电器智能化课程论文

交流接触器的智能化设计方案

摘要：随着智能化技术水平的不断提高、制造工艺的飞速发展以及工业控制对

电器设备要求的不断提升，现在市场上销售的各式各样的电器产品已经日益趋

向智能化了。而作为人们日常生产和生活中常用的一种电器，接触器也就如雨

后春笋般的应运而生了。本文将以交流接触器为蓝本，着重从以下几方面讨论

其智能化设计的目标和方案：其一，通过对接通过程中操作线圈电压的动态控制，实现对接通过程电磁力的动态调节，以控制铁芯撞击能量，减小触点接通

时的弹跳，并提高其机械寿命；其二，在接点接通后，减小操作线圈供电电压，降低线圈损耗，节省电能，减小铁芯的交流噪声。其三，减小主触点在接通、

分断过程中的电弧能量，提高接点电气寿命；其四，通过对系统的过压、欠压

及缺相运行进行监测，使其拥有相对应的保护措施；其五，对接触器主触头的

温度进行实时监测并作出相应的保护；其六，赋予交流接触器以通信功能，使

其能和计算机及因特网进行数据传输和交换。

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

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220 V，线电压为380 V。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。

A B C

VT A VT B VT C

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、智能交流接触器的硬件设计