數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及器械智能控制領(lǐng)域，特別是一種數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器。通過(guò)采用數(shù)字化芯片實(shí)現(xiàn)了交流接觸器吸合過(guò)程速度閉環(huán)控制（基于線圈電流下降沿斜率），直接控制動(dòng)靜鐵心及動(dòng)靜觸頭的撞擊能量，可大幅度減少吸合過(guò)程中的鐵心與觸頭彈跳；吸持過(guò)程工作于電流閉環(huán)斬波模式，自動(dòng)調(diào)整斬波頻率，防止產(chǎn)生音頻噪聲，同時(shí)能在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)維持吸持電流的穩(wěn)定，進(jìn)行節(jié)能無(wú)聲閉環(huán)運(yùn)行；分?jǐn)噙^(guò)程將整流濾波后的直流負(fù)壓施加到線圈兩端，迫使線圈電流快速下降，電磁系統(tǒng)快速退磁，觸頭迅速在零前某一時(shí)刻分?jǐn)?，并具有零電流分?jǐn)嗟淖孕Ｕδ?，可以克服接觸器的動(dòng)作分散性及觸頭磨損等因素造成的零電流分?jǐn)嗫刂剖　?br> 【專利說(shuō)明】數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及器械智能控制領(lǐng)域，特別是一種數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)交流接觸器的智能化控制發(fā)展迅速，出現(xiàn)了多種控制方案。早期大多采用交流接觸器高電壓直流起動(dòng)、低電壓直流保持的開環(huán)控制方案，將單片機(jī)為核心的控制模塊與改造后的交流接觸器本體相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)過(guò)程的選擇性分段控制和吸持階段的節(jié)能無(wú)聲運(yùn)行。但是，由于交流接觸器本體結(jié)構(gòu)的原因，在工作過(guò)程中鐵心和線圈的動(dòng)作分散性很大，即使對(duì)同一臺(tái)接觸器工作次數(shù)的增加，動(dòng)作值還將發(fā)生變化，給智能控制帶來(lái)一定的難度。隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，帶反饋控制的交流接觸器脈寬調(diào)制控制方案得到關(guān)注。文獻(xiàn)[1-2]提出了一種帶電壓反饋的接觸器脈寬調(diào)制智能控制方案，并對(duì)接觸器的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程及磁系統(tǒng)的發(fā)熱情況進(jìn)行分析，文獻(xiàn)[3]采用脈寬調(diào)制技術(shù)控制永磁接觸器起動(dòng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了無(wú)位置傳感器的永磁接觸器優(yōu)化控制，但其起動(dòng)過(guò)程中電參量均為開環(huán)控制。文獻(xiàn)[4]研究了小容量交流接觸器的抗電壓跌落開環(huán)控制方案，包括控制模塊中開關(guān)電源的設(shè)計(jì)及故障保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[5]提出了一種閉環(huán)斬波起動(dòng)的交流接觸器智能控制方案，可靈活調(diào)節(jié)接觸器的激磁電流。以上控制方案中都是以單片機(jī)作為核心控制器件，對(duì)接觸器的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行控制，配合外部的模擬電源控制芯片或開關(guān)電路，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸器激磁狀態(tài)的閉環(huán)或者開環(huán)控制，使接觸器的性能得到一定的提升，但所需器件較多，不能通過(guò)單一控制芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸器激磁狀態(tài)的直接控制，在控制過(guò)程中難以高效的融入復(fù)雜的控制策略，制約了接觸器的有效控制。
[0003]參考文獻(xiàn)
