CN101159193B - 延长单相继电器和交流接触器电寿命的控制方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种延长单相继电器或交流接触器电寿命的控制方法及***，主要是通过单片机集成的控制算法生成开启控制信号和关断控制信号，其中，所述开启控制信号通过驱动电路使单相继电器或单相交流接触器在单相交流电电压过零时吸合，所述关断控制信号通过驱动电路使单相继电器或单相交流接触器在其连接的负载电流为零时断开。本发明通过软件对开断时间的精确控制，尽可能的保证继电器和交流接触器在其吸合和断开时，接近无电火花和电弧的状态下动作，减缓电火花和电弧对触点的烧损作用，从而达到延长单相继电器和交流接触器电寿命目的，使其电寿命延长1-2倍，甚至可达到机械寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电器控制领域，尤其涉及可延长单相继电器和交流接触器电寿命的控制方法及***。
背景技术
一般继电器和交流接触器的电寿命远远低于它们的机械寿命，其原因是继电器和交流接触器的触点在其吸合和断开时，分别会产生电火花和电弧，而电火花和电弧对触点有烧损作用，触点烧损是电寿命远远低于机械寿命的主要原因。
目前关于无弧交流接触器专利有很多，但多数都是用在三相交流接触器上，且都是通过半导体功率器件来承担交流接触器触点的吸合和断开动作，回避因触点吸合和断开时产生的电火花和电弧。例如：中国ZL00201710.5号专利申请中，由交流接触器、固态继电器或反并联可控硅与触发模块组合成的无触点开关、延时控制电路组成。使用时将固态继电器的输出端并联在交流接触器的机械触点上，将交流触发固态继电器SSR输入端或交流触发模块的输入端并联电容C同时并接在CJ交流接触器线圈上。若选用直流触发固态继电器SSR，则CJ交流接触器线圈两端接在变压器B输入端，经变压器B降压，整流器ZL整流后接在电容C和直流触发固态继电器SSR输入端。当交流接触器线圈得电时，固态继电器触发输入端也同时得电，由于固态继电器比交流接触器动作快，所以固态继电器抢先导通，当交流接触器线圈失电时，已充过电的电容对固态继电器继续维持触发导通，选择适当的电容可实现固态继电器输出端比交流接触器触点断开慢，从而达到无弧的目的。若选用反并联的可控硅与触发模块组合成的无触点开关替代固态继电器，可实现较大电流的无弧交流接触器。又如：中国ZL01220865.7号专利中，也是在主触头并联可控硅，通过电路控制可控硅完成无电火花和无电弧动作任务。中国公开号为CN1988095的专利申请也是控制与主触头并联可控硅完成无电火花和无电弧动作任务。
在单相继电器上，也都是通过半导体功率器件来承担继电器触点的吸合和断开动作，回避因触点吸合和断开时产生的电火花和电弧。例如：中国ZL01217936.1号专利是提供一种无弧继电器，采用电子电路控制继电器，当继电器接通和断开时电流经过电子元件分流，使继电器触点无电流通过，从而保护触点安全。又如中国申请号为91212279.X的专利也是控制与触点并联可控硅完成无电火花和无电弧动作任务。
发明内容
本发明的目的是提供一种延长单相继电器或交流接触器电寿命的方法，可以根据单相交流电源的相位，考虑相位控制误差及继电器和交流接触器动作时间，直接控制单相继电器和单相交流接触器，使其触点在单相交流电电压过零时吸合，在负载电流为零时断开，尽可能的保证继电器和交流接触器在其吸合和断开时，接近无电火花和电弧的状态下动作。
本发明的目的是由以下技术方案实现的：
一种延长单相继电器或交流接触器电寿命的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)提供电源变压电路，利用电源变压电路将电网交流电转换为适应单片机的二次交流电；
