抗晃電智能交流接觸器高頻控制系統的製作方法
2023-06-14 18:22:36 5
專利名稱：抗晃電智能交流接觸器高頻控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及器械智能控制領域，特別是抗晃電智能交流接觸器高頻控制系統。
背景技術：
電磁式交流接觸器作為一種傳統的低壓電器產品，其性能指標直接影響到整個用電系統和控制系統的安全與穩定。隨著綠色環保、節能減排理念的不斷深化，對傳統的電機電器行業提出了更高的要求。電壓跌落——晃電故障，是目前較為常見的一種故障，對系統危害極大，尤其對那些石油、化工、冶金等需要連續運行的企業，危害更大。目前，抗晃電智能產品和接觸器控制保護技術的研究，已經得到了廣泛的重視。將高頻控制技術、開關電源技術、電力電子技術、故障保護技術等引入低壓電器控制領域，可以改變抗晃電智能交流接觸器的運行模式，實現其性能指標的全面提高，為研製全新的更新換代產品奠定基礎。抗晃電智能交流接觸器除具有智能交流接觸器全過程優化控制的功能外，還必須具有在晃電事故發生時的抗晃電保護功能，這對於大容量的交流接觸器控制尤為困難。大部分電磁式交流接觸器均屬於電壓源供電的工作模式。在這種模式中，由於工作氣隙的變化，使得在整個運動過程中交流電感等參量是變化的，在動態過程中其系統中的電壓、電流、磁通、磁鏈、位移、速度、吸力等參量均隨時間改變，造成控制難點。機構閉合以後和打開位置的磁狀態相差甚遠，以往大多採用改變電壓的控制模式，如「高電壓起動、 低電壓保持」的控制方法。這種控制無法有效、實時地控制磁路中的激磁磁勢，在起動過程只能實現分段改變控制電壓，對不同的電磁機構需要不同的控制程序，難於實現最優控制。 再者，當接觸器處於閉合位置時，如果電源電壓發生波動，磁路中的磁勢將發生變化，低電壓保持將受到影響。對於傳統的交流勵磁的電磁式交流接觸器來說，交流電磁機構具有鐵磁材料損耗大、分磁環易斷裂、運行中交流噪聲大、起動過程受吸合相角影響等缺點，不適應目前智能化控制的發展。
發明內容
本發明的目的是發明一種抗晃電智能交流接觸器高頻控制模塊，通過高頻高效的調節兩個電流閉環，實現抗晃電智能交流接觸器全過程動態優化控制。本發明採用以下方案實現一種抗晃電智能交流接觸器高頻控制系統，包括直流電源、接觸器線圈和設置有人機互動模塊的微處理器，其特徵在於所述的直流電源經一儲能電路與一電力電子模塊連接，所述的電力電子模塊對輸入的直流電壓進行高頻斬波，送到所述接觸器線圈兩端；所述接觸器線圈設置有電流檢測電路、電壓檢測電路和續流保護電路；所述的電壓檢測電路採集接觸器線圈的電壓信號，經第一信號調理模塊送入一第一程控運放模塊；所述的第一程控運放模塊的輸出端經一第一 PWM控制電路與一多通道模擬開關連接；所述的電流檢測電路測量接觸器線圈的電流值，經一第二信號調理模塊送入一第二程控運放模塊，所述的第二程控運放模塊的輸出端經第二 PWM控制電路與所述多通道模擬開關連接；所述的微處理器分別於所述的第一程控運放模塊、第二程控運放模塊以及多通道模擬開關連接；所述的多通道模擬開關的輸出端經一 PWM隔離驅動電路與所述的電力電子模塊連接；所述的PWM隔離驅動電路還連接有用於檢測系統中過壓、過流或短路故障信號的故障檢測電路。與目前抗晃電智能交流接觸器相比，本發明具有如下優點
(1)採用了電力電子開關作為主控元件，主控開關的位置放置在控制模塊的高壓側，實現了高頻斬波、逐周限流的工作模式。不需要接通電力電子器件就可以直接採集電流信號， 進一步提高了控制的快速性和穩定性。並且，電力電子器件上的過電壓大幅度減少，系統可
靠性進一步提高。(2)具有兩個PWM控制系統，通過轉換模塊實現起動過程和吸持階段的控制轉換，起動過程和保持過程都採用高速電流檢測比較器，加快了整體響應速度，提高了電流控制精度，降低了保持電流的紋波係數。(3)在控制系統中加入了故障檢測模塊和PWM隔離驅動模塊，當檢測到過壓、過流或者短路信號時，會觸發相應的硬體電路封鎖PWM輸出，關斷電力電子開關，保護功能進一步加強。(4)如果採用電壓環的控制方式，由於將交流電磁機構通入了直流激磁電源，其磁路中的磁抗(磁滯、渦流損耗引起)、電路中的電抗將大大，甚至消失，線圈中的電流將大幅度增加。在控制過程中，起動迴路的開關管將承受極大的電流衝擊，尤其對大容量的接觸器 (如630A及以上的交流接觸器)，控制非常困難。而本發明採用的高頻電流雙閉環的控制模式，此問題將迎刃而解，使用範圍進一步擴大。
