0 引言

　　晃電作為一種特殊的故障，危害很大，特別是對連續運行的企業。目前抗晃電的方法可歸結為如下4 類:

　　(1) 應用斷電延時繼電器、電動機再起動器。

　　通過時序關系，使接觸器的主觸頭在晃電結束后重新吸合( 晃電期間斷開)，實現電動機再起動。

　　這種抗晃電方法的特點是在晃電發生期間主觸頭斷開，電壓恢復后電動機重起動，電動機重起動產生的沖擊電流大，控制回路原理復雜，而且電動機再起動器的成本很高。

　　(2) 采用儲能延時元件對接觸器的線圈在晃電期間繼續提供能量，保證主觸頭的吸合。這種抗晃電方式有選型不靈活、選擇范圍小、增加了控制線路的復雜程度等缺點。

　　(3) 延時鎖扣頭裝置，在接觸器吸合后線圈轉入省電模式，靠鎖扣頭鎖扣作用保持主觸頭的接通狀態?；坞姲l生時，接觸器主觸頭不斷開，在進行正常的停機操作后主觸頭才斷開。但這種鎖扣頭只能與專門設計的特殊接觸器配合使用，并且在斷電的情況下由鎖扣頭鎖定的主觸頭斷開需要獨立的電源。對于> 170 A 的接觸器，并沒有與之配套的鎖扣裝置。

　　(4) 采用雙電源供電方式，成本高、線路復雜。目前市面上出現了少量的抗晃電交流接觸器產品，但是價格居高，同等容量的抗晃電交流接觸器是原交流接觸器產品價格的5 倍左右。

　　因此，本文研發了新型抗晃電智能交流接觸器產品，該抗晃電智能交流接觸器采用接觸器本體和智能控制模塊的結構。智能控制模塊具有體積緊湊小巧、控制精確、通用性強、成本低等優點;同時，通過對接觸器的起動、分斷過程進行智能控制，大幅度提高了接觸器的機械壽命和電壽命，配合不同的接觸器本體，可形成系列抗晃電智能交流接觸器產品，具有較高的性價比。

　　1 工作原理

　　抗晃電智能交流接觸器除了具有智能交流接觸器的功能外，還具有抗晃電、遠程控制等功能，其控制原理如圖1 所示。

圖1 抗晃電智能交流接觸器的硬件框圖。

　　通過采樣電路對電源電壓進行采樣，當采樣電壓高于0. 7 Ue( Ue為額定電壓值) 且小于1. 15Ue時，單片機控制系統發出信號給隔離回路1，強激磁起動回路接通，接觸器高電壓起動。單片機給隔離回路2 發出驅動信號，低壓保持回路接通，接觸器低電壓保持，然后驅動回路1 斷開，退出運行。

　　當采樣電壓低于0. 6 Ue時，視為晃電故障發生，單片機發出信號給隔離回路3 和隔離回路2，先后打開抗晃電保持回路和分斷低壓保持回路，由全自動后備電源系統對單片機系統和線圈供電，使接觸器保持吸合狀態，此時采樣回路繼續對電源電壓進行采樣，若在規定的時間內，晃電結束，電壓恢復正常，則單片機發出信號給隔離回路2 和隔離回路3，先后打開低壓保持回路和分斷抗晃電保持回路，恢復接觸器的正常保持狀態，若經N ms(N 可調)電壓仍未恢復，則單片機發出信號給隔離回路3，斷開抗晃電保持回路，接觸器分斷。

　　若電源正常時手動分斷接觸器，則正常分斷檢測電路會檢測到手動分斷信號，此時單片機屏蔽抗晃電程序，使接觸器立即分斷。

　　全自動后備電源系統由鎳氫充電電池和全自動充電電路組成，當抗晃電模塊工作時，充電回路檢測電池的電壓值，當電壓值低于設定最小值時，充電回路開始對電池充電，當電壓達到設定最大值時，停止對電池充電，并繼續循環檢測電池電壓值。電源正常時，可通過抗晃電時間調整電路對抗晃電時間進行調整，并顯示在兩位八段數碼管上，單片機自動存儲設定的時間，下次啟動時，默認加載上次設定值，時間調整范圍和調整梯度可根據用戶要求設置，當抗晃電時間調到0 時，系統關閉抗晃電功能，作為普通智能接觸器使用。

　　該智能模塊可工作在獨立和遠程兩種模式。

　　獨立工作模式時，不具備通信功能，遠程工作模式時，可以與上位機雙向通信。上位機可對智能控制模塊的接通、分斷及抗晃電時間進行遠程控制和調整，下位機可以將當前接觸器的狀態、抗晃電時間、有無晃電發生等信號傳給上位機。

　　2 軟件設計

　　本文單片機軟件部分采用C 語言進行編程，編譯器選用CCS PICC 編譯器，該編譯器的內部函數比較豐富，支持豐富的外圍設備，預備有標準輸入/輸出函數，編程比較方便，將CCS C 集成到mplab 中使用，進行程序的調試、燒錄、運行。