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是發(fā)明一種數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器。通過(guò)采用數(shù)字化芯片實(shí)現(xiàn)了交流接觸器吸合過(guò)程速度閉環(huán)控制(基于線圈電流下降沿斜率)，直接控制動(dòng)靜鐵心及動(dòng)靜觸頭的撞擊能量，可大幅度減少吸合過(guò)程中的鐵心與觸頭彈跳；吸持過(guò)程工作于電流閉環(huán)斬波模式，自動(dòng)調(diào)整斬波頻率，防止產(chǎn)生音頻噪聲，同時(shí)能在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)維持吸持電流的穩(wěn)定，進(jìn)行節(jié)能無(wú)聲閉環(huán)運(yùn)行；分?jǐn)噙^(guò)程將整流濾波后的直流負(fù)壓施加到線圈兩端，迫使線圈電流快速下降，電磁系統(tǒng)快速退磁，觸頭迅速在零前某一時(shí)刻分?jǐn)?，并具有零電流分?jǐn)嗟淖孕Ｕδ?，可以克服接觸器的動(dòng)作分散性及觸頭磨損等因素造成的零電流分?jǐn)嗫刂剖　?br> [0009]本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器，包括一交流電源P，其特征在于:還包括一數(shù)字控制單元M，所述的交流電源P經(jīng)整流模塊A和濾波電容D后變?yōu)橹绷鳎撝绷鞯妮敵龆伺c電阻Rl的一端、第一電力電子開關(guān)SI的第一端以及第一快恢復(fù)二極管D2的一端連接；該直流的接地端與電阻R2的一端、第二快恢復(fù)二極管D3的一端以及第二電力電子開關(guān)S4的第二端連接；所述電阻Rl的另一端與電阻R2的另一端連接；所述第一電力電子開關(guān)SI的第二端、第二快速恢復(fù)二極管D3的第二端與接觸器線圈C的一端連接；所述第一快速恢復(fù)二極管D2的另一端與第二電力電子開關(guān)S4的第一端連接；所述數(shù)字控制單元M連接有用于所述交流接觸器分?jǐn)鄷r(shí)間自校正的自校正電路Z、觸頭電流檢測(cè)電路K、人機(jī)接口電路W、泵升電壓隔離采樣電路U、用于采集接觸器線圈電流的電流傳感器1、第一隔離驅(qū)動(dòng)電路Ql以及第二隔離驅(qū)動(dòng)電路Q2。
[0010]在本發(fā)明一實(shí)施例中，根據(jù)所述第一電力電子開關(guān)S1、第二電力電子開關(guān)S4的工作狀態(tài)能定義三種電路狀態(tài):第一電力電子開關(guān)S1、第二電力電子開關(guān)S4同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，直流正向電壓施加在線圈兩端，定義此時(shí)電路狀態(tài)為+1態(tài)；第一電力電子開關(guān)S1、第二電力電子開關(guān)S4同時(shí)截止且線圈電流不為零時(shí)，線圈電流通過(guò)第一、二快恢復(fù)二極管D2、D3續(xù)流，將能量回饋到濾波電容D，接觸器線圈C兩端承受直流負(fù)向電壓，定義此時(shí)電路狀態(tài)為-1態(tài)；第一電力電子開關(guān)S1、第二電力電子開關(guān)S4只有一個(gè)導(dǎo)通且線圈電流不為零時(shí)，線圈通過(guò)其中一個(gè)開關(guān)管和一個(gè)快恢復(fù)二極管續(xù)流，接觸器線圈端電壓為負(fù)的續(xù)流管壓降，定義此時(shí)電路狀態(tài)為O態(tài)。
[0011]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述交流接觸器的工作過(guò)程包括三個(gè)階段:
吸合階段:接到吸合控制命令后，數(shù)字控制單元M開始控制交流接觸器閉環(huán)起動(dòng)，PWM控制方式選擇開/關(guān)控制模式，開/關(guān)控制模式通過(guò)將數(shù)字控制單元M內(nèi)的定時(shí)器分為多段控制，每一段都有一個(gè)基準(zhǔn)值，當(dāng)采樣值大于基準(zhǔn)值時(shí)，輸出占空比為0%的PWM信號(hào)，關(guān)斷開關(guān)管，如果采樣值小于基準(zhǔn)值，則輸出占空比為100%的PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)控制；吸持階段:吸合過(guò)程結(jié)束后，交流接觸器轉(zhuǎn)入吸持控制程序，此時(shí)，通過(guò)設(shè)定PWM工作頻率和占空比，使電路在+1態(tài)和-1態(tài)之間快速的切換，從而維持線圈電流的動(dòng)態(tài)恒定；
