专利名称：用于普通电磁接触器的同步开关控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统的无功补偿和谐波滤波技术领域，具体涉及一种同步开关控制电路。
背景技术：
经查，专利号为200920105307. 2的专利“一种投切电容器组的2控3预充电相控开关电路”、专利号为200910076776. O的专利“一种投切电容器组的2控3预充电相控开关电路”和专利号为01113435. 6的专利“一种电子式零投切接触器”等等的文件中讲到使用现有的机械式触点开关投切电容器。然而，普遍认为在使用机械式触点开关投切时，三相开关在随机不确定的电网电压点投切电容器，电流冲击大，有4倍到10倍甚至20倍的额定电流，这会引起电网电压畸变。还存在合闸触点弹跳，打开触点重燃的危险概率，弹跳和重燃使得电容器组过电压，损坏电容器，容易造成事故。 为克服机械开关的缺点，产生了同步开关。目前有关同步开关的文献，例如专利申请号为200910028385. I、名称为“一种永磁接触器智能化控制模块”，专利申请号为200910029944. O、名称为“可远程通信智能保护式永磁接触器”等的文件中提到，要使机械开关准确地投切，需要依靠同步开关技术实现，同步开关所采用的开关类型均为永磁类的开关，都没有谈到使用电磁类的机械开关。理由是永磁开关没有弹簧，结构简单，所以可以准确动作，电磁开关使用很多弹簧，弹簧经过长期动作，弹性变软，不容易长期准确动作。但是，工程上大量应用的不是永磁类开关而是电磁类的机械开关，大量的厂家生产的是电磁式机械开关，只有为数不多的厂家生产永磁式机械开关。通常认为，普通电磁接触器不可以作为同步开关技术的开关执行器件。普通电磁接触器的线圈用交流有效值220V电压供电，交流电按照正弦波变化，合闸命令在下弦波的任意点发出，给接触器线圈送电，接触器的触点必然是在正弦波的随机点闭合，投切产生涌流。因此，传统上公认的是应用普通机械开关进行投切，必然要产生很大的电流冲击。
发明内容与本领域中的普遍认知不同，本发明通过独特设计的接触器线圈的控制电路，可以实现普通电磁接触器的准确投切，且投切时没有电流冲击。本发明提供了一种用于普通电磁接触器的同步开关控制电路，同步开关采用普通电磁接触器，在不改变普通接触器结构的前提下，适当设计了接触器线圈的控制电路，将交流接触器的交流220V线圈供电改变为直流220V稳压电源供电，开关闭合设计为线圈全压吸合，低压节电保持吸合，开关打开设计为线圈电感器L、电容器C和电阻器R的振荡放电，快速吸收线圈的电感能量，完成了接触器快速打开的功能，实现了同步开关的要求和效果。所谓同步开关的功能，是指主触点开关在正弦波电压的特定点闭合、打开。本发明通过以下方案实现一种用于普通电磁接触器的同步开关控制电路，普通接触器Kl线圈的两端并联连接着电容器Cl与电阻器R7构成的串联吸收电路，还并联连接着二极管Dl和MOSFET开关管Ql构成的另一串联吸收电路。MOSFET开关管Q2与接触器Kl线圈串联连接到220V直流电源上，MOSFET开关管Q2全导通给接触器Kl线圈全压供电或者给接触器Kl线圈部分电压供电，工作在脉宽调制(PWM)节能状态。单片机逻辑控制电路接收到SI命令信号后，依据电压同步信号和接触器Kl开关的动作时间，判断延时时间到了，对接触器Kl线圈给出和撤销“工作”和“全压、节能工作”动作信号，控制普通接触器Kl的线圈的工作电压，完成接触器主触点开关的投切动作。进一步地，二极管Dl的正极与接触器Kl线圈的A2端连接，二极管Dl的负极与MOSFET开关管Ql的漏极D连接，MOSFET开关管Ql的源极S与220V稳压电源的+端连接，MOSFET开关管Ql的门极G由+15Vb供电，用光耦Ul控制，MOSFET管Q2的源极S与0V-(220V)相连接，MOSFET管Q2的漏极D与接触器Kl线圈的A2端连接，接触器Kl线圈的Al端与+220V相连接，MOSFET开关管Ql的门极G由+15Va供电，用光耦U2控制。进一步地，单片机逻辑控制装置接收到SI命令信号后，依据电压同步信号和接触 器Kl开关的闭合动作时间，判断延时时间到了，发出“工作”和“全压、节能工作”动作信号，MOSFET开关管Ql和MOSFET开关管Q2导通，接触器Kl线圈全压吸合得电，接触器Kl主触点开关闭合。进一步地，接触器触点开关Kl闭合后，单片机逻辑控制装置继续给出“工作”动作信号，MOSFET开关管Ql导通，“全压、节能工作”动作信号工作在脉宽调制PWM状态，控制MOSFET开关管Q2的导通和关断，MOSFET开关管Q2导通时，接触器Kl线圈流过吸合电流，MOSFET开关管Q2关断时，接触器Kl线圈的感性电流通过二极管Dl和MOSFET开关管Ql续流。