CN204885021U - 一种低压交流接触器驱动控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种低压交流接触器驱动控制器，包括主控制器、DA转换电路、AD转换电路、动触头位移传感器、恒流斩波比较器、光耦隔离电路、电流控制电路、电流采样电路及调理电路；动触头位移传感器的输入端电连接于接触器动触头，输出端经由AD转换电路电连接主控制器的输入端；主控制器的输出端经由DA转换电路依次电连接恒流斩波比较器、光耦隔离电路、电流控制电路；接触器线圈的电流输出端经由电流采样电路及调理电路反馈连接至恒流斩波比较器的输入端。本新型实现接触器在闭合过程中实时跟踪动触头运行信息的闭环控制，实现动触头运行位置信息可监控和接触器闭合软着陆，减少动静触头的闭合弹跳，提高了接触器可靠性和使用寿命。

Description

一种低压交流接触器驱动控制器

技术领域

本实用新型涉及接触器技术领域，具体是指一种低压交流接触器驱动控制器。

背景技术

交流接触器是一种应用广泛的低压控制电器，传统的接触器控制器由于可靠性不高，无法满足现在工业自动化的要求，研制一种适用现代工业要求的接触器控制器是适应时代的要求。

随着电子技术、电力电子技术、微机控制器等发展，接触器控制器迅速发展，出现了各种新型的控制方法，如通过复杂的仿真得到一条使吸力合理配合的起动电流曲线，实现动静铁心软着陆等。但这些控制方式均为开环控制，一旦接触器外围因素，如接触器线圈控制电压的波动，接触器本身机械特性的改变等原因，造成接触器使用的可靠性下降，降低接触器的电寿命。采用传统控制方式，会造成动触头闭合速度过大而引起的接触器触头弹跳，产生电弧，造成危害。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低压交流接触器驱动控制器，实现接触器在闭合过程中实时跟踪动触头运行位置信息的闭环控制，实现动触头运行位置信息可监控和接触器闭合软着陆，减少动静触头的闭合弹跳，提高了接触器可靠性和使用寿命。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种低压交流接触器驱动控制器，包括主控制器、DA转换电路、AD转换电路、动触头位移传感器、恒流斩波比较器、光耦隔离电路、电流控制电路、电流采样电路及调理电路；动触头位移传感器的输入端电连接于接触器动触头，输出端经由AD转换电路电连接主控制器的输入端；主控制器的输出端经由DA转换电路依次电连接恒流斩波比较器、光耦隔离电路、电流控制电路，该电流控制电路的控制端与接触器线圈相电连接；接触器线圈的电流输出端经由电流采样电路及调理电路反馈连接至恒流斩波比较器的输入端。

所述动触头位移传感器由直滑式线性滑动变阻器以及直流电压源构成，其于接触器的附件安装处机械固定安装。

所述电流采样电路包括电压转换器和电压跟随器，调理电路为滤波电路；该电压转换器、电压跟随器及滤波电路依次进行电连接，电压转换器的输入端连接于接触器线圈的电流输出端，滤波电路的输出端与恒流斩波比较器的输入端相连接。

所述调理电路为二阶有源低通滤波器。

所述主控制器为C8051f020单片机。

所述恒流斩波比较器为高速比较器芯片。

所述光耦隔离电路为具有光电隔离功能的6N137芯片。

所述电流控制电路为电力电子开关。

所述电力电子开关为可控开断的IRF730芯片。

所述驱动控制器还包括按键模块和指示灯，按键模块与主控制器的控制输入端相电连接，指示灯电连接于主控制器的控制输出端。

采用上述方案后，本新型低压交流接触器驱动控制器，电流采样和调理电路对线圈电流进行检测和滤波处理；动触头位移传感器实时检测接触器动触头运行位置信息，经由AD转换电路实现微机(主控制器)实时跟踪接触器动触头运行位置信息；DA转换电路通过微机控制，产生接触器线圈电流基准信息；恒流斩波比较器通过对基准值和反馈信号进行比较，产生PWM信号，通过光耦驱动电力电子开关(电流控制电路)实现恒流斩波，实现微机对接触器线圈电流进行实时控制。

本新型通过在接触器的动触头上安装位移传感器，实现动触头运动过程的运行位置闭环控制；通过斩波技术，实现对接触器线圈电流变化的控制；通过微机软件算法和位移传感器的配合，实现接触器动触头闭合的软着陆，运行位置信息可监控。本新型驱动控制器是建立在实时监测接触器动触头的运行位置信息上，对于接触器的机械特性和线圈电压精度的依赖性不高，可以解决由于接触器频繁运行而使得接触器机械特性的改变，使得动静铁心既要实现软着陆控制，又要可靠吸合的控制难题。同时，由于利用位移传感器和AD采样，将动触头运行的实时位置信息数字化，跟踪动触头的运行情况，在接触器动静触头闭合和分闸时，实时观察接触器的闭合和分闸情况，保证接触器在实际运行时可靠动作。

