CN201336251Y - 一种永磁交流接触器的智能化控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁交流接触器的智能化控制装置，主要包括微处理器、整流滤波电路、内部工作电源电路、充电电池控制电路、合闸操作模块、分闸操作模块、储能电容电压检测电路、控制电压检测电路、断电检测电路和按键设置与显示控制电路。其中合闸操作模块由第一MOSFET驱动保护电路与第一MOSFET组成，分闸操作模块由第二MOSFET驱动保护电路与第二MOSFET组成。本实用新型的智能化控制模块能够根据客户需要，通过按键设置瞬间晃电的延时时间参数，实现永磁接触器延时断开，可靠躲开晃电的影响，保证设备的稳定连续运行。对于需要紧急分闸的情况，可以通过按键控制实现接触器立即断开，以保证运行设备的安全。

Description

一种永磁交流接触器的智能化控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种永磁交流接触器的智能化控制装置，实现了永磁接触器的智能化控制，属于电器智能化技术领域。

背景技术

永磁接触器继承了传统电磁式接触器的所有功能，而且具有结构简单、节能、噪音小、受电网电压波动影响小和线圈不易烧毁等优点，为高性能节能型开关电器的发展提供了新的发展途径。因而对于永磁接触器的研究已经引起广泛的关注。

现有永磁接触器控制电路采用模拟控制电路来实现分合闸控制的比较多。经检索，专利号为200510040937.2的专利“永磁接触器及其控制装置”的中国专利和专利号为200520044326.0的专利“永磁接触器控制电路”的中国专利，以及专利号为200710018279.6的专利“基于脉宽调制技术的永磁机构控制器”的中国专利均公开采用模拟控制电路来实现对永磁接触器的分合闸控制。然而随着现代电子技术和计算机控制技术的发展，传统模拟控制的接触器功能已不能满足配电系统自动化的要求，人们对低压电器提出了智能化的要求。低压电器行业“十一·五”发展规划也明确提出低压电器要具有高度智能化的功能。因此，研究智能化的永磁接触器，具有重要的意义，也是接触器主要的发展方向。

在永磁接触器的实际使用中，由于短路、大型设备启动与退出运行等因素的影响，电源电压会出现瞬间的低电压或者断电(这种现象称为“晃电”)，目前研究的永磁接触器当控制电压大于85％时可靠吸合，当控制电压低于70％时可靠分闸。因此当发生晃电时，接触器就会立即释放，主回路断开，使正处于生产中的设备停止运行，对连续化大型生产装置将产生严重影响，对企业的连续性生产带来很大的影响(尤其是石化、钢铁企业)。针对晃电的现象，专利号为200710014488.3的专利“一种可防电压瞬时中断的永磁式交流接触器”的中国专利，模拟控制电路中采用电容放电实现接触器延时释放，以及专利号为200810018875.9的专利“抗晃电外部可调延时时间型永磁式交流接触器”的中国专利，模拟控制电路中采用了两个容量比较大的电容并联，实现接触器的延时释放。电路延时性靠模拟电路特性设定，可修改性差，不同的现场需求需要更换不同的控制电路，如果增加延时时间还需要更换大电容，造成体积增大，同时延时时间无法根据现场需要实时调整。

永磁接触器工作于AC3使用类别下，它要求在额定电压下闭合相当于电动机起动电流6倍的额定电流，而在0.17Ue下断开额定电流，因而工作于AC3使用类别下接触器的电寿命取决于合闸过程，合闸过程中动、静触头碰撞能量引起的断续电弧是产生触头侵蚀和影响接触器电寿命的主要原因。永磁接触器在合闸过程中，由电磁吸力和永磁吸力两部分的作用力克服弹簧反力使接触器实现合闸，而在永磁接触器合闸初期永磁吸力很小，这时需要较大的电磁吸力和永磁体产生的吸力来带动动触头动作，在合闸的过程中，随着气隙的减小，永磁体产生的吸力增加很快，在合闸的末期由电磁吸力和永磁体产生的吸力使接触器实现合闸。因此，在永磁接触器合闸过程中吸力裕度较大，导致动、静铁心碰撞速度过快，合闸过程中碰撞能量较大，从而使动、静触头产生二次弹跳，严重影响了永磁接触器的电寿命和机械寿命。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的在于提供一种永磁交流接触器的智能化控制装置，采用微型化的智能芯片，实现永磁接触器的智能化控制。该智能化控制模块能够使永磁接触器可靠躲开晃电的影响，保证设备的稳定连续运行。在延时时间内，在遇到需要紧急分闸的情况，通过按键控制实现接触器立即断开，保证运行设备的安全。采用PWM脉冲控制技术提高永磁接触器工作于AC3使用类别下的电寿命和机械寿命。通过储能电容电压检测电路精确控制储能电容上的充电电压，提高充电效率，缩短充电时间，同时保证储能电容上的电压稳定，为分断永磁接触器提供稳定的直流电压。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置采用如下技术方案：

