CN215772656U - 一种接触器交直流运行无缝切换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种接触器交直流运行无缝切换装置，其包括通过第一导线组连接电源端实现电源输入的接触器、从电源端获取电能的储能模块、与所述储能模块输出端连接的大电容充电模块、通过大电容充电模块实现快速充电的大电容以及控制模块，储能模块的输出端与大电容的输出端并联后通过第二导线组与所述接触器连接为其供电，所述电源端引出有一进入到所述控制模块内的电压信号供所述控制模块检测，所述第一导线组上设置有受所述控制模块控制的第一电子开关、第二电子开关，所述第二导线组上设置有受所述控制模块控制的第三电子开关。本实用新型可实现接触器交流电能与直流电能的无缝切换，有效防止接触器脱扣，保障系统运行的稳定性。

Description

一种接触器交直流运行无缝切换装置

【技术领域】

本实用新型属于接触器技术领域，特别是涉及一种接触器交直流运行无缝切换装置。

【背景技术】

接触器是一种工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。在电工学上，因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制电路的装置，所以经常运用于电动机作为控制对象﹐也可用作控制工厂设备﹑电热器﹑工作母机和各样电力机组等电力负载，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制，是自动控制系统中的重要元件之一。

现有技术中，接触器的电源切换装置一般包括电压监测回路、切换回路以及输出回路，如图1所示，电压判断采用硬件整流方案，然后通过比较器或者分压进入模拟量采集；切换回路，部分厂家采用继电器进行切换，使用继电器动作时间5ms左右实现切换；电压输出也采用多个端子方式，通过二极管分压方案，根据需要的电压接对应的输出端子。上述方案存在以下几个缺点：1)电压判断采用整流充电加电压比较，可能会由于电容容值选择不合理导致电压跌落判断较慢；2)采用继电器切换，如果电流较大容易损坏继电器触点，并且继电器切换速度相对较慢，可能大概率存在切换失败情况，并且由大能量切换到小能量有可能输出电压不能与接触器弹簧拉力相符合导致脱扣；3)输出端子较多，需要自己去计算大概电压来进行接线，相对接线比较复杂。

因此，需要提供一种新的接触器交直流运行无缝切换装置来解决上述问题。

【实用新型内容】

本实用新型的主要目的在于提供一种接触器交直流运行无缝切换装置，可实现接触器交流电能与直流电能的无缝切换，有效防止接触器脱扣，保障系统运行的稳定性。

本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种接触器交直流运行无缝切换装置，其包括通过第一导线组连接电源端实现电源输入的接触器、从所述电源端获取电能的储能模块、与所述储能模块输出端连接的大电容充电模块、通过所述大电容充电模块实现快速充电的大电容以及控制模块，所述储能模块的输出端与所述大电容的输出端并联后通过第二导线组与所述接触器连接为其供电，所述电源端引出有一进入到所述控制模块内的电压信号供所述控制模块检测，所述第一导线组上设置有受所述控制模块控制的第一电子开关、第二电子开关，所述第二导线组上设置有受所述控制模块控制的第三电子开关。

进一步的，所述储能模块通过AC/DC模块将所述电源端的交流电压变换成直流电压后对其进行供电。

进一步的，所述储能模块的输出端设置有宽电压输出模块，输出一个稳定的直流电压，所述宽电压输出模块的输出端分为三路，一路连接至所述控制模块，为所述控制模块供电，一路连接至所述第二导线组上，为所述接触器稳定输出供电，另一路连接至所述大电容充电模块，通过所述大电容充电模块为所述大电容快速充电。

进一步的，所述电源端引入至所述控制模块内的电压信号线路上，设置有一电压互感器。

进一步的，所述大电容充电模块包括对所述大电容进行充电的电感、电源管理芯片、第四电子开关、采集大电容两端电压的电压采集模块；所述储能模块输出的直流电压通过第三导线组与所述大电容两端电连接，所述电感设置在所述第三导线组的高压端且与所述大电容串联，所述第四电子开关的两端连接至所述第三导线组的两根线上且与所述大电容并联，所述第四电子开关受所述电源管理芯片控制实现导通与断开；所述第三导线组上还设置有第五电子开关，所述第五电子开关的控制端输入连接有一光电耦合器，所述光电耦合器受所述控制模块控制实现导通与断开，进而实现所述大电容充电模块的工作与停止控制。

进一步的，所述储能模块输出的直流电压通过稳压二极管和第一电阻稳压后输入至所述电源管理芯片，为所述电源管理芯片供电；通过稳压二极管和第二电阻稳压后输入至所述光电耦合器，为所述光电耦合器供电。

