專利名稱：：基于可變電流方式的低壓電器智能控制方法基于可變電流方式的低壓電器智能控制方法技米領(lǐng)域本發(fā)明屬于電子應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種基于可變電流方式的低壓電器智能控制方法。
背景技術(shù)：
：交流接觸器是一種被頻繁操作的低壓電器，常用于遠(yuǎn)距離頻繁地接通和分?jǐn)嘟恢绷髦麟娐芳按笕萘靠刂齐娐返碾娖?，廣泛應(yīng)用于低壓電路中。其主要?jiǎng)幼魈卣鳛樵诳刂齐娫唇油ê?，由電磁系統(tǒng)帶動(dòng)觸頭系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，完成閉合過程；在控制電源切斷后，由反力彈簧將動(dòng)靜觸頭分開。在接觸器觸頭閉合和分?jǐn)嗟倪^程中，會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的燃弧情況，對(duì)接觸器觸頭以及接觸器本體的電壽命有很惡劣的影響。交流接觸器在閉合過程中會(huì)發(fā)生兩次碰撞，第一次是動(dòng)靜觸頭在接觸時(shí)發(fā)生的碰撞，第二次是動(dòng)靜鐵芯在接觸時(shí)發(fā)生的碰撞，這兩次碰撞都會(huì)引起觸頭的彈跳。產(chǎn)生斷續(xù)的電弧而使觸頭受電弧高溫侵蝕而損壞。在閉合過程中兩次碰撞產(chǎn)生的彈跳而弓胞的電弧對(duì)觸頭的燒蝕十分嚴(yán)重，是影響接觸器壽命的關(guān)鍵。接觸器觸頭的系統(tǒng)在大電流連續(xù)通過情況下的溫升也是衡量接觸器質(zhì)量的一個(gè)很重標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)靜觸頭間的捏合的緊密程度直接影響其接觸器電阻，而接觸電阻的大小會(huì)影響到接觸觸頭系統(tǒng)的工作溫升。接觸器在工作時(shí)可以分為吸合和吸持兩個(gè)工作狀態(tài)。在吸合過程中，需要較大的能量來帶動(dòng)觸頭克服彈簧的反力運(yùn)動(dòng)；而在吸持狀態(tài)下，僅需要較低的能量和下線圈電壓就可以保持該狀態(tài)。但是由于目前交流接觸器所采用的交流控制方式，使得接觸器在吸合和吸持狀態(tài)下均使用相同的電壓來進(jìn)行控制，交流電壓產(chǎn)生的反向電動(dòng)力要通過分磁環(huán)進(jìn)行消除，才能保證接觸器的穩(wěn)定可靠工作，但是這樣的工作過程會(huì)議的將近一半的工作能量被浪費(fèi)，因此造成較大的能量損耗。目前國(guó)內(nèi)的接觸器的能耗平均為每臺(tái)幾十瓦，但是由于接觸器的用量較多，全國(guó)工業(yè)系統(tǒng)中有上千萬臺(tái)不同容量的接觸器在運(yùn)行，因此其總能耗非常巨大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種能夠減少接觸器的銅、鐵原材料損耗，減小接觸器體積，大幅度提高接觸器的電壽命和機(jī)械壽命，降低接觸器能量損耗的基于可變電流方式的低壓電器智能控制方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是首先交流電輸入后通過抗干擾整流濾波模塊消除浪涌、快速脈沖群電磁干擾后，將交流電壓整流成為直流電壓，并直接給接觸器線圈和內(nèi)部電源模塊的回路供電；內(nèi)部電源模塊產(chǎn)生+5V和+20V兩路隔離電源，分別給中央處理器，壓電流采樣/隔離模塊、隔離驅(qū)動(dòng)電路供電；電壓電流采樣/隔離?！