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置，该模块以微处理器为中心，微处理器的输入端分别接充电电池控制电路、储能电容电压检测电路、控制电压检测电路、断电检测电路、按键设置与显示控制电路的输出端，微处理器的输出端分别接合闸操作模块中的第一MOSFET驱动保护电路、分闸操作模块中的第二MOSFET驱动保护电路；外部交流电源输入分别接整流滤波电路、内部工作电源电路、控制电压检测电路的输入端，整流滤波电路的输出端接合闸操作模块中的第一MOSFET，合闸操作模块中的第一MOSFET与线圈相连，线圈与储能电容相连，内部工作电源电路的输出端分别接充电电池控制电路、储能电容电压检测电路、控制电压检测电路、断电检测电路、按键设置与显示控制电路和合闸操作模块中的第一MOSFET驱动保护电路的输入端，在分闸操作模块中第二MOSFET驱动保护电路的输出端接第二MOSFET的输入端，第二MOSFET的输出端接外部的线圈。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置，所述的内部工作电源电路包括与外部交流电源输入相连接的第1输入接插件J1，交流电源的输入端L与第1保险丝F1、第1热敏电阻RT1相连，第2压敏电阻RV2并联于第1整流桥D1的输入端，第1电容C1、第2电容C2和第1电感L1组成LC-∏型滤波电路，并联于第1整流桥D1的输出端，第3电容C3与第2电阻R2并联后再与第2反向二极管D2串联后并联于第1变压器T1的初级绕组端，第2二极管D2的阳极与第1芯片U1的第4引脚相连，第1变压器T1的初级绕组的第5引脚与第1芯片U1的第4引脚相连，第1变压器T1的第1引脚、电容CY1的一端与第1整流桥D1的正输出端相连，电容CY1的另一端与地相连，第1变压器T1的第一个次级绕组通过第3二极管D3整流后通过第5电容C5滤波后进入第3芯片U3的输入端，第3芯片U3的输出端通过第6电容C6的滤波输出第一路+5V电源，第1变压器T1的第二个次级绕组通过第4二极管D4整流后，通过第7电容C7、第2电感L2、第8电容C8组成的滤波LC-∏型滤波后，再通过第9电容C9滤波后输出第二路+5V电源，第4二极管D4的阴极通过第3电阻R3后与第2光耦U2的第1引脚相连，同时通过第4电阻R4后与第2光耦U2的第2引脚相连，第5稳压管D5的阴极与第2光耦U2的第2引脚相连，第5稳压管D5的阳极与地相连，第2光耦U2的第4引脚与第1芯片U1的第1引脚相连，第2光耦U2的第3引脚通过第4电容C4与第1芯片U1的第2引脚相连，第3电阻R3、第4电阻R4、第5稳压管D5与第2光耦U2用来检测第4二极管D4输出反馈到第1芯片U1，调整第4二极管D4的输出电压稳定。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置，所述的充电电池控制电路由第11充电电阻R11、第6锗二极管D6和5.5V的充电电池BT2组成，内部工作电源电路中第二路+5V电源VCC通过第11充电电阻R11与第6锗二极管D6的阳极相连，第6锗二极管D6的阴极通过充电电池BT2的正极与微处理器第28引脚的CPU_VCC相连，充电电池BT2的负极与地相连。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置，所述的断电检测电路包括与内部工作电源电路中第二路+5V电源VCC通过第6电阻R6分别与比较器LM293的第2引脚、第8电阻R8的一端相连，微处理器第28引脚的CPU_VCC通过第7电阻R7分别与比较器LM293的第3引脚、第9电阻R9的一端相连，第8电阻R8的另一端、第9电阻R9的另一端、比较器LM293的第11引脚与地相连接在一起。微处理器第28引脚的CPU_VCC与比较器LM293的第4引脚相连，同时微处理器第28引脚的CPU_VCC通过第10电阻R10分别与比较器LM293的第1引脚、微处理器端口DropTest相连。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置，所述的合闸操作模块中第一MOSFET和第11二极管D11组成降压斩波电路。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置，所述的合闸操作模块中的第一MOSFET的PWM控制脉冲由第一MOSFET驱动保护电路提供，第一MOSFET与第二MOSFET均采用光耦实现对其驱动。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置，所述的控制电压检测电路以微型化的采集芯片ATT7022A为核心，外部交流电源输入通过第1电阻R1与第2电压互感器T2的1、2两端相连，第19电阻R19并联于第2电压互感器T2的第3、4引脚两端，第2电压互感器T2的第3引脚与第20电阻R20的一端相连，第20电阻R20的另一端、第22电阻R22的一端、第16电容C16的一端、第5芯片U5的第3引脚相连在一起，第2电压互感器T2的第4引脚与第21电阻R21的一端相连，第21电阻R21的另一端通过第23电阻R23的一端分别与第17电容C17的一端、第5芯片U5的第4引脚相连，第16电容C16的另一端、第17电容C17的另一端与地相连接，第22电阻R22、第23电阻R23与第5芯片U5的第11引脚相连，第5芯片U5的第1引脚分别与第20电容C20的一端、第24电阻R24的一端相连，第20电容C20的另一端与地相连，第24电阻R24的另一端与内部工作电源电路中第二路+5V电源VCC相连，第21电容C21、第22电容C22并列后一端与第5芯片U5的第5引脚相连，另一端与地相连，第5芯片U5的第12引脚与第18引脚分别经过第28电容C28、第29电容C29与地相连，另一端与内部工作电源电路中第二路+5V电源VCC相连。第26电容C26与第27电容C27并联后一端与第5芯片U5的第33引脚相连，第26电容C26与第27电容C27并联后另一端与地相连，第25电容C25的一端分别与内部工作电源电路中第二路+5V电源VCC、第5芯片U5的第34引脚相连，第25电容C25的另一端与地相连，第5芯片U5的第35引脚、第36引脚、第37引脚和第38引脚分别与的微处理器的第27引脚、第29引脚、第30引脚、第10引脚相连，第5芯片U5的第41引脚与内部工作电源电路中第二路+5V电源VCC相连，第5芯片U5的第42与43引脚与晶振Y2、第18电容C18、第19电容C19相连，其中第5芯片U5为ATT7022A。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置，所述的按键设置与显示控制电路以微型化显示控制芯片SM1623B为核心，第13芯片U13的第1引脚通过第34电阻R34与地相连，第13芯片U13的第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚分别与微处理器的第10引脚、第30引脚、第29引脚、第26引脚相连，第13芯片U13的第10引脚、第11引脚、第12引脚、第14引脚、第15引脚、第16引脚、第17引脚、第18引脚的8个段输出分别与第1LED数码管DS1、第2LED数码管DS2的两个8段输入连接，第13芯片U13的第23引脚、第24引脚、第27引脚、第28引脚、第30引脚、第31引脚的6个位输出分别与第1LED数码管DS1、第2LED数码管DS2的六个位输入连接，第35电阻R35与第13芯片U13的第6引脚、按键S1、S2、S3、S4的一端相连，按键S1、S2、S3、S4的另一端分别与第13芯片U13的第10引脚、第11引脚、第12引脚、第14引脚以及第2LED数码管DS2的位输入相连，第33电容C33一端与地相连，第33电容C33另一端与内部工作电源电路中第二路+5V电源VCC、第13芯片U13的第9引脚相连，第34电容C34、第35电容C35并联后一端与地相连，第34电容C34、第35电容C35并联后另一端与内部工作电源电路中第二路+5V电源VCC、第13芯片U13的第25引脚相连，第13芯片U13的第26引脚、第29引脚及第32引脚与地相连，其中第13芯片U13为SM1623B。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置，所述的储能电容电压检测电路由精密电阻第32电阻R32、第33电阻R33对第32储能电容C32的分压后，进入储能电容电压检测电路的输入端口CAP_Vol，该端口CAP_Vol与射极跟随器U5A相连，通过第12电阻R12与第6反向放大器U6A相连，通过第15电阻R15与第7反向放大器U7B相连，通过第18电阻R18、第15电容C15相连后与第8射极跟随器U8B相连，然后输出接微处理器的第16引脚AD0端口。

