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摘 要：介绍了一种利用MSP430单片机控制的智能三相无弧交流接触器。通过在接触器三相触头上并联三个双向晶闸管，将电力电子器件可控硅模块、光电器件等应用于交流接触器的主回路和控制回路，以实现接触器无弧分断的功能。
关键词：单片机 接触器 晶闸管 无弧分断
【分类号】：TM572.2
1. 引言
接触器是一种自动化的通断控制开关电器，主要用于频繁接通或分断交、直流电路，广泛应用于自动化控制电路，交流接触器的机械寿命已达1 400万次以上，而电寿命却只有其机械寿命的1/10左右，主要原因是接触器主触头在通过负载电流的状态下，闭合或分开时，在瞬间会产生电弧。电流越大，产生的电弧越大电压越高，电弧击穿能力越强，产生的电弧越长，这在一些防火要求高的场合（如石化、矿井等）是绝对不允许的。因此，研究开发无弧接触器十分必要。MSP430系列单片机是美国德州仪器开发的一种16位超低功耗、具有精简指令集的混合信号处理器，其拥有处理能力强，运算速度快，功耗低，片内资源丰富，方便高效的开发环境等众多优点，能很好地满足接触器电路的计算控制设计要求。
2. 基本设计思路
基于单片机的三相无弧式交流接触器结构框图如下，通过相序检测电路，电压检测电路，过零比较电路为单片机提供过零点关断时间提供必要信息，以此为依据通过单片机给出关断信号，从而在电流最小时刻关断接触器，达到灭弧目的。
图1 无弧接触器结构图
3. 硬件电路设计
3.1 相序检测部分
如图2所示，电路首先将三相电源电压经过分压送到由339 构成的过零比较器，过零比较器将经过分压的三相正弦波整形成三相方波信号，经光电隔离后送到单片机输入口。如将整形后的三相电压波形送入单片机P1 口的低三位，则可直接通过采样P1 口的状态就可以检测到三相电源电压的相序。可以看到，电路通过一个RC 低通滤波器已经先期对干扰信号进行了抑制，同时又将三相电压的模拟信号检测变为了数字信号的检测，如在程序中再使用数字滤波技术，则抗干扰特性将异常优越。
图2 三相相序检测电路
3.2 过零检测部分
如图3 所示，由限流电阻R1与发光二极管D2构成半波整形电路，保护二极管D1的阳极接模拟地，其阴极与限流电阻R1相连，限流电阻R1的另一端连接交流電源Ui的输入端； 光敏三极管T1的发射极接数字地，其集电极通过上拉电阻R2与直流电源Vcc相连，同时该集电极输出经整形的输出电压U0，送入微处理器MCU 的输入端。这样输入、输出信号不共地，完全实现信号隔离，提高电路的可靠性。在交流电源Ui的正半波，当交流电源Ui的电压高于发光二极管D2的工作电压时，发光二极管D2发光，光敏三极管T1导通，输出电压U0通过光敏三极管T1接地，输出低电平； 当交流电源Ui的电压低于发光二极管D2
的工作电压时，发光二极管D2不发光，光敏三极管T1截止，输出电压U0通过上拉电R2
接直流电压Vcc，输出高电平，通过单电机进行计算处理，可以较精确地得出过零时间。
图3 交流电过零检测电路
4. 单片机程序控制分析
上电以后，单片机首先对主电路晶闸管电流进行检测，接着电测电压是否小于释放电压，若满足条件，则进行过零检测和相序检测，判断相序并存储相序信息，根据相序延时不同的时间，触发主电路的双向晶闸管，晶闸管导通，接替接触器的触头传导电流，从而实现无弧分断。程序流程图如下
图4 程序控制流程图
5. 结束语
本文介绍了在智能交流接触器中零电流分断控制技术。由于将微处理器和电力电子技术应用于交流接触器产品中， 给传统的接触器领域开辟了一个全新的发展空间。实现了传统交流触器无法实现的零电流分断控制技术。从而大大提高了接触器的电寿命， 提高了接触器的操作频率，使得接触器在要求更为严格的环境中能够安全使用。通过在接触器中对此技术的深入研究， 可进一步扩大到其他开关电器中， 是一种有着广阔前景的新技术。
参考文献：
[1] 盛占石，王青青，黄赛帅.交流电源过零点检测新方法. 仪表技术与传感器，2012.2
[2] 许志红， 张培铭.智能交流接触器零电流分断控制技术.电工电能新技术，2002.10
