專利名稱：一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無(wú)位置傳感器反向弱磁控制的智能永磁接觸器，實(shí)現(xiàn)了永磁 接觸器的合閘過程的智能化動(dòng)態(tài)控制，屬于智能化低壓電器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
永磁接觸器作為一種基于新原理和永磁應(yīng)用技術(shù)的新型開關(guān)設(shè)備，它除了實(shí)現(xiàn) 電磁接觸器的全部功能外，還具有顯著的節(jié)能、無(wú)噪音、不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響、線圈不易 燒毀、抗晃電性能和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，已成為電器領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，關(guān)于永磁 接觸器的研究多集中于新型永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)、模擬與電子控制電路方面，取得了相當(dāng)有益的 成果。經(jīng)檢索，專利號(hào)為200920038135. 1的專利“一種永磁接觸器的控制裝置”的中國(guó)專 利和專利號(hào)為200410062796. χ的專利“永磁式雙穩(wěn)態(tài)接觸器”的中國(guó)專利，以及專利號(hào)為 200920041428. 5的專利“節(jié)能運(yùn)行無(wú)噪聲永磁機(jī)構(gòu)接觸器及其控制單元”的中國(guó)專利均公 開一種新型永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)以及采用模擬控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁接觸器的分合間控制。然而， 現(xiàn)有的配模擬電子控制單元的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)接觸器的分、合間狀態(tài)控制，并不能 控制其動(dòng)作過程，因而不能夠?qū)崿F(xiàn)控制動(dòng)觸頭、動(dòng)鐵心按理想運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行分、合閘操作來(lái) 提高永磁接觸器運(yùn)動(dòng)過程的動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)只能作為單一開關(guān)設(shè)備的永磁接觸器顯然已不 能滿足配電系統(tǒng)自動(dòng)化的要求，這就促進(jìn)了接觸器向智能化、多功能、高性能方向發(fā)展。隨 著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，智能化電器已經(jīng)受到人們的關(guān)注，以微處理 器為核心的測(cè)控技術(shù)被成功地應(yīng)用在各種低壓電器中，提高了低壓電器的動(dòng)態(tài)品質(zhì)、供電 的可靠性以及電網(wǎng)的安全性。專利號(hào)為03108018. 9的專利“降低雙線圈雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu) 接觸器觸頭材料損耗的方法”的中國(guó)專利和專利號(hào)為200920089918. 2的專利“智能永磁真 空交流接觸器”的中國(guó)專利，以及專利號(hào)為200820126036. 4的專利“適用于工業(yè)用電機(jī)控 制的智能永磁接觸器”的中國(guó)專利均采用了數(shù)字化的處理芯片實(shí)現(xiàn)永磁接觸器的智能化控 制、檢測(cè)以及通訊的功能。然而以上專利永磁接觸器的智能化控制電路中，并未通過引入微 處理器來(lái)充分利用各種信號(hào)反饋使其帶有閉環(huán)控制，采用現(xiàn)代數(shù)字控制手段來(lái)實(shí)現(xiàn)永磁接 觸器檢測(cè)_反饋-調(diào)節(jié)_控制的智能化閉環(huán)操作，從而對(duì)永磁接觸器運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行智能動(dòng) 態(tài)控制，使接觸器的動(dòng)態(tài)吸力和反力達(dá)到良好配合，減小動(dòng)靜鐵心及動(dòng)靜觸頭間的碰撞速 度，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)動(dòng)特性下的吸合控制，有效地減少觸頭的一、二次彈跳，提高接觸器的電氣 和機(jī)械壽命。當(dāng)在國(guó)標(biāo)規(guī)定的85% -110%額定電壓下吸合永磁接觸器時(shí)，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中， 電壓較高，吸力特性較陡峭，遠(yuǎn)大于反力，在該吸力作用下，動(dòng)鐵心不斷被加速，導(dǎo)致動(dòng)、靜 觸頭的接觸時(shí)碰撞速度過快，加劇了觸頭的一次彈跳。當(dāng)觸頭閉合后，動(dòng)鐵心還處于運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)，具有一定的動(dòng)能，同時(shí)隨著動(dòng)鐵心位移的減小，永磁體產(chǎn)生的吸力增加幅度很大，此時(shí) 吸力包括電磁吸力和永磁體產(chǎn)生的吸力兩部分的作用力，使接觸器在合閘的末期吸力裕度 很大，在自身的動(dòng)能、電磁吸力和永磁吸力三部分的作用下帶動(dòng)動(dòng)鐵心運(yùn)動(dòng)克服彈簧反力 使永磁接觸器實(shí)現(xiàn)合間，從而導(dǎo)致動(dòng)、靜鐵心碰撞速度過快，碰撞能量較大，從而加劇了觸頭的二次彈跳的產(chǎn)生進(jìn)而產(chǎn)生的電弧對(duì)觸頭的燒蝕作用嚴(yán)重降低接觸器電氣壽命，二次彈 跳造成的危害較動(dòng)、靜觸頭剛接觸時(shí)碰撞而產(chǎn)生的一次彈跳造成的危害嚴(yán)重的多，特別是 在接通電動(dòng)機(jī)或照明負(fù)荷時(shí)，因起動(dòng)電流往往大至額定電流的6 10倍，發(fā)生在這種大電 流下的多次彈跳會(huì)大大加劇電弧對(duì)觸頭的侵蝕，甚至?xí)a(chǎn)生觸頭的熔焊故障，嚴(yán)重影響工 作于AC3使用類別(籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)中分?jǐn)?下接觸器的電氣和機(jī)械壽命。因 此避免觸頭的一、二次彈跳是提高接觸器電氣壽命和可靠性的關(guān)鍵。對(duì)于接觸器動(dòng)鐵心位移的獲取，最初是采用在接觸器內(nèi)部安裝位移或速度測(cè)量裝 置的辦法，如光學(xué)傳感器、直線感應(yīng)傳感器等。該方法存在以下不足首先，位移或速度傳感 器的價(jià)格較高，這會(huì)導(dǎo)致成本的大大增加；其次，接觸器的內(nèi)部空間是一個(gè)大噪聲、強(qiáng)振動(dòng) 甚至是高溫的環(huán)境，市場(chǎng)上現(xiàn)有的各種傳感器往往不足以承受幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)次的往復(fù) 動(dòng)作；再次，位移或速度傳感器的尺寸都比較大，明顯增加了接觸器的體積。