进一步的，所述光电耦合器的控制输入端与所述控制模块电连接。

进一步的，所述第四电子开关在连接至所述第三导线组的线路上设置有过电流保护模块。

与现有技术相比，本实用新型一种接触器交直流运行无缝切换装置的有益效果在于：通过给高压电容快速充电实现了能量的存储，再通过开关的快速切换，在两种能量互相切换的过程中通过高压电容的放电为接触器线圈提供了瞬时的大电流能量，保证接触器线圈在两种能量切换的过程中提供了过渡的能量转换，从而保证了能量切换过程中的接触器不释放，进而防止接触器脱扣现象的发生；本方案中通过电子开关实现电源端交流电与储能模块输出端直流电两种能量的互相切换，电子开关的打开与闭合间隔大约可缩短至500us，保证了开关打开的同步度与及时性，避免了故障的发生，通过对电子开关的控制实现能量的切换，同时实现电容放电的精准控制，保证了交流能量与直流能量切换后不会发生接触器线圈能量脱节现象的发生。

【附图说明】

图1为现有技术中接触器线圈供电电路的框架原理结构示意图；

图2为本实用新型实施例的框架原理结构示意图；

图3为本实用新型实施例中大电容充电模块的电路结构示意图；

图中数字表示：

100接触器交直流运行无缝切换装置；

1第一导线组；2电源端；3接触器；4储能模块；5大电容充电模块；7控制模块；8第二导线组；9AC/DC模块；10宽电压输出模块；11第三导线组。

【具体实施方式】

实施例：

请参照图2-图3，本实施例为接触器交直流运行无缝切换装置100，其包括通过第一导线组1连接电源端2实现电源输入的接触器3、从所述电源端2获取电能的储能模块4、与储能模块4输出端连接的大电容充电模块5、通过大电容充电模块5实现快速充电的大电容C6以及控制模块7，储能模块4的输出端与大电容C6的输出端并联后通过第二导线组8与接触器3连接实现对接触器3的供电，所述电源端2引出有一进入到控制模块7内的电压信号供控制模块7检测，第一导线组1上设置有受控制模块7控制的第一电子开关K1、第二电子开关K2，第二导线组8上设置有受控制模块7控制的第三电子开关K3。

储能模块4通过AC/DC模块9将电源端2的交流电压变换成直流电压后对其进行供电。

储能模块4的输出端设置有宽电压输出模块10，输出一个稳定的24V直流电压，宽电压输出模块10的输出端分为三路，一路连接至控制模块7，为控制模块7供电，一路连接至第二导线组8上，为接触器3稳定输出供电，另一路连接至大电容充电模块5，通过大电容充电模块5为大电容C6快速充电。

电源端2引入至控制模块7内的电压信号线路上，设置有一电压互感器PT，通过电压互感器PT将电源端2输入的电压信号隔离后产生一个小幅值得交流电压信号，然后通过运算放大器处理后进入到控制模块7的模拟量采集引脚中，通过控制模块7内部设置的程序计算出房前输入的电压有效值，判断该电压有效值是否在正常运行状态下电压允许范围内，同时对系统运行波形进行多点采样，与之前的采样点进行对比，对电网电压波动进行实时监测，若采样点发生异常后，可为电网电压波动提供有利可靠的判断依据，进而控制第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3的开与关。

本实施例接触器交直流运行无缝切换装置100的主要功能是通过对电网电压是否存在波动进行监测并根据监测结果对交流电与直流电两种能量的相互切换提供支撑条件，实现无缝对接，有效防止接触器线圈脱扣现象的发生。

本实施例接触器交直流运行无缝切换装置100中，如图2所示，L和N为该系统的装置电源输入，装置电源输入后通过AC/DC模块9转化成整个系统需求的低电压直流供电电压，为整个系统提供运行能量；同时输入的L和N通过电压互感器PT隔离后产生小幅值的交流电压信号输入至控制模块7内进行电压监测，判断电压系统是否发生波动；输入的220V交流电经过通过AC/DC模块9转化成直流电压对内部储能模块4进行充电，由于储能模块4放电过程中电压是一个由高降低的过程，所以在储能模块4后端采用9～36V宽电压输出模块10，输出一个稳定的24V直流电压，保证储能模块4在电压降低过程中保证整个系统都有一个稳定的电压支撑。