姥氩杉垢蓴_整流濾波模塊輸出的電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和隔離將轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)字量傳遞給中央處理器，中央處理器通過采樣得到的電壓、電流的數(shù)值以及其變化量及變化率判斷觸頭所處位置，發(fā)出控制信號(hào)多次變換線圈控制電壓，當(dāng)接觸器控制電壓發(fā)生變化，線圈中電流幅值發(fā)生變化，但電流變化率不變，通過該電流變化率判斷觸頭位置，在吸合階段通過電流檢測(cè)判斷可動(dòng)部分啟動(dòng)，動(dòng)靜觸頭閉合，動(dòng)靜鐵心閉合三個(gè)時(shí)間點(diǎn)并據(jù)此來調(diào)節(jié)控制的平均電壓，優(yōu)化觸頭吸和速度減少?gòu)椞螖?shù)，在保持閉合階段，將電流調(diào)節(jié)至毫安級(jí)保持低功耗運(yùn)行；該控制信號(hào)通過隔離驅(qū)動(dòng)模塊電路隔離、放大后作用在MOSFET模塊的門極并作為M0SFET模塊的通斷控制信號(hào)；通過高頻通斷的M0SFET模塊調(diào)節(jié)接觸器線圈的平均電壓；同時(shí)保護(hù)模塊直接與M0SFET模塊的采樣電阻相連接，對(duì)M0SFET模塊的電流進(jìn)行采樣并在過流時(shí)關(guān)斷電流回路。本發(fā)明通過對(duì)接觸器控制線圈電壓、電流的采樣反饋，得當(dāng)前控制線圈中的電流變化率，調(diào)整接觸器線圈中的電流幅度。使操作電磁鐵的吸力和反力特性達(dá)到理想的配合，在閉合過程中不斷地調(diào)節(jié)操作機(jī)構(gòu)的動(dòng)能，降低動(dòng)觸頭閉合過程中的動(dòng)能和碰撞速度以減少或消除操作機(jī)構(gòu)在閉合瞬間產(chǎn)生的振動(dòng)、彈跳，大幅度提高交流接觸器電壽命；本發(fā)明利用交流接觸器在保持階段，電壓裕量較大的特點(diǎn)，根據(jù)電壓和電流的采樣反饋值實(shí)時(shí)調(diào)整保持階段線圈電流和功耗。從而使接觸器在各電壓等級(jí)下保持相同動(dòng)作特性，同時(shí)達(dá)到接觸器在保持階段以低功耗穩(wěn)定運(yùn)行的目的；保證交流接觸器在正常的運(yùn)行期間以低電壓，小電流的方式保證接觸器動(dòng)靜觸頭的吸和更緊密，從而達(dá)到減小接觸電阻，降低觸頭溫升，提高接觸器工作效率的目的；保證交流接觸器在限定的電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，并且在此范圍之外穩(wěn)定釋放或不啟動(dòng)。圖1是本發(fā)明的電路框圖；圖2是本發(fā)明抗干擾整流濾波模i央2的電路圖；圖3是本發(fā)明內(nèi)部電源模塊6的電路圖；圖4是本發(fā)明中央處理器9的電路圖；圖5是本發(fā)明電壓電流采樣/隔離模決7的電路圖；圖6是本發(fā)明是隔離驅(qū)動(dòng)電路8的電路圖；圖7是本發(fā)明MOSFET模塊4的電路圖；圖8是本發(fā)明保護(hù)模塊5的電路圖；圖9是本發(fā)明電流變化曲線與觸頭位移對(duì)比；圖10是本發(fā)明線圈中電流變化曲線；圖11是本發(fā)明PWM電壓調(diào)節(jié)模式圖；圖12是本發(fā)明動(dòng)鐵心運(yùn)動(dòng)速度示意圖；圖13是本發(fā)明主回路整流后控制電壓波形；圖14是本發(fā)明接觸器線圈電壓波形。參見圖1,本發(fā)明包括與交流輸入電源1直接相連接的抗干擾模塊2，該抗干擾?！姥?用于防止浪涌沖擊和快速脈沖群干擾，交流輸入電源1經(jīng)整流濾波模塊3整流后，變?yōu)轭l率是100Hz的脈動(dòng)直流電壓之后通過高壓電解電容濾波，變成紋波較小的直流電壓。該直流電壓被分為兩路，一路通過內(nèi)部電源?！姥?的調(diào)整變成+5V和+20V的兩路輸出電壓，這兩路電壓分別為電壓電流采樣/隔離模±央9，中央處理器10，隔離驅(qū)動(dòng)電路8提供工作電壓。電壓電流采樣/隔離模塊9利用A/D轉(zhuǎn)換的原理，通過單路采樣的方式采集電壓信號(hào)，通過兩路差值的方式采取電流信號(hào)，在采樣的過程中同時(shí)完成了信號(hào)隔離的功能。電壓電流采樣/隔離模塊9從接觸器線圈5的輸出端采取電壓信號(hào)，并完成了A/D轉(zhuǎn)換和隔離后，將數(shù)字信號(hào)傳遞給中央處理器10。