专利名称：抗晃电智能交流接触器高频控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及器械智能控制领域，特别是抗晃电智能交流接触器高频控制系统。
背景技术：
电磁式交流接触器作为一种传统的低压电器产品，其性能指标直接影响到整个用电系统和控制系统的安全与稳定。随着绿色环保、节能减排理念的不断深化，对传统的电机电器行业提出了更高的要求。电压跌落——晃电故障，是目前较为常见的一种故障，对系统危害极大，尤其对那些石油、化工、冶金等需要连续运行的企业，危害更大。目前，抗晃电智能产品和接触器控制保护技术的研究，已经得到了广泛的重视。将高频控制技术、开关电源技术、电力电子技术、故障保护技术等引入低压电器控制领域，可以改变抗晃电智能交流接触器的运行模式，实现其性能指标的全面提高，为研制全新的更新换代产品奠定基础。抗晃电智能交流接触器除具有智能交流接触器全过程优化控制的功能外，还必须具有在晃电事故发生时的抗晃电保护功能，这对于大容量的交流接触器控制尤为困难。大部分电磁式交流接触器均属于电压源供电的工作模式。在这种模式中，由于工作气隙的变化，使得在整个运动过程中交流电感等参量是变化的，在动态过程中其系统中的电压、电流、磁通、磁链、位移、速度、吸力等参量均随时间改变，造成控制难点。机构闭合以后和打开位置的磁状态相差甚远，以往大多采用改变电压的控制模式，如“高电压起动、 低电压保持”的控制方法。这种控制无法有效、实时地控制磁路中的激磁磁势，在起动过程只能实现分段改变控制电压，对不同的电磁机构需要不同的控制程序，难于实现最优控制。 再者，当接触器处于闭合位置时，如果电源电压发生波动，磁路中的磁势将发生变化，低电压保持将受到影响。对于传统的交流励磁的电磁式交流接触器来说，交流电磁机构具有铁磁材料损耗大、分磁环易断裂、运行中交流噪声大、起动过程受吸合相角影响等缺点，不适应目前智能化控制的发展。
发明内容
本发明的目的是发明一种抗晃电智能交流接触器高频控制模块，通过高频高效的调节两个电流闭环，实现抗晃电智能交流接触器全过程动态优化控制。本发明采用以下方案实现一种抗晃电智能交流接触器高频控制系统，包括直流电源、接触器线圈和设置有人机交互模块的微处理器，其特征在于所述的直流电源经一储能电路与一电力电子模块连接，所述的电力电子模块对输入的直流电压进行高频斩波，送到所述接触器线圈两端；所述接触器线圈设置有电流检测电路、电压检测电路和续流保护电路；所述的电压检测电路采集接触器线圈的电压信号，经第一信号调理模块送入一第一程控运放模块；所述的第一程控运放模块的输出端经一第一 PWM控制电路与一多通道模拟开关连接；所述的电流检测电路测量接触器线圈的电流值，经一第二信号调理模块送入一第二程控运放模块，所述的第二程控运放模块的输出端经第二 PWM控制电路与所述多通道模拟开关连接；所述的微处理器分别于所述的第一程控运放模块、第二程控运放模块以及多通道模拟开关连接；所述的多通道模拟开关的输出端经一 PWM隔离驱动电路与所述的电力电子模块连接；所述的PWM隔离驱动电路还连接有用于检测系统中过压、过流或短路故障信号的故障检测电路。与目前抗晃电智能交流接触器相比，本发明具有如下优点
(1)采用了电力电子开关作为主控元件，主控开关的位置放置在控制模块的高压侧，实现了高频斩波、逐周限流的工作模式。不需要接通电力电子器件就可以直接采集电流信号， 进一步提高了控制的快速性和稳定性。并且，电力电子器件上的过电压大幅度减少，系统可
靠性进一步提高。(2)具有两个PWM控制系统，通过转换模块实现起动过程和吸持阶段的控制转换，起动过程和保持过程都采用高速电流检测比较器，加快了整体响应速度，提高了电流控制精度，降低了保持电流的纹波系数。(3)在控制系统中加入了故障检测模块和PWM隔离驱动模块，当检测到过压、过流或者短路信号时，会触发相应的硬件电路封锁PWM输出，关断电力电子开关，保护功能进一步加强。(4)如果采用电压环的控制方式，由于将交流电磁机构通入了直流激磁电源，其磁路中的磁抗(磁滞、涡流损耗引起)、电路中的电抗将大大，甚至消失，线圈中的电流将大幅度增加。在控制过程中，起动回路的开关管将承受极大的电流冲击，尤其对大容量的接触器 (如630A及以上的交流接触器)，控制非常困难。而本发明采用的高频电流双闭环的控制模式，此问题将迎刃而解，使用范围进一步扩大。
