CN202712058U

CN202712058U - 用于普通电磁接触器的同步开关控制电路

Info

Publication number: CN202712058U
Application number: CN 201220007204
Authority: CN
Inventors: 杨建宁
Original assignee: BEIJING XINRONGZONGHENG TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: BEIJING XINRONGZONGHENG TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-01-04

Abstract

一种用于普通电磁接触器的同步开关控制电路，属于电力系统的无功补偿和谐波滤波技术领域，同步开关采用普通电磁接触器，在不改变普通接触器的结构的前提下，适当设计了接触器线圈的控制电路，将交流接触器的交流220V线圈供电改变为直流220V稳压电源供电，开关闭合设计为线圈全压吸合，低压节电保持吸合，开关打开设计为线圈电感器L、电容器C和电阻器R的振荡放电，快速吸收线圈的电感能量，完成了接触器快速打开的功能。本实用新型采用普通电磁接触器实现了同步开关的要求，并达到了预期效果，应用普通电磁接触器，实现了准确无冲击电流投切电容器组和电抗器。

Description

用于普通电磁接触器的同步开关控制电路

技术领域

本发明涉及电力系统的无功补偿和谐波滤波技术领域，具体涉及一种同步开关控制电路。

背景技术

经查，专利号为200920105307.2的专利“一种投切电容器组的2控3预充电相控开关电路”、专利号为200910076776.0的专利“一种投切电容器组的2控3预充电相控开关电路”和专利号为01113435.6的专利“一种电子式零投切接触器”等等的文件中讲到使用现有的机械式触点开关投切电容器。然而，普遍认为在使用机械式触点开关投切时，三相开关在随机不确定的电网电压点投切电容器，电流冲击大，有4倍到10倍甚至20倍的额定电流，这会引起电网电压畸变。还存在合闸触点弹跳，打开触点重燃的危险概率，弹跳和重燃使得电容器组过电压，损坏电容器，容易造成事故。

为克服机械开关的缺点，产生了同步开关。目前有关同步开关的文献，例如：专利申请号为200910028385.1、名称为“一种永磁接触器智能化控制模块”，专利申请号为200910029944.0、名称为“可远程通信智能保护式永磁接触器”等的文件中提到，要使机械开关准确地投切，需要依靠同步开关技术实现，同步开关所采用的开关类型均为永磁类的开关，都没有谈到使用电磁类的机械开关。理由是永磁开关没有弹簧，结构简单，所以可以准确动作，电磁开关使用很多弹簧，弹簧经过长期动作，弹性变软，不容易长期准确动作。但是，工程上大量应用的不是永磁类开关而是电磁类的机械开关，大量的厂家生产的是电磁式机械开关，只有为数不多的厂家生产永磁式机械开关。

通常认为，普通电磁接触器不可以作为同步开关技术的开关执行器件。普通电磁接触器的线圈用交流有效值220V电压供电，交流电按照正弦波变化，合闸命令在下弦波的任意点发出，给接触器线圈送电，接触器的触点必然是在正弦波的随机点闭合，投切产生涌流。因此，传统上公认的是：应用普通机械开关进行投切，必然要产生很大的电流冲击。

发明内容

与本领域中的普遍认知不同，本发明通过独特设计的接触器线圈的控制电路，可以实现普通电磁接触器的准确投切，且投切时没有电流冲击。

本发明提供了一种用于普通电磁接触器的同步开关控制电路，同步开关采用普通电磁接触器，在不改变普通接触器结构的前提下，适当设计了接触器线圈的控制电路，将交流接触器的交流220V线圈供电改变为直流220V稳压电源供电，开关闭合设计为线圈全压吸合，低压节电保持吸合，开关打开设计为线圈电感器L、电容器C和电阻器R的振荡放电，快速吸收线圈的电感能量，完成了接触器快速打开的功能，实现了同步开关的要求和效果。所谓同步开关的功能，是指主触点开关在正弦波电压的特定点闭合、打开。

本发明通过以下方案实现：一种用于普通电磁接触器的同步开关控制电路，普通接触器K1线圈的两端并联连接着电容器C1与电阻器R7构成的串联吸收电路，还并联连接着二极管D1和MOSFET开关管Q1构成的另一串联吸收电路。MOSFET开关管Q2与接触器K1线圈串联连接到220V直流电源上，MOSFET开关管Q2全导通给接触器K1线圈全压供电或者给接触器K1线圈部分电压供电，工作在脉宽调制(PWM)节能状态。单片机逻辑控制电路接收到S1命令信号后，依据电压同步信号和接触器K1开关的动作时间，判断延时时间到了，对接触器K1线圈给出和撤销“工作”和“全压、节能工作”动作信号，控制普通接触器K1的线圈的工作电压，完成接触器主触点开关的投切动作。