對(duì)于小規(guī)格的 接觸器無(wú)法安裝，通用性不強(qiáng)，同時(shí)可動(dòng)構(gòu)件數(shù)量的增加不僅會(huì)使故障機(jī)率上升還會(huì)對(duì)接 觸器本身的動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生一定的影響。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一 種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器，采用現(xiàn)代微處理器控制手段，實(shí)現(xiàn)永磁接觸器 合閘過程的智能化動(dòng)態(tài)控制。從磁路和電路方面進(jìn)行分析，尋找它們之間的聯(lián)系，推導(dǎo)出永 磁接觸器動(dòng)鐵心位移與線圈電壓、線圈電流的計(jì)算公式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通過檢測(cè)線圈電壓、線圈 電流的實(shí)時(shí)信號(hào)估算出接觸器合間過程每一時(shí)刻動(dòng)鐵心位移信號(hào)的一種無(wú)位置傳感器的 檢測(cè)動(dòng)鐵心位移的方法。以此實(shí)時(shí)跟蹤的動(dòng)鐵心位移作為反饋信號(hào)，對(duì)接觸器的合閘過程 形成檢測(cè)-反饋-調(diào)節(jié)-控制的智能化閉環(huán)操作。根據(jù)位移信號(hào)，在合閘的前期階段(即 觸動(dòng)階段到超行程階段)，施加一個(gè)低于額定電壓下的一個(gè)固定占空比的PWM控制電壓，通 過位移信號(hào)和線圈電壓信號(hào)的反饋，在該位移段保持線圈的控制電壓穩(wěn)定，使其產(chǎn)生的動(dòng) 態(tài)吸力稍高于反力特性，減小動(dòng)、靜觸頭接觸瞬間的速度，有效減少接觸器的一次彈跳。當(dāng) 檢測(cè)到反向弱磁控制的動(dòng)鐵心位移點(diǎn)，微處理器分別控制功率開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷對(duì)線圈施加 反向電壓，控制線圈產(chǎn)生反向電流，實(shí)現(xiàn)線圈磁場(chǎng)對(duì)永磁體的反向弱磁，使永磁接觸器的動(dòng) 態(tài)吸力和反力達(dá)到良好配合，實(shí)現(xiàn)合閘末期動(dòng)、靜鐵心的低速碰撞甚至達(dá)到動(dòng)鐵心的軟著 陸，有效減少觸頭的二次彈跳，從而實(shí)現(xiàn)了永磁接觸器最優(yōu)運(yùn)動(dòng)特性下的合間控制，綜合提 高永磁接觸器的電氣和機(jī)械壽命。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流 接觸器采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器以微處理器為中心，微 處理器的輸入端分別接控制電壓檢測(cè)模塊、備用電源控制模塊、線圈電壓/電流檢測(cè)電路 的輸出端，微處理器的輸出端分別連接第一開關(guān)控制電路、第二開關(guān)控制電路的輸入端 ’交 流電源輸入分別接整流濾波電路、控制電壓檢測(cè)模塊、開關(guān)電源電路的輸入端；整流濾波電 路的輸出端一路依次連接第一功率開關(guān)、線圈、第三功率開關(guān)，另一路依次連接第二功率開 關(guān)、線圈、第四功率開關(guān)；線圈連接線圈電壓/電流檢測(cè)電路的輸入端；第一開關(guān)控制電路 輸出端分別連接第一功率開關(guān)、第三功率開關(guān)的輸入端，第二開關(guān)控制電路輸出端分別連
6接第二功率開關(guān)、第四功率開關(guān)的輸入端；開關(guān)電源電路連接備用電源控制模塊的輸入端， 備用電源控制模塊的輸出端分別接微處理器、第二開關(guān)控制電路的輸入端。所述的控制電壓檢測(cè)模塊以霍爾電壓傳感器VSM025A為核心，交流電源輸入的一 個(gè)輸入端L通過第二十八電阻與霍爾電壓傳感器的第1引腳相連，另一個(gè)輸入端N與霍爾 電壓傳感器的第2引腳相連；DC/DC模塊的第3引腳、第5引腳分別與霍爾電壓傳感器的第 4引腳、第5引腳相連；第二十九電阻與第七穩(wěn)壓管并聯(lián)后一端與霍爾電壓傳感器的第3引 腳、第三十電阻的一端相連，另一端與第一路工作電源VCC的電源地、DC/DC模塊的第4引 腳、第二十四電容的一端相連；第三十電阻的另一端與第二十四電容的另一端、微處理器的 第18引腳相連，DC/DC模塊的兩個(gè)輸入端分別與開關(guān)電源電路中的第三路工作電源5V、0V 相連。所述的開關(guān)電源電路中第一電容并聯(lián)于交流電源輸入的兩端，交流電源輸入的L 端分別連接第一 AC/DC模塊、第二 AC/DC模塊的第1引腳，交流電源輸入的N端分別連接第 一 AC/DC模塊、第二 AC/DC模塊的第2引腳；第二電容、第三電容并聯(lián)于第一 AC/DC模塊的 第一路輸出的第4引腳與第3引腳之間，輸出第一路工作電源VCC ；第四電容、第五電容并 聯(lián)于第一 AC/DC模塊第二路輸出的第6引腳與第5引腳之間，輸出第二路工作電源VCCl ； 第六電容、第七電容并聯(lián)于第二 AC/DC模塊輸出端的第3引腳與第4引腳之間，輸出第三 路5V工作電源，其中第一 AC/DC模塊型號(hào)為XMA3. 5-WD05P05M,第二 AC/DC模塊型號(hào)為 DBA2. 5-S05W。所述的第一開關(guān)控制電路、第二開關(guān)控制電路包括與交流220V電源輸入相連接 的輸入接插件，交流電源的輸入端經(jīng)過保險(xiǎn)絲與整流橋的輸入端相連，第八電容、壓敏電阻 并聯(lián)于整流橋的輸入端；整流橋輸出的正端經(jīng)過第一二極管連接電流輸入接插件的J2-1 端，第九電容、第十電容、第一電阻分別與第十一電容、第十二電容、第二電阻串聯(lián)后一端與 第一二極管的負(fù)端相連，另一端與整流橋的輸出負(fù)端相連；第九電容、第十電容的負(fù)端、第 一電阻的一端分別與第十一電容、第十二電容的正端、第二電阻的一端相連；第三電阻、第 四電阻串聯(lián)后一端與電流輸入接插件J2-1端相連，另一端與整流橋的輸出負(fù)端相連；開關(guān) 電源電路的第一路工作電源VCC分別通過第五電阻、第八電阻分別與第五光耦、第六光耦 的第1引腳相連，第五光耦、第六光耦的第2引腳接微處理器的第26引腳，第三DC/DC模塊、 第四DC/DC模塊的輸出端第4引腳分別接第五光耦、第六光耦的第4引腳，第五光耦、第六 光耦的第3引腳分別通過第六電阻、第九電阻分別與第一功率開關(guān)Q1、第三功率開關(guān)Q3的 柵極連接，同時(shí)第五光耦的第3引腳通過第七電阻分別與第一功率開關(guān)Ql的源級(jí)、第三DC/ DC模塊的第3引腳、線圈接插件J3-2端、第四功率開關(guān)Q4的漏極相連接，第六光耦的第3 引腳通過第十電阻分別與第三功率開關(guān)Q3的源級(jí)、第四DC/DC模塊的第3引腳、整流橋的 輸出負(fù)端、第四功率開關(guān)Q4的源極、第二路工作電源VCCl的電源地相連接在一起；備用電 源控制模塊中的電源CPU_VCC分別通過第十一電阻、第十二電阻分別與第九光耦、第十光 耦的第1引腳相連，第九光耦、第十光耦的第2引腳接微處理器的第15引腳，第七DC/DC模 塊、第八DC/DC模塊的輸出端第4引腳分別接第九光耦、第十光耦的第4引腳，第九光耦、第 十光耦的第3引腳分別通過第十二電阻、第十五電阻分別與第二功率開關(guān)Q2、第四功率開 關(guān)Q4的柵極連接，第九光耦的第3引腳通過第十三電阻分別與第二功率開關(guān)Q2的源級(jí)、第 七DC/DC模塊的第3引腳、線圈接插件J3-1端、第三功率開關(guān)Q3的漏極相連接；第十光耦
