專利名稱：用于普通電磁接觸器的同步開關控制電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統的無功補償和諧波濾波技術領域，具體涉及一種同步開關控制電路。
背景技術：
經查，專利號為200920105307. 2的專利“一種投切電容器組的2控3預充電相控開關電路”、專利號為200910076776. 0的專利“一種投切電容器組的2控3預充電相控開關電路”和專利號為01113435. 6的專利“一種電子式零投切接觸器”等等的文件中講到使用現有的機械式觸點開關投切電容器。然而，普遍認為在使用機械式觸點開關投切時，三相開關在隨機不確定的電網電壓點投切電容器，電流沖擊大，有4倍到10倍甚至20倍的額定電流，這會引起電網電壓畸變。還存在合閘觸點彈跳，打開觸點重燃的危險概率，彈跳和重燃使得電容器組過電壓，損壞電容器，容易造成事故。為克服機械開關的缺點，產生了同步開關。目前有關同步開關的文獻，例如專利申請號為200910(^8385. 1、名稱為“一種永磁接觸器智能化控制模塊”，專利申請號為 200910029944. 0、名稱為“可遠程通信智能保護式永磁接觸器”等的文件中提到，要使機械開關準確地投切，需要依靠同步開關技術實現，同步開關所采用的開關類型均為永磁類的開關，都沒有談到使用電磁類的機械開關。理由是永磁開關沒有彈簧，結構簡單，所以可以準確動作，電磁開關使用很多彈簧，彈簧經過長期動作，彈性變軟，不容易長期準確動作。但是，工程上大量應用的不是永磁類開關而是電磁類的機械開關，大量的廠家生產的是電磁式機械開關，只有為數不多的廠家生產永磁式機械開關。通常認為，普通電磁接觸器不可以作為同步開關技術的開關執行器件。普通電磁接觸器的線圈用交流有效值220V電壓供電，交流電按照正弦波變化，合閘命令在正弦波的任意點發出，給接觸器線圈送電，接觸器的觸點必然是在正弦波的隨機點閉合，投切產生涌流。因此，傳統上公認的是應用普通機械開關進行投切，必然要產生很大的電流沖擊。
發明內容
與本領域中的普遍認知不同，本發明通過獨特設計的接觸器線圈的控制電路，可以實現普通電磁接觸器的準確投切，且投切時沒有電流沖擊。本發明提供了一種用于普通電磁接觸器的同步開關控制電路，同步開關采用普通電磁接觸器，在不改變普通接觸器結構的前提下，適當設計了接觸器線圈的控制電路，將交流接觸器的交流220V線圈供電改變為直流220V穩壓電源供電，開關閉合設計為線圈全壓吸合，低壓節電保持吸合，開關打開設計為線圈電感器L、電容器C和電阻器R的振蕩放電， 快速吸收線圈的電感能量，完成了接觸器快速打開的功能，實現了同步開關的要求和效果。 所謂同步開關的功能，是指主觸點開關在正弦波電壓的特定點閉合、打開。本發明通過以下方案實現一種用于普通電磁接觸器的同步開關控制電路，普通接觸器Kl線圈的兩端并聯連接著電容器Cl與電阻器R7構成的串聯吸收電路，還并聯連接著二極管Dl和MOSFET開關管Ql構成的另一串聯吸收電路。MOSFET開關管Q2與接觸器 Kl線圈串聯連接到220V直流電源上，MOSFET開關管Q2全導通給接觸器Kl線圈全壓供電或者給接觸器Kl線圈部分電壓供電，工作在脈寬調制(PWM)節能狀態。單片機邏輯控制電路接收到Sl命令信號后，依據電壓同步信號和接觸器Kl開關的動作時間，判斷延時時間到了，對接觸器Kl線圈給出和撤銷“工作”和“全壓、節能工作”動作信號，控制普通接觸器Kl 的線圈的工作電壓，完成接觸器主觸點開關的投切動作。進一步地，二極管Dl的正極與接觸器Kl線圈的A2端連接，二極管Dl的負極與 MOSFET開關管Ql的漏極D連接，MOSFET開關管Ql的源極S與220V穩壓電源的+端連接，MOSFET開關管Ql的門極G由+15Vb供電，用光耦Ul控制，MOSFET管Q2的源極S與 0V-(220V)相連接，MOSFET管Q2的漏極D與接觸器Kl線圈的A2端連接，接觸器Kl線圈的 Al端與+220V相連接，MOSFET開關管Ql的門極G由+15Va供電，用光耦U2控制。