本發(fā)明涉及器械智能控制領(lǐng)域，特別是涉及一種采用雙反饋系數(shù)控制策略的智能接觸器控制模塊。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)交流接觸器由交流電直接控制，工作電壓范圍通常在額定工作電壓的75%到110%。工作電壓過(guò)低將導(dǎo)致線圈電流偏小，無(wú)法產(chǎn)生足夠電磁吸力使接觸器的動(dòng)靜觸頭可靠閉合；電壓過(guò)高則使線圈電流偏大，產(chǎn)生的電磁吸力過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致動(dòng)靜觸頭閉合時(shí)碰撞能量大，引起劇烈觸頭彈跳，產(chǎn)生電弧，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生的電弧可能造成觸頭熔焊，致使接觸器無(wú)法正常分?jǐn)嚯娐芬l(fā)故障；工作電壓過(guò)高也將使接觸器吸合后的線圈電流偏大，損耗增加，發(fā)熱嚴(yán)重，可能會(huì)使線圈燒毀，因此無(wú)法進(jìn)一步拓寬工作電壓范圍。為滿足不同的需求，企業(yè)常根據(jù)工作電壓等級(jí)定制接觸器線圈，市面上常見(jiàn)的電壓等級(jí)有24v、48v、110v、220v、380v等，對(duì)應(yīng)線圈規(guī)格多，設(shè)計(jì)復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。另外，傳統(tǒng)的交流接觸器缺失抵抗工作電源波動(dòng)的能力，當(dāng)電源因故障或負(fù)載變化劇烈而出現(xiàn)電壓大幅度波動(dòng)、電壓暫降等情況時(shí)，可能引起接觸器誤動(dòng)作導(dǎo)致系統(tǒng)故障，引發(fā)事故，造成損失。

近年來(lái)電力電子技術(shù)和控制技術(shù)被引入交流接觸器中，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)吸合、吸持、分?jǐn)噙^(guò)程，彌補(bǔ)傳統(tǒng)交流接觸器的缺陷。現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)110v以下交直流供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)了升壓電路和降壓斬波電路級(jí)聯(lián)控制模塊，可靈活切換工作狀態(tài)，解決傳統(tǒng)交流接觸器低電壓下吸合困難的問(wèn)題；現(xiàn)有技術(shù)還提供了一種新型智能抗電壓跌落控制模塊，在故障發(fā)生時(shí)模塊及時(shí)改變運(yùn)行方式，保證觸頭可靠閉合維持系統(tǒng)供電。虛擬仿真技術(shù)同樣作為一種研究手段大量應(yīng)用在接觸器優(yōu)化方面，可以通過(guò)ansys仿真軟件建立主回路和線圈同時(shí)通電情況下的交流接觸器溫度場(chǎng)模型，分析溫度分布，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。通過(guò)運(yùn)用虛擬仿真軟件構(gòu)建傳統(tǒng)交流接觸器吸合、吸持、分?jǐn)喙ぷ鬟^(guò)程的動(dòng)態(tài)模型，分析電場(chǎng)、磁場(chǎng)、力場(chǎng)、溫度場(chǎng)等的變化，與電力電子技術(shù)和控制技術(shù)結(jié)合，優(yōu)化控制傳統(tǒng)交流接觸器的工作過(guò)程，以提高性能的方式已得到廣泛應(yīng)用。雖已取得成效，但仍存在吸合分?jǐn)鄷r(shí)間過(guò)長(zhǎng)、控制拓?fù)浜头桨笍?fù)雜、控制模塊體積大、應(yīng)對(duì)故障情況能力有限等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種采用雙反饋系數(shù)控制策略的智能接觸器控制模塊，通過(guò)對(duì)交流接觸器吸合過(guò)程、吸持過(guò)程、分?jǐn)噙^(guò)程的整體優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)在寬工作電壓范圍下快速吸合分?jǐn)唷⒁种朴|頭彈跳、可靠吸持、具備抵抗短時(shí)電源波動(dòng)和交直流電源通用的能力。