进一步地，二极管D1的正极与接触器K1线圈的A2端连接，二极管D1的负极与MOSFET开关管Q1的漏极D连接，MOSFET开关管Q1的源极S与220V稳压电源的+端连接，MOSFET开关管Q1的门极G由+15Vb供电，用光耦U1控制，MOSFET管Q2的源极S与0V-(220V)相连接，MOSFET管Q2的漏极D与接触器K1线圈的A2端连接，接触器K1线圈的A1端与+220V相连接，MOSFET开关管Q1的门极G由+15Va供电，用光耦U2控制。

进一步地，单片机逻辑控制装置接收到S1命令信号后，依据电压同步信号和接触器K1开关的闭合动作时间，判断延时时间到了，发出“工作”和“全压、节能工作”动作信号，MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2导通，接触器K1线圈全压吸合得电，接触器K1主触点开关闭合。

进一步地，接触器触点开关K1闭合后，单片机逻辑控制装置继续给出“工作”动作信号，MOSFET开关管Q1导通，“全压、节能工作”动作信号工作在脉宽调制PWM状态，控制MOSFET开关管Q2的导通和关断，MOSFET开关管Q2导通时，接触器K1线圈流过吸合电流，MOSFET开关管Q2关断时，接触器K1线圈的感性电流通过二极管D1和MOSFET开关管Q1续流。接触器K1线圈保持吸合状态，工作在节能状态。

进一步地，单片机逻辑控制装置接收到S1命令打开信号后，根据电压同步信号，和接触器K1开关打开的动作时间，判断延时时间到了，断开“工作”和“全压、节能工作”信号，接触器K1线圈的感性电流通过接触器K1线圈的两端并联连接着的电容器C1与电阻器R7的串联吸收电路，振荡放电，接触器K1触点开关快速打开。

进一步地，单片机逻辑控制电路给出“工作”和“全压、节能工作”动作信号，通过光耦隔离电路，触发MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2的通断。

进一步地，普通接触器K1的主触点开关可以是单极或多极，接触器的主触点开关多数为3极，在使用多极主触点时，将多极的所有主触点并联，转换成单极主触点开关。多极的所有主触点并联，允许通过的触点电流增大了。

进一步地，普通接触器的类型可以是交流接触器，也可以是直流接触器。无论是交、直流接触器都可以使用本发明的控制电路触发。

本发明的控制电路通过实验和波形测试，达到了同步投切的预期目的。

附图说明

图1：根据本发明的用于普通电磁接触器的同步开关控制电路图；

图2：单片机逻辑控制电路的原理图；

图3：接触器K1主触点开关闭合时，主触点开关电压和线圈电压的波形图；

图4：接触器K1主触点开关打开时，主触点开关电压和线圈电压的波形图；

图5：开关控制电路的控制流程框图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明。

图1示出了用于普通电磁接触器的同步开关控制电路；图2示出了单片机逻辑控制电路的原理图。如图1所示，接触器采用GSC1-40型，接触器K1线圈的两端A1、A2并联连接着电容器C1与电阻器R7构成的串联吸收电路，还并联连接着二极管D1和MOSFET开关管Q1构成的另一串联吸收电路。其中，电容器C1采用630V 0.1uF电容器；电阻器R7采用30欧姆1W的电阻器；二极管D1采用FR107；MOSFET开关管Q1采用SSS4N80AS。MOSFET开关管Q2与接触器K1线圈串联连接到220V直流电源上，MOSFET开关管Q2也采用SSS4N80AS。Q2全导通给接触器K1线圈全压供电，或者给接触器K1线圈部分电压供电，工作在脉宽调制(PWM)节能状态。单片机逻辑控制电路接收到S1命令信号后，依据电压同步信号和接触器K1开关的动作时间，判断延时时间到了，对接触器K1线圈给出和撤销“工作”和“全压、节能工作”动作信号，控制普通接触器的线圈K1的工作电压，完成接触器K1主触点开关的投切动作。

二极管D1的正极与接触器K1线圈的A2端连接，二极管D1的负极与MOSFET开关管Q1的漏极D连接，MOSFET开关管Q1的源极S与220V稳压电源的+端连接，MOSFET开关管Q1的门极G由+15Vb供电，用光耦U1(型号为TLP521-1)控制。MOSFET开关管Q2的源极S与0V-(220V)相连接，MOSFET开关管Q2的漏极D与接触器K1线圈的A2端连接，MOSFET开关管Q1的门极G由+15Va供电，用光耦U2(型号为TLP521-1)控制。接触器K1线圈的A1端与+220V相连接。

单片机逻辑控制电路接收到S1命令信号后，依据电压同步信号和接触器K1开关的闭合动作时间，判断延时时间到了，发出“工作”和“全压、节能工作”动作信号，MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2导通，接触器K1线圈全压吸合得电，接触器K1主触点开关闭合。