接触器Kl线圈保持吸合状态，工作在节能状态。进一步地，单片机逻辑控制装置接收到SI命令打开信号后，根据电压同步信号，和接触器Kl开关打开的动作时间，判断延时时间到了，断开“工作”和“全压、节能工作”信号，接触器Kl线圈的感性电流通过接触器Kl线圈的两端并联连接着的电容器Cl与电阻器R7的串联吸收电路，振荡放电，接触器Kl触点开关快速打开。进一步地，单片机逻辑控制电路给出“工作”和“全压、节能工作”动作信号，通过光耦隔离电路，触发MOSFET开关管Ql和MOSFET开关管Q2的通断。进一步地，普通接触器Kl的主触点开关可以是单极或多极，接触器的主触点开关多数为3极，在使用多极主触点时，将多极的所有主触点并联，转换成单极主触点开关。多极的所有主触点并联，允许通过的触点电流增大了。进一步地，普通接触器的类型可以是交流接触器，也可以是直流接触器。无论是交、直流接触器都可以使用本发明的控制电路触发。本发明的控制电路通过实验和波形测试，达到了同步投切的预期目的。
图I :根据本发明的用于普通电磁接触器的同步开关控制电路图；图2 :单片机逻辑控制电路的原理图；图3 :接触器Kl主触点开关闭合时，主触点开关电压和线圈电压的波形图；图4 :接触器Kl主触点开关打开时，主触点开关电压和线圈电压的波形图；图5 :开关控制电路的控制流程框图。
具体实施方式
以下结合附图，详细描述本发明。图I示出了用于普通电磁接触器的同步开关控制电路；图2示出了单片机逻辑控制电路的原理图。如图I所示，接触器采用GSC1-40型，接触器Kl线圈的两端A1、A2并联连接着电容器Cl与电阻器R7构成的串联吸收电路，还并联连接着二极管Dl和MOSFET开关管Ql构成的另一串联吸收电路。其中，电容器Cl采用630V O. IuF电容器；电阻器R7采用30欧姆IW的电阻器；二极管Dl采用FR107 ；M0SFET开关管Ql采用SSS4N80AS。MOSFET开关管Q2与接触器Kl线圈串联连接到220V直流电源上，MOSFET开关管Q2也采用SSS4N80AS。Q2全导通给接触器Kl线圈全压供电，或者给接触器Kl线圈部分电压供电，工作在脉宽调制(PWM)节能状态。单片机逻辑控制电路接收到SI命令信号后，依据电压同步信号和接触器Kl开关的动作时间，判断延时时间到了，对接触器Kl线圈给出和撤销“工作”和“全压、节能工作”动作信号，控制普通接触器的线圈Kl的工作电压，完成接触器Kl主触点开关的投切动作。·[0023]二极管Dl的正极与接触器Kl线圈的A2端连接，二极管Dl的负极与MOSFET开关管Ql的漏极D连接，MOSFET开关管Ql的源极S与220V稳压电源的+端连接，MOSFET开关管Ql的门极G由+15Vb供电，用光耦Ul(型号为TLP521-1)控制。MOSFET开关管Q2的源极S与0V-(220V)相连接，MOSFET开关管Q2的漏极D与接触器Kl线圈的A2端连接，MOSFET开关管Ql的门极G由+15Va供电，用光耦U2(型号为TLP521-1)控制。接触器Kl线圈的Al端与+220V相连接。单片机逻辑控制电路接收到SI命令信号后，依据电压同步信号和接触器Kl开关的闭合动作时间，判断延时时间到了，发出“工作”和“全压、节能工作”动作信号，MOSFET开关管Ql和MOSFET开关管Q2导通，接触器Kl线圈全压吸合得电，接触器Kl主触点开关闭
八
口 ο接触器Kl线圈闭合后，单片机逻辑控制电路继续给出“工作”动作信号，MOSFET开关管Ql导通，“全压、节能工作”动作信号工作在脉宽调制PWM状态，控制MOSFET开关管Q2的导通和关断，MOSFET开关管Q2导通时，接触器Kl线圈流过吸合电流，MOSFET开关管Q2关断时，接触器Kl线圈的感性电流通过二极管Dl和MOSFET开关管Ql续流。接触器Kl线圈保持吸合状态，工作在节能状态。单片机逻辑控制电路接收到SI命令打开信号后，根据电压同步信号和接触器Kl开关打开的动作时间，断开“工作”和“全压、节能工作”信号，接触器Kl线圈的感性电流通过接触器Kl线圈的两端并联连接着的电容器Cl与电阻器R7的串联吸收电路，振荡放电，接触器Kl主触点开关快速打开。单片机逻辑控制电路给出“工作”和“全压、节能工作”动作信号，通过光耦隔离电路，触发MOSFET开关管Ql和MOSFET开关管Q2的导通、关断。普通接触器Kl的主触点开关可以是单极或多极，本实施例中采用的接触器为3极，在使用3极主触点时，将3极的所有主触点并联，转换成单极主触点开关。