[發明專利]一種適用于低電壓供電系統的電磁開關智能控制裝置

有效

• 申請號: 201510429577.9
• 申請日: 2015-07-21
• 公開（公告）號: CN104952667B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 許志紅;莊杰榕
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01H47/02
• 分類號: H01H47/02
• 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

本發明涉及一種適用于低電壓供電系統的電磁開關智能控制裝置。

背景技術

電磁開關是低壓電力系統中最常用的一類控制電器，由電磁機構、觸頭機構、聯動機構組成。電磁機構根據控制對象工作要求，帶動觸頭機構運動，用于遠距離接通和分斷交、直流主電路和大容量控制電路，其主要控制對象是電動機，也可用于控制其它電力負載，如電熱器、照明設備、電焊機、電容器組等。

控制電器動作一般有機械信號和電氣信號兩種驅動方式。電磁開關是以電氣信號為驅動方式的控制電器，驅動信號使電磁機構動作并通過連桿帶動觸頭機構運動，驅動信號消除后通過反力彈簧使電磁機構和觸頭機構復位。傳統電磁機構工作電壓范圍窄，按照國家標準規定，一般電磁機構的工作電壓在額定電壓的85%—110%之間。當電壓處于臨界吸合工作電壓時，極易產生持續的振動，當工作電壓過高時，又容易引起線圈溫升的升高，導致線圈燒損，因此，為適應不同的工作電壓，電磁機構的品種規格繁多，造成生產加工麻煩。

隨著智能配電網絡的迅猛發展，開關電器的智能化進程得到廣泛的關注，在控制電器的智能化控制模式中，首先是對其電磁機構進行智能化的過程控制，實現吸合、吸持、分斷過程的優化控制。吸合階段減少鐵心與觸頭的彈跳，增加電器的電壽命與運行可靠性；吸持階段實現節能無聲運行的直流工作模式；分斷階段實現快速分斷控制與減少觸頭分斷電弧的過程控制。

電磁開關在各個系統內被廣泛采用，由于使用習慣和改造成本等原因，世界各國的供電電壓難以采用統一的標準，電器制造商必須考慮所生產的開關電器適應不同系統的工作電壓需求。目前，額定電壓100-240V，直流或者交流頻率50/60Hz這一控制電壓是使用量最大的一類電壓等級，針對這一控制電壓等級下的電磁機構相關研究工作開展的較早、也較為成熟。

然而，隨著新能源系統的發展以及現代社會對人體用電安全意識的日益提高，24/12V等低電壓用電系統迅速增加，這類系統可用蓄電池作為能量儲備，或從高壓側經控制變壓器獲得所需電壓，如：在潮濕、高絕緣、防爆安全等級高的應用場合，出于線路和人體安全的考慮，在滿足更低供電電壓的情況下，需要有能與之配套的電磁開關；新能源風力發電和光伏發電目前存在發電量不穩的現狀，其配電網絡需要低工作電壓的電磁開關；電動汽車、車床系統中，常常采用蓄電池作為儲能元件，供電電壓往往是直流低電壓，在電機啟停的瞬間，蓄電池輸出電壓劇烈變化，直接影響到作為控制電器的電磁開關。

這些系統的發展給電磁機構的智能化控制帶來新的問題和挑戰。在體積、成本、可靠性的要求下，常見的110/220V智能控制方案在低電壓控制系統中并不適用。電磁機構的線圈電流上升速率隨工作電壓的降低呈指數下降，將造成電磁開關的動作觸動時間長；在港口、礦業、石油等行業中，電磁開關距離供電電源遠，設備運行時產生的電壓降大，線路損耗大，電磁機構的激磁磁勢受實際電壓的影響，吸合困難，甚至會出現吸合后觸頭重新彈開的事故。然而，無論是傳統的，還是智能控制后的電磁機構設計中，大都以激磁電壓為正弦電壓、正弦電流的情況為設計參數，隨著大量電子負載的接入，電源諧波污染嚴重，直接影響電磁機構的工作性能，對智能控制裝置提出了新的要求。

以往電磁機構的智能控制方案基本控制原理是通過功率管的導通和關斷，改變施加到電磁機構線圈兩端的電壓，反饋量分別為線圈電壓或者電流參量。此類控制方案從本質上屬于直接能量變換方式，即能量只在功率管開通時向電磁機構傳遞。存在如下缺點：

（1）吸合階段：直接能量控制方式加載到電磁機構的最大能量受供電電壓最大值制約，在低電壓控制系統中，吸合過程實現困難。

（2）吸持階段：常常采用節能無聲運行的直流吸持方案，分為直流電壓吸持方案和直流電流吸持方案。在直流電壓吸持控制中，需要單獨回路與線圈連接，隨著線圈電阻的變化，線圈上的電流隨之變化，吸持吸力也將跟隨變化，往往需要采用增大吸持電壓的方式使得吸持可靠，而線圈磁能的釋放跟吸持電壓有直接關系，吸持電壓越高——線圈磁能越大——電磁機構釋放越緩慢，將造成分斷延時。采用直流電流的吸持模式，能夠解決直流電壓吸持的缺陷，卻帶來了噪聲，這個噪聲不同于交流運行下的電磁機構交流噪聲，而是由于直流電流吸持狀態所引起的高頻變化噪聲，是一種電磁音頻噪聲。這種噪聲，對于采用PWM脈寬控制的智能化開關電器普遍存在。

發明內容