進一步地，單片機邏輯控制裝置接收到Sl命令信號后，依據電壓同步信號和接觸器Kl開關的閉合動作時間，判斷延時時間到了，發出“工作”和“全壓、節能工作”動作信號， MOSFET開關管Ql和MOSFET開關管Q2導通，接觸器Kl線圈全壓吸合得電，接觸器Kl主觸點開關閉合。進一步地，接觸器觸點開關Kl閉合后，單片機邏輯控制裝置繼續給出“工作”動作信號，MOSFET開關管Ql導通，“全壓、節能工作”動作信號工作在脈寬調制PWM狀態，控制 MOSFET開關管Q2的導通和關斷，MOSFET開關管Q2導通時，接觸器Kl線圈流過吸合電流， MOSFET開關管Q2關斷時，接觸器Kl線圈的感性電流通過二極管Dl和MOSFET開關管Ql續流。接觸器Kl線圈保持吸合狀態，工作在節能狀態。進一步地，單片機邏輯控制裝置接收到Sl命令打開信號后，根據電壓同步信號， 和接觸器Kl開關打開的動作時間，判斷延時時間到了，斷開“工作”和“全壓、節能工作”信號，接觸器Kl線圈的感性電流通過接觸器Kl線圈的兩端并聯連接著的電容器Cl與電阻器 R7的串聯吸收電路，振蕩放電，接觸器Kl觸點開關快速打開。進一步地，單片機邏輯控制電路給出“工作”和“全壓、節能工作”動作信號，通過光耦隔離電路，觸發MOSFET開關管Ql和MOSFET開關管Q2的通斷。進一步地，普通接觸器Kl的主觸點開關可以是單極或多極，接觸器的主觸點開關多數為3極，在使用多極主觸點時，將多極的所有主觸點并聯，轉換成單極主觸點開關。多極的所有主觸點并聯，允許通過的觸點電流增大了。進一步地，普通接觸器的類型可以是交流接觸器，也可以是直流接觸器。無論是交、直流接觸器都可以使用本發明的控制電路觸發。本發明的控制電路通過實驗和波形測試，達到了同步投切的預期目的。
圖1 根據本發明的用于普通電磁接觸器的同步開關控制電路圖；圖2 單片機邏輯控制電路的原理圖；圖3 接觸器Kl主觸點開關閉合時，主觸點開關電壓和線圈電壓的波形圖；圖4 接觸器Kl主觸點開關打開時，主觸點開關電壓和線圈電壓的波形圖；圖5 開關控制電路的控制流程框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，詳細描述本發明。圖1示出了用于普通電磁接觸器的同步開關控制電路；圖2示出了單片機邏輯控制電路的原理圖。如圖1所示，接觸器采用GSC1-40型，接觸器Kl線圈的兩端A1、A2并聯連接著電容器Cl與電阻器R7構成的串聯吸收電路，還并聯連接著二極管Dl和MOSFET開關管 Ql構成的另一串聯吸收電路。其中，電容器Cl采用630V 0. IuF電容器；電阻器R7采用30 歐姆IW的電阻器；二極管Dl采用FR107 ；MOSFET開關管Ql采用SSS4N80AS。MOSFET開關管Q2與接觸器Kl線圈串聯連接到220V直流電源上，MOSFET開關管Q2也采用SSS4N80AS。 Q2全導通給接觸器Kl線圈全壓供電，或者給接觸器Kl線圈部分電壓供電，工作在脈寬調制(PWM)節能狀態。單片機邏輯控制電路接收到Sl命令信號后，依據電壓同步信號和接觸器Kl開關的動作時間，判斷延時時間到了，對接觸器Kl線圈給出和撤銷“工作”和“全壓、 節能工作”動作信號，控制普通接觸器的線圈Kl的工作電壓，完成接觸器Kl主觸點開關的投切動作。二極管Dl的正極與接觸器Kl線圈的A2端連接，二極管Dl的負極與MOSFET開關管Ql的漏極D連接，MOSFET開關管Ql的源極S與220V穩壓電源的+端連接，MOSFET開關管Ql的門極G由+15Vb供電，用光耦Ul (型號為TLP521-1)控制。MOSFET開關管Q2的源極S與OV — (220V)相連接，MOSFET開關管Q2的漏極D與接觸器Kl線圈的A2端連接， MOSFET開關管Ql的門極G由+15Va供電，用光耦U2(型號為TLP521-1)控制。接觸器Kl 線圈的Al端與+220V相連接。單片機邏輯控制電路接收到Sl命令信號后，依據電壓同步信號和接觸器Kl開關的閉合動作時間，判斷延時時間到了，發出“工作”和“全壓、節能工作”動作信號，MOSFET開關管Ql和MOSFET開關管Q2導通，接觸器Kl線圈全壓吸合得電，接觸器Kl主觸點開關閉