本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種采用雙反饋系數(shù)控制策略的智能接觸器控制模塊，包括一交直流工作電源p1，所述交直流工作電源p1經(jīng)由一濾波電感l(wèi)、一安規(guī)電容c1構(gòu)成的emi濾波器接入三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的第一整流橋d1、第二整流橋d2、第三整流橋d3；其中，三個(gè)整流橋的負(fù)端相連；第一整流橋d1的正端連接至一非隔離式開(kāi)關(guān)電源p2，所述非隔離式開(kāi)關(guān)電源p2用以給一數(shù)字信號(hào)處理器m、一驅(qū)動(dòng)模塊q以及一第一信號(hào)放大模塊k1與一第二信號(hào)放大模塊k2供電；所述第二整流橋d2的正端與一濾波電容c2相連構(gòu)成整流濾波電路得到較為平整的直流電，經(jīng)一開(kāi)關(guān)管s2調(diào)制后施加在一續(xù)流二極管s1和由一交流接觸器線圈c3、一去磁電路t、一電流采樣模塊i構(gòu)成串聯(lián)支路的兩端；所述第三整流橋d3的正端連接至由一第一分壓電阻r1與一第二分壓電阻r2構(gòu)成的電壓采樣電路，用以實(shí)時(shí)采集工作電源的電壓信號(hào)并發(fā)送至所述數(shù)字信號(hào)處理器m中；所述電流采樣模塊i采集接觸器線圈電流信號(hào)，通過(guò)所述第一信號(hào)放大模塊k1、第二信號(hào)放大模塊k2放大并發(fā)送至所述數(shù)字信號(hào)處理器m中；所述數(shù)字控制模塊m通過(guò)分析工作電源的電壓信號(hào)和接觸器線圈電流信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)控工作電源的狀態(tài)并調(diào)控吸合操作過(guò)程與分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程。

進(jìn)一步地，所述吸合操作過(guò)程具體為：在吸合操作過(guò)程中，所述數(shù)字信號(hào)處理器m實(shí)時(shí)采集電流采樣模塊i經(jīng)信號(hào)第一信號(hào)放大模塊k1與第二信號(hào)放大模塊k2放大的信號(hào)，經(jīng)所述數(shù)字信號(hào)處理器m內(nèi)部的數(shù)字比例積分算法得到開(kāi)關(guān)管s2的控制量，再利用所述驅(qū)動(dòng)模塊q控制所述開(kāi)關(guān)管s2的導(dǎo)通關(guān)斷，構(gòu)成反饋系統(tǒng)，調(diào)節(jié)施加在交流接觸器線圈兩端的平均電壓，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)線圈電流，控制電磁吸力，保證接觸器在不同工作電壓下有穩(wěn)定的激磁能量。

進(jìn)一步地，所述吸合操作過(guò)程采用雙反饋系數(shù)，在吸合運(yùn)動(dòng)階段，調(diào)節(jié)施加在交流接觸器線圈兩端的電壓使線圈電流維持在較大值，即吸合電流，較大的吸合電流配用較低的反饋系數(shù)；吸合運(yùn)動(dòng)階段結(jié)束即進(jìn)入吸持階段，調(diào)節(jié)電壓使線圈電流降低至較小值，即吸持電流，較小的吸持電流配用較大的反饋系數(shù)。

進(jìn)一步地，所述吸合操作過(guò)程中，數(shù)字信號(hào)處理器m通過(guò)方程式反演電磁系統(tǒng)總磁鏈，實(shí)時(shí)計(jì)算磁鏈變化率，通過(guò)變化率辨別動(dòng)靜鐵芯是否即將閉合，在即將閉合時(shí)，迅速降低交流接觸器線圈電流，減小電磁吸力，減小動(dòng)靜鐵芯碰撞能量從而抑制由鐵芯碰撞引起的觸頭彈跳。