有益效果：本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置通过引入微处理器和采用充电电池控制电路，实现了永磁接触器的智能化控制。可以根据客户现场需要，通过按键设置永磁接触器瞬间晃电的延时时间参数值，当电网电压发生晃电时，可靠的躲开晃电带来的影响，保证生产系统的连续运行。在延时时间内，当遇到需要紧急分闸的情况，可以通过按键控制实现接触器立即断开，以保证运行设备的安全。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置，在保证永磁接触器可靠吸合的前提下，通过PWM斩波调压，控制动态过程中吸力特性与反力特性的合理配合，实现最优运动特性下的合闸控制，减少了动、静触头的弹跳及断续电弧对触头的侵蚀，提高了永磁接触器的电寿命和机械寿命。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置，根据设置的储能电容上的充电电压值，通过储能电容电压检测电路精确的控制电容上的充电电压，提高了充电效率和永磁接触器的开关频率。同时采用了储能电容电压检测电路实时检测储能电容电压的反馈值并调整PWM控制脉冲占空比保持储能电容电压稳定，保证永磁接触器有可靠释放的能量。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置，永磁接触器的合闸电压可拓宽至70％～115％额定电压。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置通过引入微处理器控制系统，采用微型化的智能芯片，实现了永磁接触器的智能化控制。永磁接触器处于工作状态时，当外部交流电源断电，永磁接触器需要分闸，但由于此时内部工作电源电路停止工作，微处理器和分闸操作模块无工作电源，接触器无法实现分闸。本发明通过引入充电电池控制电路，当断电检测电路检测到外部交流电源输入断电，充电电池控制电路投入工作，为微处理器和分闸操作模块提供可靠的工作电源，以保证永磁接触器的可靠断开。本发明的永磁接触器智能化控制模块能够根据客户需要，通过按键设置瞬间晃电的延时时间参数，当电网电压波动，并使外部交流电源出现瞬间的低电压或断电时，可以实现永磁接触器延时断开，可靠躲开晃电的影响，保证设备的稳定连续运行。在延时时间内，如果遇到紧急情况，需要接触器立即分闸，可以通过按键控制实现接触器立即断开，以保证运行设备的安全。由于永磁接触器在合闸过程中，吸力裕度较大，本发明中采用PWM脉冲控制技术使永磁接触器的吸力特性和反力特性达到合理的配合，使动、静铁心的吸合冲击力降至最小，减少触头振动，提高了永磁接触器在AC3工作类别下的电寿命和机械寿命。同时针对电容充电，可以通过按键设置储能电容上的充电电压值，通过储能电容电压检测电路精确控制电容上的充电电压，提高了充电效率，缩短了充电时间，提高了永磁接触器的开关频率。由于储能电容存在能量泄漏的现象，电容上的电压随着时间延长而降低，该控制电路通过储能电容电压检测电路实时检测储能电容电压，调整PWM控制脉冲占空比保持储能电容上的电压稳定，为分断永磁接触器提供稳定的直流电压。

附图说明

图1为所述的永磁接触器智能化控制模块的电路框图；

图2为所述的内部工作电源电路图；

图3为所述的合闸操作模块和分闸操作模块电路图；

图4为所述的微处理器的电路图；

图5为所述的储能电容电压检测电路图；

图6为所述的断电检测电路图；

图7为所述的充电电池控制电路图；

图8为所述的控制电压检测电路图；

图9为所述的按键设置与显示控制电路图；

图10(a)为所述的控制单元的程序主流程图；图10(b)为所述的低电压或断电子程序流程图；

图11(a)为所述的不采用PWM控制脉冲下触头弹跳波形图；图11(b)为所述的采用PWM脉冲下触头弹跳波形图；

图12为所述的储能电容充电电压设置值为185V和220V的储能电容充电电压波形图；

图13为所述的在瞬间晃电功能下，低电压延时时间为3.8S的波形图；

图14为所述的在瞬间晃电功能下，断电延时时间为3.8S的波形图。

具体实施方式：

如图1所示，本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置主要包括微处理器1、整流滤波电路2、内部工作电源电路3、充电电池控制电路4、合闸操作模块5、分闸操作模块6、储能电容电压检测电路7、控制电压检测电路8、断电检测电路9和按键设置与显示控制电路10。其中合闸操作模块5由第一MOSFET驱动保护电路51与第一MOSFET52组成，分闸操作模块6由第二MOSFET驱动保护电路61与第二MOSFET62组成。

外部交流电源输入11第一路经内部工作电源电路3，为整个工作电路提供两路+5V的工作电源。其中第一路+5V电源主要作为储能电容电压检测电路7、第一MOSFET驱动保护电路51的工作电源，第二路+5V电源主要作为充电电池控制电路4、按键设置与显示控制电路10和控制电压检测电路8等模块芯片的工作电源。同时内部工作电源电路3中的第二路+5V工作电源为充电电池控制电路4充电，充电电池控制电路4为微处理器1、断电检测电路9和第二MOSFET驱动保护电路61提供可靠的工作电源。同时，外部交流电源输入11第二路经整流滤波电路2整流滤波为降压斩波电路所需的纹波较小的直流电压，该直流电压通过第一MOSFET52组成的降压斩波电路，将可调的直流电压加于永磁接触器线圈12上。

