专利名称：一种交流接触器的节电和负载保护装置和方法
技术领域：
本发明涉及节能控制技术领域，尤其涉及一种交流接触器的节电和负载保护装置和方法。
背景技术：
目前，交流接触器在工业及低压终端供电这两个大领域有十分广泛的应用，主要用于控制电动机等三相负载的运行和停止。众所周知，现在技术的交流接触器在工业领域和低终端供电应用时，用来闭合工作的线圈和铁芯，由于采用交流供电使得电磁转换效率低、功率因数低、电磁噪声大、电能损耗大、发热现象严重。不仅浪费电能，又加速线圈绝缘层的老化，使得交流接触器寿命缩短。另外对供电线路的断相和负载过载没有检测保护能力，遇到异常情况，不能保护性的停止工作，工矿企业电动机损坏90%是供电线路的断相和·负载过载引起的，给用电户造成不必要的经济损失。自上世纪后期就推出过不少有节能效果的控制方案，然而至今交流接触器的节能器技术普遍存在着由于减小了线圈的闭合功率，而存在交流接触器铁芯闭合运行不稳定可靠的问题，还要改变交流接触器辅助触点的位置，有的还要改变交流接触器线圈的匝数和线径，接线多且复杂，自身故障多，经常出现故障，或者有时能正常工作，有时又不能正常工作，对用电设备又没有保护措施，导致节电不节钱，给交流接触器节能推广造成困难。
发明内容
本发明的目的在于提出一种交流接触器的节电和负载保护装置和方法，能够实现断相、缺相和过载保护，而且结构合理、性能稳定、安装接线方便。为达此目的，本发明采用以下技术方案
一种交流接触器的节电和负载保护装置，包括交流接触器KM、第一继电器KM1、第二继电器KM2、第十三二极管D13和第一电源变压器Tl，其中，第二继电器KM2、第一继电器KMl、第十三二极管D13和交流接触器KM连接，第二继电器KM2、第一电源变压器Tl和交流接触器KM连接。还包括第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LB1、第三穿心式电流采样器件LCl、穿心式负载过载监测器件LB2、第二二极管D2、第四二极管D4、第八二极管D8、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第十二极管D10、接地电阻R5、电位器R13、第十二电阻R12和可编程集成电路，其中三相电源经交流接触器KM分别穿过第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl到三相用电负载或电动机，第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl分别与第二二极管D2、第四二极管D4和第八二极管D8连接，第二二极管D2、第四二极管D4和第八二极管D8分别与串联的第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3的基极连接，串联的第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3通过第十二极管DlO连接到可编程集成电路的2脚，穿心式负载过载监测器件LB2通过串联的电位器R13和第十二电阻R12连接到可编程集成电路的13脚。还包括停止按钮SBl和启动按钮SB2。一种交流接触器的节电和负载保护方法，包括以下步骤
控制电源接在交流接触器KM进线线路三相的任意两相或中性线上；
当按下启动按钮SB2时，经第二继电器KM2的常闭点有两路同时得电，一路高压直流经第一继电器KMl的一组常闭点到第十三二极管D13整流通过交流接触器KM线圈，使铁芯吸合；
另一路到第一电源变压器Tl，交流电在经过第一电源变压器Tl经整流滤波过程中，对直流输出有瞬间延时，当延时结束同时另一路低压直流到第一继电器KMl线圈，第一继电 器KMl吸合工作后，切断了串在第一继电器KMl常闭触点上直流高压回路，停止了对交流接触器KM线圈的高压直流供电，由另一路低压直流来维护交流接触器KM的吸合状态。所述瞬间延时为O. 6秒。还包括以下步骤
三相电源经交流接触器KM分别穿过第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl到三相用电负载或电动机；
第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl分别把采集的电流信号经第二二极管D2、第四二极管D4和第八二极管D8整流后，分别送到串联的第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3的基极；
工作正常时，第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3处于饱和导通状态,第十二极管DlO截止，使可编程集成电路2脚处于高电位；
当供电线路断相，第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl采集不到断相那一路的电流信号对应的第一三极管Q1、第二三极管Q2或者第三三极管Q3截止，第十二极管DlO通过接地电阻R5导通，使可编程集成电路2脚变为低电位；
穿心式负载过载监测器件LB2把三相负载工作电流经整流后，有电位器R13和第十二电阻R12串联分流取样送到可编程集成电路13脚上，当负载过载时，可编程集成电路13脚电位超过阀值电位；
可编程集成电路通过运算，可编程集成电路5脚输出一个控制信号，使第二继电器KM2吸合，切断了控制器和交流接触器KM的控制电源，使交流接触器KM停止工作。采用了本发明的技术方案，既能节约交流接触器工作中的电能，又可对供电线路缺相、断相和负载过载进行监护，大幅度降低了铁芯涡流损耗和磁滞损耗以及短路后的工作损耗，节电效果显著(95%以上)、工作时无噪音(静音)、不发热、功率因数O. 97±1。而且由于交流接触器线圈采用低压直流控制，大大延长了交流接触器的使用寿命，用穿心式三相电流采集装置，把采集信号送给1C，对供电线路缺相、断相和用电负载进行监护，发现异常自动切断交流接触器线圈电源，使交流接触器停止工作，保护用电设备不受损坏。该装置一体化的设计，安装方便、接线简单，可以就地操作和远程控制，该装置不工作时耗电为零。