分?jǐn)嚯A段:利用數(shù)字控制單元M中的高速模擬比較器進(jìn)行硬件并行檢零，檢測(cè)觸頭電流過(guò)零點(diǎn)，當(dāng)接到分?jǐn)嘀噶顣r(shí)，數(shù)字控制單元M會(huì)從上一個(gè)電流過(guò)零點(diǎn)開始進(jìn)行一段時(shí)間的延時(shí)后執(zhí)行分?jǐn)嘀噶睿焖俚膶㈦娐分脼?1態(tài)，線圈電流迅速下降到0，保證觸頭在設(shè)定的零前區(qū)域快速分?jǐn)?，減小分?jǐn)嚯娀　?br> [0012]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述吸持階段具有速度閉環(huán)和電流閉環(huán)雙閉環(huán)工作模式，用速度外環(huán)控制電流內(nèi)環(huán)；設(shè)定一個(gè)電流內(nèi)環(huán)的執(zhí)行頻率，通過(guò)數(shù)字控制單元(M)的高速AD采樣線圈電流值并與給定值比較，當(dāng)大于給定值時(shí)占空比更新為0%，當(dāng)小于給定值時(shí)占空比更新為100%，電流內(nèi)環(huán)快速的將電流值調(diào)節(jié)到給定值；速度外環(huán)檢測(cè)線圈電流下降沿斜率，在起動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)電路處于-1態(tài)時(shí)，線圈端電壓為負(fù)，該負(fù)壓能迫使線圈電流快速下降，配合+1態(tài)下的電流快速上升，提高電流的調(diào)節(jié)速度；
在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述數(shù)字控制單元M采用了 PWM引腳改寫功能，在起動(dòng)過(guò)程中，人為改寫PWM引腳狀態(tài)，使-1態(tài)引起的下降沿斜率與運(yùn)動(dòng)反電勢(shì)引起的下降沿斜率相互剝離，當(dāng)數(shù)字控制單元M完成斜率檢測(cè)后快速退出引腳改寫，由PWM模塊重新接管引腳狀態(tài)，用于將線圈電流快速調(diào)節(jié)到給定值，做到斜率檢測(cè)與電流控制快速交錯(cuò)進(jìn)行；在起動(dòng)過(guò)程中通過(guò)控制動(dòng)鐵心速度來(lái)優(yōu)化接觸器起動(dòng)過(guò)程，減少觸頭彈跳。
[0013]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述自校正控制電路Z含控制按鈕和測(cè)試電路，在交流接觸器主觸頭通電之前，按下控制按鈕，進(jìn)行固有分?jǐn)鄤?dòng)作時(shí)間測(cè)試，記錄于芯片中，作為零電流分?jǐn)嗟男Ｕ齾?shù)，有效避免了接觸器動(dòng)作的分散性。接觸器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間工作以后，由于機(jī)構(gòu)老化和觸頭磨損等原因，動(dòng)作時(shí)間發(fā)生改變，可以進(jìn)行離線校準(zhǔn)，確保接觸器的零電流分?jǐn)嗫刂?，提高了控制的可靠性?br> [0014]數(shù)字信號(hào)控制器的出現(xiàn)，使得數(shù)據(jù)處理速度和精度得到了更大提升；將外圍電路集成，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，更具有成本優(yōu)勢(shì)，布線簡(jiǎn)單，電磁干擾相對(duì)較小，穩(wěn)定可靠；數(shù)字控制下的開關(guān)管損耗小，效率高；采用數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)控制交流接觸器，可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的過(guò)程控制，運(yùn)行穩(wěn)定性好、靈活性高、通用性好。