本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置工作原理为：在永磁接触器开始工作前，通过按键设置好相应的参数，具体为低电压延时时间参数、断电延时时间参数和储能电容充电电压值，这些参数通过微处理器1保存在储存芯片中，一旦写入必须通过重新修改才能改变，同时具有掉电保存功能。当永磁接触器需要合闸时，控制电压检测电路8检测外部电压值，若检测得到的电压在70％～115％范围内，则由微处理器1输出相应的PWM控制脉冲信号，该控制脉冲通过合闸操作模块5中的第一MOSFET驱动保护电路51控制第一MOSFET52导通，将可调的直流电压加于接触器线圈12上，接触器线圈12通过了正向的脉冲电流，产生的电磁吸力与永磁吸力共同作用使永磁接触器实现了合闸。通过储能电容电压检测电路7的精确控制使储能电容13上的电压充到设定值，同时通过储能电容电压检测电路7实时检测储能电容13的能量的反馈，调整PWM控制脉冲保持储能电容13上的电压稳定。当接触器合闸后，控制电压检测电路8实时检测外部电压信号，当检测到的电压低于70％的额定电压，则根据设置好的低电压延时时间延时一定时间，如果在低电压延时时间内外部电压恢复正常，则接触器仍处于合闸状态。反之，则微处理器1停止输出控制脉冲，使第一MOSFET52断开。同时微处理器1输出控制命令，通过分闸操作模块6中的第二MOSFET驱动保护电路61控制第二MOSFET导通62，接触器实现分闸。同样，当断电检测电路9检测到外部电压断电，则根据设置好的断电延时时间延时一定时间后，如果在断电延时时间内外部电压恢复正常，则接触器仍处于合闸状态。反之则微处理器1输出控制命令，通过分闸操作模块6中的第二MOSFET驱动保护电路61控制第二MOSFET62导通，接触器实现分闸。在永磁接触器处于合闸状态下，可以通过按键设置与显示控制电路10中的按键控制随时使永磁接触器实现立即分闸，这样保证了在出现紧急情况下的接触器的立即分断，保护运行设备的安全。

如图2所示，本实用新型的内部工作电源电路3包括与交流220V电源输入相连接的第1输入接插件J1，交流电源的输入端L与第1保险丝F1、第1热敏电阻RT1相连，第2压敏电阻RV2并联于第1整流桥D1的输入端，第1保险丝F1、第1热敏电阻RT1、第2压敏电阻RV2用于电源的保护。第1电容C1、第2电容C2和第1电感L1组成LC-∏型滤波电路，并联于第1整流桥D1的输出端，使整流桥输出的直流电压波形更加平滑。第3电容C3与第2电阻R2并联后再与第2反向二极管D2串联后并联于第1变压器T1的初级绕组，第2二极管D2的正端、第1芯片U1的第4引脚相连，第3电容C3、第2电阻R2、第2二极管D2一起组成钳位电路，将第1芯片U1的第4引脚D端的关闭峰值电感电压尖峰限制到安全的程度。第1变压器T1的初级绕组的另一端第5引脚与第1芯片U1的第4引脚相连，通过第1芯片U1中的MOSFET功率开关来驱动。第1变压器T1的第1引脚分别与电容CY1的一端、第1整流桥D1的输出端正端相连。电容CY1的另一端与地相连。第1变压器T1的第一个次级通过第3二极管D3整流后通过第5电容C5滤波后进入第3芯片U3及7805的输入端，第3芯片U3及7805的输出端通过第6电容C6的滤波输出第一路+5V电源，第1变压器T1的第二个次级通过第4二极管D4整流后，通过第7电容C7、第2电感L2、第8电容C8组成的滤波LC-∏型滤波后，再通过第9电容C9滤波后输出第二路+5V电源。第4二极管D4的负端通过第3电阻R3后与第2光耦U2的第1引脚相连，同时通过第4电阻R4后与第2光耦U2的第2引脚相连。第5稳压管D5的一端与第2光耦U2的第2引脚相连，第5稳压管D5的另一端与地相连，第2光耦U2的第4引脚与第1芯片U1的第1引脚相连，第2光耦的第3引脚通过第4电容C4与第1芯片U1的第2引脚相连。第3电阻R3、第4电阻R4、第5稳压管D5与第2光耦U2用来检测第4二极管D4输出反馈到第1芯片U1，从而调整使第4二极管D4的输出电压稳定。本发明的内部工作电源电路3中的第1芯片U1采用芯片TNY274，该内部工作电源电路3产生两路共3.5W的隔离电源，第一路为+5V/0.1A的电源，第二路为+5V/0.6A的电源。其中第一路+5V/0.1A电源主要作为储能电容电压检测电路7、第一MOSFET驱动保护电路51的工作电源，第二路+5V/0.6A电源主要作为充电电池控制电路4、按键设置与显示控制电路10和控制电压检测电路8等模块芯片的工作电源。同时其中的第二路+5V/0.6A的工作电源为充电电池控制电路4充电，充电电池控制电路4为微处理器1、断电检测电路9和第二MOSFET驱动保护电路61提供可靠的工作电源。

