[发明专利]一种闭环斩波起动直流保持的电磁电器控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及器械智能控制领域，特别是一种闭环斩波起动直流保持的电磁电器控制系统。 

背景技术

电磁电器作为一种传统电器在控制系统中得到广泛的应用，如电磁式接触器、电磁式继电器、电磁式脱扣器等等。随着系统自动化水平的不断提高，对电磁电器的性能指标提出了更高的要求。

普通电磁电器在运行中存在如下特点：

（1）合闸相位角影响其吸合动特性。对交流供电的电磁机构和脉动直流供电的电磁机构，合闸相角的随机性导致了电磁机构吸合过程激磁电流、磁路中的磁通、磁链、铁心的运动速度等均随机变化，在某些相角下将出现合闸困难的现象，直接影响电磁电器的吸合特性。

（2）动作时间的分散性。电磁机构动作时间的分散性特点无论对交流电磁电器还是对直流电磁电器都同样存在，造成了电磁电器的控制困难，对于需要快速动作的电磁式断路器影响更加明显。虽然微处理器控制系统的时间在微秒级以内，但是，机构动作时间的分散性，常常导致控制失败。并且，随着开关电器的频繁工作，触头系统的磨损、机构的老化等因素，将导致动作时间发生变化。因此，单方向的开环控制模式无法有效的完成电磁电器的智能控制。

（3）工作电压范围窄。一般电磁电器的工作电压按国家标准规定在（80% ～ 115%）Ue，在临界吸合电压时极易产生持续的振动，电压过高时又容易引起线圈温升上升，导致线圈烧损现象，造成了接触器的品种规格繁多，加工麻烦。

（4）分磁环的影响。单相控制电源的交流电磁电器，在吸持状态下会产生振动与噪声，因此，需要设计安装分磁环，分磁环往往成为交流电磁电器工作的弱点，由于分磁环的断裂引起交流电磁电器机械寿命终止的现象较为普遍，再者对于空调制冷行业等单相交流电磁电器来说，设计理想的分磁环，减少工作噪声，也是一个设计难点。

（5）磁路中存在磁滞涡流损耗。对于交流电磁电器来说，其交变的磁场导致了磁路中的铁损现象，虽然采用硅钢片的铁心结构，仍然存在较大的损耗，并且，给产品设计和磁路分析带来一定难度。

从上分析可以看出，对于传统的交流励磁的电磁电器来说，由于交流电磁机构具有铁磁材料损耗大、分磁环易断裂、运行中交流噪声大、起动过程受吸合相角影响等缺点，目前在智能控制模式中常常采用直流励磁的工作模式。这样，可以去掉分磁环、不受合闸相角的影响、实现节能无声运行。因此，早期的电磁电器智能控制方案均采用直流高电压起动、直流低电压保持的控制原理。

起动过程中，通过控制模块的整流、滤波以后将一个直流高电压施加在交流电磁电器的励磁线圈上，满足电磁电器对起动磁势的要求。当起动过程结束，通过微处理器控制芯片，切断起动回路，起动低电压直流保持回路，实现节能无声运行。在起动过程中，还可以将起动过程分段控制，调节动铁心运动速度，实现“软起动”控制方案，大大减少铁心的闭合过程碰撞、降低触头弹跳，提高电磁电器的整体性能指标。

但是，其存在如下缺点：

首先，无法解决机构的影响所导致的电磁电器动作分散性问题，和由于触头系统的磨损而导致的动作时间变化问题；

其次，在电磁机构中，直接影响机构工作的是磁路中的磁势，由于将交流电磁机构通入了直流激磁电源，其磁路中的磁抗（磁滞、涡流损耗引起）、电路中的电抗就不存在了，那么，线圈中的电流将大幅度增加。在控制过程中，起动回路的开关管将承受极大的电流冲击，尤其对大容量的电器，采用调节电压的控制原理控制起动过程非常困难。

第三，需要实时监控电磁电器线圈中的电流变化规律，才可以实现整体过程的优化控制，采用电压控制方案实现较困难。

第四，高压起动低压保持方案中，需要两个电力电子开关进行高低电平的转换，而高压起动电力电子开关随着电磁电器容量的增加，电压电流应力迅速增加，成本也迅速增加。

第五，大部分电磁电器均属于电压源供电的工作模式。在这种模式中，由于工作气隙的变化，使得在整个运动过程中交流电感等参量是变化的，在动态过程中其系统中的电压、电流、磁通、磁链、位移、速度、吸力等参量均随时间改变，造成控制难点。机构闭合以后和打开位置的磁状态相差甚远，因此，这种采用改变电压的控制模式，无法有效、实时地控制磁路中的激磁磁势。

第六，在起动过程结束，转到保持阶段时，由于快速切断吸持电路、起动保持电路，将造成冲击电流和操作过电压。等等。

发明内容

本发明的目的是提供一种闭环斩波起动直流保持的电磁电器控制系统，是一具有闭环斩波起动、闭环直流保持、过程智能转换的控制系统。