圖1是本發明實施例的系統原理架構示意圖。
具體實施例方式本發明實施例提供一種抗晃電智能交流接觸器高頻控制系統，包括直流電源、接觸器線圈和設置有人機互動模塊的微處理器，其特徵在於所述的直流電源經一儲能電路與一電力電子模塊連接，所述的電力電子模塊對輸入的直流電壓進行高頻斬波，送到所述接觸器線圈兩端；所述接觸器線圈設置有電流檢測電路、電壓檢測電路和續流保護電路； 所述的電壓檢測電路採集接觸器線圈的電壓信號，經一第一信號調理模塊送入一第一程控運放模塊；所述的第一程控運放模塊的輸出端經第一 PWM控制電路與一多通道模擬開關連接；所述的電流檢測電路測量接觸器線圈的電流值，經一第二信號調理模塊送入一第二程控運放模塊，所述的第二程控運放模塊的輸出端經第二 PWM控制電路與所述多通道模擬開關連接；所述的微處理器分別於所述的第一程控運放模塊、第二程控運放模塊以及多通道模擬開關連接；所述的多通道模擬開關的輸出端經一 PWM隔離驅動電路與所述的電力電子模塊連接；所述的PWM隔離驅動電路還連接有用於檢測系統中過壓、過流或短路故障信號的故障檢測電路。所述的人機互動模塊是一觸摸顯示屏。所述的直流電源是由交流/直流電源、整流濾波電路和保護電路依次級聯構成。請繼續參照圖1，圖1是本發明實施例的系統原理架構示意圖。系統上電時，微控制器系統W首先進入自檢程序，如果模塊不正常，發出報警信號，同時，切斷控制電源。如果模塊正常，微控制器系統W檢測設置子電路的電平狀態，根據不同的電平狀態，可進入參數設置程序或加載上次設置參數直接運行。若位於參數設置狀態，通過參數設置及顯示模塊 S (即人機互動模塊)，可以設置開關電器的起動電流時域曲線，保持電流值及抗晃電延時分斷時間，並存儲和顯示設置參數。本發明系統具有分斷檢測功能可以區分晃電和斷電，若為晃電則延時分斷，若為正常斷電則立刻分斷。本實施例中，所述的微處理器還連接有通信模塊，系統也可以通過該通信模塊接受上位機的遠程控制。運行狀態時，系統電壓採樣電路V循環採樣系統電壓，如果電壓值在所設置的吸合閾值之內，微控制器W分別起動第一信號調理模塊Il和第二信號調理模塊12，第一信號調理模塊Il的信號直接取自電壓採樣電路V，第二信號調理模塊12的信號通過電流檢測電路E獲得，通過信號調理模塊處理的信號分別送入第一程控運放模塊Kl和第二程控運放模塊K2，第一程控運放模塊Kl和第二程控運放模塊K2的信號分別送入第一 PWM控制電路 Cl和第二 PWM控制電路C2，微處理器W通過第一程控運放模塊Kl和第二程控運放模塊K2 設置不同的增益值，通過多通道模擬開關D控制接觸器的運行是處於吸合階段還是吸持階段。外部電源通過電源模塊P、整流濾波模塊Z、保護電路B、儲能電路C，經過電力電子開關模塊A送入接觸器線圈R，使接觸器起動。交流電源經整流濾波模塊Z，變成直流電源，電力電子開關模塊A對直流電壓進行高頻斬波，送到接觸器線圈R兩端，接觸器線圈電流開始上升產生勵磁安匝。電壓採樣電路V、第一信號調理模塊II、第一程控運放模塊K1、第一 PWM 控制系統Cl、多通道模擬開關D、PWM隔離驅動模塊G、電力電子開關模塊A、接觸器線圈R構成起動閉環，對接觸器起動電流進行精確的閉環控制。接觸器的起動過程如下電壓採樣電路V循環採樣電源電壓，位於設置的吸合閾值之內時，微處理器啟動第一 PWM控制電路Cl，驅動電力電子開關對主電路進行斬波控制， 接觸器開始起動，電壓採樣電路V所採集的電壓信號，經第一信號調理模塊Il送入第一程控運放模塊Kl，第一程控運放模塊Il根據微處理器W發送的增益控制指令，對輸入信號進行處理，將增益後的電壓信號接入到PWM控制電路Cl內的電流檢測比較器中與參考值進行比較，為PWM輸出提供判據，通過調節輸出PWM的佔空比和導通周期數，將電流迅速調節至微處理器系統設定值後，以一定的時鐘頻率對電流進行動態補償使電流保持動態恆定； 接觸器的起動過程可以分為多個時間段，在不同的時間段內單片機可以寫入不同的電流值增益指令，將起動過程中不同的電流值連起來，成為起動電流的時域曲線，根據不同的接觸器，設置不同的起動電流曲線，實現接觸器起動過程的最優控制。