CN114005703B - 一种自匹配交流接触器的抗晃电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自匹配交流接触器的抗晃电系统，属于电力电子的技术领域。它包括中央控制单元、电压隔离转换测量单元、交流转直流供电单元、半桥交直流转换单元、超级电容充放电单元、电压转换单元、PWM隔离输出电压单元、接触器电压隔离转换单元、第一继电器、第二继电器、存储单元和输入输出单元。本发明结构合理，能够自动推算接触器晃电时应输出的电压，计算简单，能够降低对CPU的要求且提高了效率。

Description

一种自匹配交流接触器的抗晃电系统

技术领域

本发明涉及一种自匹配交流接触器的抗晃电系统，属于电力电子的技术领域。

背景技术

现有技术下，交流接触器大量应用工业现场的频繁操作和远距离控制，是自动控制系统中的重要元件之一。交流接触器的工作原理主要是利用控制回路通电，电磁线圈产生电磁吸力，闭合主回路。但是一旦电压晃电时，会导致交流接触器释放，从而影响设备运行。因此，为保证设备的可靠运行,就需要一个系统使交流接触器具备抗晃电的能力。

现有的交流接触器抗晃电系统通常存在以下缺陷：1.大多数抗晃电系统先获取交流接触器的参数，一般为接触器的线圈阻值。晃电时输出固定直流电压的抗晃电系统，由厂家根据阻值在出厂时配置好晃电时输出的直流电压；可变输出直流电压的抗晃电系统由用户在现场配置参数，再验证交流接触器是否能可靠吸合。这两种方式均不利于现场的调试使用，工作量大效率低；2.少部分抗晃电系统采用电流互感器获取交流接触器线圈工作的电流，以此推算线圈的容量，该方式线圈电流小，工作在交流模式时功率因数低，接触器线圈非阻性负载,推算相对复杂，精度低，当工作在半桥整流节能模式时，电流互感器通过直流电饱和，难以测得实际的直流电流。

专利公开号为CN211826985U的中国专利公开了一种防晃电智能多功能控制器，包括主控储能电容、微处理器主控电路、驱动电路、双向晶闸管模组、状态输出继电器、继电器驱动电路、继电器储能电容、电源管控电路、电流传感器、电压传感器、开关电源和电容状态检测电路，其中，所述主控储能电容用于当控制器外部电源失电时为其提供电能；所述状态输出继电器用于输出智能控制器的工作状态；所述状态输出继电器的置位由开关电源驱动；所述电流传感器和电压传感器分别用于检测负载的电流和电压。

上述专利利用双向晶闸管实现主回路控制开闭，但是其通过自检测功能使抗晃电装置稳定工作，需要复杂计算，这对CPU要求较高。

因此，为解决上述背景问题，研发一种自匹配交流接触器的抗晃电系统迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景问题中提出的问题，提供一种自匹配交流接触器的抗晃电系统，它结构合理，计算简单，能够降低对CPU的要求。

本发明的目的是这样实现的：一种自匹配交流接触器的抗晃电系统，整体结构包括中央控制单元、电压隔离转换测量单元、交流转直流供电单元、半桥交直流转换单元、超级电容充放电单元、电压转换单元、PWM隔离输出电压单元、接触器电压隔离转换单元、第一继电器、第二继电器、存储单元和输入输出单元；

所述电压隔离转换测量单元转换市电信号，输送至中央控制单元，由中央控制单元采集计算当前市电状态，用于控制第一第二继电器的工作模式；

所述电压隔离转换测量单元包括限流电阻、电压互感器、取样电阻和RC滤波，市电信号经限流电阻连接至电压互感器输入端，电压互感器输出端并联连接取样电阻后，再经电阻和电容进行RC滤波后传送至中央控制单元进行模数转换；

所述交流转直流供电单元连接市电供电，火线连接自恢复保险丝后，并接压敏电阻，再串接绕线电阻后接入AC/DC电源模块的输入端，AC/DC电源模块的输出端依次并接滤波电容和TVS二极管后输出直流电压；

所述超级电容充放电单元使用交流转直流供电单元输出的直流电压经第一二极管和限流电阻给超级电容组充电，超级电容组由单个超级电容和电阻并联后再串联组成，市电供电时,交流转直流供电单元输出的直流电压VIN经第一二极管直接给电压转换单元供电，市电失电时,超级电容组的电压经第二二极管给电压转换单元供电；

