专利名称：一种恒磁保持交流接触器控制电路及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种恒磁保持交流接触器，具体涉及一种基于微处理器MCU控制的、节能型恒磁保持交流接触器控制电路及其控制方法，属于电气工程领域。
背景技术：
交流接触器是电气设备中产量大、使用面广的主要电器产品之一，其主要控制对象是电动机、变压器、照明、电阻炉等各种用电设备，其应用涉及到工业、农业、交通运输、商业、人民生活和国民经济各方面。恒磁保持交流接触器在结构上与传统电磁机构的最大区别在于:吸合后线圈无需通电即可实现吸合位置的保持功能，具可靠性高，节能效果显著。目前，关于恒磁结构和控制电路的设计，结构较为复杂，且存在拉弧短路现象，需要进一步改善其性能。中国专利200820216240.5公布了一种恒磁保持交流接触器。当为线圈提供正向电流时，接触器吸合，并在电流断开后，通过恒磁力保持吸合状态；利用储能电容放电为线圈提供反向电流，克服恒磁力断开接触器。其控制电路存在以下缺陷:(1)电路结构复杂，特别是储能电路部分元器件较多，提高了成本；(2)接触器工作过程中控制继电器始终工作，因此电路能耗仍然较高。中国专利201210287412.9公布了一种改进后的控制电路，该电路结构简单、元器件少，接触器吸合后控制继电器不再通电，降低了能耗。但该控制电路采用行程按键，安装较为复杂并且行程开关按键闭合后断开会有拉弧现象，容易造成正负极拉弧短路。此外，在释放过程中当线圈通电时间过长时，会导致接触器重新吸合。
发明内容
本发明为克服上述·现有控制电路的结构复杂、能耗高，充放电脉冲时间较长，可靠性不高，反应速度慢，无法彻底灭弧等问题，提供一种结构简单、成本低、工作能耗小、安装方便、安全性能高、可靠性强、反应速度快、基于微处理器MCU的智能化节能型控制电路。本发明的另外一个目的是提供该控制电路的控制方法。本发明的控制电路采用的技术方案如下:
一种恒磁保持交流接触器控制电路，由电源及检测模块、控制及驱动模块、执行模块组成，控制电路的外围采用三线制，并外接一个常开的启动开关和一个常闭的停止开关，停止开关一端与220V交流电的L端相连，另外一端同时与启动开关的一端和电源及检测模块相连，所述启动开关的另外一端与电源及检测模块相连；其中，控制及驱动模块由微处理器MCU、第一驱动电路、第二驱动电路、继电器Jl线圈和继电器J2线圈组成，微处理器MCU的I/O 口 PO与第一驱动电路的一端相连,第一驱动电路的另一端与继电器Jl线圈的一端相连，继电器Jl的另外一端与第一驱动电路中的地端相连，微处理器MCU的I/O 口 Pl与第二驱动电路的一端相连，第二驱动电路的另一端与继电器J2线圈的一端相连，继电器J2的另外一端与第二驱动电路中的地端相连；执行模块由电感L1、整流桥BDl、电容Cl、电容C2、二极管D1、二极管D2、继电器Jl线圈的五个触头(其中转换型触点部分JlA为1、2、3端子，且在继电器线圈不通电时，I端与2端相连，当继电器线圈通电时，转换为I端与3端子相连；动合型触点部分JlB为4、5端子，且在继电器线圈不通电时断开，继电器线圈通电时吸合)、继电器J2线圈的五个触头(其中转换型触点部分J2A为1、2、3端子，且在继电器线圈不通电时，I端与3端相连，当继电器线圈通电时，转换为I端与2端子相连；动合型触点部分J2B为4、5端子，且在继电器线圈不通电时断开，继电器线圈通电时吸合)和接触器线圈组成，电感LI的一端与220V交流电的L级相连，另一端与整流桥BDl交流输入端的其中一端相连，整流桥BDl的另外一交流输入端与220V交流电的N级相连，整流桥BDl的直流输出正端与电容Cl的一端相连并且与继电器Jl的转换型触点部分JlA的3端、继电器J2的转换型触点部分J2A的2端相连，继电器Jl的转换型触点部分JlA的I端与二极管Dl的阴极以及交流接触器线圈的一端、电容C2的一端相连，交流接触器的另一端与二极管D2的阴极、电容C2的另一级以及继电器J2的转换型触点部分J2A的I端相连，二极管Dl的另一端与继电器Jl的动合型触点部分JlB的5端并且与继电器J2的转换型触点部分J2A的3端相连，二极管D2的另一端子与继电器J2的动合型触点部分J2B的5端并且与继电器Jl的转换型触点部分JlA的2端相连，继电器Jl的动合型触点部分JlB的4端与继电器J2的动合型触点部分J2B的4端、电容Cl的另一端以及整流桥BDl的直流输出负端相连。