摘 要:CJ系列交流接觸器應(yīng)用廣泛，但是運(yùn)行噪聲大，耗電高，線圈鐵心運(yùn)行溫度高，易燒毀。介紹一款節(jié)電器，它能有效地解決接觸器運(yùn)行過程中的眾多問題。根據(jù)接觸器工作過程分出的吸合和保持兩個(gè)階段的不同特點(diǎn)，采用超小型單片機(jī)PIC12F508控制接觸器吸合電壓和維持電壓，實(shí)現(xiàn)接觸器的無聲運(yùn)行和節(jié)能的目的，同時(shí)改造了交流接觸器線圈，節(jié)省大量的銅線。

關(guān)鍵詞:交流接觸器; 節(jié)電器; 單片機(jī); PIC12F508

中圖分類號(hào):TM57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)11-0193-02

Design of Electricity Saving Device for AC Contactor

CHEN Li-bin， LIU Gang

(Department of Information Technology， Wenzhou Vocational College of Science and Technology， Wenzhou 325006， China)

Abstract: AC contactors in CJ series is widely used， but there are many problems such as loud noise， high power-consumption， high temperature of iron core coil in the course of operational process. It is of great practical significance to solve the problems. A electricity saving device introduced in the article solved the problems. The noiseless running and electricity saving were achieved by the aid of PIC12F508 to control pick-up voltage and maintaining voltage of AC contactor. Furthermore， much copper has been saved by means of reforming the coil.

Keywords: AC contactor; electricity saving device; single chip computer; PIC12F508

收稿日期:2009-12-15

CJ系列交流接觸器以價(jià)格便宜及使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于低壓配電，但在運(yùn)行當(dāng)中電能損耗大，噪音大，并且經(jīng)常燒毀線圈。本文針對(duì)交流接觸器運(yùn)行噪聲大，耗電高，線圈鐵心運(yùn)行溫度高，易燒毀的難題，設(shè)計(jì)了一款適合CJ系列交流接觸器的節(jié)電器，主要是采用單片機(jī)PIC12F508控制可控硅的導(dǎo)通角，也就是控制加在負(fù)載(交流接觸器線圈)上的電壓波形，從而實(shí)現(xiàn)交流接觸器的大電流直流吸合，低壓小電流維持運(yùn)行，達(dá)到無聲節(jié)能的目的。

1 電路工作原理

圖1是交流接觸器的原理框圖，主要由220 V交流電輸入、可控硅、單片機(jī)控制電路和負(fù)載等組成。單片機(jī)控制電路主要是控制可控硅的導(dǎo)通時(shí)間。最終加在負(fù)載(交流接觸器線圈)上的電壓波形如圖2所示。

圖1 原理框圖

圖2 可控硅輸出電壓波形

在t=0～T1期間，可控硅的導(dǎo)通角是180°，加在交流接觸器線圈上的電壓波形是脈動(dòng)的直流正弦半波，線圈獲得大電流，接觸器吸合。當(dāng)t>T1后，通過單片機(jī)控制可控硅的導(dǎo)通時(shí)間為時(shí)間很短的T，加在交流接觸器線圈上的電壓波形是直流窄脈沖波，剛好能使接觸器維持在吸合狀態(tài)。實(shí)踐證明，T1取60 ms就能使接觸器可靠地吸合;T取2 ms，就能使接觸器可靠地維持在吸合狀態(tài)。通過單片機(jī)，能夠精確地控制時(shí)間T1和T。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1.1 單片機(jī)PIC12F508介紹

PIC12F508是Microchip Technology生產(chǎn)的低成本高性能8位全靜態(tài)的基于閃存的CMOS單片機(jī)，總共只有8個(gè)管腳。它們采用RISC架構(gòu)，僅有33條單字/單周期指令。 除程序跳轉(zhuǎn)指令(為兩個(gè)周期)外的所有其他指令都是單周期(200 ns)的。PIC12F508本身自帶上電復(fù)位(POR)和內(nèi)部振蕩模式(INTRC)，使器件不再需要外部復(fù)位電路和晶振，降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本。

2.1.2 過零檢測(cè)電路

為了確保利用單片機(jī)對(duì)可控硅的可靠控制，必須準(zhǔn)確地判斷220 V交流電壓的過零點(diǎn)。綜合各個(gè)方面的考慮，本文采用光耦P521完成過零點(diǎn)的檢測(cè)，如圖3所示。220 V經(jīng)過120 kHz的電阻降壓后，加載到光耦的輸入端，光耦的輸出端接到PIC12F508的端口GP1。當(dāng)交流220 V的零點(diǎn)來到時(shí)，光耦第四管腳沒有信號(hào)輸出。