图1是本发明实施例的系统原理架构示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供一种抗晃电智能交流接触器高频控制系统，包括直流电源、接触器线圈和设置有人机交互模块的微处理器，其特征在于所述的直流电源经一储能电路与一电力电子模块连接，所述的电力电子模块对输入的直流电压进行高频斩波，送到所述接触器线圈两端；所述接触器线圈设置有电流检测电路、电压检测电路和续流保护电路； 所述的电压检测电路采集接触器线圈的电压信号，经一第一信号调理模块送入一第一程控运放模块；所述的第一程控运放模块的输出端经第一 PWM控制电路与一多通道模拟开关连接；所述的电流检测电路测量接触器线圈的电流值，经一第二信号调理模块送入一第二程控运放模块，所述的第二程控运放模块的输出端经第二 PWM控制电路与所述多通道模拟开关连接；所述的微处理器分别于所述的第一程控运放模块、第二程控运放模块以及多通道模拟开关连接；所述的多通道模拟开关的输出端经一 PWM隔离驱动电路与所述的电力电子模块连接；所述的PWM隔离驱动电路还连接有用于检测系统中过压、过流或短路故障信号的故障检测电路。所述的人机交互模块是一触摸显示屏。所述的直流电源是由交流/直流电源、整流滤波电路和保护电路依次级联构成。请继续参照图1，图1是本发明实施例的系统原理架构示意图。系统上电时，微控制器系统W首先进入自检程序，如果模块不正常，发出报警信号，同时，切断控制电源。如果模块正常，微控制器系统W检测设置子电路的电平状态，根据不同的电平状态，可进入参数设置程序或加载上次设置参数直接运行。若位于参数设置状态，通过参数设置及显示模块 S (即人机交互模块)，可以设置开关电器的起动电流时域曲线，保持电流值及抗晃电延时分断时间，并存储和显示设置参数。本发明系统具有分断检测功能可以区分晃电和断电，若为晃电则延时分断，若为正常断电则立刻分断。本实施例中，所述的微处理器还连接有通信模块，系统也可以通过该通信模块接受上位机的远程控制。运行状态时，系统电压采样电路V循环采样系统电压，如果电压值在所设置的吸合阈值之内，微控制器W分别起动第一信号调理模块Il和第二信号调理模块12，第一信号调理模块Il的信号直接取自电压采样电路V，第二信号调理模块12的信号通过电流检测电路E获得，通过信号调理模块处理的信号分别送入第一程控运放模块Kl和第二程控运放模块K2，第一程控运放模块Kl和第二程控运放模块K2的信号分别送入第一 PWM控制电路 Cl和第二 PWM控制电路C2，微处理器W通过第一程控运放模块Kl和第二程控运放模块K2 设置不同的增益值，通过多通道模拟开关D控制接触器的运行是处于吸合阶段还是吸持阶段。外部电源通过电源模块P、整流滤波模块Z、保护电路B、储能电路C，经过电力电子开关模块A送入接触器线圈R，使接触器起动。交流电源经整流滤波模块Z，变成直流电源，电力电子开关模块A对直流电压进行高频斩波，送到接触器线圈R两端，接触器线圈电流开始上升产生励磁安匝。电压采样电路V、第一信号调理模块II、第一程控运放模块K1、第一 PWM 控制系统Cl、多通道模拟开关D、PWM隔离驱动模块G、电力电子开关模块A、接触器线圈R构成起动闭环，对接触器起动电流进行精确的闭环控制。接触器的起动过程如下电压采样电路V循环采样电源电压，位于设置的吸合阈值之内时，微处理器启动第一 PWM控制电路Cl，驱动电力电子开关对主电路进行斩波控制， 接触器开始起动，电压采样电路V所采集的电压信号，经第一信号调理模块Il送入第一程控运放模块Kl，第一程控运放模块Il根据微处理器W发送的增益控制指令，对输入信号进行处理，将增益后的电压信号接入到PWM控制电路Cl内的电流检测比较器中与参考值进行比较，为PWM输出提供判据，通过调节输出PWM的占空比和导通周期数，将电流迅速调节至微处理器系统设定值后，以一定的时钟频率对电流进行动态补偿使电流保持动态恒定； 接触器的起动过程可以分为多个时间段，在不同的时间段内单片机可以写入不同的电流值增益指令，将起动过程中不同的电流值连起来，成为起动电流的时域曲线，根据不同的接触器，设置不同的起动电流曲线，实现接触器起动过程的最优控制。