障保护定时分断执行电路、电路工作状态显示电路、数据存储电路组成，其特征是以微控制器为核心，启动自锁电路是在外接输入交流电源端口和外接启动按钮端口间设置继电器，J1端口外接输入交流电源，J2端口外接启动按钮，交流电源经变压器转换为两路低压电源，一路经电源电路整流、滤波、稳压输出为微控制电路供电，一路输出经控制电压监控电路整流、滤波、分压输入到微控制器端口，三相电流取样电路是三只电流互感器感应主触点电流的交流电信号经整流、高频滤波、电阻分流、分压，分别连接微控制器，输入到微控制器内A/D转换器，微控制器的输出连接到脉冲启动执行电路，微控制器的输出信号连接到驱动故障保护定时分断执行电路。

2、根据权利要求1所述的智能交流接触器控制装置，其特征是用户功能设置电路由与微控制器I/O口相连的拨码开关和上拉电阻组成。

3、根据权利要求1所述的智能交流接触器控制装置，其特征是脉冲启动执行电路由整流桥、场效应管组成交流开关，控制端通过光电藕合器与微控制器的端口相连。

4、根据权利要求1所述的智能交流接触器控制装置，其特征是故障保护定时分断执行电路控制端通过光电藕合器与微控制器的端口相连，一路由光电藕合器直接驱动继电器K3动作输出动作故障信号，一路通过三极管控制继电器K2释放接触器断开。

5、根据权利要求1所述的智能交流接触器控制装置，其特征是数据存储电路的读写和通过RS485与外界计算机的通讯由微控制器的串口完成，由RS485通讯接口电路与外界计算机通讯。

6、根据权利要求1所述的智能交流接触器控制装置，其特征是电路工作状态显示电路由限流电阻、发光二极管和泄荷电阻组成，在光电藕合器输入端，发光二极管并联泄荷电阻。

7、根据权利要求1所述的智能交流接触器控制装置，其特征是微控制器采用F310高速系统级单片机，微控制器的P1.6口输出连接到脉冲启动执行电路，微控制器的P1.7口输出信号连接到驱动故障保护定时分断执行电路，三相电流取样电路分别连接微控制器的P1.2、P1.3、P1.4口，微控制器P3.0、P3.1、P3.2、P3.3口连接工作状态显示电路。

8、根据权利要求3所述的智能交流接触器控制装置，其特征是在脉冲启动执行电路中，在光电藕合器输入端，发光二极管并联泄荷电阻。

9、根据权利要求4所述的智能交流接触器控制装置，其特征是故障保护定时分断执行电路中，在光电藕合器输入端，发光二极管并联泄荷电阻。

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