专利名称：交流接触器智能合闸控制模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及交流接触器的控制电路(模块)，具体为交流接触器智能合闸控制模块。
背景技术：
目前企业生产和市场销售的交流接触器，根据控制电压的不同，分为两类不同的电磁系统一种是控制电压是交流电的交流电磁系统，这种产品就是传统的普通交流接触器产品，目前在市场上仍占销售的主导地位。另一种是控制电压为直流电的直流电磁系统，这种产品就是近十几年来新推向市场的直流操作交流接触器产品。目前，国际各大公司纷纷推出新系列交流接触器，这些接触器的一个共同特点是在100A以上框架电流的产品上，其电磁铁普遍采用智能控制电路即通过引入微处理器闭环控制，以达到智能合闸操作。对于100A以下框架电流产品，若引入同样原理的微处理器闭环控制系统，由于与产品本体相比，存在着体积和价格的反差较大而无法实现一体化。并且，公知的智能接触器在引入微处理器闭环控制系统的同时，还需相应改变原交流接触器的电磁结构和技术参数，这也给100A以下框架电流产品实现智能化带来困难。因此，目前国内外市场上仍见不到有竞争力的产品。
发明内容
本发明针对100A以下框架电流交流接触器，若引入微处理器闭环控制系统所带来的上述一系列问题，提供一种在不改变原普通交流接触器的电磁结构和电磁参数，不丢失原产品使用功能和不影响原产品使用方法的前提条件下，通过引入微处理控制系统，实现100A以下框架电流交流接触器智能合闸、节能运行、大电流启动、小电流维持的交流接触器智能合闸控制模块。并只以提供该控制模块的硬件结构为目的。
本发明是采用如下技术方案实现的交流接触器智能合闸控制模块，包含微处理器(CPU)，微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电电路以及交流接触器启动控制电路；微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电电路包含由二极管D1-D4构成的供电整流电路，供电整流电路的两交流输入端分别通过由电阻R1、电容C1和电阻R2、电容C2构成的限流电抗与交流控制电压输入线端相连，供电整流电路的两直流输出端间连接有滤波电容C3，供电整流电路的直流输出端连接有包含三极管T1的稳压电路，其中三极管T1的集电极与供电整流电路的直流输出正极相连，三极管T1的集电极和基极之间连接有电阻R5，三极管T1的基极经稳压管V1与供电整流电路的直流输出负极相连，三极管T1的发射极与微处理器的供电线端VCC、并通过电阻R13与吸持输入线端P1.2相连，三极管T1的发射极与供电整流电路的负极之间连接有滤波电容C4，供电整流电路的直流输出正极经二极管D13与模块输出线端A1相连，模块输出线端A2与供电整流电路的直流输出负极相连，供电整流电路的直流输出正负极之间串接有电阻R3、R4，电阻R3和电阻R4的连接节点与微处理器的电压取样信号输入端P1.3相连；交流接触器启动控制电路包含两交流输入端与交流控制电压输入线端相连、由二极管D5-D8构成的启动整流电路，启动整流电路的直流输出的正极通过二极管D10、热敏电阻PTC1与模块输出线端A1相连，模块输出线端A2经二极管D17、可控硅S1、可控硅S2、二极管D12与启动整流电路的负极相连，其中可控硅S1的控制极经电阻R9、二极管D14与三极管T1的发射极相连，可控硅S2的控制极与三极管T3的集电极相连，而三极管T3的发射极经二极管D11与供电整流电路的直流输出负极相连，三极管T3的基极经电阻R10、二极管D15与微处理器的控制输出端P1.1相连；启动整流电路直接输出正极经二极管D9、电阻R7与三极管T2的基极相连，三极管T2的发射极与供电整流电路的直流输出负极相连，三极管T2的集电极经光耦合器IC1的发光二极管、电阻R6、二极管D16与三极管T1的发射极相连，光耦合器IC1的光敏三极管的发射极与供电整流电路直流输出负极相连，光耦合器IC1的光敏三极管的集电极经电阻R8与三极管T1的发射极相连，同时还与微处理器的脉冲信号输入端P1.4相连。
本发明实现交流接触器智能合闸的原理是在微处理器(CPU)内储存一个不同控制电压条件下，最佳合闸时间数据库软件，通过控制合闸时间和合闸相位，使交流接触器的吸合过程基本稳定并处于最佳动态配合。本发明实现节能运行的原理是采用动态启动电路和稳态维持电路相互作用又相互隔离的方法，实现交流接触器电磁铁的直流全电压起动吸合(要适当通过限流)，直流低电压小电流维持吸合，从而达到节能运行的目的。