(2)提供交流采样电路，对所述电源变压电路的二次交流电输出波形进行采样；
(3)提供波形转换电路，利用波形转换电路将二次交流电转换成直流方波或直流脉冲信号；
(4)提供单片机，单片机接收波形转换电路输出的直流方波或直流脉冲信号，并通过单片机集成的控制算法生成开启控制信号和关断控制信号，其中，所述开启控制信号通过驱动电路使单相继电器或单相交流接触器在单相交流电电压过零时吸合，所述关断控制信号通过驱动电路使单相继电器或单相交流接触器在其连接的负载电流为零时断开；
(5)提供驱动电路，根据所述开启控制信号和关断控制信号驱动单相继电器或单相交流接触器的开启或关断动作。
本发明的另一目的是提供一种可以实现上述控制方法的***，该目的由以下技术方案实现：
一种延长单相继电器和交流接触器电寿命的***，其特征在于，包括电源变压电路、交流采样电路、交流转换直流方波或直流脉冲信号的转换电路、单片机、驱动电路、单相继电器或单相交流接触器、负载，电源变压电路的输入端连接电网，交流采样电路的输入端连接电源变压电路的输出端，转换电路的输入端连接交流采样电路的输出端，转换电路的输出端连接单片机的信号输入接口，驱动电路的控制信号接收端连接单片机的控制信号输出接口，驱动电路的控制端连接单相继电器或单相交流接触器，单相继电器或单相交流接触器进而连接负载。
本发明通过软件对开断时间的精确控制，尽可能的保证继电器和交流接触器在其吸合和断开时，接近无电火花和电弧的状态下动作，减缓电火花和电弧对触点的烧损作用，从而达到延长单相继电器和交流接触器电寿命目的，使其电寿命延长1-2倍，甚至可达到机械寿命。
附图说明
图1是本发明提供的***电路框图；
图2是本发明采用方波转换换电路实现时对应的控制流程图；
图3是本发明采用脉冲转换换电路实现时对应的控制流程图；
图4是本发明采用方波转换换电路、且负载为感性负载实现时，对应的二次输出交流电压波形、转换后的方波波形及感性负载的电流波形；
图5是本发明采用方波转换换电路、且负载为电阻负载实现时，对应的二次输出交流电压波形、转换后的方波波形及纯电阻负载的电流波形；
图6是本发明采用脉冲转换换电路、且负载为感性负载实现时，对应的二次输出交流电压波形、转换后的脉冲波形及感性负载的电流波形；
图7是本发明采用脉冲转换换电路、且负载为电阻负载实现时，对应的二次输出交流电压波形、转换后的脉冲波形及纯电阻负载的电流波形。
图1所示电路框图中标号说明：
1-电源变压电路 2-交流采样电路 3-波形转换电路
4-单片机 5-驱动电路
6-单相继电器或单相交流接触器 7-负载
具体实施方式
如图7所示，本实施例提供一种延长单相继电器和交流接触器电寿命的***，该***包括电源变压电路1、交流采样电路2、交流转换直流方波或直流脉冲信号的转换电路3、单片机4、驱动电路5、单相继电器或单相交流接触器6、负载7。电源变压电路1的输入端连接电网，交流采样电路2的输入端连接电源变压电路1的输出端，转换电路3的输入端连接交流采样电路2的输出端，转换电路3的输出端连接单片机4的信号输入接口，驱动电路5的控制信号接收端连接单片机4的控制信号输出接口，驱动电路5的控制端连接单相继电器或单相交流接触器6。
基于上述***，本实施例提供一种延长单相继电器或交流接触器电寿命的方法，包括如下步骤：
(1)利用电源变压电路1将电网交流电转换为适应单片机的二次交流电；
(2)利用交流采样电路2对所述电源变压电路的二次交流电输出波形进行采样；
(3)利用波形转换电路3将二次交流电转换成直流方波或直流脉冲信号；