如图3所示，本实用新型的合闸操作模块5和分闸操作模块6电路包括与交流220V电源输入相连接的第2输入接插件J2，第30电容C30与压敏电阻RV1并联于电源输入端，电源经过第7整流桥D7，第31电容C31并联于第7整流桥D7输出端两端。其中第30电容C30、第31电容C31为滤波电容，RV1为过压保护。第7整流桥D7输出的正端接Q3的漏极，第8二极管D8反并联于Q3的漏极与源极之间，用于Q3的保护，内部工作电源电路3的第一路+5V输出通过第27电阻R27与第11光耦U11的第1引脚相连，第11光耦U11的第2引脚接微处理器1的第13引脚，DC/DC模块U9的输出端第4引脚接第11光耦U11的第4引脚，第11光耦U11的第3引脚通过第25电阻R25与Q3的栅极连接，同时第11光耦U11的第3引脚通过第26电阻R26分别与Q3的源级、DC/DC模块U9的第3引脚和第9二极管D9的正端相连接，第9二极管D9的负端与第31电阻R31、第11二极管D11的一端和第3接插件J3的第1引脚相连接在一起，充电电池控制电路4中的CPU_VCC的引脚通过第28电阻R28与第12光耦U12的第1引脚相连，第12光耦U12的第2引脚与微处理器1的第14引脚连接，DC/DC模块U10的输出端第4引脚接光耦U12的第4引脚，DC/DC模块U10的第3引脚通过第29电阻R29分别与第7整流桥D7输出端的负端、DC/DC模块U10的第3引脚相连接，同时DC/DC模块U10的第3引脚通过第30电阻R30与Q4的栅极相连，Q4的漏极与第31电阻R31的另一端相连，第10二极管D10反并联于Q4两端，用于对Q4的保护，Q4的源极分别与第11二极管D11的正端、储能电容13C32的负端、第7整流桥D7的输出端负极相连接，储能电容13C32的正端与第3接插件J3的第2引脚相联，第32电阻R32与第33电阻R33串联后与储能电容13C32并联，图中的CAP_Vol与储能电容电压检测电路7的输入端口相连接。DC/DC模块U9的两个输入端分别与内部工作电源电路3中的第一路+5V、0V相连，DC/DC模块U10的输入端第1引脚与充电电池控制电路4中的CPU_VCC相连，U10的第2引脚与GND相连。其中Q3与Q4分别为第一MOSFET52和第二MOSFET62。U9与U10为+5V变成+12V的DC/DC模块。第一MOSFET52和第二MOSFET62利用光耦实现对其驱动，DC/DC模块U9输出+12V为第一MOSFET52及Q3的栅源极之间提供+12V的导通电压。当微处理器1的第13引脚输出低电平，从而使光耦导通，+12V电压加到Q3的栅源极两端，驱动合闸操作模块5中的第一MOSFET52导通。DC/DC模块U10输出+12V为第二MOSFET62及Q3的栅源极之间提供+12V的导通电压，当微处理器1的第14引脚输出低电平，从而使光耦导通，+12V电压加到Q4的栅源极两端，驱动分闸操作模块6中第二MOSFET62导通。

如图4所示，本实用新型的微处理器1为整个智能化控制模块的核心，通过接收控制电压检测电路8的信号、断电检测电路9的信号、储能电容电压检测电路7的信号和按键设置与显示控制电路10的信号来执行相应的操作。为了很好满足抗干扰、小型化和执行速度快的要求，本发明的微处理器1选择了STC12系列单片机，其型号为STC12C5410AD。该型号的单片机具有高速、低功耗、小型化和超强抗干扰的特点，比普通单片机速度快8～12倍。该单片机内部资源丰富，有8路高速10位A/D转换，有6个16位定时器/计数器，ISP在系统可编程功能，EEPROM功能和内置看门狗功能，PWM控制脉冲由单片机内部定时器提供。图中单片机的第3与4引脚分别与晶振Y1、第11电容C11、第12电容C12相连，作为单片机的时钟电路。单片机的第31引脚分别与CPU_VCC、第5电阻R5、第10电容C10相连作为单片机的复位电路。单片机的第28引脚分别与CPU_VCC、第13电容C13、第14电容C14相连作为单片机的工作电源。单片机端口SPI_DOUT、SPI_DIN、为单片机与芯片ATT7022A之间的读写通道，SPI_SCL和ATT7022_CS端口为芯片ATT7022A的时钟信号与片选信号。单片机端口SPI_DOUT、SPI_DIN、为单片机与芯片SM1623B之间的读写通道，SPI_SCL和SM1623_CS为芯片SM1623B的时钟信号与片选信号。单片机的第1引脚与第32引脚作为在线烧程序端口，单片机的第7引脚作为断电检测电路9的端口，单片机的第13引脚与第14引脚作为光耦驱动端口，单片机的第16引脚作为储能电容电压检测电路7的输入端口。图中JP1为在线编程接口，用于微处理器1的在线下载程序和在线升级程序。

如图5所示，本实用新型的储能电容电压检测电路7用于对储能电容13电压的检测，通过储能电容电压检测电路7精确控制使储能电容13上的电压充到设定值，同时通过储能电容电压检测电路7实时检测储能电容13的能量的反馈由微处理器1调整PWM脉冲保持储能电容13上的电压稳定，为分断永磁接触器提供稳定的直流电压。储能电容13通过精密电阻第32电阻R32、第33电阻R33对电容电压分压后，进入储能电容电压检测电路7的输入端口，然后经过信号条理电路调整为0～5V的电压信号。储能电容电压检测电路的输入端口CAP_Vol与射极跟随器U5A相连，通过第12电阻R12与反向放大器U6A相连，通过第15电阻R15与第7反向放大器U7B相连，通过第18电阻R18、第15电容C15相连后与第8射极跟随器U8B相连，然后输出接微处理器1的第16引脚AD0端口。射极跟随器能够提高输入阻抗，增大采样端的带载能力。第18电阻R18、第15电容C15构成低通滤波器滤除高次谐波。

如图6所示，本实用新型的断电检测电路9包括内部工作电源电路3中第二路+5V电源VCC通过第6电阻R6分别与比较器LM293的第2引脚、第8电阻R8的一端相连，图中的CPU_VCC通过第7电阻R7分别与比较器LM293的第3引脚、第9电阻R9的一端相连，第8电阻R8的另一端、第9电阻R9的另一端、比较器LM293的第11引脚与地相连接在一起，图中的CPU_VCC与比较器LM293的第4引脚相连，同时CPU_VCC通过第10电阻R10分别与比较器LM293的第1引脚、微处理器1端口DropTest相连。断电检测电路9用于检测外部交流电源输入11和内部工作电源电路3的断电情况，当微处理器1检测到第7引脚为高电平时，则进入断电子程序。

如图7所示，本实用新型的充电电池控制电路4，图中VCC通过第11电阻R11与第6锗二极管D6的正端相连，第6锗管D6的负端分别与第2电池BT2的正极、CPU_VCC相连，电池的负极与地相连。当外部交流电源输入11断电，内部工作电源电路3停止工作，此时充电电池控制电路4为微处理器1、断电检测电路9和分闸操作模块6提供可靠的工作电源，保证永磁接触器的可靠工作。