中央處理器10，通過采集得到的電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)，判斷主回路所處的工作狀態(tài)，外部電壓狀態(tài)。當(dāng)外部電壓信號(hào)滿足要求時(shí)，中央處理器10執(zhí)行吸合過程。中央處理器10發(fā)出的控制信號(hào)，通過隔離驅(qū)動(dòng)電路8傳遞，該隔離驅(qū)動(dòng)電路8起到電平轉(zhuǎn)換，提高輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力以及隔離電路的作用，該部分采用高速光耦器件和推挽式電路以保證輸出控制信號(hào)的完整性和驅(qū)動(dòng)能力的提高。隔離后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接施加在MOSFET模塊4的門極以達(dá)到控制MOSFET模塊4通斷的目的。MOSFET?！姥?接在電源主回路中與整流濾波模i央3輸出端和接觸器線圈5直接連接以達(dá)到調(diào)節(jié)施加在接觸器線圈5上電壓和開通、關(guān)斷接觸器控制回路的目的?！霰Ｗo(hù)模±央6與接觸器線圈5和MOSFET?！姥?直接相連，在MOSFET模塊4或整流濾波模塊5因意外事故，使用壽命截止等原因擊穿或損毀時(shí)，將電路強(qiáng)制關(guān)斷一段時(shí)間，以保證控制電路和接觸器的安全運(yùn)行。本發(fā)明的整流濾波模塊3由壓敏電阻，瓷片電容，整流橋，扼流圈，電解電容組成;.整流電路采用單向全橋整流模式。壓敏電阻應(yīng)用于抗擊浪涌，高壓電容和扼流圈用于消除快速脈沖群的干擾。電解電容用于消除電壓紋波以及去除開關(guān)過程中出現(xiàn)的過電壓。參見圖2，本發(fā)明的抗干擾整流濾波模塊2包括與交流輸入電源1相連接的JP1輸入接插件，交流電由此輸入；JP1輸入接插件上連連接有整流橋D1，且在整流橋D1上還連接有三個(gè)高電容C1，C2，C3和三個(gè)壓敏電阻R1，R2，R3，其中第一高壓電容Cl與第二高壓電容C2串連并與第三高壓電容C3并連，第一壓敏電阻R1與第二壓敏電阻R2串連后與第三壓敏電阻R3并連，其中高壓電容用于吸收快速脈沖群干擾，壓敏電阻要用于抗擊浪涌沖擊。整流橋D1，選擇容量為3A，經(jīng)優(yōu)化后的接觸器在啟動(dòng)階段電流在l-3A，在吸持階段電流保持在200-400mA。圖2中整流橋的輸出端2，與圖3和圖5中的DC一OUT相連接。參見圖3，內(nèi)部電源模i央6的第六二極管D6的輸入端與抗干擾整流濾波模塊2的整流橋Dl的輸出端相連接，第六二極管D6的輸出端與電源芯片Ul的第8引腳相連，第六電阻R6與第七電容C7并聯(lián)后與第七二極管D7串聯(lián)作為電壓吸收回路與變壓器T1初級(jí)并聯(lián)，電源芯片的4、5、8弓腳端分別通過第八電容C8、第五電容C5和第六電容C6接地，變壓器Tl的第一個(gè)次級(jí)通過第九二極管D9整流以及由第十電容CIO、第一線圈L1和第十一電容Cll組成的n形濾波器濾波后輸出+5V電壓，該濾波器于數(shù)字地相連，與之相連的第十電阻R10和發(fā)光二極管Dll用作電源的指示，變壓器的另一個(gè)次級(jí)經(jīng)過第八二極管D8整流，并通過第九電容C9濾波后輸出+20V的電壓，第九二極管D9的負(fù)極接模擬地。光電耦合器U2與第九二極管D9相連接，用于檢測(cè)第九二極管D9的輸出，光電耦合器U2的2端與4.3V穩(wěn)壓管相連，其第4端與電源芯片Ul的第5弓胸相連作為電壓反饋的輸入，其第三端與模擬地相連接。本發(fā)明的內(nèi)部電源模塊6主要為中央處理器9，電壓電流采樣/隔離?！姥?和隔離驅(qū)動(dòng)電路8提供工作電源。為了滿足工業(yè)使用要求，該集成電路對(duì)電源的要求較高。