所述电压转换单元转换超级电容充放电单元的输出电压，经过电容滤波后，接入电源模块的输入端，电源模块的输出端并接滤波电容和TVS二极管，经保险丝后，输出一个直流电压接在第一继电器的第二控制节点的一端；

所述PWM隔离输出电压单元,包含电阻、光耦、场效应管驱动电路及场效应管，来自中央控制单元的PWM控制端的信号，接电阻后连接在隔离光耦的输入端，隔离光耦的输出端接场效应管驱动电路，场效应管驱动电路的输出端连接场效应管，场效应管的输出接在第一继电器的第二控制节点的另一端；

所述接触器电压隔离转换单元包括吸收电容、分压电阻和隔离运放，它连接外部交流接触器的两端，交流接触器上的两端先并接吸收电容，再经过电阻分压后接入隔离运放的输入端，隔离运放的输出端分别串接电阻后连接至中央控制单元，中央控制单元经过差分运算处理，测得实际接触器线圈上的交直流电压。

所述存储单元包括存储芯片，外接上拉电阻，与中央控制单元采用串行通信方式连接。

所述输入输出单元连接中央控制单元，包括开关量输入和开关量输出模块；

所述开关量输入模块由外部设备的状态点接入，经过分压后接在光耦的输入端，光耦输出端连接至中央控制单元；

所述开关量输出模块由继电器，驱动电路组成，中央控制单元连接至驱动芯片后接在继电器上，继电器输出接在外接端子上用于控制外部设备。

所述第一继电器和第二继电器均与中央控制单元连接，所述第一继电器包括第一控制节点和第二控制节点；所述第二继电器包括第三控制节点和第四控制节点；第二继电器的输出连接在第一继电器第一控制节点的一端，火线连接在第一继电器的第一控制节点另一端；当第一继电器处于第一控制节点，第二继电器处于第三控制节点时，市电直接通过第一第三控制节点后连接保险丝输出；当第一继电器处于第一控制节点，第二继电器处于第四控制节点时，市电经半桥交直流转换单元转换后经第四、第一控制节点的一端，火线经第一控制节点的另一端连接保险丝输出；当第一继电器处于第二控制节点，由PWM隔离输出电压单元输出；

所述半桥交直流转换单元包括电容、保险丝、整流二极管和电阻，连接市电，零线连接电容后接在第二继电器的第四控制节点上，火线连接保险丝，再连接整流二极管，整流二极管的另一端分别连接第二继电器的第四控制节点和两个并联的电阻的一侧，两个并联的两个电阻的另一侧连接在第一继电器的第一控制节点回路的输入端。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明一种自匹配交流接触器的抗晃电系统，推算接触器晃电时应输出的电压，避免手动测量接触器内阻，无需整定接触器参数，提高了效率；

本发明一种自匹配交流接触器的抗晃电系统，根据接触器自身的特性，实际半桥交直流转换单元在半桥整流节能模式下的直流电压即为晃电模式下的保持电压，计算简单，降低CPU的要求，提高系统性能。

附图说明

图1为本发明的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统的整体结构框图。

图2 为本发明的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统的电压隔离转换测量单元的原理图。

图3 为本发明的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统的交流转直流供电单元的原理图。

图4 为本发明的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统的超级电容充放电单元的原理图。

图5 为本发明的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统的电压转换单元的原理图。

图6 为本发明的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统的PWM隔离输出电压单元的原理图。

图7 为本发明的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统的接触器电压隔离转换单元的原理图。

图8 为本发明的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统的存储单元的原理图。

图9 为本发明的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统的开关量输入输出单元的原理图。

图10 为本发明的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统的半桥交直流转换单元的原理图和继电器、用户控制回路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明加以说明：

如图1~10所示，一种自匹配交流接触器的抗晃电系统，包括中央控制单元、电压隔离转换测量单元、交流转直流供电单元、半桥交直流转换单元、超级电容充放电单元、电压转换单元、PWM隔离输出电压单元、接触器电压隔离转换单元、第一继电器、第二继电器、存储单元和开关量输入输出单元；

所述第一继电器和第二继电器均与中央控制单元连接，所述第一继电器包括第一控制节点J1-1和第二控制节点J1-2；所述第二继电器包括第三控制节点J2-1和第四控制节点J2-2；