圖3 過零檢測(cè)電路

2.1.3 可控硅驅(qū)動(dòng)電路

可控硅選用BT151，根據(jù)BT151的參數(shù)，單片機(jī)的高電平輸出就可以直接驅(qū)動(dòng)BT151，為了保護(hù)單片機(jī)，防止220 V電壓串入單片機(jī)，在控制端連接了一個(gè)二極管。如圖4所示。

圖4 可控硅驅(qū)動(dòng)電路

2.2 軟件設(shè)計(jì)

在MPLAB-IDE中使用Hitech C編譯器，最終用C語言完成節(jié)電器的軟件設(shè)計(jì)。

過零點(diǎn)判斷子程序如下:

void RB0low(void)

{

while (1)

{

if(RB0==0)//等待200 V交流電壓過零輸出

break; //跳出循環(huán)

}

}

PIC12F508初始化子程序如下:

void PIC (void)

{

TRISB=0XF9; //PIC16C54的RB口設(shè)置:RB0是輸入;RB1是輸出。

RB0=1; //過零點(diǎn)復(fù)位

RB1=0; // 關(guān)斷可控硅

}

2.3 交流接觸器電磁線圈改造

2.3.1 交流接觸器電磁線圈磁路分析

電磁線圈磁鐵的磁路如圖5所示。

圖5 電磁線圈磁路

根據(jù)磁路學(xué)知識(shí)，有:

Ф=μ0ANI/(L1/μ+L0)

(1)

式中:

Ф為磁通量;μ0為真空磁導(dǎo)率;A為鐵芯橫截面積;N為線圈匝數(shù);I為線圈導(dǎo)線電流;L1為鐵芯磁路長(zhǎng)度;μ為鐵芯相對(duì)磁導(dǎo)率;L0為磁隙長(zhǎng)度。

電磁鐵的吸引力和Ф成正比，所以當(dāng)交流線圈加直流脈沖電壓?jiǎn)?dòng)吸合時(shí)，吸引力增大數(shù)倍，實(shí)際觀察到的現(xiàn)象是交流接觸器吸合聲音清脆、有力，大大減少了接觸器的啟動(dòng)吸合時(shí)間，降低了線圈的發(fā)熱，延長(zhǎng)了線圈的使用時(shí)間。

2.3.2 線圈通過的電流

交流接觸器電磁線圈通過的電流為:

I=U/(jωL+R)

(2)

交流線圈加直流脈沖電壓時(shí)，式(1)中jωL=0，于是式(1)簡(jiǎn)化為:

I=U/R

(3)

顯然，電路中的電流增加了，為了保護(hù)交流線圈不被燒毀，必須增大線圈的電阻，根據(jù)公式:

R=ρL/S

(4)

可以增加線圈的匝數(shù)或減小線徑。實(shí)際上增加線圈的匝數(shù)是不可能的(線圈的空間尺寸受接觸器結(jié)構(gòu)的限制)，所以只能采取減小線徑的方法。實(shí)踐證明:線徑變細(xì)后，可以節(jié)省50%以上的銅錢。

3 結(jié) 語

將該節(jié)電器應(yīng)用于CJ20-250交流接觸器，最終的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明線圈有功節(jié)電率達(dá)到90%以上。長(zhǎng)時(shí)間吸合運(yùn)行，接觸器無聲，接觸器線圈、鐵心基本無溫升，大大延長(zhǎng)了線圈壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭鵬，張國(guó)鋼.智能交流接觸器動(dòng)態(tài)仿真和實(shí)驗(yàn)研究.低壓電器，2009(15):8-12.

[2]楊喆，姚建軍.智能交流接觸器專用芯片系統(tǒng)的測(cè)試.低壓電器，2009(15):20-24.

[3]張連毅.交流接觸器的智能化研究進(jìn)展.上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，12(1):15-19.

[4]耿英三，王建華.智能交流接觸器專用芯片的開發(fā).低壓電器，2009(3):22-25，31.

[5]何習(xí)佳.智能型交流接觸器的原理及特點(diǎn).大眾用電，2006(6):25-26.

[6]陳雙龍，林興模.基于PIC16F873單片機(jī)的交流接觸器的研制.電氣制造，2009(6):54-55.

[7]洪祥欽，許志紅.新型智能直流接觸器的研制.電氣時(shí)代，2009(1):86-89.

[8]許志紅，張培銘.智能交流接觸器動(dòng)態(tài)吸合過程研究.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27(18):108-113.

[9]吳誠(chéng)，于軍.基于PIC12C508單片機(jī)的超聲測(cè)距系統(tǒng).自動(dòng)化與儀表，2007(4):28-31.

[10]張國(guó)鋒，汪靜甜.基于PIC12C508的LED顯示電路.現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32(14):165-166，169.