7的第3引腳通過第十六電阻分別與第四功率開關(guān)Q4的源級(jí)、第八DC/DC模塊的第3引腳相 連接；第一功率開關(guān)Q1、第二功率開關(guān)Q2的漏極與接插件J2-2端相連在一起；第三DC/DC 模塊、第四DC/DC模塊的兩個(gè)輸入端分別與開關(guān)電源電路中的第一路工作電源VCC、GND相 連，第七DC/DC模塊、第八DC/DC模塊的輸入端第1引腳與備用電源控制模塊中的CPU_VCC 相連，第七DC/DC模塊、第八DC/DC模塊的第2引腳與GND相連；第二二極管、第三二極管、 第四二極管、第五二極管分別反向并聯(lián)于功率開關(guān)Ql、Q2、Q3、Q4的漏極與源極之間，用于 功率開關(guān)的保護(hù)；其中第三DC/DC模塊、第四DC/DC模塊、第七DC/DC模塊、第八DC/DC模塊 的型號(hào)為 14D-05S12NCNL，功率開關(guān) Q1、Q2、Q3、Q4 的型號(hào)為 M0SFET-IRFP350。所述的第一開關(guān)控制電路驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)Ql與第三功率開關(guān)Q3實(shí)時(shí)導(dǎo)通實(shí)現(xiàn) 合閘過程中線圈的正向增磁；第二開關(guān)控制電路驅(qū)動(dòng)第二功率開關(guān)Q2與第四功率開關(guān)Q4 實(shí)時(shí)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)合閘過程中線圈的反向弱磁。所述的線圈電壓/電流檢測(cè)電路以線性光耦器件HCNR200為核心，由第三電阻、第 四電阻對(duì)線圈電壓分壓后，進(jìn)入線圈電壓檢測(cè)電路的輸入端口 C0IL_Vol，然后通過第十九 電阻一路與第一運(yùn)放相連，通過第二十電阻與線性光耦器件的第1引腳相連，第二路工作 電源VCCl與線性光耦器件的第2引腳相連；另一路與線性光耦器件的第3引腳連，線性 光耦器件的第4引腳與第二路工作電源VCCl的電源地相連；線性光耦器件的輸出端第5、 6引腳分別與第二運(yùn)放的第3、2引腳相連，第二運(yùn)放的第11引腳分別與第一路工作電源 VCC的電源地、5V穩(wěn)壓管的正端相連，5V穩(wěn)壓管負(fù)端通過第二十二電阻、第二十電容濾波后 接微處理器的第17引腳；線圈電流的接插件輸入端口 J2-1通過第二十三電阻與輸入端口 J2-2、第三路5V工作電源地相連，線圈電流的接插件輸入端口 J2-1 —路通過第二十四電阻 與第三運(yùn)放相連，通過第二十五電阻與線性光耦器件的第1引腳相連，第三路工作電源5V 與線性光耦器件的第2引腳相連；另一路與線性光耦器件的第3引腳相連，線性光耦器件的 第4引腳與第三路工作電源5V的電源地相連；線性光耦器件的輸出端第5、6引腳分別與第 四運(yùn)放的第3、2引腳相連，第四運(yùn)放的第11引腳分別與第一路工作電源VCC的電源地、5V 穩(wěn)壓管的正端相連，5V穩(wěn)壓管的負(fù)端通過第二十七電阻、第二十三電容濾波后接微處理器 的第20引腳。有益效果本實(shí)用新型的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器，采用現(xiàn)代 數(shù)字化控制手段，實(shí)現(xiàn)了永磁接觸器合間過程的檢測(cè)_反饋-調(diào)節(jié)_控制的智能化動(dòng)態(tài)控 制。通過對(duì)等效的磁路模型和電路模型的分析推導(dǎo)出永磁接觸器動(dòng)鐵心位移與線圈電壓、 線圈電流的關(guān)系式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通過檢測(cè)線圈電壓、線圈電流的實(shí)時(shí)信號(hào)估算出接觸器合閘 過程動(dòng)鐵心實(shí)時(shí)位移信號(hào)的一種無(wú)位置傳感器檢測(cè)方法。根據(jù)動(dòng)鐵心位移信號(hào)反饋，在合 閘的前期階段，線圈兩端施加一個(gè)小于額定電壓的固定占空比的PWM控制電壓使其產(chǎn)生的 電磁吸力稍高于反力特性，減小動(dòng)鐵心的動(dòng)能和減緩動(dòng)鐵心的運(yùn)動(dòng)速度，減小動(dòng)、靜觸頭接 觸瞬間的碰撞能量，有效減少接觸器的一次彈跳。當(dāng)檢測(cè)到反向弱磁控制的動(dòng)鐵心位移點(diǎn) 即超行程階段，以此位移作為反饋信號(hào)，微處理器分別控制功率開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷使線圈施 加反向電壓，控制通過線圈的反向電流，實(shí)現(xiàn)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)永磁體的反向弱磁，使接觸 器在合閘末期的永磁吸力大幅度減小，使接觸器的動(dòng)態(tài)吸力和反力達(dá)到最佳配合，以實(shí)現(xiàn) 動(dòng)鐵心的軟著陸，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)動(dòng)特性下的合間控制，有效減少觸頭的二次彈跳，綜合提高了 永磁接觸器的電氣和機(jī)械壽命。


[0014]圖1為所述的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器原理框圖；[0015]圖2為所述的反向弱磁控制策略圖；[0016]圖3為所述的控制電壓檢測(cè)模塊電路圖；[0017]圖4為所述的微處理器的電路圖；[0018]圖5為所述的開關(guān)電源電路圖；[0019]圖6為所述的備有電源控制模塊電路圖；[0020]圖7為所述的開關(guān)控制電路圖；[0021]圖8為所述的線圈電壓/電流檢測(cè)電路圖；[0022]圖9為所述的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器程序主流程圖；[0023]圖10(a)為所述的不采用反向弱磁控制下觸頭彈跳實(shí)驗(yàn)波形圖；圖10(b)為所述
的采用反向弱磁控制下觸頭彈跳實(shí)驗(yàn)波形圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器主要包括 微處理器1、整流濾波電路2、控制電壓檢測(cè)模塊3、開關(guān)控制電路、功率開關(guān)、線圈電壓/電 流檢測(cè)電路8、開關(guān)電源電路4、備用電源控制模塊5等。其中第一開關(guān)控制電路6驅(qū)動(dòng)第 一功率開關(guān)Ql與第三功率開關(guān)Q3導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)線圈的正向增磁；第二開關(guān)控制電路7驅(qū)動(dòng)第 二功率開關(guān)Q2與第四功率開關(guān)Q4導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)線圈的反向弱磁。交流電源輸入14第一路經(jīng) 整流濾波電路2，為線圈提供所需的平滑直流電壓。交流電源輸入14第二路經(jīng)控制電壓檢 測(cè)模塊3與微處理器1的輸入端相連，控制電壓檢測(cè)模塊3檢測(cè)外部交流電壓值，為微處理 器1分合間永磁接觸器提供依據(jù)。