進(jìn)一步地，所述分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程具體為：所述數(shù)字信號(hào)處理器m通過(guò)由所述第一分壓電阻r1與所述第二分壓電阻r2構(gòu)成的電壓采樣電路識(shí)別工作電源的狀態(tài)判斷是否發(fā)生分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程；為縮短判斷時(shí)間，所述數(shù)字信號(hào)處理器m根據(jù)以下兩個(gè)判據(jù)判斷是否發(fā)生分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程：一是在半個(gè)工作電源的變化周期內(nèi)電源電壓小于分?jǐn)嚯妷洪撝?，另一則是判斷電源電壓波形是否在一個(gè)變化周期內(nèi)持續(xù)下降，滿足兩者其一則進(jìn)入分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程；所在分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程中，通過(guò)去磁電路t在交流接觸器線圈兩端施加負(fù)壓使電流迅速降低至零，電磁吸力快速下降，在反力彈簧的帶動(dòng)下接觸器完成分?jǐn)嗖僮鳌?/p>

進(jìn)一步地，所述智能接觸器控制模塊在工作過(guò)程中，當(dāng)工作電源發(fā)生故障，出現(xiàn)短時(shí)的波動(dòng)或停止供電的狀況，所述濾波電容c2中儲(chǔ)存的能量繼續(xù)維持線圈電流穩(wěn)定一段時(shí)間，保證接觸器可靠吸合，若這段時(shí)間后電源仍然故障則進(jìn)入分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程，若恢復(fù)正常則進(jìn)入吸持階段。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：1、本發(fā)明采用了抑制吸合過(guò)程觸頭彈跳的控制策略?？刂颇K通過(guò)線圈電流和線圈電壓信號(hào)反演磁鏈，實(shí)時(shí)計(jì)算變化率，預(yù)判動(dòng)靜鐵芯閉合時(shí)刻，調(diào)節(jié)接觸器線圈電流，減小動(dòng)靜鐵芯碰撞能量從而抑制由鐵芯碰撞引起的觸頭彈跳，抑制吸合電弧，有利于提高交流接觸器的電壽命。2、本發(fā)明采用雙反饋系數(shù)策略。雙反饋系數(shù)策略兼顧吸合運(yùn)動(dòng)階段和吸持階段的電流控制精度，使線圈電流在每次吸合操作下都能復(fù)現(xiàn)同樣的變化過(guò)程，保證交流接觸器工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，提高交流接觸器的可靠性。同時(shí)具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，遇到工作電源電壓、頻率突變或波動(dòng)嚴(yán)重的情況能夠快速調(diào)整線圈電流，維持電磁吸力穩(wěn)定，保持接觸器可靠吸合。3、本發(fā)明采用獨(dú)立整流橋結(jié)構(gòu)，建立波形識(shí)別判據(jù)。獨(dú)立整流橋的結(jié)構(gòu)削弱了模塊中各電路之間的耦合關(guān)系，使電壓采樣電路能夠及時(shí)的準(zhǔn)確反映工作電源的變化，為雙反饋系數(shù)策略下交流接觸器對(duì)電源變化的快速反應(yīng)機(jī)制提供了保障。在此基礎(chǔ)上建立了波形識(shí)別判據(jù)，削弱emi濾波器對(duì)分?jǐn)嗖僮鞯谋鎰e時(shí)間的影響，縮短了智能接觸器分?jǐn)鄤?dòng)作時(shí)間。4、本發(fā)明拓寬交流接觸器的工作電壓范圍，并具有短時(shí)抗電壓跌落保護(hù)功能，適用多種交流接觸器的線圈規(guī)格。通過(guò)開(kāi)關(guān)管調(diào)制施加在交流接觸器線圈兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)在不同工作電壓下有穩(wěn)定的激磁能量，避免因電壓過(guò)低造成的無(wú)法吸合和電壓過(guò)高引起的觸頭彈跳嚴(yán)重、線圈發(fā)熱嚴(yán)重等狀況，在拓寬接觸器工作電壓范圍的同時(shí)提高電壽命。當(dāng)工作電源發(fā)生短時(shí)故障，消耗控制模塊的儲(chǔ)能維持線圈電流，保證可靠吸合，提高了接觸器的可靠性?？刂颇K也適用多種線圈規(guī)格，簡(jiǎn)化了企業(yè)的線圈設(shè)計(jì)過(guò)程，降低了生產(chǎn)成本，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的智能接觸器控制模塊的電路原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)施例提供一種采用雙反饋系數(shù)控制策略的智能接觸器控制模塊，如圖1所示，包括一交直流工作電源p1，所述交直流工作電源p1經(jīng)由一濾波電感l(wèi)、一安規(guī)電容c1構(gòu)成的emi濾波器接入三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的第一整流橋d1、第二整流橋d2、第三整流橋d3；其中，三個(gè)整流橋的負(fù)端相連；第一整流橋d1的正端連接至一非隔離式開(kāi)關(guān)電源p2，所述非隔離式開(kāi)關(guān)電源p2用以給一數(shù)字信號(hào)處理器m、一驅(qū)動(dòng)模塊q以及一第一信號(hào)放大模塊k1與一第二信號(hào)放大模塊k2供電；所述第二整流橋d2的正端與一濾波電容c2相連構(gòu)成整流濾波電路得到較為平整的直流電，經(jīng)一開(kāi)關(guān)管s2調(diào)制后施加在一續(xù)流二極管s1和由一交流接觸器線圈c3、一去磁電路t、一電流采樣模塊i構(gòu)成串聯(lián)支路的兩端；所述第三整流橋d3的正端連接至由一第一分壓電阻r1與一第二分壓電阻r2構(gòu)成的電壓采樣電路，用以實(shí)時(shí)采集工作電源的電壓信號(hào)并發(fā)送至所述數(shù)字信號(hào)處理器m中；所述電流采樣模塊i采集接觸器線圈電流信號(hào)，通過(guò)所述第一信號(hào)放大模塊k1、第二信號(hào)放大模塊k2放大并發(fā)送至所述數(shù)字信號(hào)處理器m中；所述數(shù)字控制模塊m通過(guò)分析工作電源的電壓信號(hào)和接觸器線圈電流信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)控工作電源的狀態(tài)并調(diào)控吸合操作過(guò)程與分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程；其中，獨(dú)立整流橋的結(jié)構(gòu)削弱了模塊中各電路之間的耦合關(guān)系，使電壓采樣電路能夠及時(shí)反映工作電源p1的電壓變化，并且保正了非隔離式開(kāi)關(guān)電源p2在寬工作電壓范圍下供電的穩(wěn)定性，使控制模塊能夠可靠工作。