I=I O接觸器Kl線圈閉合后，單片機邏輯控制電路繼續給出“工作”動作信號，MOSFET開關管Ql導通，“全壓、節能工作”動作信號工作在脈寬調制PWM狀態，控制MOSFET開關管Q2 的導通和關斷，MOSFET開關管Q2導通時，接觸器Kl線圈流過吸合電流，MOSFET開關管Q2 關斷時，接觸器Kl線圈的感性電流通過二極管Dl和MOSFET開關管Ql續流。接觸器Kl線圈保持吸合狀態，工作在節能狀態。單片機邏輯控制電路接收到Sl命令打開信號后，根據電壓同步信號和接觸器Kl 開關打開的動作時間，斷開“工作”和“全壓、節能工作”信號，接觸器Kl線圈的感性電流通過接觸器Kl線圈的兩端并聯連接著的電容器Cl與電阻器R7的串聯吸收電路，振蕩放電， 接觸器Kl主觸點開關快速打開。單片機邏輯控制電路給出“工作”和“全壓、節能工作”動作信號，通過光耦隔離電路，觸發MOSFET開關管Ql和MOSFET開關管Q2的導通、關斷。普通接觸器Kl的主觸點開關可以是單極或多極，本實施例中采用的接觸器為3 極，在使用3極主觸點時，將3極的所有主觸點并聯，轉換成單極主觸點開關。3極的所有主觸點并聯，允許通過觸點的電流增大了。普通接觸器的類型可以是交流接觸器，也可以是直流接觸器。交、直流接觸器都可以用本發明的控制電路觸發。圖3示出了接觸器Kl主觸點開關閉合時，主觸點開關電壓和線圈電壓的波形圖， 上面的波形A為主觸點開關電壓，下面的波形B為接觸器Kl的線圈電壓，坐標橫軸為5ms/ 格。圖3的波形B展示了接觸器Kl線圈電壓得到全壓20ms，在15. 5ms時刻接觸器閉合，觸點彈跳2. 5ms，接觸器Kl線圈電壓全壓得電20ms后，轉入PWM脈寬調制工作狀態，接觸器主觸點開關閉合，線圈工作在節能狀態。圖4示出了接觸器Kl主觸點開關打開時，主觸點開關電壓和線圈Kl電壓的波形圖，上面的波形A為主觸點開關電壓，下面的波形B為接觸器Kl的線圈電壓，坐標橫軸為 5ms/格。圖4的波形B展示了關斷MOSFET開關管Ql和MOSFET開關管Q2后，接觸器Kl線圈電流向與接觸器Kl線圈并聯連接著的電容器Cl與電阻器R7的串聯吸收電路振蕩放電， 波形A的觸點電壓展示接觸器Kl的主觸點開關經過21. 5ms打開。圖5顯示了控制電路的控制流程框圖。在測量到有電壓同步信號后，判斷有無投切命令，若有投切命令，延時一段時間，使得“工作”輸出使能MOSFET開關管Ql導通，“全壓、節能工作”輸出使能MOSFET開關管Q2導通。20ms后，“工作”輸出使能MOSFET開關管 Ql導通，“全壓、節能工作”輸出使能MOSFET開關管Q2運行在PWM狀態。在得到停止投切命令時，延時預定的一段時間后，停止“工作”輸出使能MOSFET開關管Q1，停止“全壓、節能工作”輸出使能MOSFET開關管Q2。接觸器Kl線圈電流通過與接觸器Kl線圈并聯連接著的電容器Cl和電阻器R7的串聯吸收電路振蕩放電，接觸器Kl主觸點開關打開。本發明的特定實施例已對本發明的內容作出了詳盡的說明，對本領域一般技術人員而言，在不背離本發明精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都構成對本發明專利權的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求
1.一種用于普通電磁接觸器的同步開關控制電路，其特征在于電磁接觸器Ki線圈的兩端并聯連接著電容器Cl與電阻器R7構成的串聯吸收電路，還并聯連接著二極管Dl和 MOSFET開關管Ql構成的另一串聯吸收電路，MOSFET開關管Q2與接觸器Kl線圈串聯連接到220V直流電源上，MOSFET開關管Q2全導通給接觸器Kl線圈全壓供電或者MOSFET開關管Q2給接觸器Kl線圈部分電壓供電，工作在脈寬調制(PWM)節能狀態，單片機邏輯控制電路接收到Sl命令信號后，依據電壓同步信號和接觸器Kl開關的動作時間，判斷延時時間到了，對接觸器Kl線圈給出和撤銷“工作”和“全壓、節能工作”動作信號，控制電磁接觸器Kl 線圈的工作電壓，完成主觸點開關的投切動作。