電流檢測電路E、第二信號調理模塊12、第二程控運放模塊K2、第二 PWM控制電路 C2、多通道模擬開關D、PWM隔離驅動模塊G、電力電子開關模塊A、接觸器線圈R構成保持閉環，電流檢測電路E測量接觸器線圈中的電流值，經第二信號調理模塊12送入第二程控運放模塊K2，根據微處理器W發送的增益控制指令，對輸入信號放大處理後，將信號送到第二 PWM控制電路C2內進行比對，為PWM輸出提供判據，通過調節輸出PWM的佔空比和導通周期數，將電流迅速調節至微處理器系統設定值，以一定的時鐘頻率對電流進行快速動態補償使電流保持動態恆定；根據不同容量的接觸器，微處理器W可以向第二程控運放模塊12寫入不同的電流值增益指令，從而控制吸持電流的恆定值，使該控制模塊具有廣泛適用性。系統運行過程中，當電壓採樣電路檢測到電源電壓位於設置的分斷閾值內時，微處理器W判斷為正常分斷還是晃電故障，從而執行相應的分斷控制子程序。直接分斷，微處理器W則控制PWM控制模塊隔離驅動模塊G，快速關閉PWM輸出，使接觸器迅速分斷。晃電故障，微處理器系統W起動儲能電路C，根據設定的延時時間，進行抗晃電延時。此外，圖中故障檢測電路Q—旦檢測到電路中有過電壓、過電流或短路等故障信號時，能夠迅速封鎖PWM輸出，關閉電力電子開關A。續流保護電路X是防止接觸器線圈在動作過程中產生的過電壓而設置的。參數設置及顯示模塊S可以顯示及設置接觸器的電流閾值、動作電壓、晃電延時時間等參數。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種抗晃電智能交流接觸器高頻控制系統，包括直流電源、接觸器線圈和設置有人機互動模塊的微處理器，其特徵在於所述的直流電源經一儲能電路與一電力電子模塊連接，所述的電力電子模塊對輸入的直流電壓進行高頻斬波，送到所述接觸器線圈兩端；所述接觸器線圈設置有電流檢測電路、電壓檢測電路和續流保護電路；所述的電壓檢測電路採集接觸器線圈的電壓信號，經一第一信號調理模塊送入一第一程控運放模塊；所述的第一程控運放模塊的輸出端經一第一 PWM控制電路與一多通道模擬開關連接；所述的電流檢測電路測量接觸器線圈的電流值，經一第二信號調理模塊送入一第二程控運放模塊，所述的第二程控運放模塊的輸出端經第二 PWM控制電路與所述多通道模擬開關連接；所述的微處理器分別於所述的第一程控運放模塊、第二程控運放模塊以及多通道模擬開關連接；所述的多通道模擬開關的輸出端經一 PWM隔離驅動電路與所述的電力電子模塊連接；所述的 PWM隔離驅動電路還連接有用於檢測系統中過壓、過流或短路故障信號的故障檢測電路。
2.根據權利要求1所述的抗晃電智能交流接觸器高頻控制系統，其特徵在於所述的人機互動模塊是一觸摸顯示屏。
3.根據權利要求1所述的抗晃電智能交流接觸器高頻控制系統，其特徵在於所述的直流電源是由交流/直流電源、整流濾波電路和保護電路依次級聯構成。
4.根據權利要求1所述的抗晃電智能交流接觸器高頻控制系統，其特徵在於所述的微處理器連接有通信模塊，實現與遠端上位PC機通訊。
全文摘要
本發明涉及一種抗晃電智能交流接觸器高頻控制系統，其將雙電流環閉環控制的PWM控制系統應用到抗晃電智能交流接觸器的控制中，其包括直流電源、儲能電路、電力電子模塊、故障檢測電路、PWM隔離驅動模塊、續流保護電路、接觸器線圈、電壓採樣電路、電流檢測電路、人機互動模塊、微處理器、多通道模擬開關、兩信號調理模塊、兩程控運放模塊、兩PWM控制電路；該系統通過高頻高效的調節兩個電流閉環，實現抗晃電智能交流接觸器全過程動態優化控制。
文檔編號H01H47/00GK102426984SQ20111038578
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者湯龍飛, 王劍, 蘇晶晶, 許志紅 申請人:福州大學