火线直接连接在第一继电器的第一控制节点J1-1回路的输入端，当第一继电器处于第一控制节点J1-1，第二继电器处于第三控制节点J2-1时，火线零线直接通过第一控制节点J1-1后连接保险丝输出；当第一继电器处于第一控制节点J1-1，第二继电器处于第四控制节点J2-2时，市电经半桥交直流转换单元转换后经第四、第一控制节点的一端，火线经第一控制节点的另一端连接保险丝输出；当第一继电器处于第二控制节点，由PWM隔离输出电压单元输出；。

在本实施例中，所述电压隔离转换测量单元包括限流电阻、电压互感器、取样电阻和RC滤波，市电信号经限流电阻连接至电压互感器输入端，电压互感器输出端并接取样电阻后，再经电阻和电容进行RC滤波后传送至中央控制单元进行模数转换；所述电压隔离转换测量单元用于监测市电是否发生晃电。

在本实施例中，所述交流转直流供电单元连接市电供电，火线连接自恢复保险丝后，并接压敏电阻，再串接绕线电阻后接入AC/DC电源模块的输入端，AC/DC电源模块的输出端依次并接滤波电容和TVS二极管后输出直流电压VIN供转换使用。

在本实施例中，所述半桥交直流转换单元包括电容、保险丝、整流二极管和电阻，它连接市电，零线连接电容后接在第二继电器的第四控制节点J2-2上，火线连接保险丝，再连接整流二极管，整流二极管的另一端分别连接第二继电器的第四控制节点J2-2和两个并联的电阻的一侧，两个并联的电阻的另一侧连接在第一继电器的第一控制节点J1-1回路的输入端；当半桥交直流转换单元连接第二控制节点J1-2和第三控制节点J2-1时，和交流接触器线圈形成回路，此时为节能模式，用于节能模式下的吸合维持，同时提供了发生晃电时需要供电的电压依据。

在本实施例中，所述超级电容充放电单元通过交流转直流供电单元输出的直流电压VIN经过第一二极管和限流电阻给超级电容充电，市电供电时,交流转直流供电单元的输出电压VIN经所述第一二极管直接给电压转换单元供电；市电失电时,超级电容的电压经所述第二二极管给电压转换单元供电；

在本实施例中，所述电压转换单元转换超级电容充放电单元的输出电压Ucc，经过电容滤波后，接入电源模块的输入端，电源模块的输出端并接滤波电容和TVS二极管，经保险丝后，输出一个直流电压UCC_KM接在第一继电器的第二控制节点J1-2一端，供PWM隔离输出电压单元使用。

在本实施例中，所述PWM隔离输出电压单元连接至第二继电器，包含电阻、光耦、场效应管驱动电路及场效应管，通过来自中央控制单元根据计算的晃电模式的输出电压生成对应的PWM脉冲信号，接电阻后连接在隔离光耦的输入端，隔离光耦的输出端接场效应管驱动电路，场效应管驱动电路的输出端连接场效应管，场效应管的输出接在第一继电器的第二控制节点J1-2的另一端，实现将电压转换单元的输出电压UCC_KM按比例输出。

在本实施例中，所述接触器电压隔离转换单元包括吸收电容、分压电阻和隔离运放，接触器电压隔离转换单元连接外部交流接触器的两端，交流接触器上的两端先并接吸收电容，再经过电阻分压后接入隔离运放的输入端，隔离运放的输出端分别串接电阻后连接至中央控制单元，中央控制单元经过差分运算处理，测得实际接触器线圈上的交直流电压；接触器电压隔离转换单元连接外部交流接触器，把接触器上的电压经过隔离转换成差分电压信号输送至中央控制单元，中央控制单元经过差分运算处理，转换成实际的交直流信号，实现了交流接触器各运行模式下的信号采集。

在本实施例中，所述存储单元包括存储芯片，外接上拉电阻，与中央控制单元采用串行通信方式连接。

在本实施例中，所述输入输出单元连接中央控制单元，包括开关量输入和开关量输出；

所述输入输出单元连接中央控制单元，包括开关量输入模块和开关量输出模块；

所述开关量输入模块由外部设备的状态点接入，经过分压后接在光耦的输入端，光耦输出端连接至中央控制单元；

所述开关量输出模块包括继电器和驱动电路，中央控制单元连接至驱动芯片后接在继电器上，继电器输出接在外界端子上用于控制外部设备。

在本实施例中，本发明的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统，其工作原理如下：

中央控制单元控制第一继电器处于第一控制节点J1-1，交流接触器处于交流模式，由市电供电，外部控制按钮导通即得电，交流接触器吸合；

中央控制单元控制第一继电器处于第二控制节点J1-2，控制第二继电器处于第三控制节点J2-1,交流接触器处于节能模式，由半桥交直流转换单元输出一个半波直流电压维持接触器线圈吸合状态；