附图说明

图1本新型驱动控制器的电路原理框图；

图2是本新型驱动控制器的工作原理图；

图3是普通控制时接触器动触头的运行位移图；

图4是本新型软着陆控制时动触头运行位移图；

图5是普通控制时线圈电流和动触头运行位移测试图；

图6是使用本新型软着陆控制时线圈电流和动触头运行位移测试图。

标号说明

主控制器10AD转换电路11

DA转换电路12动触头位移传感器21

恒流斩波比较器31光耦隔离电路32

电流控制电路33电流采样电路34

调理电路35接触器线圈41

接触器动触头42。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本案作进一步详细的说明。

本案涉及一种低压交流接触器驱动控制器，如图1所示，包括主控制器10、AD转换电路11、DA转换电路12、动触头位移传感器21、恒流斩波比较器31、光耦隔离电路32、电流控制电路33、电流采样电路34及调理电路35。

动触头位移传感器21的输入端电连接于接触器动触头41，输出端经由AD转换电路11电连接主控制器10的输入端，以对接触器动触头41的实时运行位置进行监测。主控制器10的输出端电连接DA转换电路12的输入端，在主控器10的控制下输出参考电压；DA转换电路12的输出端依次电连接恒流斩波比较器31、光耦隔离电路32、电流控制电路33，该电流控制电路33的控制端与接触器线圈42相电连接。接触器线圈42的电流输出端经由电流采样电路34及调理电路35反馈连接至恒流斩波比较器31的输入端，以对接触器线圈42电流进行采样和调理。接触器线圈42供电采用直流电源或交流电源经过整流而形成的直流电源。

具体的，所述主控制器10为C8051f020单片机；恒流斩波比较器31为高速比较器芯片；光耦隔离电路32为具有光电隔离功能的6N137芯片；电流控制电路33为电力电子开关，具体为可控开断的IRF730芯片。

本新型驱动控制器还可以包括按键模块和指示灯。按键模块与主控制器10的控制输入端相电连接，以对控制器的启动和停止、接触器合闸和分闸进行控制；指示灯电连接于主控制器10的控制输出端，对接触器控制的运行情况和接触器的运行状态进行显示。

所述动触头位移传感器21一优选实施例，由直滑式线性滑动变阻器以及直流电压源(3.3V)构成，其于接触器的附件安装处机械固定安装。该种设计使得整个控制器设计生产成本低，具有经济实用的特点。

优选地，所述电流采样电路34包括电压转换器和电压跟随器，调理电路35为滤波电路。电压转换器、电压跟随器及滤波电路依次进行电连接，电压转换器的输入端连接于接触器线圈42的电流输出端，滤波电路的输出端与恒流斩波比较器31的输入端相连接。

如图2所示，本新型系统通过在接触器上安装动触头位移传感器21，通过动触头位移传感器21与AD转换电路11配合，实现接触器在闭合过程中实时跟踪动触头运行信息的闭环控制；动触头相应的运行信息，包括实时运行速度和位置信息等。主控制器10通过计算分析处理，通过DA转换电路12，实时改变线圈电流的基准值；接触器线圈42电流采用PWM斩波控制技术，配合动触头位移传感器21跟踪动触头的运行信息，通过实时改变接触器线圈42电流来控制接触器动触头的闭合速度，实现接触器闭合软着陆，达到动触头可靠吸合，减少动静触头的闭合弹跳，提高了接触器可靠性和使用寿命。

所述系统采用恒流斩波PWM的驱动方式来改变电流大小。恒流斩波PWM是通过实际反馈电信号与系统产生的基准值相比较来产生。由于感性负载的电流变化滞后于电压变化，若采用线圈电压瞬时值反馈，会造成系统动态性能差。系统采用线圈电流瞬时反馈控制，提高线圈电流控制的有效性，达到实时控制接触器触头运行速度的目的。

传统接触器控制器对接触器进行合闸时，一般采用对接触器线圈保持通电的方式，使得线圈产生足够的吸力，实现合闸控制。然后采用这种合闸控制时，由于动触头一直处于加速度状态，导致触头在闭合瞬间的合闸速度很大，造成很高的冲击能量，容易造成弹跳和接触器电寿命减少。于此本新型系统于动触头附近安装动触头位移传感器21，将动触头运行位置信息转换为相应的电信号，通过AD采样，实时跟踪动触头的运行情况，根据实际动触头的运行状况，实时改变接触器线圈的电流基准值，调节动触头的运行速度，实现接触器动触头软着陆的控制。

接触器动触头在动静触头接触后会进入一段超行程运行，进入超行程后，反作用力变大，如果接触器吸合力不够大，会产生弹跳。本系统通过位置检测模块(动触头位移传感器21)实时跟踪接触器的位置信息，在进入超行程后，系统将迅速增大接触器的线圈电流，使得接触器拥有足够的吸合力，避免弹跳产生。

