低功耗數(shù)控接觸器的設計與應用

　　0 引言

　　交流接觸器在工業(yè)過程自動化以及低壓終端供電這兩大領域的應用十分廣泛，有著扎實的市場基礎[2]。但是現(xiàn)有技術的交流接觸器在工業(yè)過程自動化領域應用時存在著：起動功率大、運動可控性差、系統(tǒng)構成復雜等主要問題。
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，登記號：9512007Y0011）結論：達到國際先進水平。

　　本項目已獲國家發(fā)明專*，專*號為ZL200510021642.0
　　尤其是在可編程邏輯控制器件（PLC）驅(qū)動大型交流接觸器時，需要經(jīng)過中間級放大才能實現(xiàn)，并且需要專設控制電路降低吸合時的功耗，制約了控制系統(tǒng)的應用與發(fā)展。

　　本文介紹了根據(jù)文獻[5]所提出的低功耗數(shù)控接觸器，是一種為適應新型工業(yè)自動化控制、低壓供電控制系統(tǒng)復雜化而設計的基礎開關元件。低功耗數(shù)控接觸器在秉承交流接觸器基本性能的基礎上，運用編程代碼控制技術對主電路電流的接通、承載及分斷操動過程進行控制，使得產(chǎn)品的核心技術性能指標得到大幅度提升。

　　1 技術方案構思

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

　　產(chǎn)品的主要技術特點是：

　　（1）大容量接觸器起動功率小于8VA的產(chǎn)品，國內(nèi)外尚屬空白。降低起動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，實現(xiàn)信息化。SD-100低功耗數(shù)控接觸器的起動功率實測值：4.352 VA

　�。�2）產(chǎn)品在結構設計中引入晶體管的設計理念，設置了類似于基極的控制端子，實現(xiàn)了在同一元件上 “強電”與“弱電”的結合。接入電子電路的方法及功耗相當于一只普通的中功率晶體管，其驅(qū)動方式可選擇兼容或隔離的形式，極大地方便了自動化控制系統(tǒng)的設計，為實現(xiàn)信息化搭建了一個可行的技術平臺。

　�。�3）克服交流接觸器與生俱來的“運動不可控性”。使得接觸器吸合時間和釋放時間允許誤差標準值不大于±1ms（實測最大時間誤差值：吸合－0.335ms，釋放－0.124ms）。

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

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

　　下表是本產(chǎn)品和國外GMC系列產(chǎn)品部分特性指標對比：

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

　　2 項目技術方案 [5]

　　低壓電器的技術創(chuàng)新是在技術試錯的試驗中完成的。立足于科學試驗和理性驗證，是研究及揭示接觸器的內(nèi)在運動規(guī)律的有效途經(jīng)。

　　2.1 內(nèi)置驅(qū)動電路[5]

圖1

　　圖1示出了驅(qū)動電路原理圖。驅(qū)動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)控接觸器構成一個整體。

[$page]　　圖中電源電路有三個相對獨立的電源支路，分別擔負著向吸合、分斷及控制電路供電的任務。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，向儲能電容C4充電，構成吸合電源；外部電源經(jīng)二極管D3、電阻R5向電容C7充電，組成分斷電源；外部電源經(jīng)二極管D2向電容C3充電組成控制電源。

　　圖中勵磁線圈KIM通過轉換開關JK2和轉換開關JK3切換流經(jīng)勵磁線圈KM的電流方向，達到控制低功耗數(shù)控接觸器吸合、保持、分斷的目的。電路工作過程為：接通電源后，勵磁線圈KIM的兩端經(jīng)切換開關JK2和轉換開關JK3的常閉點接地，接觸器處于待命狀態(tài)。當控制端C為“0”（低電平）時，繼電器J1 吸合，電容C5的充電電流使繼電器J2吸合，勵磁線圈KM經(jīng)切換開關JK2常開點得電，電容C4所儲電能驅(qū)動低功耗數(shù)控接觸器吸合。由電容C5、繼電器 J2組成的LC電路，經(jīng)延時后繼電器J2釋放，勵磁線圈KIM斷電，KM中的殘余電壓經(jīng)JK2的常閉