本發(fā)明涉及繼電器領(lǐng)域，特別涉及一種具有滅弧功能的繼電器及其滅弧的方法。

背景技術(shù)：

無(wú)論在汽車電子領(lǐng)域、工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域或者是家用電器等領(lǐng)域，繼電器都廣泛的使用，通過(guò)繼電器控制電加熱器、交流接觸器、電磁閥、嗽叭、電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)斷路器、壓縮機(jī)、變壓器等阻性、感性、容性負(fù)載。但是現(xiàn)有的繼電器在吸和釋放過(guò)程中觸點(diǎn)的機(jī)械振動(dòng)抖動(dòng)以及負(fù)載的感性、容性成分，導(dǎo)致吸和核釋放過(guò)程中出現(xiàn)浪涌電流或拉弧現(xiàn)象，這會(huì)加速繼電器觸點(diǎn)的氧化、碳化灼燒，導(dǎo)致繼電器接觸電阻增大，產(chǎn)生發(fā)熱、接觸不良或粘連現(xiàn)象。同時(shí)在拉弧飛濺的氧化碳化物在繼電器內(nèi)部形成粉末堆積，一定的積累后，會(huì)形成粉末電阻，導(dǎo)致繼電器失效。因此繼電器的涉及與使用中如何有效準(zhǔn)確的減少拉弧或浪涌電流對(duì)繼電器來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

現(xiàn)有技術(shù)中是采用RC、壓敏、熱敏等原件并聯(lián)觸點(diǎn)以吸收電弧，此方案雖較方便，但是效果有限，同時(shí)壓敏等器件損壞很可能會(huì)形成導(dǎo)通內(nèi)阻，導(dǎo)致負(fù)載一直供電，風(fēng)險(xiǎn)較大。

現(xiàn)有技術(shù)中的繼電器實(shí)現(xiàn)滅弧的方式并不能很好的實(shí)現(xiàn)，且繼電器的運(yùn)行大都無(wú)法實(shí)現(xiàn)反饋和監(jiān)控預(yù)警，使得繼電器的使用存在許多問(wèn)題，急需一種具有滅弧且能夠監(jiān)測(cè)反饋的繼電器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提供一種滅弧繼電器及其滅弧方法，以達(dá)到減少拉弧現(xiàn)象和浪涌電流的目的。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種滅弧繼電器，

一種滅弧繼電器，包括驅(qū)動(dòng)電路和由線圈和觸點(diǎn)組成的繼電器模塊，其特征在于：所述滅弧繼電器還包括電流采集電路、電壓采集電路和控制電路，交流電源、繼電器和負(fù)載組成閉合電回路，所述的電流采集電路和電壓采集電路均與控制電路連接，所述的控制電路連接驅(qū)動(dòng)電路，以控制驅(qū)動(dòng)電路吸和或斷開繼電器觸點(diǎn)。

所述控制電路由單片機(jī)及其外圍電路組成。

所述電流采集電路用于采集閉合電回路的電流數(shù)據(jù)，所述單片機(jī)根據(jù)電流數(shù)據(jù)獲取電流過(guò)零信號(hào)并控制繼電器在零電流點(diǎn)斷開。

所述電壓采集電路用于采集交流電源的電壓數(shù)據(jù)，所述單片機(jī)根據(jù)對(duì)信號(hào)的分析處理得到電壓過(guò)零點(diǎn)信號(hào)，并控制繼電器在零電壓點(diǎn)吸和。

所述單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路以驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作時(shí)，所述單片機(jī)控制計(jì)數(shù)模塊記錄繼電器動(dòng)作次數(shù)，在計(jì)數(shù)模塊的記錄此時(shí)大于單片機(jī)內(nèi)設(shè)置的動(dòng)作次數(shù)閥值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)至報(bào)警模塊。