本发明的控制方法如下:接通220V交流电源，当按下启动开关时，微处理器MCU的P2 口的输入信号KG发生电平翻转，由高电平变为低电平；当按下停止开关时，微处理器MCU的P3 口的输入信号ST发生电平翻转，由高电平变为低电平；当输入信号KG为高电平时，微处理器MCU无输出信号；当输入信号KG为低电平时，微处理器MCU的PO 口输出信号为低电平，通过第一驱动电路、第二驱动电路使得继电器Jl线圈导通、继电器J2线圈不通；当输入信号ST为高电平时，微处理器MCU无输出信号；当输入信号ST为低电平时，微处理器MCU的Pl 口的输出信号为低电平，此时通过第一驱动电路、第二驱动电路使得继电器J2线圈导通、继电器Jl线圈不通；当继电器Jl线圈、继电器J2线圈均无电流通过时，接触器线圈没有电流流过，此时接触器处于断开状态；当继电器Jl线圈通电、继电器J2线圈不通电时，继电器Jl线圈的触头I和3相连，同时继电器Jl线圈的触头4和5相连，继电器J2线圈的触头I和3相连，继电器J2线圈的触头4和5断开，这时接触器线圈有正向电流流过，从而使接触器吸合，吸合后在磁铁的作用下，两个铁心始终保持吸合状态；当继电器J2线圈通电、继电器Jl线圈不通电时，继电器Jl线圈的触头I和2相连，继电器Jl线圈的触头4和5断开，继电器J2线圈的触头I和2相连，同时继电器J2线圈的触头4和5相连，这时接触器线圈有反向电流通过，从而接触器弹开。本发明具有的有益效果是:
1、电路结构简单、元器件少，成本低，线圈几乎无温升，能耗低，无噪音；
2、采用降压电容取代传统的变压器，体积小，极大的节省了仪器仪表的空间，节约了成
本；
3、采用继电器替代行程按键，简化了安装工艺并将继电器的一对端子设计成分断点，保护了电路，彻底避免造成正负极拉弧短路，安全性能得到极大的提高；
4、用微处理器MCU来控制线圈通电，提高了接触器吸合、释放的反应速度，避免通电时间过长导致的重吸合现象，提高了系统的精度，实现了精确化控制；5、接触器采用三线制，外围电路直接连控制开关键，可直接替换原有的接触器，安装方便。
图1是本发明接触器的原理图。图2是本发明接触器的工作电路示意图。
具体实施例方式本发明的节能型恒磁保持交流接触器控制电路(图1)由电源及检测模块101、控制及驱动模块102、执行模块103组成，外围采用三线制，外接一个常开的启动开关SWl和一个常闭的停止开关SW2。电源及检测模块101产生电路所需的稳定的直流电；当按下启动开关SWl时，微处理器MCU的P2 口的输入信号KG发生电平翻转，由高电平变为低电平；当按下停止开关SW2时，微处理器MCU的P3 口的输入信号ST发生电平翻转，由高电平变为低电平。当输入信号KG为高电平时，微处理器MCU无输出信号；当输入信号KG为低电平时，微处理器MCU的PO 口输出低电平，通过驱动电路201、驱动电路202使得继电器JI线圈导通、继电器J2线圈不通；当输入信号ST为高电平时，微处理器MCU无输出信号；当输入信号ST为低电平时，微处理器MCU的Pl 