交流電源輸入14第三路經(jīng)過開關(guān)電源電路4為整個(gè)工 作電路提供三路+5V的工作電源。其中第一路VCC工作電源主要作為備用電源控制模塊5、 第一開關(guān)控制電路6等模塊芯片的工作電源，第二路VCCl工作電源主要作為線圈電壓檢測(cè) 電路8的工作電源，第三路5V工作電源主要作為線圈電流檢測(cè)電路8的工作電源。同時(shí)開 關(guān)電源電路4中的第一路VCC工作電源為備用電源控制模塊5充電，備用電源控制模塊5為 微處理器1、第二開關(guān)控制電路7提供可靠的工作電源，以便斷電后的接觸器的可靠分閘。如圖2所示，本實(shí)用新型的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器反向弱磁 控制策略圖，在規(guī)定的額定電壓下吸合永磁接觸器時(shí)，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，電壓較高，從而 吸力特性較陡峭，遠(yuǎn)大于反力，在該吸力作用下，動(dòng)鐵心不斷被加速，導(dǎo)致動(dòng)、靜觸頭的接觸 時(shí)碰撞速度過快，加劇了觸頭的一次彈跳。同時(shí)隨著動(dòng)鐵心位移的減小，永磁體產(chǎn)生的吸力 增加幅度很大，此時(shí)由電磁吸力和永磁吸力兩部分的作用力，使其在合閘的末期吸力裕度 很大，從而導(dǎo)致動(dòng)、靜鐵心碰撞速度過快，碰撞能量較大，加劇了觸頭的二次彈跳的產(chǎn)生進(jìn) 而產(chǎn)生的電弧對(duì)觸頭的燒蝕作用嚴(yán)重降低接觸器電氣壽命，嚴(yán)重影響工作于AC3使用類別 下接觸器的電氣和機(jī)械壽命。基于以上原因，本發(fā)明提出了合閘過程中反向弱磁控制策略， 根據(jù)動(dòng)鐵心位移信號(hào)，在合閘的觸動(dòng)階段到超行程階段期間(即圖2中位移0 < χ < X1)，施 加一個(gè)小于85%-110%額定電壓的固定占空比的PWM調(diào)制電壓U1，并通過其位移信號(hào)和線 圈電壓的反饋，在該位移段保持線圈的控制電壓穩(wěn)定，使產(chǎn)生的電磁吸力稍高于反力特性，
9控制動(dòng)、靜觸頭接觸瞬間的碰撞速度，有效減少接觸器的一次彈跳。當(dāng)檢測(cè)到反向弱磁控制 的位移點(diǎn)(即圖2中位移X1 < χ < X2)，微處理器1分別控制功率開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷對(duì)線圈施 加反向電壓U2，控制線圈的反向電流，實(shí)現(xiàn)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)永磁體的反向弱磁，使永磁接 觸器的動(dòng)態(tài)吸力和反力達(dá)到良好配合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)鐵心的軟著陸，有效地減少觸頭的二次彈跳， 從而綜合提高AC3工作類別下永磁接觸器的電氣和機(jī)械壽命。如圖3所示，本實(shí)用新型的控制電壓檢測(cè)模塊3以霍爾電壓傳感器VSM025A為核 心，交流電源輸入14的一個(gè)輸入端L通過第二十八電阻R28與霍爾電壓傳感器U14的第1 引腳相連，另一個(gè)輸入端N與霍爾電壓傳感器U14的第2引腳相連。DC/DC模塊U15的第3 引腳、第5引腳分別與霍爾電壓傳感器U14的第4引腳、第5引腳相連。第二十九電阻R29 與第七穩(wěn)壓管D7并聯(lián)后一端與霍爾電壓傳感器U14的第3引腳、第三十電阻R30的一端 相連，另一端與第一路工作電源VCC的電源地、DC/DC模塊U15的第4引腳、第二十四電容 C24的一端相連。第三十電阻R30的另一端與第二十四電容C24的另一端、微處理器1的 第18引腳相連，DC/DC模塊U15的兩個(gè)輸入端分別與開關(guān)電源電路4中的第三路工作電源 5V、0V相連。所采用的霍爾傳感器應(yīng)用霍爾效應(yīng)閉環(huán)原理，能在電隔離條件下測(cè)量直流、交 流、脈沖以及各種不規(guī)則波形的電壓或電流，廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速、伺服電機(jī)牽引、電機(jī)測(cè) 量和控制等系統(tǒng)中。測(cè)量電壓時(shí)，在傳感器原邊回路串聯(lián)第二十八電阻R28后與交流電源 相并聯(lián)，為使傳感器達(dá)到最佳精度，盡量選擇第二十八電阻R28的大小使原邊輸入電流在 額定值IOmA左右，為確保測(cè)量電阻的穩(wěn)定性，第二十八電阻R28的功率選在IOW以上。第 二十九電阻R29將傳感器副邊輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，第七穩(wěn)壓管D7起穩(wěn)壓保護(hù)作 用，電壓信號(hào)經(jīng)第七穩(wěn)壓管D7過壓保護(hù)和第三十電阻R30、第二十四電容C24組成濾波電路 濾波后送入微處理器1的第18引腳。VSM025A的匝數(shù)比為3000 1200，故控制電壓實(shí)際 值 Cntrl_Vol 與交流電壓 有如下關(guān)系Cntrl_Vol = 0. 4(R28/R29) XUjlo如圖4所示，本實(shí)用新型的微處理器1為整個(gè)智能化動(dòng)態(tài)控制的核心，通過接收控 制電壓檢測(cè)模塊3的信號(hào)、線圈電壓/電流檢測(cè)電路8的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)第一開關(guān)控制電路6 與第二開關(guān)控制電路7執(zhí)行相應(yīng)的操作。為了很好滿足抗干擾、小型化和執(zhí)行速度快的要 求，本發(fā)明的微處理器1選擇了 STC12系列單片機(jī)，其型號(hào)為STC12C5612AD。STC12C5612AD 是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(IT)的單片機(jī)，是高速、低功耗和超強(qiáng)抗干擾的新 一代8051單片機(jī)。其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度要比之快8-12倍，尤其適用于 電機(jī)控制等強(qiáng)干擾場(chǎng)合。工作電壓3. 5V-5. 5V ；工作頻率0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的 0-420MHZ ；內(nèi)部集成了 768字節(jié)的RAM(256常規(guī)，512擴(kuò)展)，8路10位精度高速A/D轉(zhuǎn)換 器，速度可達(dá)IOOKHz (10萬(wàn)次/秒)；4路可編程計(jì)數(shù)器陣列(PCA)，所有的PCA模塊均可用 作PWM輸出；有兩個(gè)專用16位定時(shí)器TO和Tl，并且PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)4個(gè)16位定時(shí)器； 利用ISP/IAP技術(shù)可將內(nèi)部12K字節(jié)的Data Flash當(dāng)作EEPROM使用，方便地進(jìn)行字節(jié)讀、 字節(jié)編程和扇區(qū)擦除等，其擦寫次數(shù)達(dá)10萬(wàn)次以上。此外，內(nèi)部引入了看門狗功能，極大地 方便了單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)。圖中微處理器1的第3與4引腳分別與晶振Y1、第十三 電容C13、第十四電容C14相連，作為微處理器1的時(shí)鐘電路。