微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电电路中的供电整流电路的两输入端与直流控制电压输入线端US相连，同时，在模块输出线端A2与供电整流电路的直流输出负极之间连接有三极管T4，三极管T4的基极经电阻R11与微处理器的控制输出端P1.0相连。这样，该控制模块就有两对控制电压输入线端，一对是直流控制电压输入线端US，另一对是额定交流控制电压输入线端Ue。这样，增加直流控制电压输入线端和相应的控制电路，可使该控制模块实现对交流接触器的直流操作。在直流操作形式下，电路中分别由电阻R1、电容C1和电阻R2、电容C2构成的限流电抗值较额定交流电压控制下大的多，微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电由直流控制电压提供。
可控硅S1可替换以三极管T5。可控制S1的控制极对应于三极管T5的基极。替换以三极管T5，电路仍可正常工作。这是本发明最容易想到和最简单的结构变型。
本发明在不改变原普通交流接触器的电磁结构和电磁参数，不丢失原普通交流接触器使用功能和不影响原普通交流接触器使用方法的前提条件下，通过引入微处理控制系统，实现100A以下框架电流接触器智能合闸、节能运行、大电流启动、小电流维持、直流操作、微电流控制。本发明由于在引入的微处理控制系统中，省去了一系列电流与电磁测量的反馈和调节电路，模块电路结构简单，从而使体积和成本大大降低，因此适合于在100A以下电流框架交流接触器中引用。
图1为本发明一种具体控制模块与交流接触器的接线示意图；图2为图1所示的具体控制模块的电路原理图；图3为本发明另一种具体控制模块与交流接触器的接线示意图；图4为图3所示的具体控制模块的电路原理图；具体实施方式
实施例1本实施例所述的控制模块(见图1、图2)具有一对控制电压输入线端Ue。模块输出线端A1、A2与交流接触器的电磁线圈J相连。该控制模块适用于控制电压和额定电压皆为110V、220V、380V、50/60HZ的交流电源的交流接触器。
该控制模块包含微处理器(CPU)，微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电电路以及交流接触器启动控制电路；微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电电路包含由二极管D1-D4构成的供电整流电路，供电整流电路的两交流输入端分别通过由电阻R1、电容C1和电阻R2、电容C2构成的限流电抗与交流控制电压输入线端相连，供电整流电路的两直流输出端间连接有滤波电容C3，供电整流电路的直流输出端连接有包含三极管T1的稳压电路，其中三极管T1的集电极与供电整流电路的直流输出正极相连，三极管T1的集电极和基极之间连接有电阻R5，三极管T1的基极经稳压管V1与供电整流电路的直流输出负极相连，三极管T1的发射极与微处理器的供电线端VCC、并通过电阻R13与吸持输入线端P12相连，三极管T1的发射极与供电整流电路的负极之间连接有滤波电容C4，供电整流电路的直流输出正极经二极管D13与模块输出线端A1相连，模块输出线端A2与供电整流电路的直流输出负极相连，供电整流电路的直流输出正负极之间串接有电阻R3、R4，电阻R3和电阻R4的连接节点与微处理器的电压取样信号输入端P1.3相连；交流接触器启动控制电路包含两交流输入端与交流控制电压输入线端相连、由二极管D5-D8构成的启动整流电路，启动整流电路的直流输出的正极通过二极管D10、热敏电阻PTC1与模块输出线端A1相连，模块输出线端A2经二极管D17、可控硅S1、可控硅S2、二极管D12与启动整流电路的负极相连，其中可控硅S1的控制极经电阻R9、二极管D14与三极管T1的发射极相连，可控硅S2的控制极与三极管T3的集电极相连，而三极管T3的发射极经二极管D11与供电整流电路的直流输出负极相连，三极管T3的基极经电阻R10、二极管D15与微处理器的控制输出端P1.1相连；启动整流电路直接输出正极经二极管D9、电阻R7与三极管T2的基极相连，三极管T2的发射极与供电整流电路的直流输出负极相连，三极管T2的集电极经光耦合器IC1的发光二极管、电阻R6、二极管D16与三极管T1的发射极相连，光耦合器IC1的光敏三极管的发射极与供电整流电路直流输出负极相连，光耦合器IC1的光敏三极管的集电极经电阻R8与三极管T1的发射极相连，同时还与微处理器的脉冲信号输入端P1.4相连。