所述單片機(jī)連接顯示模塊用于顯示繼電器的動(dòng)作次數(shù)和閥值次數(shù)。

一種滅弧繼電器的滅弧方法，其特征在于：包括如下步驟：

數(shù)據(jù)獲取與設(shè)定步驟：

(1)、在繼電器使用前獲取在驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)出后，繼電器完成動(dòng)作的時(shí)間：吸和動(dòng)作時(shí)間t1和釋放動(dòng)作時(shí)間t2；

(2)、獲取電流過(guò)零點(diǎn)信號(hào)和/或電壓過(guò)零點(diǎn)信號(hào)、交流電的頻率，確定電壓過(guò)零周期Ton或電流過(guò)零周期Toff；

使用過(guò)程中的滅弧步驟：

在單片機(jī)獲得需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，單片機(jī)根據(jù)步驟(1)數(shù)據(jù)分析得出距電壓過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間Tzv，在吸合時(shí)：在當(dāng)Tzv>t1,所述單片機(jī)延時(shí)Tzv-t1時(shí)間后發(fā)出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作；當(dāng)Tzv<t1時(shí)，單片機(jī)延時(shí)時(shí)間：Tzv-t1+Ton后發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制繼電器吸和，使的繼電器觸點(diǎn)在電壓過(guò)零點(diǎn)附近吸合；

在釋放時(shí)：數(shù)據(jù)分析得出距電流過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間Tzc，當(dāng)Tzc>t2時(shí)，單片機(jī)延時(shí)Tzc-t2時(shí)間后發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制繼電器觸點(diǎn)釋放，當(dāng)Tzc<t2時(shí)，單片機(jī)延時(shí)時(shí)間：Tzc-t2+Toff后發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制繼電器觸點(diǎn)釋放。

所述繼電器的動(dòng)作時(shí)間t1或t2由如下方法獲得：所述繼電器的動(dòng)作時(shí)間t1或t2由如下方法獲得：?jiǎn)纹瑱C(jī)發(fā)出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，在吸和動(dòng)作時(shí)，在電路中有電流時(shí)停止計(jì)時(shí)，從開始計(jì)時(shí)到計(jì)時(shí)結(jié)束的時(shí)間間隔作為繼電器的吸和動(dòng)作時(shí)間t1；釋放動(dòng)作時(shí)，在繼電器組成的閉合電回路中電路處于斷路狀態(tài)時(shí)停止計(jì)時(shí)，從開始計(jì)時(shí)到計(jì)時(shí)結(jié)束的時(shí)間間隔作為繼電器的動(dòng)作釋放時(shí)間t2。

一種滅弧繼電器，由于采用上述結(jié)構(gòu)，可以減少繼電器在觸點(diǎn)吸和或釋放時(shí)的拉弧現(xiàn)象，增加繼電器的使用壽命和可靠性。同時(shí)檢測(cè)繼電器的動(dòng)作時(shí)間，在達(dá)到額定動(dòng)作時(shí)間時(shí)，發(fā)出警報(bào)。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖

圖2為繼電器及其驅(qū)動(dòng)電路原理圖

圖3為電流采集信號(hào)原理圖

圖4為電流采集信號(hào)中電流互感器的參考地電路原理圖

圖5電壓過(guò)零信號(hào)采集電路原理圖

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，一種滅弧繼電器，包括驅(qū)動(dòng)電路、由線圈和觸點(diǎn)組成的集成式繼電器模塊、電流采集電路、電壓采集電路和控制電路，交流電源、繼電器和負(fù)載組成閉合電回路，電流采集電路和電壓采集電路均與控制電路連接，控制電路連接驅(qū)動(dòng)電路，以控制驅(qū)動(dòng)電路吸和或斷開繼電器觸點(diǎn)?？刂齐娐酚蓡纹瑱C(jī)及其外圍電路組成。單片機(jī)外圍電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)等。電流采集電路用于采集閉合電回路的電流數(shù)據(jù)，單片機(jī)根據(jù)電流數(shù)據(jù)獲取電流過(guò)零信號(hào)并控制繼電器在零電流點(diǎn)斷開。電壓采集電路用于采集交流電源的電壓數(shù)據(jù)，所述單片機(jī)根據(jù)對(duì)信號(hào)的分析處理得到電壓過(guò)零點(diǎn)信號(hào)，并控制繼電器在零電壓點(diǎn)吸和。