口输出低电平，通过驱动电路201、驱动电路202使得继电器J2线圈导通、继电器Jl线圈不通；当继电器Jl线圈、继电器J2线圈均无电流通过时，接触器线圈301没有电流流过，此时接触器处于弹开状态；当继电器Jl线圈通电、继电器J2线圈不通电时，继电器Jl的转换型触点部分JlA的1、3触点相连同时继电器Jl的动合型触点部分JlB的4、5触点相连，继电器J2的转换型触点部分J2A的1、3触点相连，继电器J2的动合型触点部分J2B的4、5触点断开，于是220V交流电源、电感L1、整流桥BD1、继电器Jl线圈的1、3触点及4、5触点，接触器线圈301、继电器J2线圈的1、3触点，便形成了回路，使得接触器线圈301有正向电流流过，从而接触器吸合，吸合后在磁铁的作用，两个铁心始终保持吸合状态；当继电器J2线圈通电、继电器Jl线圈不通电时继电器Jl的转换型触点部分JlA的1、2触点相连，继电器Jl的动合型触点部分JlB的4、5触头断开，继电器J2的转换型触点部分J2A的1、2触点相连，同时继电器J2的动合型触点部分J2B的4、5触头相连，于是电容Cl、电容C2、电感L1、整流桥BDl、继电器J2的1、2触点及4、5触点，接触器线圈301、继电器Jl的1、2触点，便形成了回路，使得接触器线圈301有反向电流通过，从而接触器弹开。继电器Jl线圈、继电器J2线圈在由1、2触头相连转换为1、3触头相连或由1、3触头相连转换为1、2触头相连的过程中，有可能会产生电弧，本发明中，利用电容C2、二极管Dl或D2以及继电器Jl的1、2触头或者继电器J2的1、3触头组成回路，消除了该电弧，并且由于继电器Jl线圈、继电器J2线圈的4、5触头在继电器不通电时断开，避免了拉弧短路情况的出现。接触器释放过程中，如果接触器线圈通电时间过长，有可能会导致接触器重新吸合。本发明中，利用微处理器MCU严格控制接触器线圈的通电时间，避免了接触器重新吸合的风险，提高了系统的可靠性。 其工作过程如下:1、接触器吸合过程:接通220V交流电源，按下启动键SW1，微处理器MCU输入端P2的输入信号KG发生电平翻转，由高电平变为低电平，微处理器MCU检测到输入端P2的电平变化后，在输出端PO输出低电平、输出端Pl输出高电平，通过驱动电路201、202使得继电器Jl线圈通电、继电器J2线圈不通电，继电器Jl线圈通电后，其1、2触头由吸合转变为断开、其1、3触头由断开转变为吸合同时其4、5触头由断开转变为吸合，继电器J2线圈不通电，仍保持其1、2触头吸合1、3触头并且4、5触头均断开。这样交流电经过电感L1、整流桥BD1、继电器Jl线圈的1、3端子及接触器线圈301、继电器J2线圈的1、3端子、继电器Jl线圈的4、5端子形成了一个回路，使得接触器线圈301有正向电流流过，从而接触器吸合。2、接触器释放过程:按下停止键SW2，微处理器MCU输入端P3的输入信号ST发生电平翻转，由高电平变为低电平，微处理器MCU检测到输入端P3的电平变化后，在输出端PO输出高电平、输出端Pl输出低电平，通过驱动电路201、202使得继电器Jl线圈断电、继电器J2线圈通电，继电器Jl线圈断电后，其1、2触头由断开转变为吸合、其1、3触头由吸合转变为断开同时其4、5触头由吸合转变为断开，继电器J2线圈通电后，其1、2触头由吸合转变为断开、其1、3触头由断开转变为吸合同时其4、5触头由断开转变为吸合。这样电容Cl、电容C2、继电器J2线圈的1、2端子及接触器的线圈301、继电器Jl线圈的1、2端子、继电器J2线圈的4、5端 子形成了一个回路，使得接触器线圈301有反向电流流过，从而使得接触器弹开。
权利要求
1.一种恒磁保持交流接触器控制电路，由电源及检测模块、控制及驱动模块、执行模块组成，其特征在于，控制电路的外围采用三线制，并外接一个常开的启动开关和一个常闭的停止开关，停止开关一端与220V交流电的L端相连，另外一端同时与启动开关的一端和电源及检测模块相连，所述启动开关的另外一端与电源及检测模块相连；其中，控制及驱动模块由微处理器MCU、第一驱动电路、第二驱动电路、继电器Jl线圈和继电器J2线圈组成，微处理器MCU的I/O 口 PO与第一驱动电路的一端相连，第一驱动电路的另一端与继电器Jl线圈的一端相连，继电器Jl线圈的另外一端与第一驱动电路中的地端相连，微处理器MCU的I/O 口 Pl与第二驱动电路的一端相连，第二驱动电路的另一端与继电器J2线圈的一端相连，继电器J2线圈的另外一端与第二驱动电路中的地端相连；执行模块由电感L1、整流桥BD1、电容Cl、电容C2、二极管D1、二极管D2、继电器Jl线圈的触点、继电器J2线圈的触点和接触器线圈组成，所述继电器Jl线圈的触点包括转换型触点部分JlA的I端子、2端子、3端子和动合型触点部分JlB的4端子、5端子，所述继电器J2线圈的触点包括转换型触点部分J2A的I端子、2端子、3端子和动合型触点部分J2B的4端子、5端子。