接触器K1线圈闭合后，单片机逻辑控制电路继续给出“工作”动作信号，MOSFET开关管Q1导通，“全压、节能工作”动作信号工作在脉宽调制PWM状态，控制MOSFET开关管Q2的导通和关断，MOSFET开关管Q2导通时，接触器K1线圈流过吸合电流，MOSFET开关管Q2关断时，接触器K1线圈的感性电流通过二极管D1和MOSFET开关管Q1续流。接触器K1线圈保持吸合状态，工作在节能状态。

单片机逻辑控制电路接收到S1命令打开信号后，根据电压同步信号和接触器K1开关打开的动作时间，断开“工作”和“全压、节能工作”信号，接触器K1线圈的感性电流通过接触器K1线圈的两端并联连接着的电容器C1与电阻器R7的串联吸收电路，振荡放电，接触器K1主触点开关快速打开。

单片机逻辑控制电路给出“工作”和“全压、节能工作”动作信号，通过光耦隔离电路，触发MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2的导通、关断。

普通接触器K1的主触点开关可以是单极或多极，本实施例中采用的接触器为3极，在使用3极主触点时，将3极的所有主触点并联，转换成单极主触点开关。3极的所有主触点并联，允许通过触点的电流增大了。

普通接触器的类型可以是交流接触器，也可以是直流接触器。交、直流接触器都可以用本发明的控制电路触发。

图3示出了接触器K1主触点开关闭合时，主触点开关电压和线圈电压的波形图，上面的波形A为主触点开关电压，下面的波形B为接触器K1的线圈电压，坐标横轴为5ms/格。图3的波形B展示了接触器K1线圈电压得到全压20ms，在15.5ms时刻接触器闭合，触点弹跳2.5ms，接触器K1线圈电压全压得电20ms后，转入PWM脉宽调制工作状态，接触器主触点开关闭合，线圈工作在节能状态。

图4示出了接触器K1主触点开关打开时，主触点开关电压和线圈K1电压的波形图，上面的波形A为主触点开关电压，下面的波形B为接触器K1的线圈电压，坐标横轴为5ms/格。图4的波形B展示了关断MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2后，接触器K1线圈电流向与接触器K1线圈并联连接着的电容器C1与电阻器R7的串联吸收电路振荡放电，波形A的触点电压展示：接触器K1的主触点开关经过21.5ms打开。

图5显示了控制电路的控制流程框图。在测量到有电压同步信号后，判断有无投切命令，若有投切命令，延时一段时间，使得“工作”输出使能MOSFET开关管Q1导通，“全压、节能工作”输出使能MOSFET开关管Q2导通。20ms后，“工作”输出使能MOSFET开关管Q1导通，“全压、节能工作”输出使能MOSFET开关管Q2运行在PWM状态。在得到停止投切命令时，延时预定的一段时间后，停止“工作”输出使能MOSFET开关管Q1，停止“全压、节能工作”输出使能MOSFET开关管Q2。接触器K1线圈电流通过与接触器K1线圈并联连接着的电容器C1和电阻器R7的串联吸收电路振荡放电，接触器K1主触点开关打开。

本发明的特定实施例已对本发明的内容作出了详尽的说明，对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims

1.一种用于普通电磁接触器的同步开关控制电路，其特征在于：电磁接触器K1线圈的两端并联连接着电容器C1与电阻器R7构成的串联吸收电路，还并联连接着二极管D1和MOSFET开关管Q1构成的另一串联吸收电路，MOSFET开关管Q2与接触器K1线圈串联连接到220V直流电源上，MOSFET开关管Q2全导通给接触器K1线圈全压供电或者MOSFET开关管Q2给接触器K1线圈部分电压供电，工作在脉宽调制PWM节能状态，单片机逻辑控制电路接收到S1命令信号后，依据电压同步信号和接触器K1开关的动作时间，判断延时时间到了，对接触器K1线圈给出和撤销“工作”和“全压、节能工作”动作信号，控制电磁接触器K1线圈的工作电压，完成主触点开关的投切动作。

2.根据权利要求1所述的用于普通电磁接触器的同步开关控制电路，其特征在于：二极管D1的正极与接触器K1线圈的A2端连接，二极管D1的负极与MOSFET开关管Q1的漏极D连接，MOSFET开关管Q1的源极S与220V稳压电源的+端连接，MOSFET开关管Q1的门极G由+15Vb供电，用光耦U1控制，MOSFET管Q2的源极S与0V-220V相连接，MOSFET管Q2的漏极D与接触器K1线圈的A2端连接，接触器K1线圈的A1端与+220V相连接，MOSFET开关管Q2的门极G由+15Va供电，用光耦U2控制。

3.根据权利要求1所述的用于普通电磁接触器的同步开关控制电路，其特征在于：电磁接触器K1的主触点开关可以是单极或多极，在使用多极主触点时，将多极的所有主触点并联，转换成单极主触点开关。

4.根据权利要求1所述的用于电磁电磁接触器的同步开关控制电路，其特征在于：电磁接触器的类型可以是交流接触器，也可以是直流接触器。