低功耗数控接触器的设计与应用

摘要：
        本文叙述的低功耗数控接触器，是一种为适应新型工业自动化控制、低压供电控制系统复杂化而设计的基础开关元件，产品通过采用间隔储能、单脉冲触动电流、永磁机构与程序控制技术构成的控制系统，操动接触器闭合与分断。解决了100A～800A规格接触器低功率起动、运动可控、严酷环境使用的三大技术难题。其主要技术特点：（1）起动功率4.352 VA；保持功率0.116VA；运行耗电量0.0022kW/h；（2）工作电压DC24V；线圈温升值6K；闭合噪声值不大于10dB；（3）在同一元件上实现了电力与电子的结合。使产品具有节能、环保及信息化的技术特征。
关键词：低功耗数控接触器、间隔储能、低功率起动、单脉冲触动电流、程序控制驱动电路及永磁机构。
中图分类号：TM572

0 引言
      交流接触器在工业过程自动化以及低压终端供电这两大领域的应用十分广泛，有着扎实的市场基础[2]。但是现有技术的交流接触器在工业过程自动化领域应用时存在着：起动功率大、运动可控性差、系统构成复杂等主要问题。
                           
附言说明：本产品于2006年12月通过由四川省科技厅主持的科技成果鉴定，（《科技成果鉴定证书》川科鉴字[2006]第451号，登记号：9512007Y0011）结论：达到国际先进水平。
本项目已获国家发明专利，专利号为ZL200510021642.0
       尤其是在可编程逻辑控制器件（PLC）驱动大型交流接触器时，需要经过中间级放大才能实现，并且需要专设控制电路降低吸合时的功耗，制约了控制系统的应用与发展。
       本文介绍了根据文献[5]所提出的低功耗数控接触器，是一种为适应新型工业自动化控制、低压供电控制系统复杂化而设计的基础开关元件。低功耗数控接触器在秉承交流接触器基本性能的基础上，运用编程代码控制技术对主电路电流的接通、承载及分断操动过程进行控制，使得产品的核心技术性能指标得到大幅度提升。

1 技术方案构思
        本项目的技术方案构思为：低功耗数控接触器的工作频率为1200次/小时，间隔时间为3秒，在间隔时间内为储能电容充电，用积聚电能平缓起动时的电流冲击；利用储能电容对励磁线圈放电形成的单脉冲触动电流，结合永磁机构，控制电路精确控制触动电流在过零点处切换，完成主触头闭合，同时依靠永磁吸力保持闭合状态。通过上述构思实现节能、环保以及信息化的技术特征。
产品的主要技术特点是：
（1）大容量接触器起动功率小于8VA的产品，国内外尚属空白。降低起动功率不仅仅是为了节能，其核心作用在于能够兼容电子电路，实现信息化。SD-100低功耗数控接触器的起动功率实测值：4.352 VA
（2）产品在结构设计中引入晶体管的设计理念，设置了类似于基极的控制端子，实现了在同一元件上 “强电”与“弱电”的结合。接入电子电路的方法及功耗相当于一只普通的中功率晶体管，其驱动方式可选择兼容或隔离的形式，极大地方便了自动化控制系统的设计，为实现信息化搭建了一个可行的技术平台。
（3）克服交流接触器与生俱来的“运动不可控性”。使得接触器吸合时间和释放时间允许误差标准值不大于±1ms（实测最大时间误差值：吸合－0.335ms，释放－0.124ms）。
（4）产品的环境适应性有了突破性进展。温度、倾斜、摇摆、振动、冲击及电磁兼容等环境适应性指标，均达到了国际先进水平[4]。如：
低温：工作温度：-25℃（不间断工作制），-40℃（1h短时工作制）。
高温：工作温度：55℃（不间断工作制），70℃（1h短时工作制）。
下表是本产品和国外GMC系列产品部分特性指标对比：