(4)单片机4接收波形转换电路输出的直流方波或直流脉冲信号，并通过单片机集成的控制算法生成开启控制信号和关断控制信号，其中，所述开启控制信号通过驱动电路使单相继电器或单相交流接触器在单相交流电电压过零时吸合，所述关断控制信号通过驱动电路使单相继电器或单相交流接触器在其连接的负载电流为零时断开；
(5)驱动电路5根据所述开启控制信号和关断控制信号驱动单相继电器或单相交流接触器的开启或关断动作。
由于转换电路3可以是方波转换电路，也可以是脉冲转换电路，本发明设计了适应两种转换波形的控制算法，另外，每种控制算法针对感性负载和纯电阻负载又设计了不同的动作时间算法。所以，根据两种转换波形和两种负载控制上的差异，共设计以下四种具体的控制算法。
算法一：转换波形为方波、负载为感性负载的算法
如图2所示，步骤1，单片机上电复位；步骤2，程序初始化；步骤3，执行任务指令，如果任务指令为1，表示要开负载，如果任务指令为0表示关负载，任务指令为1时转到步骤4，任务指令为0时转到步骤14；步骤4，过零采样I/O口检测；步骤5，方波的上升沿触发计时；步骤6，过零I/O口检测；步骤7，方波的下降沿触发定时时间TX，定时时间TX的算法为方波下降沿到二次输出交流电压波形的零点间的时间长度，见如图4中TX的标识段；步骤8，停方波的上升沿触发计时；步骤9，读出计时时间TJ；步骤10，计时时间TJ与方波宽度TZ比较，TZ的算法见图4中TZ的标识段，TJ≤TZ时，表示有干扰，此次电压过零点定位无效，转到步骤11，TJ≥TZ时，此次电压过零点定位有效，转到步骤12；步骤11，停定时时间TX，回到步骤4再次进行上述循环；步骤12，等待定时时间TX到；步骤13，驱动负载I/O口，完成一次单相继电器或单相交流接触器在单相交流电电压过零时的吸合动作；步骤14，过零I/O口检测；步骤15，方波的上升沿触发计时；步骤16，过零I/O口检测；步骤17，方波的下降沿触发定时时间TD，定时时间TD的长度为方波下降沿到感性负载电流波形的零点间的时间长度，算法见图4中TD的标识段；步骤18，停方波的上升沿触发计时；步骤19，读出计时时间TJ；步骤20，计时时间TJ与方波宽度TZ比较，TZ的算法见图4中TZ的标识段，TJ≤TZ时，表示有干扰，此次电压过零点定位无效，转到步骤21，TJ≥TZ时，此次电压过零点定位有效，转到步骤22；步骤21，停定时时间TD，回到步骤14再次进行上述循环；步骤22，等待定时时间TD到；步骤23，停驱动负载I/O口，完成一次单相继电器或单相交流接触器在单相交流电电流过零时的断开动作。
算法二：转换波形为方波、负载为纯电阻负载的算法
算法二的流程与算法一的流程相同，不同之处在于：如图4所示，由于算法一是针对感性负载的，其中的二次输出交流电压波形与感性负载的电流波形存在一定的相位差，即二次输出交流电压波形的过零点与感性负载的电流波形的过零点存在一定的相位差，所以对应吸合动作的定时TX与对应断开动作的TD的算法不同，即时间长度不同；而算法二是针对纯电阻负载的，如图5所示，此种情况时，二次输出交流电压波形与纯电阻负载的电流波形相位吻合，即二次输出交流电压波形的过零点与纯电阻负载的电流波形的过零点的相位一致，所以对应吸合动作的定时TX与对应断开动作的TD的算法相同，即TX＝TD。
算法三：转换波形为脉冲、负载为感性负载的算法