在本實(shí)施例中，所述吸合操作過(guò)程具體為：在吸合操作過(guò)程中，所述數(shù)字信號(hào)處理器m實(shí)時(shí)采集電流采樣模塊i經(jīng)信號(hào)第一信號(hào)放大模塊k1與第二信號(hào)放大模塊k2放大的信號(hào)，經(jīng)所述數(shù)字信號(hào)處理器m內(nèi)部的數(shù)字比例積分算法得到開(kāi)關(guān)管s2的控制量，再利用所述驅(qū)動(dòng)模塊q控制所述開(kāi)關(guān)管s2的導(dǎo)通關(guān)斷，構(gòu)成反饋系統(tǒng)，調(diào)節(jié)施加在交流接觸器線圈兩端的平均電壓，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)線圈電流，控制電磁吸力，保證接觸器在不同工作電壓下有穩(wěn)定的激磁能量。則該過(guò)程中，在工作電壓較低時(shí)有足夠的激磁能量，工作電壓較高時(shí)通過(guò)減小線圈兩端電壓穩(wěn)定激磁能量，從而穩(wěn)定線圈電流和電磁吸力，避免因電壓過(guò)低造成的無(wú)法吸合和電壓過(guò)高引起的觸頭彈跳嚴(yán)重等狀況。