可控硅S1可替换以三极管T5。
当控制电压Ue(例如380V/50HZ交流电)加至模块控制电压输入线端时，交流电压经电阻R1、电容C1和R2、C2两个并串联支路降压后，加至由D1-D4组成的桥式供电整流电路输入端，在其输出端输出15-30V的直流电压，经电容C3滤波后，一路经二极管D13、电磁线圈A1至A2端，回到本桥式供电整流输出端的负极形成回路，为电磁线圈提供维持吸合电压。另一路经三级管T1和电阻R5、稳压二极管V1组成的稳压电路输出+5V的直流电压，经电容C4再次滤波后，给微处理器提供工作电压VCC和线端P1.2的“吸持输入”电压。电源电压取样信号通过电阻R3和R4分压后，加至CPU的电压取样信号输入端P1.3。
同时，当控制电压Ue加至D5-D8组成的启动整流电路输入端时，其输出的直流脉动电压通过二极管D9、电阻R7、三极管T2的基-射极、二极管D1(或二极管D4)、电阻R1和电容C1并连支路(或电阻R2和电容C2并连支路)形成回路，在三极管T2的基-射极形成脉动基极电流。于是在由二极管D16，电阻R6，光耦合器IC1的发光二极管组成的三极管T2的集电极支路中有脉动直流电流通过，因此光耦合器IC1的光敏三极管集电极输出脉冲信号，提供给CPU的脉冲信号输入端P14，并在相应的输入接口的“电源电压取样信号”、“吸持输入”信号的共同作用下，其控制输出端P1.1就会输出一个和当时电源电压相对应的延时起动电压，该电压通过二极管D15、电阻R10支路控制三级管T3导通。当T3导通时，稳压电路输出的+5V电压通过D14、电阻R9、可控硅S1的控制极-阴极(或三极管T5的基射极)、可控硅S2的第二阳极到控制极G、三极管T3集-射极、二极管D11，形成闭路控制电流，于是由D5-D8组成的启动整流电路输出的全电压直流脉动电压经PTC1热敏电阻限流、通过电磁线圈A1至A2端、二级管D17、可控硅S1(或三极管T5)、双向可控硅S2、二极管D12形成回路，从而产生大的起动吸合电流，完成接触器起动吸合动作。当CPU的控制输出端P1.1输出的起动控制电压延时结束后，三极管T3截止时，可控硅S1控制极电流(或三极管T5的基极电流)和S2的控制极电流为零，于是可控硅S1在主电流过零时截止(或三极管T5截止)，因此可控硅S2也截止，从而结束CPU控制的电磁系统的起动吸合过程。起动吸合时间是根据电源电压取样信号，由微处理器在相应软件支持下选择最佳吸合时间，并且每次起动吸合过程皆起始于控制电压过零点也终止于过零点。这样既保证了电磁系统的可靠吸合，又减少了电源电压和相位对起动吸合过程的影响，有利于提高起动吸合过程的稳定性。
实施例2本实施例所述的控制模块(见图3、图4)具有两对控制电压输入线端Ue和US。模块输出线端A1、A2与交流接触器的电磁线圈J相连。控制电压US为直流(交流也可)24V、36V、48V，额定电压Ue为110V、220V、380V交(或直)流电源。该控制模块可实现交流接触器的直流操作控制。
该控制模块包含微处理器(CPU)，微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电电路以及交流接触器启动控制电路；微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电电路包含由二极管D1-D4构成的供电整流电路，供电整流电路的两交流输入端分别通过由电阻R1、电容C1和电阻R2、电容C2构成的限流电抗与交流控制电压输入线端相连，供电整流电路的两直流输出端间连接有滤波电容C3，供电整流电路的直流输出端连接有包含三极管T1的稳压电路，其中三极管T1的集电极与供电整流电路的直流输出正极相连，三极管T1的集电极和基极之间连接有电阻R5，三极管T1的基极经稳压管V1与供电整流电路的直流输出负极相连，三极管T1的发射极与微处理器的供电线端VCC、并通过电阻R13与吸持输入线端P1.2相连，三极管T1的发射极与供电整流电路的负极之间连接有滤波电容C4，供电整流电路的直流输出正极经二极管D13与模块输出线端A1相连，模块输出线端A2与供电整流电路的直流输出负极相连，供电整流电路的直流输出正负极之间串接有电阻R3、R4，电阻R3和电阻R4的连接节点与微