中央控制单元同时获取当前交流接触器的上的交直流电压，给PWM隔离输出电压单元的输出的电压提供了数据来源。

晃电时，中央控制单元控制第一继电器处于第二控制节点J1-2，抗晃电系统处于为晃电模式，由PWM隔离输出电压单元输出一个等效的直流电压继续维持接触器线圈吸合状态。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (3)

1.一种自匹配交流接触器的抗晃电系统，其特征在于：包括中央控制单元、电压隔离转换测量单元、交流转直流供电单元、半桥交直流转换单元、超级电容充放电单元、电压转换单元、PWM隔离输出电压单元、接触器电压隔离转换单元、第一继电器、第二继电器、存储单元和开关量输入输出单元；

所述第一继电器和第二继电器均与中央控制单元连接，所述第一继电器包括第一控制节点和第二控制节点；所述第二继电器包括第三控制节点和第四控制节点；

所述电压隔离转换测量单元包括限流电阻、电压互感器、取样电阻和RC滤波，市电信号经限流电阻连接至电压互感器输入端，电压互感器输出端连接取样电阻后，再经电阻和电容进行RC滤波后传送至中央控制单元进行模数转换；

所述交流转直流供电单元连接市电供电，火线连接自恢复保险丝后，并接压敏电阻，再串接绕线电阻后接入AC/DC电源模块的输入端，AC/DC电源模块的输出端依次并接滤波电容和TVS二极管后输出直流电压；

所述半桥交直流转换单元包括电容、保险丝、整流二极管和电阻，连接市电，零线连接电容后接在第二继电器的第四控制节点上，火线连接保险丝，再连接整流二极管，整流二极管的另一端分别连接第二继电器的第四控制节点和两个并联的电阻的一侧，两个并联的电阻的另一侧连接在第一继电器的第一控制节点回路的输入端；

所述超级电容充放电单元通过交流转直流供电单元输出的直流电压经过第一二极管和限流电阻给超级电容充电，市电供电时,交流转直流供电单元的输出电压经第一二极管直接给电压转换单元供电，市电失电时,超级电容的电压经第二二极管给电压转换单元供电；

所述电压转换单元转换超级电容充放电单元的输出电压，经过电容滤波后，接入电源模块的输入端，电源模块的输出端并接滤波电容和TVS二极管，经保险丝后，输出一个直流电压接在第一继电器的第二控制节点一端，供PWM隔离输出电压单元使用；

所述PWM隔离输出电压单元连接至第二继电器，包含电阻、光耦、场效应管驱动电路及场效应管，来自中央控制单元的PWM控制端的信号，接电阻后连接在隔离光耦的输入端，隔离光耦的输出端接场效应管驱动电路，场效应管驱动电路的输出端连接场效应管，场效应管的输出接在第一继电器的第二控制节点的另一端；

所述接触器电压隔离转换单元包括吸收电容、分压电阻和隔离运放，它连接外部交流接触器的两端，交流接触器上的电压先并联吸收电容，再经过电阻分压后接入隔离运放的输入端，隔离运放的输出端分别串接电阻后连接至中央控制单元，中央控制单元经过差分运算处理，测得实际接触器线圈上的交直流电压。

2.根据权利要求1所述的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统，其特征在于：所述存储单元包括存储芯片，外接上拉电阻，与中央控制单元采用串行通信方式连接。

3.根据权利要求1所述的一种自匹配交流接触器的抗晃电系统，其特征在于：所述输入输出单元连接中央控制单元，包括开关量输入模块和开关量输出模块；

所述开关量输入模块由外部设备的状态点接入，经过分压后接在光耦的输入端，光耦输出端连接至中央控制单元；

所述开关量输出模块包括继电器和驱动电路，中央控制单元连接至驱动芯片后接在继电器上，继电器输出接在外界端子上用于控制外部设备。