如图3所示，步骤1，单片机上电复位；步骤2，程序初始化；步骤3，执行任务指令，如果任务指令为1，表示要开负载，如果任务指令为0表示关负载，任务指令为1转到步骤4，任务指令为0转步骤14；步骤4，过零采样I/O口检测；步骤5，脉冲的上升沿触发计时；步骤6，过零I/O口检测；步骤7，脉冲的上升沿触发定时时间TX，定时时间TX的算法为脉冲的上升沿至电源变压器二次输出交流电压波形的零点间的时间长度，见图6中TX的标识段；步骤8，停脉冲的上升沿触发计时；步骤9，读出计时时间TJ；步骤10，计时时间TJ与脉冲间隔TZ比较，TZ的算法见图3中TZ的标识段，TJ≤TZ时，表示有干扰，此次电压过零点定位无效，转到步骤11，TJ≥TZ时，此次电压过零点定位有效，转到步骤12；步骤11，停定时时间TX，回到步骤4再次进行上述循环；步骤12，等待定时时间TX到；步骤13，驱动负载I/O口，完成一次单相继电器或单相交流接触器在单相交流电电压过零时的吸合动作；步骤14，过零I/O口检测；步骤15，脉冲的上升沿触发计时；步骤16，过零I/O口检测；步骤17，脉冲的上升沿触发定时时间TD，定时时间TD的算法为脉冲的上升沿至感性负载的电流波形的零点间的时间长度，见图6中TD的标识段；步骤18，停脉冲的上升沿触发计时；步骤19，读出计时时间TJ；步骤20，计时时间TJ与脉冲间隔TZ比较，TZ的算法见图3中TZ的标识段，TJ≤TZ时，表示有干扰，此次电压过零点定位无效，转到步骤21，TJ≥TZ时，此次电压过零点定位有效，转到步骤22；步骤21，停定时时间TD，回到步骤14再次进行上述循环；步骤22，等待定时时间TD到；步骤23，停驱动负载I/O口，完成一次单相继电器或单相交流接触器在单相交流电电流过零时的断开动作。
算法四：转换波形为脉冲、负载为纯电阻负载的算法
算法四的流程与算法三的流程相同，不同之处在于：如图6所示，由于算法三是针对感性负载的，其中的二次输出交流电压波形与感性负载的电流波形存在一定的相位差，即二次输出交流电压波形的过零点与感性负载的电流波形的过零点存在一定的相位差，所以对应吸合动作的定时TX与对应断开动作的TD的算法不同，即时间长度不同；而算法四是针对纯电阻负载的，如图7所示，此种情况时，二次输出交流电压波形与纯电阻负载的电流波形相位吻合，即二次输出交流电压波形的过零点与纯电阻负载的电流波形的过零点的相位一致，所以对应吸合动作的定时TX与对应断开动作的TD的算法相同，即TX＝TD。
Claims (4)
1.一种延长单相继电器和交流接触器电寿命的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)提供电源变压电路，利用电源变压电路将电网交流电转换为适应单片机的二次交流电；
(2)提供交流采样电路，对所述电源变压电路的二次交流电输出波形进行采样；
(3)提供波形转换电路，利用波形转换电路将二次交流电转换成直流方波或直流脉冲信号；
(4)提供单片机，单片机接收波形转换电路输出的直流方波或直流脉冲信号，并通过单片机集成的控制算法生成开启控制信号和关断控制信号，其中，所述开启控制信号通过驱动电路使单相继电器或单相交流接触器在单相交流电电压过零时吸合，所述关断控制信号通过驱动电路使单相继电器或单相交流接触器在其连接的负载电流为零时断开；
(5)提供驱动电路，根据所述开启控制信号和关断控制信号驱动单相继电器或单相交流接触器的开启或关断动作。
2.如权利要求1所述的延长单相继电器和交流接触器电寿命的控制方法，其特征在于，当转换电路的输出为方波时，所述单片机内集成的控制算法具体如下：
步骤1，单片机上电复位；
步骤2，程序初始化；
步骤3，执行任务指令，如果任务指令为1，表示要开负载，如果任务指令为0表示关负载，任务指令为1时转到步骤4，任务指令为0时转到步骤14；
步骤4，过零采样I/O口检测；
步骤5，方波的上升沿触发计时；
步骤6，过零I/O口检测；
步骤7，方波的下降沿触发定时时间TX，定时时间TX的算法为长度为方波下降沿到二次输出交流电压波形的零点间的时间长度；
步骤8，停方波的上升沿触发计时；