如图8所示，本实用新型的控制电压检测电路8，图中外部交流电源输入11通过第1电阻R1与第2电压互感器T2的1、2两端相连，第19电阻R19并联于电压互感器T2的第3、4引脚两端，第2电压互感器T2的第3引脚与第20电阻R20的一端相连，第20电阻R20的另一端、第22电阻R22的一端、第16电容C16的一端与芯片ATT7022A的第3引脚相连在一起，第2电压互感器T2的第4引脚与第21电阻R21的一端相连，第21电阻R21的另一端分别与第23电阻R23的一端、第17电容C17的一端、芯片ATT7022A的第4引脚相连，第16电容C16的另一端、第17电容C17的另一端与地相连接，第22电阻R22分别与第23电阻R23、芯片ATT7022A的第11引脚相连。芯片ATT7022A的第1引脚分别与第20电容C20的一端、第24电阻R24的一端相连，第20电容C20的另一端与地相连，第24电阻R24的另一端与VCC相连，VCC、第20电容C20和第24电阻R24构成芯片ATT7022A的复位电路。第21电容C21、第22电容C22并联后一端与芯片ATT7022A的第5引脚相连，另一端与地相连。芯片ATT7022A的第12引脚与第18引脚分别经过第28电容C28、第29电容C29与地相连，另一端与VCC相连。第26电容C26与第27电容C27并联后一端与芯片ATT7022A的第33引脚相连，另一端与地相连。第25电容C25的一端分别与VCC、芯片ATT7022A的第34引脚相连，第25电容C25的另一端与地相连。芯片ATT7022A的第35引脚、第36引脚、第37引脚和第38引脚分别与图4中的微处理器1的第27引脚、第29引脚、第30引脚、第10引脚相连，用于与芯片ATT7022A的之间的片选、时钟及读写通道。芯片ATT7022A的第41引脚与VCC相连，为芯片提供工作电源。芯片ATT7022A的第42与43引脚与晶振Y2、第18电容C18、第19电容C19相连，作为芯片工作的时钟电路。本发明中的控制电压检测电路8中用到芯片ATT7022A，它是一颗高精度、微型化的三相电能专用计量芯片，内部集成了6通道16位ADC和高性能的24位DSP。该芯片提供了SPI接口，方便与外部MCU之间的数据传递，能够通过SPI在片内的专用寄存区读取电压和电流有效值。控制电压检测电路8的功能是检测外部电压变化情况，检测到的值送到微处理器1的端口，由微处理器1发出相应控制脉冲信号来控制永磁接触器的分合闸。

如图9所示，本实用新型的按键设置与显示控制电路10中采用了芯片SM1623B，它是一种带键盘扫描接口的、微型化的LED驱动控制专用电路，内部集成了MCU数字接口、数据锁存器、LED高压驱动、键盘扫描等电路。内置的串行接口方便与外部MCU之间的数据传递。芯片内部具有静电保护和抗干扰电路，因此防静电能力及抗电源干扰能力更强。图中芯片SM1623B的第1引脚通过第34电阻R34与地相连，提供芯片的工作频率。芯片SM1623B的第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚分别与微处理器1的第10引脚、第30引脚、第29引脚、第26引脚相连，用于与芯片SM1623B之间的数据传递。芯片SM1623B的第10引脚、第11引脚、第12引脚、第14引脚、第15引脚、第16引脚、第17引脚、第18引脚的8个段输出分别与LED数码管DS1、DS2的两个8段输入连接。芯片SM1623B的第23引脚、第24引脚、第27引脚、第28引脚、第30引脚、第31引脚的6个位输出分别与LED数码管DS1、DS2的六个位输入连接。第35电阻R35分别与芯片SM1623B的第6引脚、按键S1、S2、S3、S4的一端相连，按键S1、S2、S3、S4的另一端分别与芯片SM1623B的第10引脚、第11引脚、第12引脚、第14引脚以及LED数码管DS2的位输入相连。第33电容C33一端与地相连，另一端分别与VCC、芯片SM1623B的第9引脚相连，第34电容C34、第35电容C35并联后一端与地相连，第34电容C34、第35电容C35并联后另一端分别与VCC、芯片SM1623B的第25引脚相连，为芯片SM1623B提供工作电源。芯片SM1623B的第26引脚、第29引脚及第32引脚分别与地相连。按键显示与控制电路10用于低电压延时时间、断电延时时间和储能电容充电电压值的参数显示与设置，同时当出现紧急情况时，可以通过按键控制使永磁接触器实现立即分闸，保证运行设备的安全。其按键S1、S2、S3、S4的功能表如表1所示。低电压延时时间、断电延时时间和储能电容充电电压值的设置参数范围如表2所示。

表1按键功能表

表2设置参数表

名称	单位	参数范围
			低电压延时	S	0～5
断电延时	S	0～5
			储能电容充电电压值	V	0～320

如图10所示，本实用新型的永磁交流接触器的智能化控制装置的控制单元的程序主流程图和低电压或断电子程序流程图，如图10(a)，10(b)所示。永磁接触器上电后，单片机系统先对控制电压进行检测，若检测得到的电压在70％～115％范围内，则由微处理器1输出相应的PWM控制脉冲信号，该控制脉冲通过合闸操作模块5中的第一MOSFET驱动保护电路51控制第一MOSFET52导通，将可调的直流电压加于接触器线圈12上，接触器线圈12通过了正向的脉冲电流，产生的电磁吸力与永磁吸力共同作用使永磁接触器实现了合闸。同时通过储能电容电压检测电路7精确控制使储能电容13上的电压充到设定值，利用储能电容电压检测电路7实时检测储能电容13的能量的反馈值，调整PWM控制脉冲保持储能电容13上的电压稳定。当永磁接触器合闸后，控制电压检测电路8实时检测外部电压信号，当检测到的电压低于70％的额定电压或外部电压断电，则根据设置好的低电压延时时间参数或断电延时时间参数延时一定时间，如果在低电压延时时间内或断电延时时间内外部电压恢复正常，则接触器仍处于合闸状态。反之，则微处理器1发出控制命令，通过分闸操作模块6中的第二MOSFET驱动保护电路61控制第二MOSFET62导通，接触器实现分闸。在永磁接触器处于延时状态时，可以通过按键控制随时使永磁接触器实现立即分闸，这样保证了在出现紧急情况下的接触器的立即分断，保护运行设备的安全。

本实用新型针对KFC2-140A圆形机构的永磁接触器利用该永磁接触器智能化控制模块进行了实验验证。实验测量了永磁接触器在控制电压为70％～115％范围内，接触器可靠吸合，当没有设定晃电延时时间参数时，永磁接触器在控制电压为10％～60％范围内可靠断开。

