低功耗數(shù)控接觸器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　0 引言

　　交流接觸器在工業(yè)過程自動(dòng)化以及低壓終端供電這兩大領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，有著扎實(shí)的市場(chǎng)基礎(chǔ)[2]。但是現(xiàn)有技術(shù)的交流接觸器在工業(yè)過程自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)存在著：起動(dòng)功率大、運(yùn)動(dòng)可控性差、系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜等主要問題。
附言說明：本產(chǎn)品于2006年12月通過由四川省科技廳主持的科技成果鑒定，（《科技成果鑒定證書》川科鑒字[2006]第451號(hào)，登記號(hào)：9512007Y0011）結(jié)論：達(dá)到國際先進(jìn)水平。

　　本項(xiàng)目已獲國家發(fā)明專*，專*號(hào)為ZL200510021642.0
　　尤其是在可編程邏輯控制器件（PLC）驅(qū)動(dòng)大型交流接觸器時(shí)，需要經(jīng)過中間級(jí)放大才能實(shí)現(xiàn)，并且需要專設(shè)控制電路降低吸合時(shí)的功耗，制約了控制系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展。

　　本文介紹了根據(jù)文獻(xiàn)[5]所提出的低功耗數(shù)控接觸器，是一種為適應(yīng)新型工業(yè)自動(dòng)化控制、低壓供電控制系統(tǒng)復(fù)雜化而設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)開關(guān)元件。低功耗數(shù)控接觸器在秉承交流接觸器基本性能的基礎(chǔ)上，運(yùn)用編程代碼控制技術(shù)對(duì)主電路電流的接通、承載及分?jǐn)嗖賱?dòng)過程進(jìn)行控制，使得產(chǎn)品的核心技術(shù)性能指標(biāo)得到大幅度提升。

　　1 技術(shù)方案構(gòu)思

　　本項(xiàng)目的技術(shù)方案構(gòu)思為：低功耗數(shù)控接觸器的工作頻率為1200次/小時(shí)，間隔時(shí)間為3秒，在間隔時(shí)間內(nèi)為儲(chǔ)能電容充電，用積聚電能平緩起動(dòng)時(shí)的電流沖擊；利用儲(chǔ)能電容對(duì)勵(lì)磁線圈放電形成的單脈沖觸動(dòng)電流，結(jié)合永磁機(jī)構(gòu)，控制電路精確控制觸動(dòng)電流在過零點(diǎn)處切換，完成主觸頭閉合，同時(shí)依靠永磁吸力保持閉合狀態(tài)。通過上述構(gòu)思實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保以及信息化的技術(shù)特征。

　　產(chǎn)品的主要技術(shù)特點(diǎn)是：

　�。�1）大容量接觸器起動(dòng)功率小于8VA的產(chǎn)品，國內(nèi)外尚屬空白。降低起動(dòng)功率不僅僅是為了節(jié)能，其核心作用在于能夠兼容電子電路，實(shí)現(xiàn)信息化。SD-100低功耗數(shù)控接觸器的起動(dòng)功率實(shí)測(cè)值：4.352 VA

　　（2）產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入晶體管的設(shè)計(jì)理念，設(shè)置了類似于基極的控制端子，實(shí)現(xiàn)了在同一元件上 “強(qiáng)電”與“弱電”的結(jié)合。接入電子電路的方法及功耗相當(dāng)于一只普通的中功率晶體管，其驅(qū)動(dòng)方式可選擇兼容或隔離的形式，極大地方便了自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)信息化搭建了一個(gè)可行的技術(shù)平臺(tái)。

　　（3）克服交流接觸器與生俱來的“運(yùn)動(dòng)不可控性”。使得接觸器吸合時(shí)間和釋放時(shí)間允許誤差標(biāo)準(zhǔn)值不大于±1ms（實(shí)測(cè)最大時(shí)間誤差值：吸合－0.335ms，釋放－0.124ms）。

[$page]　　（4）產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性有了突破性進(jìn)展。溫度、傾斜、搖擺、振動(dòng)、沖擊及電磁兼容等環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)，均達(dá)到了國際先進(jìn)水平[4]。如：

低溫：工作溫度：-25℃（不間斷工作制），-40℃（1h短時(shí)工作制）。
高溫：工作溫度：55℃（不間斷工作制），70℃（1h短時(shí)工作制）。

　　下表是本產(chǎn)品和國外GMC系列產(chǎn)品部分特性指標(biāo)對(duì)比：

　　在進(jìn)行SD-180型低功耗數(shù)控接觸器產(chǎn)品演示時(shí)，僅用了兩節(jié)9V（6LR61）疊層電池為電源操動(dòng)，開創(chuàng)了下一代新型接觸器的新紀(jì)元。

　　2 項(xiàng)目技術(shù)方案 [5]

　　低壓電器的技術(shù)創(chuàng)新是在技術(shù)試錯(cuò)的試驗(yàn)中完成的。立足于科學(xué)試驗(yàn)和理性驗(yàn)證，是研究及揭示接觸器的內(nèi)在運(yùn)動(dòng)規(guī)律的有效途經(jīng)。

　　2.1 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路[5]

圖1

　　圖1示出了驅(qū)動(dòng)電路原理圖。驅(qū)動(dòng)電路安裝在低功耗數(shù)控接觸器的基座內(nèi)，與低功耗數(shù)控接觸器構(gòu)成一個(gè)整體。

[$page]　　圖中電源電路有三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的電源支路，分別擔(dān)負(fù)著向吸合、分?jǐn)嗉翱刂齐娐饭╇姷娜蝿?wù)。外部電源經(jīng)電阻R1、發(fā)光二極管D1、電容C1、三極管 Q1、電阻R3、電阻R4組成的恒流源電路，向儲(chǔ)能電容C4充電，構(gòu)成吸合電源；外部電源經(jīng)二極管D3、電阻R5向電容C7充電，組成分?jǐn)嚯娫�；外部電源�?jīng)二極管D2向電容C3充電組成控制電源。

　　圖中勵(lì)磁線圈KIM通過轉(zhuǎn)換開關(guān)JK2和轉(zhuǎn)換開關(guān)JK3切換流經(jīng)勵(lì)磁線圈KM的電流方向，達(dá)到控制低功耗數(shù)控接觸器吸合、保持、分?jǐn)嗟哪康�。電路工作過程為：接通電源后，勵(lì)磁線圈KIM的兩端經(jīng)切換開關(guān)JK2和轉(zhuǎn)換開關(guān)JK3的常閉點(diǎn)接地，接觸器處于待命狀態(tài)。當(dāng)控制端C為“0”（低電平）時(shí)，繼電器J1 吸合，電容C5的充電電流使繼電器J2吸合，勵(lì)磁線圈KM經(jīng)切換開關(guān)JK2常開點(diǎn)得電，電容C4所儲(chǔ)電能驅(qū)動(dòng)低功耗數(shù)控接觸器吸合。由電容C5、繼電器 J2組成的LC電路，經(jīng)延時(shí)后繼電器J2釋放，勵(lì)磁線圈KIM斷電，KM中的殘余電壓經(jīng)JK2的常閉