步骤9，读出计时时间TJ；
步骤10，计时时间TJ与方波宽度TZ比较，TJ≤TZ时，表示有干扰，此次电压过零点定位无效，转到步骤11，TJ≥TZ时，此次电压过零点定位有效，转到步骤12；
步骤11，停定时时间TX，回到步骤4再次进行上述循环；
步骤12，等待定时时间TX到；
步骤13，驱动负载I/O口，完成一次单相继电器或单相交流接触器在单相交流电电压过零时的吸合动作；
步骤14，过零I/O口检测；
步骤15，方波的上升沿触发计时；
步骤16，过零I/O口检测；
步骤17，方波的下降沿触发定时时间TD，定时时间TD的长度为方波下降沿到感性负载电流波形的零点间的时间长度；
步骤18，停方波的上升沿触发计时；
步骤19，读出计时时间TJ；
步骤20，计时时间TJ与方波宽度TZ比较，TJ≤TZ时，表示有干扰，此次电压过零点定位无效，转到步骤21，TJ≥TZ时，此次电压过零点定位有效，转到步骤22；
步骤21，停定时时间TD，回到步骤14再次进行上述循环；
步骤22，等待定时时间TD到；
步骤23，停驱动负载I/O口，完成一次单相继电器或单相交流接触器在单相交流电电流过零时的断开动作。
3.如权利要求1所述的延长单相继电器和交流接触器电寿命的控制方法，其特征在于，当转换电路的输出为脉冲时，所述单片机内集成的控制算法具体如下：
步骤1，单片机上电复位；
步骤2，程序初始化；
步骤3，执行任务指令，如果任务指令为1，表示要开负载，如果任务指令为0表示关负载，任务指令为1转到步骤4，任务指令为0转步骤14；
步骤4，过零采样I/O口检测；
步骤5，脉冲的上升沿触发计时；
步骤6，过零I/O口检测；
步骤7，脉冲的上升沿触发定时时间TX，定时时间TX的算法为脉冲的上升沿至电源变压器二次输出交流电压波形的零点间的时间长度；
步骤8，停脉冲的上升沿触发计时；
步骤9，读出计时时间TJ；
步骤10，计时时间TJ与脉冲间隔TZ比较，TJ≤TZ时，表示有干扰，此次电压过零点定位无效，转到步骤11，TJ≥TZ时，此次电压过零点定位有效，转到步骤12；
步骤11，停定时时间TX，回到步骤4再次进行上述循环；
步骤12，等待定时时间到；
步骤13，驱动负载I/O口，完成一次单相继电器或单相交流接触器在单相交流电电压过零时的吸合动作；
步骤14，过零I/O口检测；
步骤15，脉冲的上升沿触发计时；
步骤16，过零I/O口检测；
步骤17，脉冲的上升沿触发定时时间TD，定时时间TD的算法为脉冲的上升沿至感性负载的电流波形的零点间的时间长度；
步骤18，停脉冲的上升沿触发计时；
步骤19，读出计时时间TJ；
步骤20，计时时间TJ与脉冲间隔TZ比较，TJ≤TZ时，表示有干扰，此次电压过零点定位无效，转到步骤21，TJ≥TZ时，此次电压过零点定位有效，转到步骤22；
步骤21，停定时时间TD，回到步骤14再次进行上述循环；
步骤22，等待定时时间TD到；
步骤23，停驱动负载I/O口，完成一次单相继电器或单相交流接触器在单相交流电电流过零时的断开动作。
4.一种延长单相继电器和交流接触器电寿命的***，其特征在于，包括电源变压电路、交流采样电路、交流转换直流方波或直流脉冲信号的转换电路、单片机、驱动电路、单相继电器或单相交流接触器、负载，电源变压电路的输入端连接电网，交流采样电路的输入端连接电源变压电路的输出端，转换电路的输入端连接交流采样电路的输出端，转换电路的输出端连接单片机的信号输入接口，驱动电路的控制信号接收端连接单片机的控制信号输出接口，驱动电路的控制端连接单相继电器或单相交流接触器，单相继电器或单相交流接触器进而连接负载。
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