合闸过程中接触器的触头弹跳是影响永磁接触器电寿命的关键原因，在合闸过程中动、静触头间的弹跳持续时间和弹跳次数越少，可以有效的提高永磁接触器的电寿命和机械寿命。实验测量了该永磁接触器智能化控制模块中采用PWM控制脉冲条件下的触头弹跳波形和不采用PWM控制脉冲条件下的触头弹跳波形。从图11(a)的不采用PWM控制脉冲条件下，可以看出触头的弹跳持续时间为3.6mS，触头的弹跳次数为4次，从图11(b)采用PWM控制脉冲下，可以看出触头的弹跳持续时间为0.8mS，触头的弹跳次数为1次。因此，采用PWM控制脉冲的永磁接触器智能化控制模块有效的提高了永磁接触器的在AC3类别下的工作寿命。

通过储能电容电压检测电路精确控制储能电容上充电电压，提高了充电效率，缩短了充电时间，提高了永磁接触器的开关频率。储能电容所储存的能量随着时间延长而减少，该智能化控制模块通过储能电容电压检测电路实时检测储能电容的能量的反馈，调整PWM控制脉冲保持储能电容上的电压稳定，为分断永磁接触器提供稳定的直流电压。实验测量了储能电容上的充电电压值，在实验的开始时，先根据表2的参数范围通过按键设置好储能电容充电电压值。如图12(a)和图12(b)所示，在设定值185V和220V时的储能电容上的充电电压波形。

由于电网电压的波动，外部交流电源出现瞬间的低电压或断电时，该永磁接触器智能化控制模块具有抗晃电的特性。实验测量了在发生电网电压的波动情况下，接触器的抗晃电特性，通过按键设置低电压延时时间参数和断电延时时间参数，实现了永磁接触器延时断开，可靠躲开晃电的影响，保证设备的稳定连续运行。在实验的开始时，先根据表2的参数范围通过按键设置好晃电参数值及低电压延时时间参数和断电延时时间参数。图13为低电压延时时间参数为3.8S的波形图，当控制电压检测电路检测到外部电压低于70％的额定电压，如果在设置好的低电压延时时间3.8S内外部电压恢复正常，则接触器仍处于合闸状态。如图13(a)所示。反之，则微处理器发出控制脉冲，通过分闸操作模块中的第二MOSFET驱动保护电路控制第二MOSFET导通，接触器实现分闸。如图13(b)所示。图14为断电延时时间参数为3.8S的波形图，当断电检测电路检测到外部电压断电，如果在设置好的断电延时时间3.8S内外部电压恢复正常，则接触器仍处于合闸状态，如图14(a)所示。反之，则微处理器发出控制脉冲，通过分闸操作模块中的第二MOSFET驱动保护电路控制第二MOSFET导通，接触器实现分闸，如图14(b)所示。

同时，实验测量了在接触器处于延时工作状态时，通过按键控制，可以随时实现接触器的立即断开，有效的保证了在出现紧急情况下的接触器的立即分断，从而保护了运行设备的安全。

Claims (9)

1、一种永磁交流接触器的智能化控制装置，其特征在于该模块以微处理器(1)为中心，微处理器(1)的输入端分别接充电电池控制电路(4)、储能电容电压检测电路(7)、控制电压检测电路(8)、断电检测电路(9)、按键设置与显示控制电路(10)的输出端，微处理器(1)的输出端分别接合闸操作模块(5)中的第一MOSFET驱动保护电路(51)、分闸操作模块(6)中的第二MOSFET驱动保护电路(61)；外部交流电源输入(11)分别接整流滤波电路(2)、内部工作电源电路(3)、控制电压检测电路(8)的输入端，整流滤波电路(2)的输出端接合闸操作模块(5)中的第一MOSFET(52)，合闸操作模块(5)中的第一MOSFET(52)与线圈(12)相连，线圈(12)与储能电容(13)相连，内部工作电源电路(3)的输出端分别接充电电池控制电路(4)、储能电容电压检测电路(7)、控制电压检测电路(8)、断电检测电路(9)、按键设置与显示控制电路(10)和合闸操作模块(5)中的第一MOSFET驱动保护电路(51)的输入端，在分闸操作模块(6)中第二MOSFET驱动保护电路(61)的输出端接第二MOSFET(62)的输入端，第二MOSFET(62)的输出端接外部的线圈(12)。

2、根据权利要求1所述的永磁交流接触器的智能化控制装置，其特征在于，所述的内部工作电源电路(3)包括与外部交流电源输入(11)相连接的第1输入接插件J1，交流电源的输入端L与第1保险丝F1、第1热敏电阻RT1相连，第2压敏电阻RV2并联于第1整流桥D1的输入端，第1电容C1、第2电容C2和第1电感L1组成LC-П型滤波电路，并联于第1整流桥D1的输出端，第3电容C3与第2电阻R2并联后再与第2反向二极管D2串联后并联于第1变压器T1的初级绕组端，第2二极管D2的阳极与第1芯片U1的第4引脚相连，第1变压器T1的初级绕组的第5引脚与第1芯片U1的第4引脚相连，第1变压器T1的第1引脚、电容CY1的一端与第1整流桥D1的正输出端相连，电容CY1的另一端与地相连，第1变压器T1的第一个次级绕组通过第3二极管D3整流后通过第5电容C5滤波后进入第3芯片U3的输入端，第3芯片U3的输出端通过第6电容C6的滤波输出第一路+5V电源，第1变压器T1的第二个次级绕组通过第4二极管D4整流后，通过第7电容C7、第2电感L2、第8电容C8组成的滤波LC-П型滤波后，再通过第9电容C9滤波后输出第二路+5V电源，第4二极管D4的阴极通过第3电阻R3后与第2光耦U2的第1引脚相连，同时通过第4电阻R4后与第2光耦U2的第2引脚相连，第5稳压管D5的阴极与第2光耦U2的第2引脚相连，第5稳压管D5的阳极与地相连，第2光耦U2的第4引脚与第1芯片U1的第1引脚相连，第2光耦U2的第3引脚通过第4电容C4与第1芯片U1的第2引脚相连，第3电阻R3、第4电阻R4、第5稳压管D5与第2光耦U2用来检测第4二极管D4输出反馈到第1芯片U1，调整第4二极管D4的输出电压稳定。

