低功耗數控接觸器的設計與應用

摘要：
        本文敘述的低功耗數控接觸器，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，產品通過采用間隔儲能、單脈沖觸動電流、永磁機構與程序控制技術構成的控制系統(tǒng)，操動接觸器閉合與分斷。解決了100A～800A規(guī)格接觸器低功率起動、運動可控、嚴酷環(huán)境使用的三大技術難題。其主要技術特點：（1）起動功率4.352 VA；保持功率0.116VA；運行耗電量0.0022kW/h；（2）工作電壓DC24V；線圈溫升值6K；閉合噪聲值不大于10dB；（3）在同一元件上實現了電力與電子的結合。使產品具有節(jié)能、環(huán)保及信息化的技術特征。
關鍵詞：低功耗數控接觸器、間隔儲能、低功率起動、單脈沖觸動電流、程序控制驅動電路及永磁機構。
中圖分類號：TM572

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)明專利，專利號為ZL200510021642.0
       尤其是在可編程邏輯控制器件（PLC）驅動大型交流接觸器時，需要經過中間級放大才能實現，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。
       本文介紹了根據文獻[5]所提出的低功耗數控接觸器，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)。通過上述構思實現節(jié)能、環(huán)保以及信息化的技術特征。
產品的主要技術特點是：
（1）大容量接觸器起動功率小于8VA的產品，國內外尚屬空白。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，實現信息化。SD-100低功耗數控接觸器的起動功率實測值：4.352 VA
（2）產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）。
（4）產品的環(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）。
下表是本產品和國外GMC系列產品部分特性指標對比：