2.根據權利要求1所述的用于普通電磁接觸器的同步開關控制電路，其特征在于二極管Dl的正極與接觸器Kl線圈的A2端連接，二極管Dl的負極與MOSFET開關管Ql的漏極D連接，MOSFET開關管Ql的源極S與220V穩壓電源的+端連接，MOSFET開關管Ql的門極G由+15Vb供電，用光耦Ul控制，MOSFET管Q2的源極S與0V4220V)相連接，MOSFET管 Q2的漏極D與接觸器Kl線圈的A2端連接，接觸器Kl線圈的Al端與+220V相連接，MOSFET 開關管Q2的門極G由+15Va供電，用光耦U2控制。
3.根據權利要求1所述的用于普通電磁接觸器的同步開關控制電路，其特征在于單片機邏輯控制電路接收到Sl命令信號后，依據電壓同步信號和接觸器Kl開關的閉合動作時間，判斷延時時間到了，發出“工作”和“全壓、節能工作”動作信號，MOSFET開關管Ql和 MOSFET開關管Q2導通，接觸器Kl線圈在220V直流全壓吸合得電，主觸點開關閉合。
4.根據權利要求1所述的用于普通電磁接觸器的同步控制電路，其特征在于接觸器主觸點開關Kl閉合后，單片機邏輯控制電路繼續給出“工作”動作信號，MOSFET開關管Ql 導通，“全壓、節能工作”動作信號工作在脈寬調制PWM狀態，控制MOSFET開關管Q2的導通和關斷，MOSFET開關管Q2導通時，接觸器Kl線圈得到220V直流全壓，線圈流過吸合電流， MOSFET開關管Q2關斷時，接觸器Kl線圈的感性電流通過二極管Dl和MOSFET開關管Ql續流。接觸器Kl線圈保持吸合狀態，工作在節能狀態。
5.根據權利要求1所述的用于普通電磁接觸器的同步開關控制電路，其特征在于單片機邏輯控制電路接收到Sl命令打開信號后，依據電壓同步信號和接觸器Kl開關打開的動作時間，判斷延時時間到了，斷開“工作”和“全壓、節能工作”信號，MOSFET開關管Ql和 MOSFET開關管Q2不導通，接觸器Kl線圈的感性電流通過接觸器Kl線圈的兩端并聯連接著的電容器Cl與電阻器R7的串聯吸收電路，振蕩放電，接觸器Kl主觸點開關快速打開。
6.根據權利要求1所述的用于普通電磁接觸器的同步開關控制電路，其特征在于單片機邏輯控制電路給出“工作”和“全壓、節能工作”動作信號，通過光耦隔離電路，觸發 MOSFET開關管Ql和MOSFET開關管Q2，使它們導通、關斷。
7.根據權利要求1所述的用于普通電磁接觸器的同步開關控制電路，其特征在于電磁接觸器Kl的主觸點開關可以是單極或多極，在使用多極主觸點時，將多極的所有主觸點并聯，轉換成單極主觸點開關。
8.根據權利要求1所述的用于電磁電磁接觸器的同步開關控制電路，其特征在于電磁接觸器的類型可以是交流接觸器，也可以是直流接觸器。
全文摘要
一種用于普通電磁接觸器的同步開關控制電路，屬于電力系統的無功補償和諧波濾波技術領域，同步開關采用普通電磁接觸器，在不改變普通接觸器的結構的前提下，適當設計了接觸器線圈的控制電路，將交流接觸器的交流220V線圈供電改變為直流220V穩壓電源供電，開關閉合設計為線圈全壓吸合，低壓節電保持吸合，開關打開設計為線圈電感器L、電容器C和電阻器R的振蕩放電，快速吸收線圈的電感能量，完成了接觸器快速打開的功能。本發明采用普通電磁接觸器實現了同步開關的要求，并達到了預期效果，應用普通電磁接觸器，實現了準確無沖擊電流投切電容器組和電抗器。
文檔編號H01H47/00GK102420078SQ20121000487
公開日2012年4月18日 申請日期2012年1月4日 優先權日2012年1月4日
發明者楊建寧 申請人:北京馨容縱橫科技發展有限公司