為了達(dá)到較好的抗干擾目的，本發(fā)明的內(nèi)部電源模塊6為兩路隔離電源；其中+20V與系統(tǒng)主回路相連，+5￥完全隔離為中央處理器模塊9供電，電源芯片采用FAIRCHILD公司的FSD311芯片，產(chǎn)生兩路輸出總功率為3瓦的隔離電源，其電源建立速度在3l5ms。內(nèi)部電源模塊6的+W電源與單片機(jī)的第8引腳VCC直接相連，同時(shí)與第四電阻R4，第五電阻R5相連接，為單片機(jī)復(fù)位信號(hào)和電源指示LED提供電源。同時(shí)內(nèi)部電源模塊6的+5V為電壓電流采掛隔離模塊7的隔離光耦和輸出隔離光耦的數(shù)字側(cè)提供電源。內(nèi)部電源模塊6的+20V為電壓電流采樣/隔離模塊7和隔離驅(qū)動(dòng)電路8的采樣芯片和輸出驅(qū)動(dòng)電路提供工作電源。參見圖4，中央處理器9接受數(shù)據(jù)采樣得到的接觸器線圈上的電壓和電流信號(hào)，通過處理算法輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部電路。為了很好滿足抗干擾，小型化的要求，本發(fā)明選擇了ATMEL公司的ATTINY系列單片機(jī)。該單片機(jī)有豐富的內(nèi)部資源有內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換模塊，PWM輸出端口，內(nèi)置晶振，以及ISP功能。同時(shí)該處理器體積小，可以滿足集成時(shí)小型化的要求。單片機(jī)端口TDCD_SCK，RXD_SDA,DRV，GND，RST端與其左側(cè)的端子中的接口相連，用于下載禾將。第四電阻R4分別與+5V，第十二電容C12和單片的復(fù)位端口相連接，第五電阻R5和LEDD12串聯(lián)在+5V和單片機(jī)的RXD一SDA端之間作為單片機(jī)的工作狀態(tài)指示。同時(shí)輸出端口DRV與圖6中U6的3端相連接輸出控制信號(hào)，TXD_SCK端與圖5中U5的3端相連接，作為電壓采樣的輸入端。參見圖5，電壓電流采樣/隔離模塊7通過檢測(cè)電壓差的手段實(shí)現(xiàn)。在電流主回路當(dāng)中加入無感取樣電阻，在取樣電阻前后兩級(jí)分別采樣電壓并通過壓頻轉(zhuǎn)換的方式分別進(jìn)行電壓采樣，將電壓轉(zhuǎn)換成50-100KHz的頻率信號(hào)輸入中央處理器9。在該條件下，其電壓分辨率在交流土0.15V，完全可以達(dá)到電流檢測(cè)的精度要求。該電路中，以芯片U4為核心，其第8引腳為電源端直接與+20V電源端相連接。圖中串聯(lián)的第十二電阻R12，第十三電阻R13，第十四電阻R14和第二十二電阻R22在電壓采樣過程中起到分壓作用，第十二電阻R12與整流輸出相連，第二十二電阻R22與第十六電容C16并聯(lián)接地。第二十二電阻R22分得的電壓輸入芯片U4的第7引腳；芯片U4的第5引腳分別通過第十五電阻R15與+20V電源相連接，以及第十四電容C14與模擬地相連。芯片U4的第2弓胸通過第二十三電阻R23與模擬地連接；芯片U4的第1引腳和第6引腳并聯(lián)后通過并聯(lián)的第十七電容C17和第十五電阻R15與模擬地相連接；芯片U4的輸出端第3引腳通過第十八電阻R18和+20V電源連接后于光耦U5的第1引腳相連接，光耦U5的第2弓胸與模擬地連接；光耦U5的第4引腳與5V電源連接，光耦U5的第3引腳通過第二十四電阻R24接地，且光耦U5的第3引腳直接與單片機(jī)的TXD—SCK相連接。參見圖6，隔離驅(qū)動(dòng)電路8是為了達(dá)到隔離和信號(hào)放大兩個(gè)目的由于中央控制器IO輸出的PWM信號(hào)頻率較高占空比很小，在光電傳輸過程中的波形畸變較大。通過使用高速光耦配合推挽式電路的驅(qū)動(dòng)方式，保證了控制信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，同時(shí)提高了控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。