如圖1，集成式繼電器負(fù)載電路包括繼電器、負(fù)載和交流電源組成，其組成一個(gè)導(dǎo)通的閉合電回路，負(fù)載電流采集電路用于采集該電回路中的電流數(shù)據(jù)，并將電流數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機(jī)，電壓過(guò)零采集電路為交流電源電壓采集電路，其采集交流電源的電壓信號(hào)得到過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)過(guò)零點(diǎn)信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)至繼電器驅(qū)動(dòng)電路，由繼電器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)繼電器吸和或釋放。單片機(jī)的關(guān)閉信號(hào)可以根據(jù)電流采集模塊采集的過(guò)流信號(hào)分析電路故障，自動(dòng)控制電路的釋放保護(hù)電路或根據(jù)其他控制模塊發(fā)來(lái)的控制信號(hào)至單片機(jī)由單片機(jī)調(diào)節(jié)負(fù)載電路的斷開閉合。同時(shí)單片機(jī)也可以根據(jù)電流采集信號(hào)采集的數(shù)據(jù)分析出電路的短路、斷路狀態(tài)，及時(shí)通過(guò)報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)。

在單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路以驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作時(shí)，單片機(jī)控制其內(nèi)部計(jì)數(shù)模塊記錄繼電器動(dòng)作次數(shù)，在計(jì)數(shù)模塊的記錄次數(shù)大于單片機(jī)內(nèi)設(shè)置的動(dòng)作次數(shù)閥值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)至報(bào)警模塊。從而給予提醒，防止因繼電器過(guò)度實(shí)用造成的危險(xiǎn)。同時(shí)單片機(jī)可連接顯示模塊用于顯示繼電器的動(dòng)作次數(shù)和閥值次數(shù)。方便維修人員查看和監(jiān)管。單片機(jī)可以連接顯示模塊用于顯示繼電器的動(dòng)作次數(shù)、閥值次數(shù)、負(fù)載電流、次數(shù)超閾值預(yù)警、短路、斷路故障報(bào)警。

一種滅弧繼電器的滅弧方法，包括如下步驟：

數(shù)據(jù)獲取與設(shè)定步驟：(1)、在繼電器使用前獲取在驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)出后，繼電器完成動(dòng)作的時(shí)間：吸和動(dòng)作時(shí)間t1和釋放動(dòng)作時(shí)間t2；

(2)、獲取電流過(guò)零點(diǎn)信號(hào)和/或電壓過(guò)零點(diǎn)信號(hào)、交流電的頻率，確定電壓過(guò)零周期Ton或電流過(guò)零周期Toff；

使用過(guò)程中的滅弧步驟：

在單片機(jī)獲得需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，單片機(jī)根據(jù)步驟(1)數(shù)據(jù)分析得出下一個(gè)即將到來(lái)的電壓過(guò)零點(diǎn)距此刻的時(shí)間Tzv，在吸合時(shí)：在當(dāng)Tzv>t1,所述單片機(jī)延時(shí)Tzv-t1時(shí)間后發(fā)出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作；當(dāng)Tzv<t1時(shí)，單片機(jī)延時(shí)時(shí)間：Tzv-t1+Ton后發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制繼電器吸和，使的繼電器觸點(diǎn)在電壓過(guò)零點(diǎn)附近吸合；

