[發明專利]雙閉環反饋控制模塊

有效

• 申請號: 201110266667.2
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN102315043A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 許志紅;湯龍飛
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01H47/00
• 分類號: H01H47/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及器械智能控制領域，特別是一種交流接觸器雙閉環反饋控制模塊。?

背景技術

低壓電器的智能化控制與設計技術，近年來在國內外都得到長足的發展，新設計思路不斷涌現。以系統中大量采用的電磁式交直流接觸器為例，近年來新產品不斷出現。隨著智能電網的建設，一次回路、二次回路、檢測監測回路中電器產品的智能化、可通信等各項性能指標得到廣泛的重視。

智能交流接觸器目前主要的控制思路和控制方法如下：

????（1）高電壓直流起動、低電壓直流保持的控制方案

對于傳統的交流勵磁電磁式交流接觸器來說，由于交流電磁機構具有鐵磁材料損耗大、分磁環易斷裂、運行中交流噪聲大、起動過程受吸合相角影響等缺點，所以目前常常采用直流勵磁的工作模式。這樣，可以去掉分磁環、不受合閘相角的影響、實現節能無聲運行。因此，早期的智能交流接觸器控制方案均采用直流高電壓起動、直流低電壓保持的控制原理。

起動過程中，通過控制模塊的整流、濾波以后將一個直流高電壓施加在交流接觸器的勵磁線圈上，滿足接觸器對起動磁勢的要求。當起動過程結束，通過微處理器控制芯片，切斷起動回路，起動低電壓直流保持回路，實現節能無聲運行。在起動過程中，還可以將起動過程分段控制，實現“軟起動”控制方案，大大減少鐵心的閉合過程碰撞、降低觸頭彈跳，提高交流接觸器的整體性能指標。

但是，其存在如下缺點：

首先，其采用調節電壓的控制原理。在電磁機構中，直接影響機構工作的是磁路中的磁勢，由于將交流電磁機構通入了直流激磁電源，其磁路中的磁抗（磁滯、渦流損耗引起）、電路中的電抗就不存在了，那么，線圈中的電流將大幅度增加。在控制過程中，起動回路的開關管將承受極大的電流沖擊，尤其對大容量的接觸器（如：630A以上的交流接觸器），控制非常困難。

其次，需要實時監控接觸器線圈中的電流變化規律，才可以實現整體過程的優化控制，采用電壓控制方案實現較困難。

第三，高壓起動低壓保持方案中，需要兩個電力電子開關進行高低電平的轉換，而高壓起動電力電子開關隨著接觸器容量的增加，電壓電流應力迅速增加，成本也迅速增加；在低壓保持時，需要輔助電源提供線圈保持電壓，輔助電源的容量也隨著接觸器的容量的增加而增加，對開關管的保護和控制回路成本也增加。因此，整體成本增加。

（2）帶電壓反饋的接觸器控制方案

將交流工頻電壓經過濾波和整流后，變成直流脈動電壓，該電壓通過PWM調制器加于接觸器控制線圈上。通過電壓檢測模塊，將電壓反饋信號送入單片機系統，以此反饋電壓信號為依據來確定輸出控制脈沖的占空比，電壓和控制脈沖占空比的對應關系由仿真或實驗獲得，控制脈沖通過PWM調制器中電力電子開關驅動電路，來控制線圈供電回路中電力電子開關器件的通斷，從而可以實時調節線圈兩端的直流電壓。在吸合過程完成后，改變控制脈沖的占空比以調節線圈兩端的電壓，使得線圈在一個很小的直流電壓下保持接觸器閉合，起動過程中的優化通過合理設置起動過程中PWM占空比來實現。

此方案為單閉環控制方案，存在一個電壓反饋環，屬于電壓型PWM控制方案。其缺點是在控制過程，電路中的電流沒有參入控制，由于線圈電感的作用，電流滯后于電壓的變化，因而系統響應速度慢，穩定性受到影響。從控制理論的角度講，電壓控制單閉環系統是一個無條件的二階穩定系統。而電流控制雙閉環系統是一個無條件的一階穩定系統，系統穩定性好。再者，電壓反饋控制方案，在起動過程中，需要高占空比，電壓檢測模塊無法在起動的短時間內，快速撲捉到電壓瞬時值，起動過程優化控制效果將會受到影響。同樣，大容量時控制開關器件有一定難度。

（3）帶電流反饋的單閉環控制方案

交流電經整流后，通過電力電子開關調制給接觸器線圈供電，由中央控制模塊接收線圈電流的反饋信號，來實現對開關管的控制，不同的線圈電流對應不同的調制占空比，從而保持線圈中通過的電流不變。智能控制的實現主要靠中央控制模塊中的脈沖控制芯片來控制。電流采用動態控制，當電流很小時，采用固定大占空比使電流快速上升，當電流增加到接近期望的數值時，占空比變小并根據電流值的大小進行變化，通過這種方式，電流可穩定在期望值左右。采用不同的指令電流與放大器的比例系數可以得到不同的控制電流。

但是，帶電流反饋的單閉環控制方案仍然屬于電壓型PWM控制方案，通過調節PWM占空比的方法，改變線圈有效電壓，整體響應速度還是比較慢，控制效果有待提高。

發明內容