[0015]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種交流接觸器數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制方案，采用數(shù)字化芯片實(shí)現(xiàn)了交流接觸器吸合過(guò)程速度閉環(huán)控制(基于線圈電流下降沿斜率)，直接控制動(dòng)靜鐵心及動(dòng)靜觸頭的撞擊能量，可以大幅度減少吸合過(guò)程中的鐵心與觸頭彈跳；吸持過(guò)程工作于電流閉環(huán)斬波模式，自動(dòng)調(diào)整斬波頻率，防止產(chǎn)生音頻噪聲，同時(shí)能在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)維持吸持電流的穩(wěn)定，進(jìn)行節(jié)能無(wú)聲閉環(huán)運(yùn)行；分?jǐn)噙^(guò)程將整流濾波后的直流負(fù)壓施加到線圈兩端，迫使線圈電流快速下降，電磁系統(tǒng)快速退磁，觸頭迅速在零前某一時(shí)刻分?jǐn)?，并具有零電流分?jǐn)嗟淖孕Ｕδ?，可以克服接觸器的動(dòng)作分散性及觸頭磨損等因素造成的零電流分?jǐn)嗫刂剖　?br> [0016]與目前交流接觸器的智能控制方案相比，本課題具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)將數(shù)字芯片弓I入交流接觸器的智能控制中。吸合速度環(huán)、吸持電流環(huán)以及分?jǐn)噙^(guò)程的零點(diǎn)檢測(cè)等功能，均可以采用軟件編程完成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁路激磁狀態(tài)靈活的軟件控制，便于在編程中融入智能控制策略；使用數(shù)字控制后可以動(dòng)態(tài)改變電路結(jié)構(gòu)，僅靠軟件控制就可以使電路在+1態(tài)、-1態(tài)、O態(tài)間變化；接觸器線圈為高頻激勵(lì)，在開關(guān)管導(dǎo)通及關(guān)斷瞬間會(huì)存在尖峰干擾，采用數(shù)字控制后可以避開尖峰進(jìn)行采樣，準(zhǔn)確檢測(cè)線圈電流及觸頭過(guò)零點(diǎn)；在計(jì)算電流斜率時(shí)可以多次檢測(cè)計(jì)算平均電流，然后用平均電流計(jì)算斜率，使斜率計(jì)算更準(zhǔn)確；這些都是模擬系統(tǒng)及單片機(jī)控制系統(tǒng)無(wú)法做到的。
[0017](2)主電路采用了全新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。采用兩個(gè)開關(guān)管配合兩個(gè)快恢復(fù)二極管可以方便的在線圈兩端施加正的或負(fù)的激勵(lì)電壓，加快了線圈電流的調(diào)節(jié)速度，同時(shí)又避免了施加負(fù)壓時(shí)線圈電流反向，防止在分?jǐn)嗫刂浦谐霈F(xiàn)重吸合的現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)的靈活控制，可以使電路在+1態(tài)、-1態(tài)、O態(tài)間靈活變化，方便接觸器吸合過(guò)程速度閉環(huán)控制及快速分?jǐn)嗫刂啤?br> [0018](3)吸合過(guò)程速度閉環(huán)、斜率檢測(cè)控制。在吸合過(guò)程中采用速度閉環(huán)控制可以直接控制接觸器的動(dòng)鐵心速度，進(jìn)而直接控制了動(dòng)靜觸頭的撞擊速度及動(dòng)靜鐵心的撞擊速度，從本質(zhì)上減少觸頭彈跳；另外速度閉環(huán)控制可以避免在接觸器起動(dòng)過(guò)程中鐵心速度為O的情況，保證接觸器可靠吸合；采用斜率檢測(cè)間接反映接觸器動(dòng)鐵心的速度，從而進(jìn)行無(wú)速度傳感器的接觸器速度閉環(huán)控制，與有速度傳感器的方案相比(斷路器中一般存在位移傳感器)成本低，不存在安裝問(wèn)題，同時(shí)也避免了傳感器的使用壽命問(wèn)題，不失為一種理想的控制方案。