該電路中芯片U6的第2引腳通過第二十電阻R20與+5V電源相連，芯片U6的第3引腳與單片機(jī)輸出DRV信號(hào)相連接；其第8引腳直接與+20V電源相連接,并通過第十三電容C13與其第五引腳5相連后連接模擬地；芯片U6的第6引腳通過第二十一電阻R21連接至+20V電源并通過第十五電容C15接至模擬地，同時(shí)該端與第三三極管Q3和第二三極管Q2的基極直接相連；第三三極管Q3的2端與+20V電壓連接，其3端與第二三極管Q2的2端相連接并輸出至MOSFET的控制級(jí)，第二三極管Q2的第3端接模擬地。圖6中由第三三極管Q3，第二三極管Q2組成的推挽電路的輸出端與圖7中MOSFET模塊4的門極直接相連，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞給MOSFET模塊4。參見圖7，MOSFET模決4采用型號(hào)為STU10NB80的功率MOSFET以及串聯(lián)的P6KE300穩(wěn)壓管組成。該功率器件體積小，峰值耐壓達(dá)到900V峰值電流可以達(dá)到9A，滿足電壓、電流兩方面的要求，并有充足的余量。而且其導(dǎo)通電阻小，工作狀態(tài)下熱損耗很小。為MOSFET并聯(lián)的TVS是為了吸收瞬時(shí)能量，防止在主回路被擊穿的情況下MOSFET被損壞。圖7中串聯(lián)的第四二極管D4，第五二極管D5與MOSFET的第2，第3弓l腳并聯(lián)，第五二極管D5與第一三極管Ql的公共端通過電九電阻R9與模擬地相連接。其中第一三極管Ql和第四二極管D4的公共端與接觸器線圈相連，用于調(diào)節(jié)線圈上的平均電壓。同時(shí)監(jiān)測(cè)第九電阻R9兩端分別與圖8中U3的2，4兩端用于電流的門限監(jiān)測(cè)。參見圖8，保護(hù)模塊5主要由比較器組成。在電流回路中串入無感取樣電阻后，對(duì)其兩端電壓進(jìn)行檢測(cè)可得到回路電流值，通過與基準(zhǔn)電壓的比較，判斷電流是否超過允許范圍。在電流過大的情況下該模塊將強(qiáng)行把單片輸出的控制信號(hào)拉低，徹底關(guān)斷MOSFET進(jìn)而切斷控制回路。圖8中芯片U3A的第1引腳與第十三二極管D13相連接；其第8端與+20V電源直接相連，其第3引腳通過第七電阻R7接至+20V電源，同時(shí)通過第八電阻R8與模擬地連接，該芯片U3A的第2，4引腳分別與圖7中的第九電阻R9上下兩端連接。第十三二極管D13的輸入端136—OUT與圖6中的芯片U6的6端相連接，用于強(qiáng)制拉低U6輸出信號(hào)。在交流接觸器啟動(dòng)階段，由于線圈中電流變化曲線不隨外部電壓的變化而發(fā)生變化，.因此通過采集接觸器線圈3兩端的電壓信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，以得到線圈中電流的變化率。在前期過程中，通過大量試驗(yàn)的得到接觸器觸頭位移和電流變化率之間的關(guān)系，如圖9所示，并將其歸一化數(shù)據(jù)存入中央處理器9中。在程序中調(diào)用該數(shù)據(jù)與計(jì)算得到的電流變化率相對(duì)比可得到觸頭位移，并據(jù)此調(diào)整接觸器線圈兩端的電壓以達(dá)到調(diào)節(jié)線圈中電流的目的。隨著電流的變化，電磁機(jī)構(gòu)中的吸力和反力的合力會(huì)不斷發(fā)生變化。通過調(diào)節(jié)電流的幅度進(jìn)而使得合力逐漸指向觸頭運(yùn)動(dòng)的反方向，最終控制動(dòng)靜觸頭以最優(yōu)化速度閉合。傳統(tǒng)的交流接觸器由于使用的脈動(dòng)的交流電壓控制接觸器，在電磁鐵系統(tǒng)中必須加裝分磁環(huán)才能減弱鐵心的振動(dòng)。而本發(fā)明將控制電源進(jìn)行整流采用直流方式進(jìn)行接觸器的控制，原有的振動(dòng)問題可以被消除，同時(shí)原有分磁環(huán)上大量的能量損耗也會(huì)被消除。