2.根据权利要求1所述的一种恒磁保持交流接触器控制电路，其特征在于，所述电感LI的一端与220V交流电的L端相连，另一端与整流桥BDl交流输入端的其中一端相连，整流桥BDl的另外一交流输入端与220V交流电的N端相连，所述整流桥BDl的直流输出正端与电容Cl的一端相连并且与转换型触点部分JlA的3端子、转换型触点部分J2A的2端子相连，转换型触点部分JlA的I端子与二极管Dl的阴极以及接触器线圈的一端、电容C2的一端相连，所述接触器线圈的另一端与二极管D2的阴极、电容C2的另一端以及转换型触点部分J2A的I端子相连，所述二极管Dl的阳极与动合型触点部分JlB的5端子并且与转换型触点部分J2A的3端子相连，所述二极管D2的阳极与动合型触点部分J2B的5端子并且与转换型触点部分JlA的2端子相连，动合型触点部分JlB的4端子与动合型触点部分J2B的4端子、电容Cl的另一端以及整流桥BDl的直流输出负端相连。
3.如权利要求2所述的一种恒磁保持交流接触器控制电路的控制方法，具体如下: 接通220V交流电源，当按下启动开关时，微处理器MCU的P2 口的输入信号KG发生电平翻转，由高电平变 为低电平；当按下停止开关时，微处理器MCU的P3 口的输入信号ST发生电平翻转，由高电平变为低电平； 当输入信号KG为高电平时，微处理器MCU无输出信号；当输入信号KG为低电平时，微处理器MCU的PO 口输出信号为低电平，通过第一驱动电路、第二驱动电路使得继电器Jl线圈导通、继电器J2线圈不通； 当输入信号ST为高电平时，微处理器MCU无输出信号；当输入信号ST为低电平时，微处理器MCU的Pl 口的输出信号为低电平，此时通过第一驱动电路、第二驱动电路使得继电器J2线圈导通、继电器Jl线圈不通； 当继电器Jl线圈、继电器J2线圈均无电流通过时，接触器线圈没有电流流过，此时接触器处于断开状态；当继电器Jl线圈通电、继电器J2线圈不通电时，继电器Jl线圈的转换型触点部分JlA的I端子、3端子相连，同时继电器Jl线圈的动合型触点部分JlB的4端子、5端子相连，继电器J2的转换型触点部分J2A的I端子、3端子相连，同时继电器J2线圈的动合型触点部分J2B的4端子、5端子断开，此时接触器线圈有正向电流流过，从而使接触器吸合，吸合后在磁铁的作用下，两个铁心始终保持吸合状态；当继电器J2线圈通电、继电器Jl线圈不通电时，继电器Jl线圈的转换型触点部分JlA的1端子、2端子相连，同时继电器Jl线圈的动合型触点部分JlB的4端子、5端子断开，继电器J2线圈的转换型触点部分J2A的I端子、3端子相连，同时继电器J2线圈的动合型触点部分J2B的4端子、5 端子相连，此时接触器线圈有反向电流通过，从而接触器弹开。
全文摘要
本发明公开了一种恒磁保持交流接触器控制电路及其控制方法。控制电路由电源及检测模块、控制及驱动模块、执行模块组成，控制电路的外围采用三线制，并外接一个常开的启动开关和一个常闭的停止开关，其中，控制及驱动模块由微处理器MCU、第一驱动电路、第二驱动电路、继电器J1线圈和继电器J2线圈组成；执行模块由电感L1、整流桥BD1、电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2、继电器J1线圈的五个触头、继电器J2线圈的五个触头和接触器线圈组成。本发明的控制电路结构简单、成本低、工作能耗小、安装方便、安全性能高、可靠性强、反应速度快。
文档编号H01H47/02GK103247475SQ20131017742
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月15日 优先权日2013年5月15日
发明者潘天红, 谢华, 盛占石 申请人:江苏大学