大电容充电模块5与大电容C6为整个系统的可靠切换提供了足够的能量续接，保证了可靠性。

由于电网端随时可能发生电压波动，因此，控制模块7随时可能进行两种能量的切换，所以大电容C6的充电时间相对要快一些，保证电容在工作一次放电完成后可以快速的进行第二次充电。

为了实现对大电容C6的快速充电，大电容充电模块5包括对大电容C6进行充电的电感L2、电源管理芯片U15、第四电子开关Q5、采集大电容C6两端电压的电压采集模块；储能模块4输出的24V电压通过第三导线组11与大电容C6两端电连接，电感L2设置在第三导线组11上且与大电容C6串联，第四电子开关Q5的两端连接至第三导线组11的两根线上且与大电容C6并联，第四电子开关Q5受电源管理芯片U15控制实现导通与断开。第三导线组11上还设置有第五电子开关Q6，第五电子开关Q6的控制端输入连接有一光电耦合器U16，光电耦合器U16受控制模块7控制实现导通与断开，进而实现大电容充电模块5的工作与停止控制。

宽电压输出模块10输出的24V电压通过稳压二极管D11和第一电阻R58稳压后输入至电源管理芯片U15的8号管脚，实现对电源管理芯片U15的供电；通过稳压二极管D9和第二电阻R43稳压后输入至光电耦合器U16的4号管脚，实现对光电耦合器U16的供电。

光电耦合器U16的控制输入端与控制模块7电连接。

所述电压采集模块包括设置在第三导线组11上且与大电容C6并联的第三电阻R37与第四电阻R48、从第三电阻R37与第四电阻R48之间引出输入至电源管理芯片U15的3号管脚端的第四线路(图中未标示)、设置在所述第四线路上的第五电阻R50、以及一端连接第五电阻R50且另一端连接第三导线组11低压端的第一电容C11。电源管理芯片U15通过所述电压采集模块采集大电容C6两端的电压，若达到需要充电电压值，电源管理芯片U15则停止对电容充电工作，若小于需要充电电压值，则电源管理芯片U15持续工作为电容充电。

电源管理芯片U15的7号管脚连接至第三导线组11的低压端，且在连接线路上设置有第六电阻R56与第七电阻R57，通过第六电阻R56与第七电阻R57为芯片提供最大工作频率，最大工作频率即为电源管理芯片U15通过6号引脚控制第四电子开关Q5开关的最大频率。

第四电子开关Q5在连接至第三导线组11的线路上设置有过电流保护模块，所述过电流保护模块包括一端连接第四电子开关Q5且另一端连接第三导线组11低压端的第八电阻R49、与第八电阻R49并联的第二电容C2，第八电阻R49与第二电容C2并联端连接至电源管理芯片U15的1号管脚，且在连接线路上设置有第九电阻R47。电源管理芯片U15通过1号管脚采集的电流信号实现对充电电路的过电流保护功能。

充电方式采用的非隔离方式即未使用变压器方案，直接将低电压等级的电压，通过电源管理芯片U15控制第四电子开关Q5的打开和关断实现对电感L2的充电和放电过程。电感L2的连续多次放电即可实现对大电容C6的快速充电。电源管理芯片U15在电压正常时通过所述电压采集模块时刻检测大电容C6电压是否满足需求，若电压偏低则U15芯片通过6号引脚自动调整Q5开断频率，从而实现自动启动充电功能保证大电容C6电压满足切换时提供的能量需求；同时通过所述过电流保护模块，若出现充电异常则U15自动停止工作关断Q5，从而自动停止充电功能，保证不会损坏其他部分功能。

本实施例为接触器交直流运行无缝切换装置100的工作原理为：初始状态下，第一电子开关K1、第二电子开关K2闭合导通，第三电子开光K3断开，接触器3通过电源端2输入的交流220V电压进行供电；控制模块7实时监控电源端2的电压是否有波动，若出现晃电现象，则断开第一电子开关K1、第二电子开关K2，闭合第三电子开关K3，第三电子开关K3闭合的瞬间，大电容C6进行放电，对接触器3进行供电，延续晃电瞬间交流电掉落的能量延续；待储能模块4输出给接触器3的电能稳定后，通过储能模块4供电；待控制模块7监测到电源端2电压恢复正常后，断开第三电子开关K3，闭合第一电子开关K1、第二电子开关K2，恢复电源端2的正常供电，然后通过大电容充电模块5对大电容6进行快速充电，以备下次晃电时进行放电。