傳統(tǒng)交流接觸器在吸合電壓下限工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的觸頭抖動(dòng)現(xiàn)象，該現(xiàn)象會(huì)引起嚴(yán)重的觸頭燃弧和燒蝕，從而引起接觸器的使用壽命大幅縮短。本發(fā)明接觸器在吸合電壓下限工作時(shí)的工作狀態(tài)與額定電壓下相同，在下限之外會(huì)立即斷開接觸器控制回路釋放觸頭。傳統(tǒng)交流接觸器電磁機(jī)構(gòu)為了達(dá)到在全電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行的目的，其銅、鐵的消耗量都很大。由于本發(fā)明采用了直流控制方式，對(duì)接觸器電磁鐵的截面積以及線圈匝數(shù)的要求大大降低，從而達(dá)到節(jié)省用鐵量和用銅量的目的。為達(dá)到優(yōu)化現(xiàn)有接觸器機(jī)械性能、電性能、工作效率的目的，應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)原有接觸器的性能特征進(jìn)行研究。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，交流接觸器應(yīng)當(dāng)在85%110%的額定電壓下完成電磁系統(tǒng)的吸合并有效的保持該狀態(tài)，在70%到20%額定電壓之間的任一點(diǎn)將觸頭釋放即視為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)際操作的過程中在70%電壓之下或者110%電壓范圍之上接觸器也可能吸合。在接觸器工作的全電壓范圍內(nèi)，市電電壓全部被施加在接觸器線圈兩端，使得接觸器在不同電壓下吸合時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不一致。工作在額定電壓以上時(shí)，接觸器觸頭閉合速度較快，觸頭間碰撞動(dòng)能較大，導(dǎo)致動(dòng)觸頭發(fā)生多次震動(dòng)從而引起較強(qiáng)的燃弧現(xiàn)象和觸頭燒蝕。在低于額定電壓時(shí)觸頭運(yùn)動(dòng)速度狡漫，甚至?xí)l(fā)生閉合不穩(wěn)定觸頭劇烈震動(dòng)，從而導(dǎo)致觸頭的嚴(yán)重?fù)p傷，大幅度減少其電壽命。通過以上問題的分析，本發(fā)明得出以下的優(yōu)化的智能控制方案(l)參見圖10，接觸器在直流控制條件下，其線圈中電流變化曲線如圖所示，在不同的電壓幅值下，電流幅值會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，但其變化率保持穩(wěn)定不變。通過對(duì)線圈中的電流變化率的檢測(cè)可以適時(shí)地判斷出，觸頭，鐵心的位移。從而以此為依據(jù)調(diào)整輸出控制信號(hào)。(2)在接觸器控制電源接通后，專用集成電路對(duì)控制電壓進(jìn)行檢測(cè)，判斷主控電壓是否達(dá)到控制門檻值。若達(dá)到該值，則進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)并在EEPROM中查詢控制參數(shù)。其控制參數(shù)變化如圖ll所示，在啟動(dòng)初期以較高的平均電壓和較大的電流驅(qū)動(dòng)接觸器電磁機(jī)構(gòu)的可動(dòng)部分加速運(yùn)動(dòng)，通過電流的變化率的判斷和鎖定的延時(shí)程序，在觸頭閉合之前降低觸頭運(yùn)動(dòng)速度，減小其彈跳；在鐵心碰撞之前調(diào)整其控制電壓以達(dá)到再次降低鐵心碰撞速度的目的。(3)當(dāng)接觸器閉合后，通過短時(shí)的高電壓延時(shí)保證觸頭的穩(wěn)定閉合后，將控制電壓調(diào)整到10V之內(nèi)以達(dá)到接觸器的低功耗運(yùn)行。(4)當(dāng)接觸器在國(guó)標(biāo)規(guī)定的范圍之內(nèi)閉合之后，外部電壓發(fā)生了變化。