3极的所有主触点并联，允许通过触点的电流增大了。普通接触器的类型可以是交流接触器，也可以是直流接触器。交、直流接触器都可以用本发明的控制电路触发。图3示出了接触器Kl主触点开关闭合时，主触点开关电压和线圈电压的波形图，上面的波形A为主触点开关电压，下面的波形B为接触器Kl的线圈电压，坐标横轴为5ms/格。图3的波形B展示了接触器Kl线圈电压得到全压20ms，在15. 5ms时刻接触器闭合，触点弹跳2. 5ms，接触器Kl线圈电压全压得电20ms后，转入PWM脉宽调制工作状态，接触器主触点开关闭合，线圈工作在节能状态。图4示出了接触器Kl主触点开关打开时，主触点开关电压和线圈Kl电压的波形图，上面的波形A为主触点开关电压，下面的波形B为接触器Kl的线圈电压，坐标横轴为5ms/格。图4的波形B展示了关断MOSFET开关管Ql和MOSFET开关管Q2后，接触器Kl线圈电流向与接触器Kl线圈并联连接着的电容器Cl与电阻器R7的串联吸收电路振荡放电，波形A的触点电压展示接触器Kl的主触点开关经过21. 5ms打开。图5显示了控制电路的控制流程框图。在测量到有电压同步信号后，判断有无投切命令，若有投切命令，延时一段时间，使得“工作”输出使能MOSFET开关管Ql导通，“全·压、节能工作”输出使能MOSFET开关管Q2导通。20ms后，“工作”输出使能MOSFET开关管Ql导通，“全压、节能工作”输出使能MOSFET开关管Q2运行在PWM状态。在得到停止投切命令时，延时预定的一段时间后，停止“工作”输出使能MOSFET开关管Q1，停止“全压、节能工作”输出使能MOSFET开关管Q2。接触器Kl线圈电流通过与接触器Kl线圈并联连接着的电容器Cl和电阻器R7的串联吸收电路振荡放电，接触器Kl主触点开关打开。本发明的特定实施例已对本发明的内容作出了详尽的说明，对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
权利要求1.一种用于普通电磁接触器的同步开关控制电路，其特征在于电磁接触器Ki线圈的两端并联连接着电容器Cl与电阻器R7构成的串联吸收电路，还并联连接着二极管Dl和MOSFET开关管Ql构成的另一串联吸收电路，MOSFET开关管Q2与接触器Kl线圈串联连接到220V直流电源上，MOSFET开关管Q2全导通给接触器Kl线圈全压供电或者MOSFET开关管Q2给接触器Kl线圈部分电压供电，工作在脉宽调制PWM节能状态，单片机逻辑控制电路接收到SI命令信号后，依据电压同步信号和接触器Kl开关的动作时间，判断延时时间到了，对接触器Kl线圈给出和撤销“工作”和“全压、节能工作”动作信号，控制电磁接触器Kl线圈的工作电压，完成主触点开关的投切动作。
2.根据权利要求I所述的用于普通电磁接触器的同步开关控制电路，其特征在于二极管Dl的正极与接触器Kl线圈的A2端连接，二极管Dl的负极与MOSFET开关管Ql的漏极D连接，MOSFET开关管Ql的源极S与220V稳压电源的+端连接，MOSFET开关管Ql的门极G由+15Vb供电，用光耦Ul控制，MOSFET管Q2的源极S与0V-220V相连接，MOSFET管Q2的漏极D与接触器Kl线圈的A2端连接，接触器Kl线圈的Al端与+220V相连接，MOSFET开关管Q2的门极G由+15Va供电，用光耦U2控制。
3.根据权利要求I所述的用于普通电磁接触器的同步开关控制电路，其特征在于电磁接触器Kl的主触点开关可以是单极或多极，在使用多极主触点时，将多极的所有主触点并联，转换成单极主触点开关。
4.根据权利要求I所述的用于电磁电磁接触器的同步开关控制电路，其特征在于电磁接触器的类型可以是交流接触器，也可以是直流接触器。
专利摘要一种用于普通电磁接触器的同步开关控制电路，属于电力系统的无功补偿和谐波滤波技术领域，同步开关采用普通电磁接触器，在不改变普通接触器的结构的前提下，适当设计了接触器线圈的控制电路，将交流接触器的交流220V线圈供电改变为直流220V稳压电源供电，开关闭合设计为线圈全压吸合，低压节电保持吸合，开关打开设计为线圈电感器L、电容器C和电阻器R的振荡放电，快速吸收线圈的电感能量，完成了接触器快速打开的功能。本实用新型采用普通电磁接触器实现了同步开关的要求，并达到了预期效果，应用普通电磁接触器，实现了准确无冲击电流投切电容器组和电抗器。
文档编号H01H47/00GK202712058SQ20122000720
公开日2013年1月30日 申请日期2012年1月4日 优先权日2012年1月4日
发明者杨建宁 申请人:北京馨容纵横科技发展有限公司