处理器的电压取样信号输入端P1.3相连；交流接触器启动控制电路包含两交流输入端与交流控制电压输入线端相连、由二极管D5-D8构成的启动整流电路，启动整流电路的直流输出的正极通过二极管D10、热敏电阻PTC1与模块输出线端A1相连，模块输出线端A2经二极管D17、可控硅S1、可控硅S2、二极管D12与启动整流电路的负极相连，其中可控硅S1的控制极经电阻R9、二极管D14与三极管T1的发射极相连，可控硅S2的控制极与三极管T3的集电极相连，而三极管T3的发射极经二极管D11与供电整流电路的直流输出负极相连，三极管T3的基极经电阻R10、二极管D15与微处理器的控制输出端P1.1相连；启动整流电路直接输出正极经二极管D9、电阻R7与三极管T2的基极相连，三极管T2的发射极与供电整流电路的直流输出负极相连，三极管T2的集电极经光耦合器IC1的发光二极管、电阻R6、二极管D16与三极管T1的发射极相连，光耦合器IC1的光敏三极管的发射极与供电整流电路直流输出负极相连，光耦合器IC1的光敏三极管的集电极经电阻R8与三极管T1的发射极相连，同时还与微处理器的脉冲信号输入端P1.4相连。
微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电电路中的供电整流电路的两输入端与直流控制电压输入线端US相连，同时，在模块输出线端A2与供电整流电路的直流输出负极之间连接有三极管T4，三极管T4的基极经电阻R11与微处理器的控制输出端P1.0相连。
将可控硅S1替换以三极管T5。
当控制电压US加至模块输入端时，在D1-D4组成的供电整流电路的整流输出端输出与Us等值的正电压，经电容C3滤波，经三极管T1和电阻R5、稳压二极管V1组成的稳压电路输出+5V的直流电压，经电容C4再次滤波后，给微处理器提供工作电压VCC和线端P1.2的“吸持输入”电压。同时电源电压取样信号通过电阻R3和R4分压后，加至CPU的电压取样信号输入端P1.3。这时，由于Ue已预先接入由D5-D8组成的启动整流电路的输入端，其输出的直流脉动电压通过二极管D9、电阻R7、三极管T2的基-射极、二极管D1(或二极管D4)、电阻R1和电容C1并连支路(或电阻R2和电容C2并连支路)形成回路，在三极管T2的基射极形成脉动基极电流。于是在由二极管D16、电阻R6，光耦合器IC1的发光二极管组成的三极管T2的集电极电路中有脉动直流电流通过，因此光耦合器IC1的光敏三极管集电极输出脉冲信号，提供给CPU的脉冲信号输入端P1.4，并在相应的输入接口的“电源电压取样信号”、“吸持输入”信号的共同作用下，其控制输出端P1.0输出吸合保持电压，该电压通过电阻R11加至三极管T4基极，使T4导通，这样，由D1-D4构成的供电整流电路输出的正电压通过二极管D13、电磁线圈A1端至A2端、三极管T4集-射极、二极管D1(或D4)形成回路，使电磁线圈首先通过吸合维持电流，同时微处理器的控制输出端P1.1会输出一个和当时电源电压相对应的延时起动电压，该电压通过二极管D15电阻R10支路控制三级管T3导通。当T3导通时，稳压电路输出的+5V电压通过二极管D14、电阻R9、三极管T5的基-射极、可控硅S2的第二阳极到控制极、三极管T3集-射极、二极管D11，形成闭路控制电流，于是由D5-D8组成的启动整流电路输出的全电压直流脉动电压经PTC1热敏电阻限流、通过电磁线圈A1至A2端、二极管D17、三极管T5的集-射极、双向可控硅S2、二极管D12形成回路，从而产生大的起动吸合电流，完成接触器起动吸合动作。当CPU的控制输出端P1.1输出的起动控制电压延时结束后，三极管T3截止，三极管T5的基极电流为零，于是三极管T5截止，从而结束CPU控制的电磁系统的起动吸合过程。起动吸合时间是根据电源电压取样信号，由微处理器在相应软件支持下选择最佳吸合时间，并且每次起动吸合过程皆起始于过零点，这样既保证了电磁系统的可靠吸合，又减少了电源电压和相位对起动吸合过程的影响，有利于提高起动吸合过程的稳定性。当外接控制电压Us断开时，接触器电磁线圈因失电而释放。
这里需要说明的是这时尽管额定电压Ue仍然经电阻R1、电容C1和电阻R2、电容C2两个并串联支路降压后，加至由D1-D4组成的桥式整流电路输入端，但由于C1和C2的容量数值很小，R1和R2的数值很大，其输出电压可忽略不计，因此，不会对电路造成影响。
