[發明專利]一種電磁機構磁鏈閉環控制方法

有效

• 申請號: 201910096409.0
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109712846B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 許志紅;張長坤
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01H47/22
• 分類號: H01H47/22;H01H47/32;H01H47/00;H01H47/02;H01H9/54;F16K31/06;H01F7/06;H01F7/18
• 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

本發明涉及一種電磁機構磁鏈閉環控制方法,包括根據母線電壓、線圈電流和占空比的線圈電阻計算部分以及結合線圈電阻反演電磁機構的磁鏈計算部分，通過磁鏈變化量進行電磁機構狀態監測的部分，用于控制電磁機構磁鏈的磁鏈控制器和用于控制線圈電流的電流控制器。由電阻計算部分獲得線圈電阻，由磁鏈計算和狀態監測部分進行電磁機構工作過程的磁鏈觀測和狀態監測，將磁鏈計算結果輸入至磁鏈控制器調整線圈電流參考值，電流控制器使線圈電流跟蹤參考值，建立電磁機構的磁鏈閉環控制。本發明在電磁機構動靜鐵心閉合過程中實現線圈電流的自調節，降低電磁操動機構頻繁操作時線圈的平均功率，降低并實時監測線圈溫度。

技術領域

本發明涉及低壓電器技術領域，特別是一種電磁機構磁鏈閉環控制方法。

背景技術

電磁機構作為通過電磁感應原理將電能轉換成機械能的元件廣泛應用于接觸器、斷路器、電磁閥等低壓電器中。傳統交流電磁機構中交變的勵磁電流產生交變的磁場，電磁力呈現脈動狀態，為保證動靜鐵心可靠閉合，需增加短路環，并且交變的磁場在短路環和鐵心中產生渦流、磁滯損耗，電磁機構的功耗中，鐵耗占65％-75％，短路環損耗占25％-30％，銅耗僅占3％-5％。為實現良好的節能效果，普遍采用電磁機構直流化控制。電磁機構的直流化控制方案主要分為雙線圈控制和單線圈控制。雙線圈控制中，電磁機構的線圈由吸合線圈和保持線圈組成，吸合線圈匝數少、內阻小，保持線圈匝數多、內阻大，在電磁機構操作過程需通過輔助觸點或電子開關進行切換；單線圈控制方案中，可通過電阻限流、利用穩壓電源和輔助開關切換線圈電壓、脈寬調制等方式進行控制。單線圈的脈寬調制方案因控制靈活、功能拓展性高等優勢得到廣泛關注，已成為電磁機構的主要控制方案之一，可通過全控型半導體器件控制電磁機構的勵磁能量，采用開環或閉環的控制技術、結合磁路和電路方程建立動鐵心位置的數學模型等方式，優化電磁機構的動態過程。

隨著電氣行業的發展，對低壓電器的要求逐漸提高，電磁機構的控制技術不斷拓展，例如電磁機構的寬電壓工作、節能無聲運行、抗電壓波動或跌落、PLC信號控制等。采用電流閉環控制方案的電磁機構以線圈電流為反饋變量構建閉環控制，在動靜鐵心閉合過程中線圈電流維持在較大值以產生足夠的電磁吸力克服反力；當動靜鐵心穩定閉合后線圈電流將切換至較小值以降低功耗，防止線圈因電流過大、發熱嚴重而燒毀。采用線圈電流閉環控制方案的電磁機構可根據控制電源電壓的變化自行調整勵磁能量，維持線圈電流恒定，維持電磁吸力穩定，具有魯棒性強、受電壓變化影響小等特點，具備寬電壓工作、抗電壓波動或跌落能力，但在電流閉環控制方案中，難以僅通過線圈電流判別電磁機構動靜鐵心是否可靠閉合，因此通常使線圈電流在動靜鐵心閉合后仍維持在吸合電流一段時間后再切換為保持電流，由于吸合電流持續時間較長，在電磁機構頻繁操作下線圈的平均功率較大，需具備足夠的散熱條件以保證線圈溫升處于較低水平，難以進一步縮小電磁機構體積。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提出一種電磁機構磁鏈閉環控制方法，可實現電磁機構線圈電流的自調節，降低電磁操動機構頻繁操作時線圈的平均功率，降低線圈溫升。

本發明采用以下方案實現：一種電磁機構磁鏈閉環控制方法，包括電磁機構、電流控制器、以及磁鏈控制器，其中所述電磁機構包括動鐵心、靜鐵心以及線圈；所述電磁機構采用脈寬調制控制方式的線圈驅動電路控制；

其中，線圈驅動電路的工作狀態包括：勵磁狀態、續流狀態和負壓狀態；交流或直流控制電源輸入線圈驅動電路，經整流濾波后得到母線電壓(較為平整的直流電)；當線圈驅動電路工作在勵磁狀態時，母線電壓經開關管施加在線圈兩端；當線圈驅動電路工作在續流狀態時，線圈兩端電壓接近零；當線圈驅動電路工作在負壓狀態時，在線圈兩端施加反向電壓，迅速降低線圈電流，減小磁能；

其中，電磁機構的工作過程包括：動靜鐵心閉合過程和動靜鐵心分斷過程，其中動靜鐵心閉合過程包括檢測階段、觸動階段、吸合運動階段和保持階段；在電磁機構的動靜鐵心閉合過程中依次經歷檢測階段、觸動階段、吸合運動階段和保持階段。