本新型控制器系统采用控制接触器线圈42电流的方式来实现接触器动触头软着陆。接触器的线圈电流采用恒流斩波控制，电力电子开关器件处于高频开关状态，造成很大的噪声干扰，影响到比较器的可靠运行，接触器的线圈电流与系统产生基准值形成误差，影响控制线圈电流的精度。为了有效滤除干扰，所述调理电路35采用二阶有源低通滤波器，其具有良好的滤波性能，具有十分平坦通带和陡峭的过渡带，可以有效滤除干扰，提高电流的采样精度。

下面对本新型驱动控制器系统运行进行实验测试。

以CJX2910接触器为例，通过一次空载接触器闭合运行，测得接触器动触头在初始位置时，位移传感器的输出电压为0.6V，在动触头达到超行程时输出电压为1.98V，完全闭合时输出电压为2.36V。采用普通闭合控制时，通过示波器采集位移传感器的输出，得到接触器动触头闭合的运行位移图，如图3所示。接触器触头闭合时速度v如式(1)。

$v=\frac{dx}{dt}---\left(1\right)$

由图3可以得到，接触器在一直通电的情况下，其闭合速度指数型上升，为了简化计算，将触头闭合运动曲线线性化，如式(2)。

$v=\frac{s}{t}---\left(2\right)$

通过图3测得的数据代入式(2)。可得：

$v=\frac{s}{t}=\frac{0.5}{0.002}k=250\×k---\left(3\right)$

式中：k为实际动触头运行路程与电压的折算系数；碰撞瞬间的能量如式(4)。

$W=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2=31250\×m\×k^2---\left(4\right)$

在相同情况，通过采用系统设计的软着陆控制，示波器采集位移传感器的输出，得到接触器触头闭合运行位移图，如图4所示。

通过图4测得的数据代入式(2)。可

得

$v=\frac{s}{t}=\frac{0.5}{0.005}k=100\×k---\left(5\right)$

碰撞瞬间的能量为如式(6)。

$W=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2=5000\×m\×k^2---\left(6\right)$

通过比较式(3)和(5)可以得出，采用软着陆控制后，动触头的速度约减少了60％。通过比较式(4)和(6)可以得出碰撞瞬间的能量减少了84％，证明系统实际运行的有效。

系统采用软着陆控制，大大降低了瞬间的碰撞能量。通过对普通驱动控制器和本新型设计驱动控制进行实验对比，得到测试对比如图5、图6。可以得出，本新型设计可以有效减少动触头第一次反跳距离，降低了弹跳风险，减少弹跳次数，同时由于配合弹跳抑制控制，可以迅速增加接触力，减少接触电阻，避免因产生电弧而熔焊等。

以上所述仅为本新型的优选实施例，凡跟本新型权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本新型权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种低压交流接触器驱动控制器，其特征在于：包括主控制器、DA转换电路、AD转换电路、动触头位移传感器、恒流斩波比较器、光耦隔离电路、电流控制电路、电流采样电路及调理电路；动触头位移传感器的输入端电连接于接触器动触头，输出端经由AD转换电路电连接主控制器的输入端；主控制器的输出端经由DA转换电路依次电连接恒流斩波比较器、光耦隔离电路、电流控制电路，该电流控制电路的控制端与接触器线圈相电连接；接触器线圈的电流输出端经由电流采样电路及调理电路反馈连接至恒流斩波比较器的输入端。

2.如权利要求1所述的一种低压交流接触器驱动控制器，其特征在于：所述动触头位移传感器由直滑式线性滑动变阻器以及直流电压源构成，其于接触器的附件安装处机械固定安装。

3.如权利要求1所述的一种低压交流接触器驱动控制器，其特征在于：所述电流采样电路包括电压转换器和电压跟随器，调理电路为滤波电路；该电压转换器、电压跟随器及滤波电路依次进行电连接，电压转换器的输入端连接于接触器线圈的电流输出端，滤波电路的输出端与恒流斩波比较器的输入端相连接。

4.如权利要求1或3所述的一种低压交流接触器驱动控制器，其特征在于：所述调理电路为二阶有源低通滤波器。

5.如权利要求1所述的一种低压交流接触器驱动控制器，其特征在于：所述主控制器为C8051f020单片机。

6.如权利要求1所述的一种低压交流接触器驱动控制器，其特征在于：所述恒流斩波比较器为高速比较器芯片。

7.如权利要求1所述的一种低压交流接触器驱动控制器，其特征在于：所述光耦隔离电路为具有光电隔离功能的6N137芯片。

8.如权利要求1所述的一种低压交流接触器驱动控制器，其特征在于：所述电流控制电路为电力电子开关。

9.如权利要求8所述的一种低压交流接触器驱动控制器，其特征在于：所述电力电子开关为可控开断的IRF730芯片。

10.如权利要求1所述的一种低压交流接触器驱动控制器，其特征在于：所述驱动控制器还包括按键模块和指示灯，按键模块与主控制器的控制输入端相电连接，指示灯电连接于主控制器的控制输出端。