在釋放時(shí)：當(dāng)數(shù)據(jù)分析得出即將到來(lái)的電流過(guò)零點(diǎn)距此刻的時(shí)間Tzc，Tzc>t2時(shí)，單片機(jī)延時(shí)Tzc-t2時(shí)間后發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制繼電器觸點(diǎn)釋放，當(dāng)Tzc<t2時(shí)，單片機(jī)延時(shí)時(shí)間：Tzc-t2+Toff后發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制繼電器觸點(diǎn)釋放。

由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，繼電器的動(dòng)作時(shí)間會(huì)發(fā)生變化，所以還包括動(dòng)作時(shí)間校正步驟：可在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定時(shí)間閥值，在達(dá)到閥值后重新獲取動(dòng)作時(shí)間t1和t2。

如圖2所示，驅(qū)動(dòng)電路的由三極管Q2組成，驅(qū)動(dòng)信號(hào)由OUT端輸入，通過(guò)限流電阻R11與三極管Q2的基極連接，三極管Q2的發(fā)射極接地，發(fā)射極與基極之間通過(guò)電阻R12連接。三極管的Q2的發(fā)射極連接繼電器線圈，二極管D8并聯(lián)在線圈兩端，二極管的正極連接三極管的發(fā)射極。

如圖3所示為電流采集電路的原理圖，該電路通過(guò)電流互感器實(shí)現(xiàn)，電流互感器的I-SENS端通過(guò)電阻R12連接運(yùn)放U1A的方向輸入端，電流互感器的VGND與參考地電路連接，如圖所示4所示。運(yùn)放U1A的同相輸入端通過(guò)電容C13接地，其反相輸入端和輸出端之間通過(guò)電阻R13連接，電阻R13兩端并聯(lián)電容C15，運(yùn)放U1A的輸出端通過(guò)電阻R8連接單片機(jī)的輸入端，同時(shí)在單片機(jī)的輸入端和電阻R8之間通過(guò)電容C14接地。電流采集電路的參考地電路如圖4，VGND與電流采集電路的相對(duì)應(yīng)位置連接即電流互感器的VGND端連接運(yùn)放U1B的輸出端，運(yùn)放U1B同相輸入端連接通過(guò)電阻R1、電容C2接地，在電容C2與電阻R1之間連接+5V電源。運(yùn)放U1B的同相輸入端通過(guò)電阻R6接地，在電阻R6兩端并聯(lián)C7。運(yùn)放U1B的方向輸入端與輸出端連接，輸出端通過(guò)電阻R3連接單片機(jī)的I/O輸入口。此電路VGND作為電流互感器正弦交流信號(hào)的參考第，并通過(guò)單片機(jī)采集此參考地，提升電流采集信號(hào)的準(zhǔn)確性。在獲取電流零點(diǎn)時(shí)，電流采集電路采集的交流電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并通過(guò)單片機(jī)內(nèi)置的AD采集此電壓，當(dāng)采集到的電壓信號(hào)為參考地VGNG-AD相同時(shí)，即為電流零點(diǎn)信號(hào)，記錄該零點(diǎn)信號(hào)。

如圖5為電壓過(guò)零信號(hào)采集電路的原理圖，交流電壓源兩端連接在四個(gè)二極管組成的整流橋的輸入端，輸出端通過(guò)光耦器件隔離輸出電壓過(guò)零檢測(cè)信號(hào)至單片機(jī)。電壓過(guò)零點(diǎn)采集原理：將交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，電壓過(guò)零點(diǎn)為數(shù)字信號(hào)的上升沿和下降沿，通過(guò)單片機(jī)捕獲端口有效采集數(shù)字信號(hào)上升沿和下降沿。通過(guò)上升沿和下降沿獲取電壓零點(diǎn)。在獲得上述過(guò)零點(diǎn)電壓和電流的時(shí)刻后，根據(jù)交流電的周期可以算出下一個(gè)過(guò)零點(diǎn)和之后的每一個(gè)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻，單片機(jī)根據(jù)過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻可以方便的根據(jù)控制繼電器的動(dòng)作在零點(diǎn)處。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。