電壓波動(dòng)超出了國(guó)標(biāo)規(guī)定的范圍則通過采樣電路的監(jiān)測(cè)，在電壓低于75%或高于120%Ue電壓的情況下，使得智能控制單元可以切斷控制回路進(jìn)而切斷主電流回路。(5)在接觸器運(yùn)行過程中，通過對(duì)電壓、電流的采樣以及將采樣得到的數(shù)據(jù)和原有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，通過電流的變化來判斷，接觸器觸頭在閉合過程中所處的位置。在接觸器的閉合過程中，雖然維持電磁機(jī)構(gòu)線圈的中的電壓保持不變，但是隨著動(dòng)、靜觸頭之間的氣隙發(fā)生快速的變化會(huì)引起線圈電感量大幅度變化。從而導(dǎo)致在電壓和電阻恒定的情況下，線圈中的電流會(huì)發(fā)生劇烈的波動(dòng)，這樣的電流隨觸頭位移變化曲線是所有交流接觸器所共有的特性。因此通過電流的變化率來判斷觸頭的位移和行程可以到達(dá)準(zhǔn)確的判斷效果。(6)圖4中所示的第一階段是觸頭閉合的啟動(dòng)階段，在此階段應(yīng)當(dāng)保持電路有較大的電壓和較高的能量。.在觸頭開始運(yùn)動(dòng)后進(jìn)入第二階段，根據(jù)電流變化曲線判斷出觸頭的位移，不斷的改變控制單元輸出的P觀波形甚至短時(shí)地關(guān)斷控制回路以保持動(dòng)、靜觸頭的閉合速度達(dá)到最優(yōu)。在觸頭閉合后智能控制單元進(jìn)入第三階段的運(yùn)行控制單元再次調(diào)低控制電壓，一直到鐵心閉合，鐵心閉合穩(wěn)定后，線圈的兩端的電壓被調(diào)整到很低的等級(jí)，這樣可以實(shí)現(xiàn)接觸器的節(jié)能穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，由于此過程中電壓很低、能量很小因此引起的線圈發(fā)熱也會(huì)大大降低，這樣也增加了接觸器運(yùn)行的穩(wěn)定性。通過圖11中的電壓調(diào)節(jié)模式可以得到圖12中的觸頭運(yùn)動(dòng)速度曲線。(7)通過該控制方式，可以保證交流接觸器在國(guó)標(biāo)規(guī)定的工作范圍內(nèi)，能夠保持一致的工作狀態(tài)，即在全電壓工作范圍內(nèi)保持接觸器吸合動(dòng)作一致，同時(shí)在穩(wěn)定工作階段保持相同的功耗，在臨界電壓下工作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)觸頭劇烈震動(dòng)的情況。(8)由于采用直流供電的方式，接觸器運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)電流過零的情況，因此不會(huì)產(chǎn)生，鐵心間的高頻震動(dòng)，也消除了因?yàn)檎饎?dòng)而產(chǎn)生的工作噪聲。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析本^:明是針對(duì)交流接觸器的基于可變電流方式的智能控制方法。其目的在于以下三點(diǎn)1、以該專用集成電路為控制核心的交流接觸器產(chǎn)品經(jīng)優(yōu)化后可以大幅度的減小銅、鐵等原材料的使用量，降低接觸器成本。2、在啟動(dòng)階段根據(jù)電流的變化率，降低觸頭和鐵芯的閉合速度，減少觸頭的振動(dòng)和彈跳，從而延長(zhǎng)接觸器壽命。3、在吸持階段，保持線圈電壓在較低的數(shù)值，大幅度的降低接觸器運(yùn)行能耗。因此，、針對(duì)以上三點(diǎn)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的目就是為了從這三個(gè)方面來驗(yàn)證智能控制的功效為此本發(fā)明對(duì)鐵芯重量，線圈匝數(shù)及重量進(jìn)行了測(cè)量；對(duì)吸合階段的彈跳和振動(dòng)作了測(cè)量和對(duì)比；對(duì)吸持階段接觸器功耗進(jìn)行了測(cè)量和對(duì)比。