在本實(shí)施例中，所述吸合操作過(guò)程采用雙反饋系數(shù)，在吸合運(yùn)動(dòng)階段，調(diào)節(jié)施加在交流接觸器線圈兩端的電壓使線圈電流維持在較大值，即吸合電流，較大的吸合電流配用較低的反饋系數(shù)；吸合運(yùn)動(dòng)階段結(jié)束即進(jìn)入吸持階段，調(diào)節(jié)電壓使線圈電流降低至較小值，即吸持電流，較小的吸持電流配用較大的反饋系數(shù)。吸合過(guò)程中為保證接觸器在吸合運(yùn)動(dòng)階段可靠動(dòng)作、吸持階段功耗低，吸合電流值比吸持電流值大幾倍到十幾倍，若采用單反饋系數(shù)，則會(huì)因電流控制精度不足導(dǎo)致各次吸合操作下的吸持電流差異大，嚴(yán)重時(shí)將出現(xiàn)吸合不可靠的情況。故采用雙反饋系數(shù)方案，即較大的吸合電流配用較低的反饋系數(shù)，較小的吸持電流配用較大的反饋系數(shù)，提高吸合過(guò)程各階段的電流控制精度，使線圈電流在每次吸合操作下都復(fù)現(xiàn)同樣的變化過(guò)程，保證工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，提高交流接觸器的可靠性。

在本實(shí)施例中，所述吸合操作過(guò)程中，數(shù)字信號(hào)處理器m通過(guò)方程式反演電磁系統(tǒng)總磁鏈，實(shí)時(shí)計(jì)算磁鏈變化率，通過(guò)變化率辨別動(dòng)靜鐵芯是否即將閉合，在即將閉合時(shí)，迅速降低交流接觸器線圈電流，減小電磁吸力，減小動(dòng)靜鐵芯碰撞能量從而抑制由鐵芯碰撞引起的觸頭彈跳。

在本實(shí)施例中，所述分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程具體為：所述數(shù)字信號(hào)處理器m通過(guò)由所述第一分壓電阻r1與所述第二分壓電阻r2構(gòu)成的電壓采樣電路識(shí)別工作電源的狀態(tài)判斷是否發(fā)生分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程；受emi濾波器的影響，在控制電源撤離模塊后安規(guī)電容c1上的殘余電壓會(huì)使判斷時(shí)間增加，導(dǎo)致智能接觸器分?jǐn)鄤?dòng)作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則為縮短判斷時(shí)間，所述數(shù)字信號(hào)處理器m根據(jù)以下兩個(gè)判據(jù)判斷是否發(fā)生分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程：一是在半個(gè)工作電源的變化周期內(nèi)電源電壓小于分?jǐn)嚯妷洪撝?，另一則是判斷電源電壓波形是否在一個(gè)變化周期內(nèi)持續(xù)下降，滿足兩者其一則進(jìn)入分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程；所在分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程中，通過(guò)去磁電路t在交流接觸器線圈兩端施加負(fù)壓使電流迅速降低至零，電磁吸力快速下降，在反力彈簧的帶動(dòng)下接觸器完成分?jǐn)嗖僮鳌?/p>

在本實(shí)施例中，所述智能接觸器控制模塊在工作過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)抗電源電壓波動(dòng)的功能：當(dāng)工作電源發(fā)生故障，出現(xiàn)短時(shí)的波動(dòng)或停止供電的狀況，所述濾波電容c2中儲(chǔ)存的能量繼續(xù)維持線圈電流穩(wěn)定一段時(shí)間，保證接觸器可靠吸合，若這段時(shí)間后電源仍然故障則進(jìn)入分?jǐn)嗖僮鬟^(guò)程，若恢復(fù)正常則進(jìn)入吸持階段。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。