电器智能化课程论文Word文档下载推荐.docx

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关键词：

接触器 

智能 

脉冲调制 

信号调理 

线圈电压

一、引言

智能化电器是在传统开关设备中引入计算机技术、数字处理技术和网络通信技术而形成的新一代开关电器，具有微机测量、微机保护、网络通信以及在线监测等基本功能。

在智能化电器中，采用微机测量、保护和控制技术，能够部分或全部取代传统开关设备的二次系统；

引入网络通信功能，可以实现电器与电器之间以及电器与电力自动化系统之间的信息交换和信息共享；

而利用现代传感技术则可以对开关电器的运行状态进行在线监测。

基于以上所述，越来越多的传统一次开关元件，诸如隔离器、熔断器、断路器、接触器、继电器以及其他一些主令开关设备已经实现了智能化的设计和生产。

并且随着技术的不断革新，其智能化的设计方案也越来越完善。

二、交流接触器智能化改造的目的及现实意义

交流接触器是工业、农业、交通运输、国防工业、科研部门及民用住宅等行业不可缺少的电气设备。

传统的交流接触器是利用电磁原理通过利用电磁原理通过控制电路可动衔铁运动来带动触头控主电路通断的。

在这种情况下，动、静铁心闭合时会发生碰撞，引起触点的二次振动。

二次振动不仅加速了触点磨损，而且可能产生触点熔焊，严重影响接触器工作可靠性和机械寿命。

而且传统交流接触器在吸合或开断过程时，由于触头本身和周围介质中存在着大量可被游离的电子，那么在外电压的的作用下会产生很大的电弧，这样会进一步影响接触器的电气寿命。

随着微电子术和电力电子技术的发展，用了单片机控制接触器的动作，并用新型的电磁材料来制铁心所制成的智能型交流接触器,，既能达到远距离控制，频繁操作交、直流主电路和大容量控制电路的目的，又具有电子设备操作频率高、使用寿命长、动作时间短的优点，同时还可实现无弧通断电路。

这不仅大幅度提高了交流接触器的性能指标，而且增强了控制功能 

。

三、智能交流接触器的基本原理和功能 

通信总线

计算机网络

电流反馈

电压反馈 

图1智能交流接触器原理框图。

1、系统过压、欠压及缺相运行保护功能

图1中:

QF为低压断路器，用于电源；

KM为普通交流接触器；

FL为分流器。

工频电正常时，相电压为220V，线电压为380V。

通过对负载各相电压的监测判断，即可知道系统是否处于过压、欠压及缺相运行（如某相电压为零），并作相应处理。

若系统缺相，可立即封锁PWM信号，使系统停止运行并在显示器上显示故障信息。

若系统处于欠压状态，可以给出故障报警及显示实际电压，但不立即停止系统运行，当欠电压超过允许的范围或欠压时间超过允许的范围时再停止系统运行；

通过对负载电流的监测判断，就可以知道系统是否处于过载运行，如果过载，给出报警，当过载时间超过允许的时间，即可停止系统，并显示过载故障信息；

2、接触器触头高温报警功能

通过对触头温度及负载端电压监测即可以知道触头接触是否良好，接触电阻是否过大。

若检测到负载端电压低于正常值并且触头温度过高，就给出触头接触故障报警，以使工作人员在生产终止时能够进行及时检修；

若系统已经发出线圈断开信号（即封锁PWM信号），而依然能够检测到负载电流，说明主触头熔焊或者机械故障，应立即发出跳闸信号，切断前级低压断路器，防止产品报废，同时给出故障报警。

3、操作线圈电压的动态调节功能

接触器线圈采用直流供电，交流电经过整流后，通过降压斩波电路加到线圈上，改变IGBT驱动信号Ug的脉冲宽度，即可改变线圈上的直流电压。

根据接触器吸过程及保持要求设定的操作线圈电压调节曲线，实时地计算电力电子器件在每个周期中的开通时间，并向器件输出相应的控制脉冲。

这不仅可以进一步降低线圈损耗，还可以抑制电磁铁由交流供电时产生的噪声。

4、接触器的无弧接通和分断功能

如图2所示在接触器吸合操作时，智能监控器在接通接触器操作线圈电压前，首先根据负载的功率因数选定晶闸管的触发相角，分别向三只晶闸管发出门极脉冲，使晶闸管导通并保证负载电流为正弦。

监控器监测三只晶闸管的工作状态，选择合适的时刻接通接触器操作线圈，使其主节点在三只晶闸管均处于导通状态时接通，实现零电流、零电压下吸合，从而避免了因接点的弹跳产生电弧。