[0019](4)具有自校正功能。在分?jǐn)噙^(guò)程中，增加了自校正離線校準(zhǔn)功能，在交流接觸器主觸頭通電之前，進(jìn)行固有分?jǐn)鄤?dòng)作時(shí)間測(cè)試，將其記錄于芯片中，作為零電流分?jǐn)嗟男Ｕ齾?shù)，有效避免了接觸器動(dòng)作的分散性。在接觸器長(zhǎng)時(shí)間工作之后，還可以進(jìn)行動(dòng)作時(shí)間的校準(zhǔn)，有效提高了零電流分?jǐn)嗫刂频目煽啃裕岣吡私佑|器壽命。同時(shí)，線圈兩端承受的負(fù)壓，加快了線圈電流的下降速度及觸頭的分?jǐn)嗨俣龋档土私佑|器動(dòng)作的分散性的影響，提高了分?jǐn)噙^(guò)程的精確控制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為數(shù)字化自校正全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制原理框圖。
[0021]圖中P為交流電源，A為整流模塊，D為濾波電容，RU R2為分壓電阻，SI為第一電力電子開關(guān)，S4為第二電力電子開關(guān)，D2、D3為第一、二快恢復(fù)二極管，C為接觸器線圈，I為電流傳感器，W為人機(jī)接口電路，U為泵升電壓隔離采樣電路，M為數(shù)字控制單元，Z為自校正控制電路，K為接觸器觸頭電流檢測(cè)電路，Ql為第一隔離驅(qū)動(dòng)電路，Q2為第二隔離驅(qū)動(dòng)電路。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]請(qǐng)參見圖1，本實(shí)施例提供一種數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器，包括一交流電源P，其特征在于:還包括一數(shù)字控制單元M，所述的交流電源P經(jīng)整流模塊A和濾波電容D后變?yōu)橹绷?，該直流的輸出端與電阻Rl的一端、第一電力電子開關(guān)SI的第一端以及第一快恢復(fù)二極管D2的一端連接；該直流的接地端與電阻R2的一端、第二快恢復(fù)二極管D3的一端以及第二電力電子開關(guān)S4的第二端連接；所述電阻Rl的另一端與電阻R2的另一端連接；所述第一電力電子開關(guān)SI的第二端、第二快速恢復(fù)二極管D3的第二端與接觸器線圈C的一端連接；所述第一快速恢復(fù)二極管D2的另一端與第二電力電子開關(guān)S4的第一端連接；所述數(shù)字控制單元M連接有用于所述交流接觸器分?jǐn)鄷r(shí)間自校正的自校正電路Z、觸頭電流檢測(cè)電路K、人機(jī)接口電路W、泵升電壓隔離采樣電路U、用于采集接觸器線圈電流的電流傳感器1、第一隔離驅(qū)動(dòng)電路Ql以及第二隔離驅(qū)動(dòng)電路Q2。
[0024]具體的，交流電源P經(jīng)整流模塊A和濾波電容D后，變?yōu)槠椒€(wěn)的直流；S1、S4為電力電子開關(guān)，可以控制其導(dǎo)通或截止，D2、D3為快恢復(fù)二極管，根據(jù)S1、S4兩個(gè)開關(guān)管的狀態(tài)可以定義3種電路狀態(tài):S1、S4同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，直流正向電壓施加在線圈兩端，定義此時(shí)電路狀態(tài)為+1態(tài)；S1、S4同時(shí)截止且線圈電流不為零時(shí)，線圈電流通過(guò)二極管D2、D3續(xù)流，將能量回饋到濾波電容，線圈兩端承受直流負(fù)向電壓，定義此時(shí)電路狀態(tài)為-1態(tài)；S1、S4只有一個(gè)導(dǎo)通且線圈電流不為零時(shí)，線圈通過(guò)一個(gè)開關(guān)管和一個(gè)續(xù)流二極管續(xù)流(假設(shè)為S4、D3)，線圈端電壓為負(fù)的續(xù)流管壓降，幅值較小，定義此時(shí)電路狀態(tài)為O態(tài)。霍爾電流傳感器I用于檢測(cè)接觸器線圈電流；人機(jī)接口電路W用于系統(tǒng)的啟?？刂疲K的在線運(yùn)行或自校正狀態(tài)選擇及運(yùn)行狀態(tài)顯示；電阻Rl、R2及泵升電壓隔離采樣電路U用于檢測(cè)濾波電容的泵升電壓；隔離驅(qū)動(dòng)電路Ql及隔離驅(qū)動(dòng)電路Q2分別用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)管S1、S4 ;觸頭電流檢測(cè)電路K用于檢測(cè)接觸器主觸頭的電流值；自校正電路Z用于接觸器分?jǐn)鄷r(shí)間的自校正；整個(gè)控制系統(tǒng)的核心為數(shù)字控制系統(tǒng)M，根據(jù)線圈電流值及觸頭電流值進(jìn)行靈活的吸合階段速度閉環(huán)起動(dòng)、吸持階段節(jié)能無(wú)聲運(yùn)行、分?jǐn)噙^(guò)程零電流分?jǐn)嗫刂啤?br> [0025]工作過(guò)程如下:
1、吸合階段:接到吸合控制命令后，數(shù)字控制系統(tǒng)M開始控制交流接觸器閉環(huán)起動(dòng)，PWM控制方式選擇開/關(guān)控制模式，開/關(guān)控制模式通過(guò)將芯片內(nèi)的定時(shí)器分為多段控制，每一段都有一個(gè)基準(zhǔn)值，當(dāng)采樣值大于基準(zhǔn)值時(shí)，輸出占空比為0%的PWM信號(hào)，關(guān)斷開關(guān)管，如果采樣值小于基準(zhǔn)值，則輸出占空比為100%的PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)控制。吸持階段具有速度閉環(huán)和電流閉環(huán)雙閉環(huán)工作模式，用速度外環(huán)控制電流內(nèi)環(huán)；設(shè)定一個(gè)電流內(nèi)環(huán)的執(zhí)行頻率，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的高速AD采樣線圈電流值并與給定值比較，當(dāng)大于給定值時(shí)占空比更新為0%，當(dāng)小于給定值時(shí)占空比更新為100%，電流內(nèi)環(huán)快速的將電流值調(diào)節(jié)到給定值；速度外環(huán)檢測(cè)線圈電流下降沿斜率，在起動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)電路處于-1態(tài)時(shí)，線圈端電壓為負(fù)，該負(fù)壓可以迫使線圈電流快速下降，配合+1態(tài)下的電流快速上升，提高了電流的調(diào)節(jié)速度，電流的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)使動(dòng)鐵心速度閉環(huán)控制成為可能，但同時(shí)-1態(tài)引起的電流下降沿斜率疊加到運(yùn)動(dòng)反電勢(shì)引起的電流下降沿斜率中，使得速度閉環(huán)控制變得困難，本發(fā)明采用了 PWM引腳改寫功能，在起動(dòng)過(guò)程中，人為改寫PWM引腳狀態(tài)，使-1態(tài)引起的下降沿斜率與運(yùn)動(dòng)反電勢(shì)引起的下降沿斜率相互剝離，當(dāng)芯片完成斜率檢測(cè)后快速退出引腳改寫，由PWM模塊重新接管引腳狀態(tài)，用于將線圈電流快速調(diào)節(jié)到給定值，做到斜率檢測(cè)與電流控制快速交錯(cuò)進(jìn)行；在起動(dòng)過(guò)程中通過(guò)控制動(dòng)鐵心速度來(lái)優(yōu)化接觸器起動(dòng)過(guò)程，減少觸頭彈跳，這是一種全新的控制思路，只有采用了數(shù)字芯片才可能完成。
[0026]2、吸持階段:吸合過(guò)程結(jié)束后，接觸器轉(zhuǎn)入吸持控制程序，此時(shí)，通過(guò)設(shè)定PWM工作頻率和占空比，使電路在+1態(tài)和-1態(tài)之間快速的切換，從而維持線圈電流的動(dòng)態(tài)恒定，將接觸器的線圈電流維持在一個(gè)較低的數(shù)值，同時(shí)又能保證斬波頻率，避免了接觸器電磁系統(tǒng)產(chǎn)生音頻噪聲。
[0027]3、分?jǐn)嚯A段:利用數(shù)字控制系統(tǒng)M中的高速模擬比較器進(jìn)行硬件并行檢零，檢測(cè)觸頭電流過(guò)零點(diǎn)，當(dāng)接到分?jǐn)嘀噶顣r(shí)，系統(tǒng)會(huì)從上一個(gè)電流過(guò)零點(diǎn)開始進(jìn)行一段時(shí)間的延時(shí)后執(zhí)行分?jǐn)嘀噶睿焖俚膶㈦娐分脼?1態(tài)，線圈電流迅速下降到0，保證觸頭在設(shè)定的零前區(qū)域快速分?jǐn)?，減小分?jǐn)嚯娀　?br> [0028]在分?jǐn)噙^(guò)程中，負(fù)壓加快了電流的下降速度及觸頭的分?jǐn)嗨俣?，降低了分散性的影響，可以精確控制分?jǐn)嚯娏飨辔?，做到在主電路電流的零點(diǎn)前某一特定區(qū)域快速分?jǐn)?，大幅度減小分?jǐn)嚯娀〉哪芰浚岣呓佑|器的電壽命。負(fù)壓不僅縮短了從執(zhí)行分?jǐn)嗟接|頭剛分之間的延時(shí)，同時(shí)也提高了觸頭的分?jǐn)嗨俣?，這兩點(diǎn)都有利于零電流快速分?jǐn)嗟某晒M(jìn)行。