额定电压Ue为直流电源时(例如Ue＝DC220V)，这时CPU的脉冲信号输入端P1.4便不产生“脉冲”信号，而一个恒值直流电压信号。但由于CPU内置软件设计的工作程序是当P1.2端的“吸持输入”信号、P1.3端的“电源电压取样信号”正常后，如脉冲信号输入端P1.4没有脉冲信号输入，延时15ms后，控制输出端P1.0和P1.1输出延时起动电压。这样，既保证了额定电压Ue为50/60Hz交流电源时的过零起动，又保证了Ue为直流电源时的正常工作。
权利要求
1.一种交流接触器智能合闸控制模块，包含微处理器，微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电电路以及交流接触器启动控制电路；其特征为微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电电路包含由二极管D1-D4构成的供电整流电路，供电整流电路的两交流输入端分别通过由电阻R1、电容C1和电阻R2、电容C2构成的限流电抗与交流控制电压输入线端相连，供电整流电路的两直流输出端间连接有滤波电容C3，供电整流电路的直流输出端连接有包含三极管T1的稳压电路，其中三极管T1的集电极与供电整流电路的直流输出正极相连，三极管T1的集电极和基极之间连接有电阻R5，三极管T1的基极经稳压管V1与供电整流电路的直流输出负极相连，三极管T1的发射极与微处理器的供电线端VCC、并通过电阻R13与吸持输入线端P1.2相连，三极管T1的发射极与供电整流电路的负极之间连接有滤波电容C4，供电整流电路的直流输出正极经二极管D13与模块输出线端A1相连，模块输出线端A2与供电整流电路的直流输出负极相连，供电整流电路的直流输出正负极之间串接有电阻R3、R4，电阻R3和电阻R4的连接节点与微处理器的电压取样信号输入端P1.3相连；交流接触器启动控制电路包含两交流输入端与交流控制电压输入线端相连、由二极管D5-D8构成的启动整流电路，启动整流电路的直流输出的正极通过二极管D10、热敏电阻PTC1与模块输出线端A1相连，模块输出线端A2经二极管D17、可控硅S1、可控硅S2、二极管D12与启动整流电路的负极相连，其中可控硅S1的控制极经电阻R9、二极管D14与三极管T1的发射极相连，可控硅S2的控制极与三极管T3的集电极相连，而三极管T3的发射极经二极管D11与供电整流电路的直流输出负极相连，三极管T3的基极经电阻R10、二极管D15与微处理器的控制输出端P1.1相连；启动整流电路直接输出正极经二极管D9、电阻R7与三极管T2的基极相连，三极管T2的发射极与供电整流电路的直流输出负极相连，三极管T2的集电极经光耦合器IC1的发光二极管、电阻R6、二极管D16与三极管T1的发射极相连，光耦合器IC1的光敏三极管的发射极与供电整流电路直流输出负极相连，光耦合器IC1的光敏三极管的集电极经电阻R8与三极管T1的发射极相连，同时还与微处理器的脉冲信号输入端P14相连。
2.如权利要求1所述的交流接触器智能合闸控制模块，其特征为可控硅S1可替换以三极管T5。
3.如权利要求1或2所述的交流接触器智能合闸控制模块，其特征为微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电电路中的供电整流电路的两输入端与直流控制电压输入线端US相连，同时，在模块输出线端A2与供电整流电路的直流输出负极之间连接有三极管T4，三极管T4的基极经电阻R11与微处理器的控制输出端P1.0相连。
全文摘要
本发明涉及交流接触器的控制电路，具体为交流接触器智能合闸控制模块。该控制模块包含微处理器，微处理器和交流接触器维持吸合的直流供电电路以及交流接触器启动控制电路；交流接触器启动控制电路以二级管D11、D12、D17，可控硅S1、S2三极管T3组成动态电路。本发明在不改变原普通交流接触器的电磁结构和电磁参数，不丢失原普通交流接触器使用功能和不影响使用方法的前提条件下，通过引入微处理控制系统，实现100A以下框架电流接触器智能合闸、节能运行、大电流启动、小电流维持、直流操作、微电流控制。省去了一系列电流与电磁测量的反馈和调节电路，模块电路结构简单，从而使体积和成本大大降低，因此适合于在100A以下电流框架交流接触器中引用。
文档编号H01H47/02GK1710687SQ20051001260
公开日2005年12月21日 申请日期2005年6月9日 优先权日2005年6月9日
发明者王稳忠 申请人:王稳忠