[发明专利]一种适用于低电压供电系统的电磁开关智能控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于低电压供电系统的电磁开关智能控制装置。

背景技术

电磁开关是低压电力系统中最常用的一类控制电器，由电磁机构、触头机构、联动机构组成。电磁机构根据控制对象工作要求，带动触头机构运动，用于远距离接通和分断交、直流主电路和大容量控制电路，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、照明设备、电焊机、电容器组等。

控制电器动作一般有机械信号和电气信号两种驱动方式。电磁开关是以电气信号为驱动方式的控制电器，驱动信号使电磁机构动作并通过连杆带动触头机构运动，驱动信号消除后通过反力弹簧使电磁机构和触头机构复位。传统电磁机构工作电压范围窄，按照国家标准规定，一般电磁机构的工作电压在额定电压的85%—110%之间。当电压处于临界吸合工作电压时，极易产生持续的振动，当工作电压过高时，又容易引起线圈温升的升高，导致线圈烧损，因此，为适应不同的工作电压，电磁机构的品种规格繁多，造成生产加工麻烦。

随着智能配电网络的迅猛发展，开关电器的智能化进程得到广泛的关注，在控制电器的智能化控制模式中，首先是对其电磁机构进行智能化的过程控制，实现吸合、吸持、分断过程的优化控制。吸合阶段减少铁心与触头的弹跳，增加电器的电寿命与运行可靠性；吸持阶段实现节能无声运行的直流工作模式；分断阶段实现快速分断控制与减少触头分断电弧的过程控制。

电磁开关在各个系统内被广泛采用，由于使用习惯和改造成本等原因，世界各国的供电电压难以采用统一的标准，电器制造商必须考虑所生产的开关电器适应不同系统的工作电压需求。目前，额定电压100-240V，直流或者交流频率50/60Hz这一控制电压是使用量最大的一类电压等级，针对这一控制电压等级下的电磁机构相关研究工作开展的较早、也较为成熟。

然而，随着新能源系统的发展以及现代社会对人体用电安全意识的日益提高，24/12V等低电压用电系统迅速增加，这类系统可用蓄电池作为能量储备，或从高压侧经控制变压器获得所需电压，如：在潮湿、高绝缘、防爆安全等级高的应用场合，出于线路和人体安全的考虑，在满足更低供电电压的情况下，需要有能与之配套的电磁开关；新能源风力发电和光伏发电目前存在发电量不稳的现状，其配电网络需要低工作电压的电磁开关；电动汽车、车床系统中，常常采用蓄电池作为储能元件，供电电压往往是直流低电压，在电机启停的瞬间，蓄电池输出电压剧烈变化，直接影响到作为控制电器的电磁开关。

这些系统的发展给电磁机构的智能化控制带来新的问题和挑战。在体积、成本、可靠性的要求下，常见的110/220V智能控制方案在低电压控制系统中并不适用。电磁机构的线圈电流上升速率随工作电压的降低呈指数下降，将造成电磁开关的动作触动时间长；在港口、矿业、石油等行业中，电磁开关距离供电电源远，设备运行时产生的电压降大，线路损耗大，电磁机构的激磁磁势受实际电压的影响，吸合困难，甚至会出现吸合后触头重新弹开的事故。然而，无论是传统的，还是智能控制后的电磁机构设计中，大都以激磁电压为正弦电压、正弦电流的情况为设计参数，随着大量电子负载的接入，电源谐波污染严重，直接影响电磁机构的工作性能，对智能控制装置提出了新的要求。

以往电磁机构的智能控制方案基本控制原理是通过功率管的导通和关断，改变施加到电磁机构线圈两端的电压，反馈量分别为线圈电压或者电流参量。此类控制方案从本质上属于直接能量变换方式，即能量只在功率管开通时向电磁机构传递。存在如下缺点：

（1）吸合阶段：直接能量控制方式加载到电磁机构的最大能量受供电电压最大值制约，在低电压控制系统中，吸合过程实现困难。

（2）吸持阶段：常常采用节能无声运行的直流吸持方案，分为直流电压吸持方案和直流电流吸持方案。在直流电压吸持控制中，需要单独回路与线圈连接，随着线圈电阻的变化，线圈上的电流随之变化，吸持吸力也将跟随变化，往往需要采用增大吸持电压的方式使得吸持可靠，而线圈磁能的释放跟吸持电压有直接关系，吸持电压越高——线圈磁能越大——电磁机构释放越缓慢，将造成分断延时。采用直流电流的吸持模式，能够解决直流电压吸持的缺陷，却带来了噪声，这个噪声不同于交流运行下的电磁机构交流噪声，而是由于直流电流吸持状态所引起的高频变化噪声，是一种电磁音频噪声。这种噪声，对于采用PWM脉宽控制的智能化开关电器普遍存在。

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