[0029]自校正控制電路Z的工作原理:自校正控制電路Z含控制按鈕和測(cè)試電路，在交流接觸器主觸頭通電之前，按下控制按鈕，進(jìn)行固有分?jǐn)鄤?dòng)作時(shí)間測(cè)試，記錄于芯片中，作為零電流分?jǐn)嗟男Ｕ齾?shù)，有效避免了接觸器動(dòng)作的分散性。接觸器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間工作以后，由于機(jī)構(gòu)老化和觸頭磨損等原因，動(dòng)作時(shí)間發(fā)生改變，可以進(jìn)行離線校準(zhǔn)，確保接觸器的零電流分?jǐn)嗫刂疲岣吡丝刂频目煽啃浴?br> [0030]過(guò)壓及過(guò)流保護(hù):系統(tǒng)控制線圈電流快速下降時(shí)，線圈電流通過(guò)兩個(gè)二極管D2、D3快速的向?yàn)V波電容回饋電能，磁路的磁場(chǎng)能迅速轉(zhuǎn)化為濾波電容的電場(chǎng)能，在該能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，濾波電容電壓會(huì)升高即泵升電壓，系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)濾波電容D泵升電壓及線圈電流I，若發(fā)生過(guò)壓及過(guò)流故障，則系統(tǒng)迅速將電路置為O態(tài)，模塊續(xù)流關(guān)斷，避免繼續(xù)饋能造成的泵升電壓繼續(xù)升高，并鎖定PWM，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，等待手動(dòng)復(fù)位。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器，包括一交流電源(P)，其特征在于:還包括一數(shù)字控制單元(M)，所述的交流電源(P)經(jīng)整流模塊(A)和濾波電容(D)后變?yōu)橹绷?，該直流的輸出端與電阻Rl的一端、第一電力電子開關(guān)(SI)的第一端以及第一,決恢復(fù)二極管(D2)的一端連接；該直流的接地端與電阻R2的一端、第二快恢復(fù)二極管(D3)的一端以及第二電力電子開關(guān)(S4)的第二端連接；所述電阻Rl的另一端與電阻R2的另一端連接；所述第一電力電子開關(guān)(SI)的第二端、第二快速恢復(fù)二極管(D3)的第二端與接觸器線圈(C)的一端連接；所述第一快速恢復(fù)二極管(D2)的另一端與第二電力電子開關(guān)(S4)的第一端連接；所述數(shù)字控制單元(M)連接有用于所述交流接觸器分?jǐn)鄷r(shí)間自校正的自校正電路(Z)、觸頭電流檢測(cè)電路(K)、人機(jī)接口電路(W)、泵升電壓隔離采樣電路(U)、用于采集接觸器線圈電流的電流傳感器(I)、第一隔離驅(qū)動(dòng)電路(Ql)以及第二隔離驅(qū)動(dòng)電路(Q2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器，其特征在于:根據(jù)所述第一電力電子開關(guān)(SI)、第二電力電子開關(guān)(S4)的工作狀態(tài)能定義三種電路狀態(tài):第一電力電子開關(guān)(SI)、第二電力電子開關(guān)(S4)同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，直流正向電壓施加在線圈兩端，定義此時(shí)電路狀態(tài)為+1態(tài)；第一電力電子開關(guān)(SI)、第二電力電子開關(guān)(S4)同時(shí)截止且線圈電流不為零時(shí)，線圈電流通過(guò)第一、二快恢復(fù)二極管(D2、D3)續(xù)流，將能量回饋到濾波電容(D)，接觸器線圈(C)兩端承受直流負(fù)向電壓，定義此時(shí)電路狀態(tài)為-1態(tài)；第一電力電子開關(guān)(SI)、第二電力電子開關(guān)(S4)只有一個(gè)導(dǎo)通且線圈電流不為零時(shí)，線圈通過(guò)其中一個(gè)開關(guān)管和一個(gè)快恢復(fù)二極管續(xù)流，接觸器線圈端電壓為負(fù)的續(xù)流管壓降，定義此時(shí)電路狀態(tài)為O態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器，其特征在于:所述交流接觸器的工作過(guò)程包括三個(gè)階段: 