电流检测电路E、第二信号调理模块12、第二程控运放模块K2、第二 PWM控制电路 C2、多通道模拟开关D、PWM隔离驱动模块G、电力电子开关模块A、接触器线圈R构成保持闭环，电流检测电路E测量接触器线圈中的电流值，经第二信号调理模块12送入第二程控运放模块K2，根据微处理器W发送的增益控制指令，对输入信号放大处理后，将信号送到第二 PWM控制电路C2内进行比对，为PWM输出提供判据，通过调节输出PWM的占空比和导通周期数，将电流迅速调节至微处理器系统设定值，以一定的时钟频率对电流进行快速动态补偿使电流保持动态恒定；根据不同容量的接触器，微处理器W可以向第二程控运放模块12写入不同的电流值增益指令，从而控制吸持电流的恒定值，使该控制模块具有广泛适用性。系统运行过程中，当电压采样电路检测到电源电压位于设置的分断阈值内时，微处理器W判断为正常分断还是晃电故障，从而执行相应的分断控制子程序。直接分断，微处理器W则控制PWM控制模块隔离驱动模块G，快速关闭PWM输出，使接触器迅速分断。晃电故障，微处理器系统W起动储能电路C，根据设定的延时时间，进行抗晃电延时。此外，图中故障检测电路Q—旦检测到电路中有过电压、过电流或短路等故障信号时，能够迅速封锁PWM输出，关闭电力电子开关A。续流保护电路X是防止接触器线圈在动作过程中产生的过电压而设置的。参数设置及显示模块S可以显示及设置接触器的电流阈值、动作电压、晃电延时时间等参数。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种抗晃电智能交流接触器高频控制系统，包括直流电源、接触器线圈和设置有人机交互模块的微处理器，其特征在于所述的直流电源经一储能电路与一电力电子模块连接，所述的电力电子模块对输入的直流电压进行高频斩波，送到所述接触器线圈两端；所述接触器线圈设置有电流检测电路、电压检测电路和续流保护电路；所述的电压检测电路采集接触器线圈的电压信号，经一第一信号调理模块送入一第一程控运放模块；所述的第一程控运放模块的输出端经一第一 PWM控制电路与一多通道模拟开关连接；所述的电流检测电路测量接触器线圈的电流值，经一第二信号调理模块送入一第二程控运放模块，所述的第二程控运放模块的输出端经第二 PWM控制电路与所述多通道模拟开关连接；所述的微处理器分别于所述的第一程控运放模块、第二程控运放模块以及多通道模拟开关连接；所述的多通道模拟开关的输出端经一 PWM隔离驱动电路与所述的电力电子模块连接；所述的 PWM隔离驱动电路还连接有用于检测系统中过压、过流或短路故障信号的故障检测电路。
2.根据权利要求1所述的抗晃电智能交流接触器高频控制系统，其特征在于所述的人机交互模块是一触摸显示屏。
3.根据权利要求1所述的抗晃电智能交流接触器高频控制系统，其特征在于所述的直流电源是由交流/直流电源、整流滤波电路和保护电路依次级联构成。
4.根据权利要求1所述的抗晃电智能交流接触器高频控制系统，其特征在于所述的微处理器连接有通信模块，实现与远端上位PC机通讯。
全文摘要
本发明涉及一种抗晃电智能交流接触器高频控制系统，其将双电流环闭环控制的PWM控制系统应用到抗晃电智能交流接触器的控制中，其包括直流电源、储能电路、电力电子模块、故障检测电路、PWM隔离驱动模块、续流保护电路、接触器线圈、电压采样电路、电流检测电路、人机交互模块、微处理器、多通道模拟开关、两信号调理模块、两程控运放模块、两PWM控制电路；该系统通过高频高效的调节两个电流闭环，实现抗晃电智能交流接触器全过程动态优化控制。
文档编号H01H47/00GK102426984SQ20111038578
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者汤龙飞, 王剑, 苏晶晶, 许志红 申请人:福州大学