图I是本发明具体实施方式
中交流接触器的节电和负载保护装置的电路图。
具体实施例方式下面结合附图并通过具体实施方式
来进一步说明本发明的技术方案。图I是本发明具体实施方式
中交流接触器的节电和负载保护装置的电路图。如图I所示，该交流接触器的节电和负载保护装置包括停止按钮SB1、启动按钮SB2、交流接触器KM、第一继电器KM1、第二继电器KM2、第十三二极管D13、第一电源变压器Tl、第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LB1、第三穿心式电流采样器件LC1、穿心式负载过载监测器件LB2、第二二极管D2、第四二极管D4、第八二极管D8、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第十二极管D10、接地电阻R5、电位器R13、第十二电阻R12和可编程集成电路。其中，第二继电器KM2、第一继电器KMl、第十三二极管D13和交流接触器KM连接，·第二继电器KM2、第一电源变压器Tl和交流接触器KM连接。三相电源经交流接触器KM分别穿过第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl到三相用电负载或电动机，第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl分别与第二二极管D2、第四二极管D4和第八二极管D8连接，第二二极管D2、第四二极管D4和第八二极管D8分别与串联的第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3的基极连接，串联的第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3通过第十二极管DlO连接到可编程集成电路的2脚，穿心式负载过载监测器件LB2通过串联的电位器R13和第十二电阻R12连接到可编程集成电路的13脚。该装置分三大部分电路一是供电主电路，由交流接触器KM输出端，分别经第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LB1、第三穿心式电流采样器件LC1、穿心式负载过载监测器件LB2给负载供电。二是交流接触器工作控制电路，SBl是停止按钮，SB2是启动按钮，第一电源变压器Tl是给保护电路和交流接触器低压直流维持吸合供电用，第一继电器KMl是切断交流接触器线圈吸合时的直流高压和给整个控制装置供电。三是断相、过载保护电路，电路分三大部分第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LB1、第三穿心式电流采样器件LCl是检测供电线路是否断相，穿心式负载过载监测器件LB2是检测负载供电是否过载，串联的第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3正常工作在饱和导通状态，可编程集成电路通过2脚和13脚电位的变化来判断供电电路和负载工作是否正常的，第二继电器KM2是故障执行器件，当可编程集成电路判断供电电路或负载工作不正常时，可编程集成电路5脚电位升高，第二继电器KM2吸合，切断控制电路电源。电位器R13可设定用电负载功率，电位器RlO设定断相、过载时，可编程集成电路5脚电位升高的时间一般可设定I到90秒。该交流接触器的节电和负载保护装置的具体运作流程如下
控制电源接在交流接触器KM进线线路三相的任意两相(380V)或中性线(220V)上，当按下启动按钮SB2时，经第二继电器KM2的常闭点有两路同时得电，一路高压直流经第一继电器KMl的一组常闭点到第十三二极管D13整流通过交流接触器KM线圈，使铁芯吸合，另一路到第一电源变压器Tl，交流电在经过第一电源变压器Tl经整流滤波过程中，对直流输出有瞬间延时(O. 6秒左右)，当延时结束同时另一路低压直流到第一继电器KMl线圈，第一继电器KMl吸合工作后，切断了串在第一继电器KMl常闭触点上直流高压回路，停止了对交流接触器KM线圈的高压直流供电，由另一路低压直流来维护交流接触器KM的吸合状态。交流接触器采用直流运行后，大幅度降低了铁芯涡流损耗和磁滞损耗以及短路后的损耗，因而节电效果显著。以CJ20-250A交流接触器为例，采用380V交流电压维持时，其功耗为152W，功率因数O. 23，改用直流后，最小的维持电压5-9V，维持功耗为10. 2W。三相电源经交流接触器KM分别穿过第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl到三相用电负载或电动机，第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl分别把采集的电流信号经第二二极管D2、第四二极管D4和第八二极管D8整流后，分别送到串联的第一三极管Ql、第二三极管Q2和第三三极管Q3的基极，工作正常时，第一三极管Ql、第 二三极管Q2和第三三极管Q3处于饱和导通状态，第十二极管DlO截止，使可编程集成电路2脚处于高电位，当供电线路断相，第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl采集不到断相那一路的电流信号对应的第一三极管Q1、第二三极管Q2或者第三三极管Q3截止，第十二极管DlO通过接地电阻R5导通，使可编程集成电路2脚变为低电位，穿心式负载过载监测器件LB2把三相负载工作电流经整流后，有电位器R13和第十二电阻R12串联分流取样送到可编程集成电路13脚上，当负载过载时，可编程集成电路13脚电位超过阀值电位，可编程集成电路通过运算，可编程集成电路5脚输出一个控制信号，使第二继电器KM2吸合，切断了控制器和交流接触器KM的控制电源，使交流接触器KM停止工作。