微處理器1的第31引腳經(jīng)過 第十五電容C15與CPU_VCC相連，經(jīng)過第十八電阻R18與電源地相連作為微處理器1的復(fù) 位電路。微處理器1的第28引腳分別與CPU_VCC、第十六電容C16、第十七電容C17相連作 為微處理器1的工作電源。微處理器1的第26、15引腳作為第一開關(guān)控制電路6與第二開關(guān)控制電路7的PWM輸出端口。微處理器1的第1引腳與第32引腳作為在線燒程序端口， 微處理器1的第17、20引腳作為線圈電壓/電流檢測(cè)電路8的輸入端口，微處理器1的第 18引腳作為控制電壓檢測(cè)模塊3的輸入端口。圖中JP2為在線編程接口，用于微處理器1 的在線下載程序和在線升級(jí)程序。如圖5所示，本實(shí)用新型的開關(guān)電源電路4中第一電容Cl并聯(lián)于交流電源輸入14 的兩端，交流電源輸入14的L端分別連接第一 AC/DC模塊Ul的第1引腳、第二 AC/DC模塊 U2的第1引腳，交流電源輸入14的N端分別連接第一 AC/DC模塊U1、第二 AC/DC模塊U2的 第2引腳。第二電容C2、第三C3并聯(lián)于第一 AC/DC模塊Ul的第一路輸出的第4引腳與第 3引腳之間，輸出第一路工作電源VCC;第四電容C4、第五電容C5并聯(lián)于第一 AC/DC模塊Ul 第二路輸出的第6引腳與第5引腳之間，輸出第二路工作電源VCCl ；第六電容C6、第七電容 C7并聯(lián)于第二 AC/DC模塊U2輸出端的第3引腳與第4引腳之間，輸出第三路5V工作電源。 其中第一 AC/DC 模塊 Ul 型號(hào)為 XMA3. 5-WD05P05M，第二 AC/DC 模塊 U2 型號(hào)為 DBA2. 5-S05W。 其中第一路VCC工作電源主要作為備用電源控制模塊5、第一開關(guān)控制電路6等模塊芯片的 工作電源，第二路VCCl工作電源主要作為線圈電壓檢測(cè)電路8的工作電源，第三路5V工作 電源主要作為線圈電流檢測(cè)電路8的工作電源。同時(shí)開關(guān)電源電路4中的第一路VCC工作 電源為備用電源控制模塊5充電，備用電源控制模塊5為微處理器1、第二開關(guān)控制電路7 提供可靠的工作電源，以便斷電后的接觸器的可靠分閘。如圖6所示，本實(shí)用新型的備用電源控制模塊5，圖中開關(guān)電源電路4中第一路工 作電源VCC通過第十七電阻R17與鍺二極管D6的正端相連，鍺二極管D6的負(fù)端分別與備 用電池BYDYl的正極、接插件JP1-4引腳相連，備用電池BYDYl的負(fù)極與電源地相連。接插 件Jpl-2、Jpl-3引腳與微處理器1的工作電源CPU_VCC相連，接插件JPl-I引腳與開關(guān)電 源電路4中第一路工作電源VCC相連。正常工作狀態(tài)下，利用短接件把接插件JPl-3、Jpl-4 引腳連接在一起。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)外部電源斷電后預(yù)定時(shí)間內(nèi)，智能永磁接觸器仍能繼續(xù)工 作以完成分閘指令的發(fā)送，微處理器1的工作電源CPU_VCC不是直接取自開關(guān)電源電路4 中，而是取自備用電池BYDYl中，開關(guān)電源電路4正常工作時(shí)為備用電源控制模塊5中的備 用電池BYDYl充電；當(dāng)外部交流電源輸入14斷電，開關(guān)電源電路4雖立即停止工作，但此時(shí) 備用電池BYDYl儲(chǔ)能足夠在所需時(shí)間內(nèi)維持微處理器1、第二開關(guān)控制電路7的正常工作， 保證永磁接觸器的可靠分閘。如圖7所示，本實(shí)用新型的第一開關(guān)控制電路6、第二開關(guān)控制電路7包括與交流 220V電源輸入相連接的輸入接插件J1，交流電源的輸入端經(jīng)過保險(xiǎn)絲Fl與整流橋DO的輸 入端相連，第八電容C8、壓敏電阻RYl并聯(lián)于整流橋DO的輸入端。其中第八電容C8為濾波 電容，RYl為過壓保護(hù)。整流橋DO輸出的正端經(jīng)過第一二極管Dl連接輸入接插件J2-1端， 第九電容C9、第十電容C10、第一電阻Rl分別與第十一電容C11、第十二電容C12、第二電阻 R2串聯(lián)后一端與第一二極管Dl的負(fù)端相連，另一端與整流橋DO的輸出負(fù)端相連。第九電 容C9、第十電容ClO的負(fù)端、第一電阻Rl的一端分別與第十一電容C11、第十二電容C12的 正端、第二電阻R2的一端相連。其中第九電容C9、第十電容C10、第十一電容C11、第十二 電容C12以及第一電阻R1、第二電阻R2組成復(fù)合的濾波電路，以便為線圈提供平滑的直流 電壓。第三電阻R3、第四電阻R4串聯(lián)后一端與接插件J2-1端相連，另一端與整流橋DO的 輸出負(fù)端相連。其中接插件J2為線圈電流檢測(cè)的檢測(cè)端口。開關(guān)電源電路4的第一路工
11作電源VCC分別通過第五電阻R5、第八電阻R8分別與第五光耦TO、第六光耦TO的第1引 腳相連，第五光耦TO、第六光耦TO的第2引腳接微處理器1的第26引腳，第三DC/DC模塊 U3、第四DC/DC模塊U4的輸出端第4引腳分別接第五光耦TO、第六光耦U6的第4引腳，第 五光耦TO、第六光耦U6的第3引腳分別通過第六電阻R6、第九電阻R9分別與第一功率開 關(guān)Q1、第三功率開關(guān)Q3的柵極連接，同時(shí)第五光耦U5的第3引腳通過第七電阻R7分別與 第一功率開關(guān)Ql的源級(jí)、第三DC/DC模塊U3的第3引腳、線圈接插件J3-2端、第四功率開 關(guān)Q4的漏極相連接，第六光耦U6的第3引腳通過第十電阻RlO分別與第三功率開關(guān)Q3的 源級(jí)、第四DC/DC模塊U4的第3引腳、整流橋DO的輸出負(fù)端、第四功率開關(guān)Q4的源極、第 二路工作電源VCCl的電源地相連接在一起。其中第一功率開關(guān)Ql與第三功率開關(guān)Q3分 別為功率器件M0SFET。第三DC/DC模塊U3與第四DC/DC模塊U4為+5V變成+12V的DC/ DC模塊。第一功率開關(guān)Ql和第三功率開關(guān)Q3利用光耦實(shí)現(xiàn)對(duì)其驅(qū)動(dòng)，第三與第四DC/DC 模塊U3、U4輸出+12V為第一功率開關(guān)Q1、第三功率開關(guān)Q3的柵源極之間提供+12V的導(dǎo)通 電壓。當(dāng)微處理器1的第26引腳輸出低電平，從而分別使第五光耦TO與第六光耦TO導(dǎo)通， +12V電壓加到第一功率開關(guān)Q1、第三功率開關(guān)Q3的柵源極兩端，從而第一開關(guān)控制電路6 驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)Ql與第三功率開關(guān)Q3導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)線圈的正向增磁。備用電源控制模塊5 中的電源CPU_VCC分別通過第十一電阻R11、第十二電阻R12分別與第九光耦U9、第十光耦 UlO的第1引腳相連，第九光耦U9、第十光耦UlO的第2引腳接微處理器1的第15引腳，第 七DC/DC模塊U7、第八DC/DC模塊U8的輸出端第4引腳分別接第九光耦U9、第十光耦UlO 的第4引腳，第九光耦U9、第十光耦UlO的第3引腳分別通過第十二電阻R12、第十五電阻 R15分別與第二功率開關(guān)Q2、第四功率開關(guān)Q4的柵極連接，第九光耦U9的第3引腳通過第 十三電阻R13分別與第二功率開關(guān)Q2的源級(jí)、第七DC/DC模塊U7的第3引腳、線圈接插件 J3-1端、第三功率開關(guān)Q3的漏極相連接。