從而驗(yàn)證了專用集成電路在節(jié)能，降噪，減小振動(dòng)，延長(zhǎng)壽命等方面的功效。本發(fā)明針對(duì)CJ20-250接觸器對(duì)該專用集成電路的進(jìn)行了原理和功能的驗(yàn)證，這兩種接觸器的額定電壓為220V，接觸器主回路的額定電流為250A。CJ20-250交流接觸器與智能接觸器銅鐵用量對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>通過以上的對(duì)比可以得出隨著電壓的增加，無智能控制的接觸器在振動(dòng)、閉合時(shí)間、運(yùn)行時(shí)的能耗都會(huì)線形的增加。但通過該智能控制方案優(yōu)化后，其電氣性能大幅度提高，可以在各電壓等級(jí)下保持完全相同的電氣和機(jī)械特性。優(yōu)化之后，在全電壓范圍內(nèi)接觸器觸頭在吸合階段的振動(dòng)次數(shù)和振動(dòng)時(shí)間大幅度減少，在吸持階段的功耗大幅度降低，節(jié)能率在90%以上。權(quán)利要求1、基于可變電流方式的低壓電器智能控制方法，其特征在于1)首先交流電輸入后通過抗干擾整流濾波模塊(2)消除浪涌、快速脈沖群電磁干擾后，將交流電壓整流成為直流電壓，并直接給接觸器線圈(3)和內(nèi)部電源模塊(6)的回路供電；2)內(nèi)部電源模塊(6)產(chǎn)生+5V和+20V兩路隔離電源，分別給中央處理器(9)，壓電流采樣/隔離模塊(7)、隔離驅(qū)動(dòng)電路(8)供電；3)電壓電流采樣/隔離模塊(7)采集抗干擾整流濾波模塊(2)輸出的電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和隔離將轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)字量傳遞給中央處理器(9)，中央處理器(9)通過采樣得到的電壓、電流的數(shù)值以及其變化量及變化率判斷觸頭所處位置，發(fā)出控制信號(hào)多次變換線圈控制電壓，當(dāng)接觸器控制電壓發(fā)生變化，線圈中電流幅值發(fā)生變化，但電流變化率不變，通過該電流變化率判斷觸頭位置，在吸合階段通過電流檢測(cè)判斷可動(dòng)部分啟動(dòng)，動(dòng)靜觸頭閉合，動(dòng)靜鐵心閉合三個(gè)時(shí)間點(diǎn)并據(jù)此來調(diào)節(jié)控制的平均電壓，優(yōu)化觸頭吸和速度減少?gòu)椞螖?shù)，在保持閉合階段，將電流調(diào)節(jié)至毫安級(jí)保持低功耗運(yùn)行；該控制信號(hào)通過隔離驅(qū)動(dòng)模塊電路(8)隔離、放大后作用在MOSFET模塊(4)的門極并作為MOSFET模塊(4)的通斷控制信號(hào)；通過高頻通斷的MOSFET模塊(4)調(diào)節(jié)接觸器線圈(4)的平均電壓；同時(shí)保護(hù)模塊(4)直接與MOSFET模塊(4)的采樣電阻相連接，對(duì)MOSFET模塊(4)的電流進(jìn)行采樣并在過流時(shí)關(guān)斷電流回路。全文摘要基于可變電流方式的低壓電器智能控制方法，通過對(duì)接觸器控制線圈電壓、電流的采樣反饋，得當(dāng)前控制線圈中的電流變化率，調(diào)整接觸器線圈中的電流幅度。使操作電磁鐵的吸力和反力特性達(dá)到理想的配合，在閉合過程中不斷地調(diào)節(jié)操作機(jī)構(gòu)的動(dòng)能，降低動(dòng)觸頭閉合過程中的動(dòng)能和碰撞速度以減少或消除操作機(jī)構(gòu)在閉合瞬間產(chǎn)生的振動(dòng)、彈跳，大幅度提高交流接觸器電壽命。文檔編號(hào)H01H47/00GK101127283SQ200710018028公開日2008年2月20日申請(qǐng)日期2007年6月8日優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日發(fā)明者濤馮,姚建軍,戴鵬程,王建華,耿英三申請(qǐng)人:西安交通大學(xué);陜西工業(yè)技術(shù)研究院