本实施例为接触器交直流运行无缝切换装置100通过给高压电容快速充电实现了能量的存储，再通过开关的快速切换，在两种能量互相切换的过程中通过高压电容的放电为接触器线圈提供了瞬时的大电流能量，保证接触器线圈在两种能量切换的过程中提供了过渡的能量转换，从而保证了能量切换过程中的接触器不释放，进而防止接触器脱扣现象的发生；本方案中通过电子开关实现电源端交流电与储能模块输出端直流电两种能量的互相切换，电子开关的打开与闭合间隔大约可缩短至500us，保证了开关打开的同步度与及时性，避免了故障的发生，通过对电子开关的控制实现能量的切换，同时实现电容放电的精准控制，保证了交流能量与直流能量切换后不会发生接触器线圈能量脱节现象的发生。

本实施例考虑到了接触器维持功率较小，所以采用小电压直流维持方案；但是较大交流能量切换为较小的直流能量衔接上需要抗衡接触器弹簧弹力，所以通过增加高压电容充电回路和能量衔接过程放电，保证了能量的可靠过渡；本方案为了配合两种能量的快速转换加上高压电容的瞬间能量释放，采用了较大容量的IGBT电子开关作为切换的主要元件；首先电子开关的动作时间基本为纳秒级别的，动作时间较快，其次大容量的IGBT可以承受电容放电瞬间的高压和大电流，保证了产品的可靠性。本实施例为传统的能量切换过程中提供了一个简易、可靠的能量延续方案，解决了传统切换方案存在失败的可能性；高压电容取能方案，采用的是装置内部的储能模块经过DC/DC的模块输出的稳定电压，即使电压未恢复电容的充电也可以直接从储能模块中的能量进行获取，可以提前完成下一次快速充电；电压波动的准确判断加上电子开关的快速动作和高压电容中间的能量延续，保证了整个系统的可靠性。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种接触器交直流运行无缝切换装置，其特征在于：其包括通过第一导线组连接电源端实现电源输入的接触器、从所述电源端获取电能的储能模块、与所述储能模块输出端连接的大电容充电模块、通过所述大电容充电模块实现快速充电的大电容以及控制模块，所述储能模块的输出端与所述大电容的输出端并联后通过第二导线组与所述接触器连接为其供电，所述电源端引出有一进入到所述控制模块内的电压信号供所述控制模块检测，所述第一导线组上设置有受所述控制模块控制的第一电子开关、第二电子开关，所述第二导线组上设置有受所述控制模块控制的第三电子开关。

2.如权利要求1所述的接触器交直流运行无缝切换装置，其特征在于：所述储能模块通过AC/DC模块将所述电源端的交流电压变换成直流电压后对其进行供电。

3.如权利要求1所述的接触器交直流运行无缝切换装置，其特征在于：所述储能模块的输出端设置有宽电压输出模块，输出一个稳定的直流电压，所述宽电压输出模块的输出端分为三路，一路连接至所述控制模块，为所述控制模块供电，一路连接至所述第二导线组上，为所述接触器稳定输出供电，另一路连接至所述大电容充电模块，通过所述大电容充电模块为所述大电容快速充电。

4.如权利要求1所述的接触器交直流运行无缝切换装置，其特征在于：所述电源端引入至所述控制模块内的电压信号线路上，设置有一电压互感器。

5.如权利要求1所述的接触器交直流运行无缝切换装置，其特征在于：所述大电容充电模块包括对所述大电容进行充电的电感、电源管理芯片、第四电子开关、采集大电容两端电压的电压采集模块；所述储能模块输出的直流电压通过第三导线组与所述大电容两端电连接，所述电感设置在所述第三导线组的高压端且与所述大电容串联，所述第四电子开关的两端连接至所述第三导线组的两根线上且与所述大电容并联，所述第四电子开关受所述电源管理芯片控制实现导通与断开；所述第三导线组上还设置有第五电子开关，所述第五电子开关的控制端输入连接有一光电耦合器，所述光电耦合器受所述控制模块控制实现导通与断开，进而实现所述大电容充电模块的工作与停止控制。

6.如权利要求5所述的接触器交直流运行无缝切换装置，其特征在于：所述储能模块输出的直流电压通过稳压二极管和第一电阻稳压后输入至所述电源管理芯片，为所述电源管理芯片供电；通过稳压二极管和第二电阻稳压后输入至所述光电耦合器，为所述光电耦合器供电。

7.如权利要求5所述的接触器交直流运行无缝切换装置，其特征在于：所述光电耦合器的控制输入端与所述控制模块电连接。

8.如权利要求5所述的接触器交直流运行无缝切换装置，其特征在于：所述第四电子开关在连接至所述第三导线组的线路上设置有过电流保护模块。

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