第十光耦UlO的第3引腳通過第十六電阻R16分 別與第四功率開關(guān)Q4的源級(jí)、第八DC/DC模塊U8的第3引腳相連接。第一功率開關(guān)Q1、 第二功率開關(guān)Q2的漏極與接插件J2-2端相連在一起。第三DC/DC模塊U3、第四DC/DC模 塊U4的兩個(gè)輸入端分別與開關(guān)電源電路4中的第一路工作電源VCC、GND相連，第七DC/DC 模塊U7、第八DC/DC模塊U8的輸入端第1引腳與備用電源控制模塊5中的CPU_VCC相連， U7、U8的第2引腳與GND相連。其中Q2與Q4分別為功率器件M0SFET。第七DC/DC模塊U7 與第八DC/DC模塊U8為+5V變成+12V的DC/DC模塊。第二功率開關(guān)Q2和第四功率開關(guān) Q4利用光耦實(shí)現(xiàn)對(duì)其驅(qū)動(dòng)，第七DC/DC模塊U7、第八DC/DC模塊U8輸出+12V為第二功率 開關(guān)Q2、第四功率開關(guān)Q4的柵源極之間提供+12V的導(dǎo)通電壓。當(dāng)微處理器1的第15引腳 輸出低電平，從而使第九光耦U9和第十光耦UlO導(dǎo)通，+12V電壓加到第二功率開關(guān)Q2、第 四功率開關(guān)Q4的柵源極兩端，從而使第二開關(guān)控制電路7驅(qū)動(dòng)第二功率開關(guān)Q2與第四功 率開關(guān)Q4導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)線圈的反向弱磁。其中第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、 第五二極管D5分別反并聯(lián)于第一功率開關(guān)Q1、第二功率開關(guān)Q2、第三功率開關(guān)Q3、第四功 率開關(guān)Q4的漏極與源極之間，用于功率開關(guān)的Q1、Q2、Q3、Q4的保護(hù)。 如圖8所示，本實(shí)用新型的線圈電壓/電流檢測(cè)電路8以線性光耦器件HCNR200 為核心，HCNR200由一只高性能發(fā)光二極管LED和兩只具有嚴(yán)格比例關(guān)系的光電二極管PDl 和PD2構(gòu)成。LED與PDl組成隔離轉(zhuǎn)換電路的輸入部分并形成負(fù)反饋，PD2則作為隔離轉(zhuǎn)換 電路的輸出部分。LED發(fā)出的光被后兩者接收，從而在器件輸出端產(chǎn)生與光強(qiáng)度成正比的輸出電流，PDl將產(chǎn)生的電流反饋到LED上，以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行反饋控制。該電路由第三精 密電阻R3、第四精密電阻R4對(duì)線圈電壓分壓后，進(jìn)入線圈電壓檢測(cè)電路的輸入端口 C0IL_ Vol，然后通過第十九電阻R19 —路與第一運(yùn)放UlA相連，通過第二十電阻R20與線性光耦 器件U12的第1引腳相連，第二路工作電源VCCl與線性光耦器件U12的第2引腳相連 ’另 一路與線性光耦器件U12的第3引腳相連，線性光耦器件U12的第4引腳與第二路工作電 源VCCl的電源地相連。線性光耦器件U12的輸出端第5、6引腳分別與第二運(yùn)放U2A的第 3、2引腳相連，第二運(yùn)放U2A的第11引腳分別與第一路工作電源VCC的電源地、5V穩(wěn)壓管 D8的正端相連，穩(wěn)壓管D8負(fù)端通過第二十二電阻R22、第二十電容C20濾波后接微處理器1 的第17引腳。線圈電流的接插件輸入端口 J2-1通過第二十三電阻R23與輸入端口 J2-2、 第三路5V工作電源地相連，線圈電流的接插件輸入端口 J2-1 —路通過第二十四電阻R24 與第三運(yùn)放U3A相連，通過第二十五電阻R25與線性光耦器件U13的第1引腳相連，第三路 工作電源5V與線性光耦器件U13的第2引腳相連；另一路與線性光耦器件U13的第3引 腳相連，線性光耦器件U13的第4引腳與第三路工作電源5V的電源地相連。線性光耦器件 U13的輸出端第5、6引腳分別與第四運(yùn)放U4A的第3、2引腳相連，第四運(yùn)放U4A的第11引 腳分別與第一路工作電源VCC的電源地、5V穩(wěn)壓管D9的正端相連，穩(wěn)壓管D9的負(fù)端通過第 二十七電阻R27、第二十三電容C23濾波后接微處理器1的第20引腳。其中第一運(yùn)放UlA 和第二十電阻R20以及第三運(yùn)放U3A和第二十五電阻R25用于調(diào)節(jié)初級(jí)運(yùn)放輸入偏置電流 If大小。隨著線圈電壓以及電流信號(hào)的增加，第一運(yùn)放U1A、第三運(yùn)放U3A的反向輸入端電 壓升高，同時(shí)第一運(yùn)放U1A、第三運(yùn)放U3A的輸出端電壓降低將趨于0V，LED流過電流If增 加，PDl受到LED的照射使得電流Ipdi增加，從而把第一運(yùn)放U1A、第三運(yùn)放U3A的反向輸入 端電壓重新拉回0V。此時(shí)，If不再增加，電路形成穩(wěn)定的負(fù)反饋。第十八電容C18、第二十一 電容C21起反饋?zhàn)饔?，同時(shí)濾除電路中的毛刺信號(hào)，避免線性光耦器件HCNR200的LED受到 意外沖擊。線性光耦器件U12與U13的輸出端電壓分別用5V穩(wěn)壓管D8與D9保護(hù)后經(jīng)第 二十二電阻R22、第二十電容C20以及第二十七電阻R27、第二十三電容C23濾波電路濾除 高頻電壓信號(hào)，最后分別送入微處理器1的第17引腳與第20引腳。 如圖9所示，本實(shí)用新型的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器程序主流 程圖。由于STC12C5612AD單片機(jī)內(nèi)部有四路可編程計(jì)數(shù)器陣列(PCA)，PCA含有一個(gè)特殊 的16位定時(shí)器，有四個(gè)16位的捕獲/比較模塊與之相連。每個(gè)模塊可編程工作在四種模 式下上升/下降沿捕獲、軟件定時(shí)器、高速輸出或可調(diào)制脈沖輸出(即PWM模式)。本發(fā) 明利用工作在PWM模式下的模塊0 (PWMO)和模塊1 (PWMl)產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，對(duì)功率開關(guān) MOSFET的門極進(jìn)行觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)永磁接觸器的合、分閘操作以及反向弱磁控制。PCA定時(shí)器 是四個(gè)PCA模塊的公共時(shí)間基準(zhǔn)，當(dāng)工作在PWM模式下時(shí)，PCA定時(shí)器被拆分為兩個(gè)獨(dú)立 的8位定時(shí)器，特殊功能寄存器CL和CH分別用來(lái)存放PCA定時(shí)器的低8位和高8位。PWM 的輸出頻率取決于PCA定時(shí)器的時(shí)鐘源。PCA時(shí)鐘輸入源可以為以下四種中的任意一種 FOSC/12、FOSC/2、定時(shí)器0的溢出和ECI/P3. 4輸入。本發(fā)明選擇定時(shí)器0的溢出作為PCA 時(shí)鐘源。由于PWM定時(shí)器為8位，所以PWM周期=256/定時(shí)器0的溢出頻率。適當(dāng)設(shè)置定 時(shí)器0的初值便可得到所需周期的PWM輸出。圖中，X2為動(dòng)鐵心從分閘位置運(yùn)動(dòng)到合閘位置 的總行程，PWM0、PWM1分別為永磁接觸器弱磁與增磁PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。無(wú)位置傳感器反向弱磁 控制的智能永磁接觸器工作流程為程序開始通過控制電壓檢測(cè)模塊3檢測(cè)外部交流電壓