3、根据权利要求1所述的永磁交流接触器的智能化控制装置，其特征在于，所述的充电电池控制电路(4)由第11充电电阻R11、第6锗二极管D6和5.5V的充电电池BT2组成，内部工作电源电路(3)中第二路+5V电源VCC通过第11充电电阻R11与第6锗二极管D6的阳极相连，第6锗二极管D6的阴极通过充电电池BT2的正极与微处理器(1)第28引脚的CPU VCC相连，充电电池BT2的负极与地相连。

4、根据权利要求1所述的永磁交流接触器的智能化控制装置，其特征在于，所述的断电检测电路(9)包括与内部工作电源电路(3)中第二路+5V电源VCC通过第6电阻R6分别与比较器LM293的第2引脚、第8电阻R8的一端相连，微处理器(1)第28引脚的CPU VCC通过第7电阻R7分别与比较器LM293的第3引脚、第9电阻R9的一端相连，第8电阻R8的另一端、第9电阻R9的另一端、比较器LM293的第11引脚与地相连接在一起。微处理器(1)第28引脚的CPU VCC与比较器LM293的第4引脚相连，同时微处理器(1)第28引脚的CPU VCC通过第10电阻R10分别与比较器LM293的第1引脚、微处理器(1)端口DropTest相连。

5、根据权利要求1所述的永磁交流接触器的智能化控制装置，其特征在于，所述的合闸操作模块(5)中第一MOSFET(52)和第11二极管D11组成降压斩波电路。

6、根据权利要求1、5所述的永磁交流接触器的智能化控制装置，其特征在于，所述的合闸操作模块(5)中的第一MOSFET(52)的PWM控制脉冲由第一MOSFET驱动保护电路(51)提供，第一MOSFET(52)与第二MOSFET(62)均采用光耦实现对其驱动。

7、根据权利要求1所述的永磁交流接触器的智能化控制装置，其特征在于，所述的控制电压检测电路(8)以微型化的采集芯片ATT7022A为核心，外部交流电源输入(11)通过第1电阻R1与第2电压互感器T2的1、2两端相连，第19电阻R19并联于第2电压互感器T2的第3、4引脚两端，第2电压互感器T2的第3引脚与第20电阻R20的一端相连，第20电阻R20的另一端、第22电阻R22的一端、第16电容C16的一端、第5芯片U5的第3引脚相连在一起，第2电压互感器T2的第4引脚与第21电阻R21的一端相连，第21电阻R21的另一端通过第23电阻R23的一端分别与第17电容C17的一端、第5芯片U5的第4引脚相连，第16电容C16的另一端、第17电容C17的另一端与地相连接，第22电阻R22、第23电阻R23与第5芯片U5的第11引脚相连，第5芯片U5的第1引脚分别与第20电容C20的一端、第24电阻R24的一端相连，第20电容C20的另一端与地相连，第24电阻R24的另一端与内部工作电源电路(3)中第二路+5V电源VCC相连，第21电容C21、第22电容C22并列后一端与第5芯片U5的第5引脚相连，另一端与地相连，第5芯片U5的第12引脚与第18引脚分别经过第28电容C28、第29电容C29与地相连，另一端与内部工作电源电路(3)中第二路+5V电源VCC相连。第26电容C26与第27电容C27并联后一端与第5芯片U5的第33引脚相连，第26电容C26与第27电容C27并联后另一端与地相连，第25电容C25的一端分别与内部工作电源电路(3)中第二路+5V电源VCC、第5芯片U5的第34引脚相连，第25电容C25的另一端与地相连，第5芯片U5的第35引脚、第36引脚、第37引脚和第38引脚分别与的微处理器(1)的第27引脚、第29引脚、第30引脚、第10引脚相连，第5芯片U5的第41引脚与内部工作电源电路(3)中第二路+5V电源VCC相连，第5芯片U5的第42与43引脚与晶振Y2、第18电容C18、第19电容C19相连，其中第5芯片U5为ATT7022A。

8、根据权利要求1所述的永磁交流接触器的智能化控制装置，其特征在于，所述的按键设置与显示控制电路(10)以微型化显示控制芯片SM1623B为核心，第13芯片U13的第1引脚通过第34电阻R34与地相连，第13芯片U13的第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚分别与微处理器(1)的第10引脚、第30引脚、第29引脚、第26引脚相连，第13芯片U13的第10引脚、第11引脚、第12引脚、第14引脚、第15引脚、第16引脚、第17引脚、第18引脚的8个段输出分别与第1LED数码管DS1、第2LED数码管DS2的两个8段输入连接，第13芯片U13的第23引脚、第24引脚、第27引脚、第28引脚、第30引脚、第31引脚的6个位输出分别与第1LED数码管DS1、第2LED数码管DS2的六个位输入连接，第35电阻R35与第13芯片U13的第6引脚、按键S1、S2、S3、S4的一端相连，按键S1、S2、S3、S4的另一端分别与第13芯片U13的第10引脚、第11引脚、第12引脚、第14引脚以及第2LED数码管DS2的位输入相连，第33电容C33一端与地相连，第33电容C33另一端与内部工作电源电路(3)中第二路+5V电源VCC、第13芯片U13的第9引脚相连，第34电容C34、第35电容C35并联后一端与地相连，第34电容C34、第35电容C35并联后另一端与内部工作电源电路(3)中第二路+5V电源VCC、第13芯片U13的第25引脚相连，第13芯片U13的第26引脚、第29引脚及第32引脚与地相连，其中第13芯片U13为SM1623B。

9、根据权利要求1所述的永磁交流接触器的智能化控制装置，其特征在于，所述的储能电容电压检测电路(7)由精密电阻第32电阻R32、第33电阻R33对第32储能电容C32的分压后，进入储能电容电压检测电路(7)的输入端口CAP Vol，该端口CAP Vol与射极跟随器U5A相连，通过第12电阻R12与第6反向放大器U6A相连，通过第15电阻R15与第7反向放大器U7B相连，通过第18电阻R18、第15电容C15相连后与第8射极跟随器U8B相连，然后输出接微处理器(1)的第16引脚AD0端口。

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