在接点可靠闭合后，负载电流由晶闸管转移到接触器主接点，监控器停止晶闸管的触发脉冲，晶闸管关断。

分断操作时，监控器按照与吸合操作时相同的触发相角分别向三只晶闸管发出门极脉冲，然后在合适的时刻切断接触器操作线圈电压，使主触点分断时刻三只晶闸管能同时导通，主接点将在零电压下分断，使负载电流从接触器主接点转移到晶闸管。

监控器确定分断操作完成后，停止向晶闸管输出触发脉冲，晶闸管将在承受反向电压是自动关断。

C

B

A

VTB

VTA

VTC

负载

图2混合式交流接触器的主电路结构

5、利用单片机与中央控制计算机的双向通讯，可以形成局域控制网络和简单DCS系统，即所谓的分布式控制系统。

四、

电压感器

人机交互模块

通信模块

智能交流接触器的硬件设计

触头温度检测模块

电压信号检测调理模块

线圈电压控制模块

中央控制模块

电流感器

电流信号检测调理模块

电源模块

图3接触器硬件结构框图

1）中央控制模块

中央控制模块采用C8051F040单片机为核心。

芯片是完全集成的混合信号片上系统型MCU。

内核采用高速、流水线结构的8051兼容的CIP－51内核（可达25MIPS）;

64KB在系统编程的Flash存储器;

具有SPI、SMBus、I2C和2个UART串行接口;

真正12bit、100kS/s的ADC和DAC;

全速、非侵入式的在系统调试接口（JTAG口），支持观察和修改寄存器、存储器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。

其工作电压为2.7～3.6V，工作温度为－45～+85℃，片内资源丰富，编程简单，完全适用于工业现场。

2）电压和电流信号检测调理模块

电流信号检测调理模块包括阿信号调理和采样环节。

信号调理电路把电流互感器的二次输出电流变为与采样环节模拟输入端兼容的电压信号（电压信号则直接输入），由采样电阻、阻容滤波电路和比例放大器的环节组成。

来自互感器二次的电流信号通过桥式整流和采样电阻，变换为极性为负的单极性电压信号，再经阻容滤波和反相比例放大，输出与采样环节中A/D转换器模拟量输入端兼容的正极性电压信号。

图4为电流信号调理模块电路原理图。

全桥整流

比例放大

A/D

电流互感器输出

GND

图4电流信号调理模块的电路原理图

3）电源模块

本设计的智能交流接触器供电电源的能量直接取自一次电路中的电流互感器，

电源模块主要给中央控制单元供电，另外电压和电流信号检测调理模块中的A/D转换器的电源也由它提供。

如图5所示，电源模块采用lm317可调节3端正电压稳压器，可实现输出电压范围1.2伏到37伏，并能够提供超过1.5安的电流

图5电源模块的原理图

4）线圈电压控制模块

目前，我国使用的交流接触器一般为交流吸合、交流吸持和随机分断，且线包电压有220V和380V之分。

试验可知，无论是380V还是220V线包，只要加上不低于160V的直流电压，接触器均能可靠吸合，并且不会产生1、2次弹跳，此时只要维持吸持电压不低于直流15V，就可以稳定地保持吸合状态。

采用直流PWM降压斩波电路可以很容易地控制加在线圈上的直流电压，改变功率开关管IGBT的栅极一个周期的导通时间ton（PWM波脉冲宽度），即可改变加在线圈上的直流平均电压U0:

式中E———整流装置输出直流电压

T———脉冲周期

ton———功率管一个周期的导通时间

5）触头温度检测模块

美国AnalogDevice公司所开发的AD590是体积小、使用方便的温度传感器。

其输出电流与开氏温度成正比，开氏温度0度时输出0A，开氏温度每上升1度电流增加1uA。

其有效温度感测范围为—55~150度，可采用的电源范围为4~30V。

测量结果以9～12bit数字量方式串行传送，当检测到的触头温度大于设定温度值时，则触点接触电阻过大，需要维护，给出故障报警。

6）人机交互模块

人机交互模块主要配置保护动作阈值的整定输入和系统故障显示以及故障报警。

保护动作阈值整定输入采用键盘键入，故障显示采用LCD显示器显示，故障报警采用蜂鸣器报警。

7）通信模块

通过单片机的串行口与微机RS232相联，从微机键盘或鼠标修改单片机的控制参数，同时将单片机的各路电流采集值读回微机显示。

这样联网后可对各被控对象的运行状态实时监控，易于操作。

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