13值，若檢測(cè)得到的電壓在70% 115%范圍內(nèi)，則由微處理器1輸出相應(yīng)的PWM控制脈沖信 號(hào)初始化PCA定時(shí)器，同時(shí)每一個(gè)采樣周期開始檢測(cè)，對(duì)線圈的電壓u和電流i進(jìn)行采樣， 并計(jì)算出動(dòng)鐵心位移X，根據(jù)Χ的大小選擇相應(yīng)的PWMl占空比。當(dāng)檢測(cè)到位移0 < χ < X1 時(shí)，微處理器1選擇相應(yīng)的PWMl占空比驅(qū)動(dòng)第一開關(guān)控制電路6使第一功率開關(guān)Q1、第三 功率開關(guān)Q3導(dǎo)通，使永磁接觸器實(shí)現(xiàn)增磁；當(dāng)檢測(cè)到位移X1 < χ < X2時(shí)，微處理器1選擇 相應(yīng)的PWMO占空比驅(qū)動(dòng)第二開關(guān)控制電路7使第二功率開關(guān)Q2、第四功率開關(guān)Q4導(dǎo)通，使 永磁接觸器實(shí)現(xiàn)弱磁，當(dāng)檢測(cè)到位移χ的值到達(dá)最大X2時(shí)，迅速關(guān)斷合間回路，這樣使得電 氣過渡時(shí)間和機(jī)械動(dòng)作時(shí)間嚴(yán)格匹配，大大縮短了功率開關(guān)器件導(dǎo)通和發(fā)熱時(shí)間，延長(zhǎng)了 功率器件的壽命，而且很大程度上減少了觸頭的一、二次彈跳，有效地提高了永磁接觸器的 電氣和機(jī)械壽命。 永磁接觸器合閘過程中產(chǎn)生的觸頭一、二次彈跳的次數(shù)可以直觀反映接觸器的電 氣和機(jī)械壽命，觸頭一、二次彈跳的次數(shù)越多，電氣壽命越短。為了反映觸頭的彈跳次數(shù)，本 發(fā)明針對(duì)KFC2-250A的E形永磁機(jī)構(gòu)的接觸器利用該無(wú)位置傳感器反向弱磁控制策略以及 無(wú)智能控制策略的兩種情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)中觸頭彈跳采用以5V直流電壓將電阻 與接觸器觸頭串聯(lián)，通過測(cè)量電阻兩端電壓的變化得到合間過程中觸頭發(fā)生振動(dòng)的情況。 圖10所示為兩種控制情況下的實(shí)驗(yàn)波形。從圖中可以看出，相比較于圖10(a)接觸器在圖 10(b)所示的無(wú)位置傳感器反向弱磁控制策略下，使永磁接觸器在合閘過程的動(dòng)態(tài)吸力與 反力達(dá)到了良好配合，動(dòng)鐵心運(yùn)動(dòng)過程趨于減速，尤其在動(dòng)鐵心合閘末期，由于對(duì)線圈施加 了反向電流，很大程度上降低了動(dòng)鐵心合閘瞬間末速度，有效地實(shí)現(xiàn)了動(dòng)鐵心軟著陸于靜 鐵心，減小了動(dòng)靜鐵心的碰撞能量，使觸頭一、二彈跳次數(shù)明顯減少，提高了永磁接觸器的 電氣和機(jī)械壽命。
權(quán)利要求一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器，其特征在于該接觸器以微處理器(1)為中心，微處理器(1)的輸入端分別接控制電壓檢測(cè)模塊(3)、備用電源控制模塊(5)、線圈電壓/電流檢測(cè)電路(8)的輸出端，微處理器(1)的輸出端分別連接第一開關(guān)控制電路(6)、第二開關(guān)控制電路(7)的輸入端；交流電源輸入(14)分別接整流濾波電路(2)、控制電壓檢測(cè)模塊(3)、開關(guān)電源電路(4)的輸入端；整流濾波電路(2)的輸出端一路依次連接第一功率開關(guān)(9)、線圈(13)、第三功率開關(guān)(11)，另一路依次連接第二功率開關(guān)(10)、線圈(13)、第四功率開關(guān)(12)；線圈(13)連接線圈電壓/電流檢測(cè)電路(8)的輸入端；第一開關(guān)控制電路(6)輸出端分別連接第一功率開關(guān)(9)、第三功率開關(guān)(11)的輸入端，第二開關(guān)控制電路(7)輸出端分別連接第二功率開關(guān)(10)、第四功率開關(guān)(12)的輸入端；開關(guān)電源電路(4)連接備用電源控制模塊(5)的輸入端，備用電源控制模塊(5)的輸出端分別接微處理器(1)、第二開關(guān)控制電路(7)的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器，其特征在于， 所述的控制電壓檢測(cè)模塊(3)以霍爾電壓傳感器VSM025A為核心，交流電源輸入(14)的一 個(gè)輸入端L通過第二十八電阻(R28)與霍爾電壓傳感器(U14)的第1引腳相連，另一個(gè)輸 入端N與霍爾電壓傳感器(U14)的第2引腳相連；DC/DC模塊(U15)的第3引腳、第5引腳 分別與霍爾電壓傳感器(U14)的第4引腳、第5引腳相連；第二十九電阻(R29)與第七穩(wěn)壓 管(D7)并聯(lián)后一端與霍爾電壓傳感器(U14)的第3引腳、第三十電阻(R30)的一端相連，另 一端與第一路工作電源VCC的電源地、DC/DC模塊(U15)的第4引腳、第二十四電容(C24) 的一端相連；第三十電阻(R30)的另一端與第二十四電容(C24)的另一端、微處理器(1)的 第18引腳相連，DC/DC模塊(U15)的兩個(gè)輸入端分別與開關(guān)電源電路(4)中的第三路工作 電源5V、0V相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器，其特征在于， 所述的開關(guān)電源電路⑷中第一電容Cl并聯(lián)于交流電源輸入(14)的兩端，交流電源輸入 (14)的L端分別連接第一 AC/DC模塊(Ul)、第二 AC/DC模塊(U2)的第1引腳，交流電源輸 入(14)的N端分別連接第一 AC/DC模塊(Ul)、第二 AC/DC模塊(U2)的第2引腳；第二電 容(C2)、第三電容(C3)并聯(lián)于第一 AC/DC模塊(Ul)的第一路輸出的第4引腳與第3引腳 之間，輸出第一路工作電源VCC ；第四電容(C4)、第五電容(C5)并聯(lián)于第一AC/DC模塊(Ul) 第二路輸出的第6引腳與第5引腳之間，輸出第二路工作電源VCCl ；第六電容(C6)、第七電 容(C7)并聯(lián)于第二 AC/DC模塊(U2)輸出端的第3引腳與第4引腳之間，輸出第三路5V工 作電源，其中算一 AC/DC模塊(Ul)型號(hào)為XMA3. 5-WD05P05M，第二 AC/DC模塊(U2)型號(hào)為 DBA2. 5-S05W。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器，其特征在于， 所述的第一開關(guān)控制電路(6)、第二開關(guān)控制電路(7)包括與交流220V電源輸入相連接的 輸入接插件(Jl)，交流電源的輸入端經(jīng)過保險(xiǎn)絲(Fl)與整流橋(DO)的輸入端相連，第八 電容(C8)、壓敏電阻(RYl)并聯(lián)于整流橋(DO)的輸入端；整流橋(DO)輸出的正端經(jīng)過第 一二極管(Dl)連接電流輸入接插件的J2-1端，第九電容(C9)、第十電容(ClO)、第一電阻 (Rl)分別與第十一電容(Cll)、第十二電容(C12)、第二電阻(R2)串聯(lián)后一端與第一二極管 (Dl)的負(fù)端相連，另一端與整流橋(DO)的輸出負(fù)端相連；第九電容(C9)、第十電容(ClO) 的負(fù)端、第一電阻(Rl)的一端分別與第十一電容(Cll)、第十二電容(C12)的正端、第二電阻(R2)的一端相連；第三電阻(R3)、第四電阻(R4)串聯(lián)后一端與電流輸入接插件J2-1端 相連，另一端與整流橋(DO)的輸出負(fù)端相連；開關(guān)電源電路(4)的第一路工作電源VCC分 