《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于PICl2F508的交流接觸器節(jié)電器設(shè)計
陳立彬 劉剛
摘要: 本文針對交流接觸器運(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)PICl2F508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。
Abstract:
Key words :

  CJ系列交流接觸器以價格便宜及使用壽命長的優(yōu)勢,,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)PICl2F508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。

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基于PICl2F508的交流接觸器節(jié)電器設(shè)計

  在t=0~T1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的直流正弦半波,線圈獲得大電流,,接觸器吸合,。當(dāng)t>T1 后,通過單片機(jī)控制可控硅的導(dǎo)通時間為時間很短的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,,T1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),,能夠精確地控制時間T1和T。

 

  2 系統(tǒng)設(shè)計

  2.1 硬件電路設(shè)計

  2.1.1 單片機(jī)PIC12F508介紹

  PICl2F508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 過零檢測電路

  為了確保利用單片機(jī)對可控硅的可靠控制,必須準(zhǔn)確地判斷220 V交流電壓的過零點(diǎn),。綜合各個方面的考慮,,本文采用光耦P521完成過零點(diǎn)的檢測,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PICl2F508的端口GPl,。當(dāng)交流220 V的零點(diǎn)來到時,,光耦第四管腳沒有信號輸出。

基于PICl2F508的交流接觸器節(jié)電器設(shè)計

  2.1.3 可控硅驅(qū)動電路

  可控硅選用BTl51,,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BTl51,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二極管。如圖4所示,。

基于PICl2F508的交流接觸器節(jié)電器設(shè)計

  2.2 軟件設(shè)計

 

  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。

  過零點(diǎn)判斷子程序如下:

  基于PICl2F508的交流接觸器節(jié)電器設(shè)計

  基于PICl2F508的交流接觸器節(jié)電器設(shè)計

  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,。

基于PICl2F508的交流接觸器節(jié)電器設(shè)計

  根據(jù)磁路學(xué)知識,,有:

  基于PICl2F508的交流接觸器節(jié)電器設(shè)計

  式中:φ為磁通量;μ0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;L1為鐵芯磁路長度,;μ為鐵芯相對磁導(dǎo)率,;L0為磁隙長度。

  電磁鐵的吸引力和φ成正比,,所以當(dāng)交流線圈加直流脈沖電壓啟動吸合時,,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吸合時間,降低了線圈的發(fā)熱,,延長了線圈的使用時間,。

 

  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:

  基于PICl2F508的交流接觸器節(jié)電器設(shè)計

  交流線圈加直流脈沖電壓時,式(1)中jωL=O,,于是式(1)簡化為:

  基于PICl2F508的交流接觸器節(jié)電器設(shè)計

  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:

  基于PICl2F508的交流接觸器節(jié)電器設(shè)計

  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%以上的銅線,。

  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。長時間吸合運(yùn)行,,接觸器無聲,,接觸器線圈、鐵心基本無溫升,,大大延長了線圈壽命,。

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