将该装置应用于CJ20-250A 380V交流接触器，实验数据表明线圈接380V时有功功率152±2W。接上该装置后有功功率10±1W，节电率达到93%以上。长时间吸合运行，接触器无声，接触器线圈、铁心基本无温升，大大延长了线圈寿命，接线简单，有利于推广。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种交流接触器的节电和负载保护装置，其特征在于，包括交流接触器KM、第一继电器KMl、第二继电器KM2、第十三二极管D13和第一电源变压器Tl，其中，第二继电器KM2、第一继电器KMl、第十三二极管D13和交流接触器KM连接，第二继电器KM2、第一电源变压器Tl和交流接触器KM连接。
2.根据权利要求I所述的一种交流接触器的节电和负载保护装置，其特征在于，还包括第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LB1、第三穿心式电流采样器件LC1、穿心式负载过载监测器件LB2、第二二极管D2、第四二极管D4、第八二极管D8、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第十二极管D10、接地电阻R5、电位器R13、第十二电阻R12和可编程集成电路，其中三相电源经交流接触器KM分别穿过第一穿心式电流采样器件LAl、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl到三相用电负载或电动机，第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl分别与第二二极管D2、第四二极管D4和第八二极管D8连接，第二二极管D2、第四二极管D4和第八二极管D8分别与串联的第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3的基极连接，串联的第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3通过第十二极管DlO连接到可编程集成电路的2脚，穿心式负载过载监测器件LB2通过串联的电位器R13和第十二电阻R12连接到可编程集成电路的13脚。
3.根据权利要求I或者2所述的一种交流接触器的节电和负载保护装置，其特征在于，还包括停止按钮SBl和启动按钮SB2。
4.一种交流接触器的节电和负载保护方法，其特征在于，包括以下步骤 控制电源接在交流接触器KM进线线路三相的任意两相或中性线上； 当按下启动按钮SB2时，经第二继电器KM2的常闭点有两路同时得电，一路高压直流经第一继电器KMl的一组常闭点到第十三二极管D13整流通过交流接触器KM线圈，使铁芯吸合； 另一路到第一电源变压器Tl，交流电在经过第一电源变压器Tl经整流滤波过程中，对直流输出有瞬间延时，当延时结束同时另一路低压直流到第一继电器KMl线圈，第一继电器KMl吸合工作后，切断了串在第一继电器KMl常闭触点上直流高压回路，停止了对交流接触器KM线圈的高压直流供电，由另一路低压直流来维护交流接触器KM的吸合状态。
5.根据权利要求4所述的一种交流接触器的节电和负载保护方法，其特征在于，所述瞬间延时为O. 6秒。
6.根据权利要求4或者5所述的一种交流接触器的节电和负载保护方法，其特征在于，还包括以下步骤 三相电源经交流接触器KM分别穿过第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl到三相用电负载或电动机； 第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl分别把采集的电流信号经第二二极管D2、第四二极管D4和第八二极管D8整流后，分别送到串联的第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3的基极； 工作正常时，第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3处于饱和导通状态,第十二极管DlO截止，使可编程集成电路2脚处于高电位； 当供电线路断相，第一穿心式电流采样器件LA1、第二穿心式电流采样器件LBl和第三穿心式电流采样器件LCl采集不到断相那一路的电流信号对应的第一三极管Q1、第二三极管Q2或者第三三极管Q3截止，第十二极管DlO通过接地电阻R5导通，使可编程集成电路2脚变为低电位； 穿心式负载过载监测器件LB2把三相负载工作电流经整流后，有电位器R13和第十二电阻R12串联分流取样送到可编程集成电路13脚上，当负载过载时，可编程集成电路13脚电位超过阀值电位； 可编程集成电路通过运算，可编程集成电路5脚输出一个控制信号，使第二继电器KM2吸合，切断了控制器和交流接触器KM的控制电源，使交流接触器KM停止工作。
全文摘要
本发明公开了一种交流接触器的节电和负载保护装置和方法，包括交流接触器KM、第一继电器KM1、第二继电器KM2、第十三二极管D13和第一电源变压器T1，其中，第二继电器KM2、第一继电器KM1、第十三二极管D13和交流接触器KM连接，第二继电器KM2、第一电源变压器T1和交流接触器KM连接。采用了本发明的技术方案，既能节约交流接触器工作中的电能，又可对供电线路缺相、断相和负载过载进行监护。
文档编号H02H3/08GK102842888SQ20111017136
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者范传伟 申请人:深圳市万禧节能科技有限公司