別通過第五電阻(R5)、第八電阻(R8)分別與第五光耦⑴5)、第六光耦(U6)的第1引腳相 連，第五光耦⑴5)、第六光耦(U6)的第2引腳接微處理器(1)的第26引腳，第三DC/DC模 塊(U3)、第四DC/DC模塊(U4)的輸出端第4引腳分別接第五光耦⑴5)、第六光耦(U6)的第 4引腳，第五光耦⑴5)、第六光耦(U6)的第3引腳分別通過第六電阻(R6)、第九電阻(R9) 分別與第一功率開關(guān)Q1、第三功率開關(guān)Q3的柵極連接，同時(shí)第五光耦(U5)的第3引腳通 過第七電阻(R7)分別與第一功率開關(guān)Ql的源級(jí)、第三DC/DC模塊(U3)的第3引腳、線圈 接插件J3-2端、第四功率開關(guān)Q4的漏極相連接，第六光耦(U6)的第3引腳通過第十電阻 (RlO)分別與第三功率開關(guān)Q3的源級(jí)、第四DC/DC模塊(U4)的第3引腳、整流橋(DO)的輸 出負(fù)端、第四功率開關(guān)Q4的源極、第二路工作電源VCCl的電源地相連接在一起；備用電源 控制模塊(5)中的電源CPU_VCC分別通過第十一電阻(Rll)、第十二電阻(R12)分別與第九 光耦(U9)、第十光耦(UlO)的第1引腳相連，第九光耦(U9)、第十光耦(UlO)的第2引腳接 微處理器(1)的第15引腳，第七DC/DC模塊(U7)、第八DC/DC模塊(U8)的輸出端第4引腳 分別接第九光耦(U9)、第十光耦(UlO)的第4引腳，第九光耦(U9)、第十光耦(UlO)的第3 引腳分別通過第十二電阻(R12)、第十五電阻(R15)分別與第二功率開關(guān)Q2、第四功率開關(guān) Q4的柵極連接，第九光耦(U9)的第3引腳通過第十三電阻(R13)分別與第二功率開關(guān)Q2 的源級(jí)、第七DC/DC模塊(U7)的第3引腳、線圈接插件J3-1端、第三功率開關(guān)Q3的漏極相 連接；第十光耦(UlO)的第3引腳通過第十六電阻(R16)分別與第四功率開關(guān)Q4的源級(jí)、 第八DC/DC模塊(U8)的第3引腳相連接；第一功率開關(guān)Q1、第二功率開關(guān)Q2的漏極與接 插件J2-2端相連在一起；第三DC/DC模塊(U3)、第四DC/DC模塊(U4)的兩個(gè)輸入端分別 與開關(guān)電源電路(4)中的第一路工作電源VCC、GND相連，第七DC/DC模塊(U7)、第八DC/DC 模塊(U8)的輸入端第1引腳與備用電源控制模塊(5)中的CPU_VCC相連，第七DC/DC模塊 (U7)、第八DC/DC模塊(U8)的第2引腳與GND相連；第二二極管(D2)、第三二極管(D3)、第 四二極管(D4)、第五二極管(D5)分別反向并聯(lián)于功率開關(guān)Q1、Q2、Q3、Q4的漏極與源極之 間，用于功率開關(guān)的保護(hù)；其中第三DC/DC模塊(U3)、第四DC/DC模塊(U4)、第七DC/DC模 塊(U7)、第八DC/DC模塊(U8)的型號(hào)為14D-05S12NCNL，功率開關(guān)Q1、Q2、Q3、Q4的型號(hào)為 M0SFET-IRFP350。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器，其特征在于， 所述的第一開關(guān)控制電路(6)驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)Ql與第三功率開關(guān)Q3實(shí)時(shí)導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)合閘 過程中線圈的正向增磁；第二開關(guān)控制電路(7)驅(qū)動(dòng)第二功率開關(guān)Q2與第四功率開關(guān)Q4 實(shí)時(shí)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)合閘過程中線圈的反向弱磁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器，其特征在于， 所述的線圈電壓/電流檢測(cè)電路⑶以線性光耦器件HCNR200為核心，由第三電阻(R3)、第 四電阻(R4)對(duì)線圈電壓分壓后，進(jìn)入線圈電壓檢測(cè)電路的輸入端口 C0IL_Vol，然后通過第 十九電阻(R19) —路與第一運(yùn)放(UlA)相連，通過第二十電阻(R20)與線性光耦器件(U12) 的第1引腳相連，第二路工作電源VCCl與線性光耦器件(U12)的第2引腳相連；另一路與 線性光耦器件(U12)的第3引腳相連，線性光耦器件(U12)的第4引腳與第二路工作電源 VCCl的電源地相連；線性光耦器件(U12)的輸出端第5、6引腳分別與第二運(yùn)放(U2A)的第·3、2引腳相連，第二運(yùn)放(U2A)的第11引腳分別與第一路工作電源VCC的電源地、5V穩(wěn)壓 管(D8)的正端相連，5V穩(wěn)壓管(D8)負(fù)端通過第二十二電阻(R22)、第二十電容(C20)濾波 后接微處理器(1)的第17引腳；線圈電流的接插件輸入端口 J2-1通過第二十三電阻(R23) 與輸入端口 J2-2、第三路5V工作電源地相連，線圈電流的接插件輸入端口 J2-1 —路通過第 二十四電阻(R24)與第三運(yùn)放(U3A)相連，通過第二十五電阻(R25)與線性光耦器件(U13) 的第1引腳相連，第三路工作電源5V與線性光耦器件(U13)的第2引腳相連；另一路與線 性光耦器件(U13)的第3引腳相連，線性光耦器件(U13)的第4引腳與第三路工作電源5V 的電源地相連；線性光耦器件(U13)的輸出端第5、6引腳分別與第四運(yùn)放(U4A)的第3、2引 腳相連，第四運(yùn)放(U4A)的第11引腳分別與第一路工作電源VCC的電源地、5V穩(wěn)壓管(D9) 的正端相連，5V穩(wěn)壓管(D9)的負(fù)端通過第二十七電阻(R27)、第二十三電容(C23)濾波后 接微處理器(1)的第20引腳。
專利摘要一種反向弱磁控制的智能化永磁交流接觸器主要包括微處理器、整流濾波電路、控制電壓檢測(cè)模塊、開關(guān)控制電路、功率開關(guān)、線圈電壓/電流檢測(cè)電路、開關(guān)電源電路、備用電源控制模塊等。其中第一開關(guān)控制電路驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)Q1與Q3導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)線圈的正向增磁；第二開關(guān)控制電路驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)Q2與Q4導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)線圈的反向弱磁。本實(shí)用新型采用實(shí)時(shí)檢測(cè)線圈電壓和電流信號(hào)估算出接觸器合閘過程動(dòng)鐵心實(shí)時(shí)位移信號(hào)實(shí)現(xiàn)一種無(wú)位置傳感器檢測(cè)方法，通過動(dòng)鐵心位移信號(hào)的反饋，采用反向弱磁控制策略，對(duì)接觸器合閘過程形成檢測(cè)-反饋-調(diào)節(jié)-控制的智能化閉環(huán)操作，使其動(dòng)態(tài)吸力和反力達(dá)到良好配合，減少觸頭的一、二次彈跳，提高接觸器的電氣和機(jī)械壽命。
文檔編號(hào)H01H47/02GK201673862SQ201020191420
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者任其文, 房淑華, 林鶴云, 汪先兵, 金平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)