[3] 王栋，刘利，薛宏民.一种新颖的三相电源相序检测电路.实验室研究与探索，2005.9
[4] 王兆安，刘进军.电力电子技术，第5版，北京：机械工业出版社，2009.5
关键词：单片机 接触器 晶闸管 无弧分断
【分类号】：TM572.2
1. 引言
接触器是一种自动化的通断控制开关电器，主要用于频繁接通或分断交、直流电路，广泛应用于自动化控制电路，交流接触器的机械寿命已达1 400万次以上，而电寿命却只有其机械寿命的1/10左右，主要原因是接触器主触头在通过负载电流的状态下，闭合或分开时，在瞬间会产生电弧。电流越大，产生的电弧越大电压越高，电弧击穿能力越强，产生的电弧越长，这在一些防火要求高的场合（如石化、矿井等）是绝对不允许的。因此，研究开发无弧接触器十分必要。MSP430系列单片机是美国德州仪器开发的一种16位超低功耗、具有精简指令集的混合信号处理器，其拥有处理能力强，运算速度快，功耗低，片内资源丰富，方便高效的开发环境等众多优点，能很好地满足接触器电路的计算控制设计要求。
2. 基本设计思路
基于单片机的三相无弧式交流接触器结构框图如下，通过相序检测电路，电压检测电路，过零比较电路为单片机提供过零点关断时间提供必要信息，以此为依据通过单片机给出关断信号，从而在电流最小时刻关断接触器，达到灭弧目的。
图1 无弧接触器结构图
3. 硬件电路设计
3.1 相序检测部分
如图2所示，电路首先将三相电源电压经过分压送到由339 构成的过零比较器，过零比较器将经过分压的三相正弦波整形成三相方波信号，经光电隔离后送到单片机输入口。如将整形后的三相电压波形送入单片机P1 口的低三位，则可直接通过采样P1 口的状态就可以检测到三相电源电压的相序。可以看到，电路通过一个RC 低通滤波器已经先期对干扰信号进行了抑制，同时又将三相电压的模拟信号检测变为了数字信号的检测，如在程序中再使用数字滤波技术，则抗干扰特性将异常优越。
图2 三相相序检测电路
3.2 过零检测部分
如图3 所示，由限流电阻R1与发光二极管D2构成半波整形电路，保护二极管D1的阳极接模拟地，其阴极与限流电阻R1相连，限流电阻R1的另一端连接交流電源Ui的输入端； 光敏三极管T1的发射极接数字地，其集电极通过上拉电阻R2与直流电源Vcc相连，同时该集电极输出经整形的输出电压U0，送入微处理器MCU 的输入端。这样输入、输出信号不共地，完全实现信号隔离，提高电路的可靠性。在交流电源Ui的正半波，当交流电源Ui的电压高于发光二极管D2的工作电压时，发光二极管D2发光，光敏三极管T1导通，输出电压U0通过光敏三极管T1接地，输出低电平； 当交流电源Ui的电压低于发光二极管D2
的工作电压时，发光二极管D2不发光，光敏三极管T1截止，输出电压U0通过上拉电R2
接直流电压Vcc，输出高电平，通过单电机进行计算处理，可以较精确地得出过零时间。
图3 交流电过零检测电路
4. 单片机程序控制分析
上电以后，单片机首先对主电路晶闸管电流进行检测，接着电测电压是否小于释放电压，若满足条件，则进行过零检测和相序检测，判断相序并存储相序信息，根据相序延时不同的时间，触发主电路的双向晶闸管，晶闸管导通，接替接触器的触头传导电流，从而实现无弧分断。程序流程图如下
图4 程序控制流程图
5. 结束语
本文介绍了在智能交流接触器中零电流分断控制技术。由于将微处理器和电力电子技术应用于交流接触器产品中， 给传统的接触器领域开辟了一个全新的发展空间。实现了传统交流触器无法实现的零电流分断控制技术。从而大大提高了接触器的电寿命， 提高了接触器的操作频率，使得接触器在要求更为严格的环境中能够安全使用。通过在接触器中对此技术的深入研究， 可进一步扩大到其他开关电器中， 是一种有着广阔前景的新技术。
参考文献：
[1] 盛占石，王青青，黄赛帅.交流电源过零点检测新方法. 仪表技术与传感器，2012.2
[2] 许志红， 张培铭.智能交流接触器零电流分断控制技术.电工电能新技术，2002.10
[3] 王栋，刘利，薛宏民.一种新颖的三相电源相序检测电路.实验室研究与探索，2005.9
[4] 王兆安，刘进军.电力电子技术，第5版，北京：机械工业出版社，2009.5