吸合階段:接到吸合控制命令后，數(shù)字控制單元(M)開始控制交流接觸器閉環(huán)起動(dòng)，PWM控制方式選擇開/關(guān)控制模式，數(shù)字控制單元(M)內(nèi)的定時(shí)器分為多段控制，每一段都有一個(gè)基準(zhǔn)值，當(dāng)采樣值大于基準(zhǔn)值時(shí)，輸出占空比為0%的PWM信號(hào)，關(guān)斷開關(guān)管，如果采樣值小于基準(zhǔn)值，則輸出占空比為100%的PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)控制； 吸持階段:吸合過(guò)程結(jié)束后，交流接觸器轉(zhuǎn)入吸持控制程序，此時(shí)，通過(guò)設(shè)定PWM工作頻率和占空比，使電路在+1態(tài)和-1態(tài)之間快速的切換，從而維持線圈電流的動(dòng)態(tài)恒定； 分?jǐn)嚯A段:利用數(shù)字控制單元(M)中的高速模擬比較器進(jìn)行硬件并行檢零，檢測(cè)觸頭電流過(guò)零點(diǎn)，當(dāng)接到分?jǐn)嘀噶顣r(shí)，數(shù)字控制單元(M)會(huì)從上一個(gè)電流過(guò)零點(diǎn)開始進(jìn)行一段時(shí)間的延時(shí)后執(zhí)行分?jǐn)嘀噶?，快速的將電路置?1態(tài)，線圈電流迅速下降到0，保證觸頭在設(shè)定的零前區(qū)域快速分?jǐn)?，減小分?jǐn)嚯娀　?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器，其特征在于:所述吸持階段具有速度閉環(huán)和電流閉環(huán)雙閉環(huán)工作模式，用速度外環(huán)控制電流內(nèi)環(huán)；設(shè)定一個(gè)電流內(nèi)環(huán)的執(zhí)行頻率，通過(guò)數(shù)字控制單元(M)的高速AD采樣線圈電流值并與給定值比較，當(dāng)大于給定值時(shí)占空比更新為0%，當(dāng)小于給定值時(shí)占空比更新為100%，電流內(nèi)環(huán)快速的將電流值調(diào)節(jié)到給定值；速度外環(huán)檢測(cè)線圈電流下降沿斜率，在起動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)電路處于-1態(tài)時(shí)，線圈端電壓為負(fù)，該負(fù)壓能迫使線圈電流快速下降，配合+1態(tài)下的電流快速上升，提高電流的調(diào)節(jié)速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器，其特征在于:所述數(shù)字控制單元(M)采用了 PWM引腳改寫功能，在起動(dòng)過(guò)程中，人為改寫PWM引腳狀態(tài)，使-1態(tài)引起的下降沿斜率與運(yùn)動(dòng)反電勢(shì)引起的下降沿斜率相互剝離，當(dāng)數(shù)字控制單元(M)完成斜率檢測(cè)后快速退出引腳改寫，由PWM模塊重新接管引腳狀態(tài)，用于將線圈電流快速調(diào)節(jié)到給定值，做到斜率檢測(cè)與電流控制快速交錯(cuò)進(jìn)行；在起動(dòng)過(guò)程中通過(guò)控制動(dòng)鐵心速度來(lái)優(yōu)化接觸器起動(dòng)過(guò)程，減少觸頭彈跳。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制智能交流接觸器，其特征在于:所述自校正控制電路(Z)含控制按鈕和測(cè)試電路，在交流接觸器主觸頭通電之前，按下控制按鈕，進(jìn)行固有分?jǐn)鄤?dòng)作時(shí)間測(cè)試，記錄于芯片中，作為零電流分?jǐn)嗟男Ｕ齾?shù)，有效避免了接觸器動(dòng)作的分散性；接觸器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間工作以后，由于機(jī)構(gòu)老化和觸頭磨損等原因，動(dòng)作時(shí)間發(fā)生改變，可以進(jìn)行 離線校準(zhǔn)，確保接觸器的零電流分?jǐn)嗫刂?，提高了控制的可靠性?br> 【文檔編號(hào)】H01H47/02GK103456566SQ201310368626
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】許志紅, 湯龍飛 申請(qǐng)人:福州大學(xué)