圖2 抗晃電智能交流接觸器的主程序流程圖

　　軟件流程如圖2 所示，經過調試后，軟件實現了抗晃電智能交流接觸器的整體控制功能。完成了接觸器的抗晃電初值加載、工作模式判斷、閾值判斷、正常高壓起動、低壓保持過程后，開始執行晃電檢測程序，循環檢測電源電壓，檢測到晃電，則打開定時器1 作為專用的抗晃電定時器并開中斷，利用定時器1 的周期性中斷，在定時中斷子程序中執行抗晃電延時時間的計時，晃電時間超過設定值時斷開抗晃電回路，在設置的抗晃電時間內電源恢復正常，則接觸器轉入正常保持狀態，并繼續檢測晃電;時間調整子程序采用中斷的形式，可對抗晃電時間進行上調或者下調，并把調整后的時間存入E2PROM，以備下次啟動時調用。

　　通信接收程序也采用中斷形式，串口調試助手的操作界面如圖3所示，可對下位機發送操作指令，進行通斷控制及抗晃電時間的調整，并可以實時監測當前接觸器的工作狀態，文本框用于顯示上位機的發送指令和從下位機接收的指令，還可顯示當前設置的抗晃電時間和當前接觸器的狀態值;正常分斷檢測模塊也采用中斷的形式，利用單片機內置的* 模塊的捕捉功能，捕捉一個正常分斷信號后，立即轉入中斷執行正常分斷程序。

圖3 串口調試助手。

　　3 調試與試驗數據

　　本文選用proteus 軟件作為仿真調試工具，proteus 是一款兼容性很高的軟件，可以集成到mplab 環境中，由mplab 調用proteus，在mplab 環境中支持斷點和單步調試，能反應出程序的運行過程。proteus 中虛擬示波器的仿真波形如圖4所示。

圖4 proteus 仿真波形。

　　為了模擬晃電電壓，選用一個DC 分段型脈沖激勵源接入單片機的RA1 模擬通道，虛擬示波器中第一條曲線表示DC 分段型脈沖激勵源，模擬采樣電壓;第二條表示強激磁回路，第三條表示低壓保持回路;第四條表示抗晃電保持回路;豎線①表示采樣電壓達到閾值，豎線②表示發生晃電時刻，豎線③、④表示電壓恢復時刻，由圖4 可以看出，DC 脈沖激勵源達到閾值后，強激磁回路打開一極短時間(15 ms 左右) 后關閉，繼而低壓保持回路打開(第三條曲線置高電平)，接觸器完成正常起動及保持過程;此后電壓雖然有波動，但位于晃電界限以上，接觸器仍然處于低壓保持狀態(第三條曲線保持為高電平)，本文電源模塊采用單片開關電源，具有寬電壓輸入的特點，因此，即使電壓輕微下跌，在實際中仍能輸出穩定電壓，使實際中的接觸器處于穩定的低壓保持狀態。

　　如圖4 所示，當電壓下降到額定值的60%時，即認為發生晃電，此時抗晃電回路打開( 第二條曲線在發生晃電時刻即時刻②置高電平)，低壓保持回路關閉(第三條曲線發生晃電時刻即時刻②置低電平);當晃電在設定時間內結束電壓恢復正常時，低壓保持回路打開( 第三條曲線在電壓恢復時刻即時刻③置高電平)，抗晃電回路關閉(第二條曲線在電壓恢復時刻即時刻③置低電平)。在時刻④位置之前的一次晃電，晃電發生時間超過預設的抗晃電延時時間，在整個延時時間范圍內，抗晃電保持回路置高電平，延時時間超過預設值后立即跳變為低電平，此時接觸器分斷。由虛擬示波器的波形圖可知該智能控制模塊程序具有抗晃電功能。

　　在此基礎上，完成了整體硬件電路的安裝與調試。樣機硬件實物如圖5 所示，可以看出抗晃電智能控制模塊由三塊PCB 板構成，配合160 A以下的交流接觸器可穩定工作。

圖5 樣機硬件實物圖。

　　驅動回路測試波形如圖6 所示。圖6( a) 和圖6(b) 為采樣電壓波形、強激磁驅動信號、低壓保持驅動信號，通過這三條的波形的對比可得出:

　　系統上電瞬間，采樣電壓達到吸合閾值，強激磁回路控制端瞬間置高電平，接通強激磁回路，接觸器線圈接220 V 高電壓，進行吸合動作;吸合過程結束后，低壓保持回路控制端置高電平，強激磁回路控制端跳變為低電平，接通低壓保持回路，同時斷開強激磁起動回路，接觸器在低電壓下保持吸合狀態，完成接觸器的高壓起動、低壓保持過程控制。

　　圖6( c) 中當連續晃電( 第一條曲線電壓下跌)且每次晃電時間都在設定值內時，抗晃電回路都能及時打開(第二條曲線在第一條曲線下跌時置高電平)，當電壓恢復正常時，抗晃電回路又能及時切斷(第二條曲線置在第一條曲線電壓恢復時置低電平)，圖6(d) 中，當連續晃電時，低壓保持回路與抗晃電回路的信號波形是互補的;當晃電發生且晃電時間在設定值之內時，低壓保持回路切斷，抗晃電回路打開;當電壓恢復時，低壓保持回路打開，抗晃電回路切斷;圖6( d) 中最后一次晃電時，晃電時間超過預設值，低壓保持回路切斷，抗晃電保持回路打開并且保持到預設時間后切斷，此時低壓保持回路仍是切除狀態，接觸器線圈失電，接觸器斷開。至此，完成了抗晃電智能交流接觸器的整體調試，形成了高電壓直流起動、低電壓直流保持、抗晃電、具有故障延時時間設定、節能無聲運行等特點的新型智能電器，具有工作穩定、性價比高等特點。
 

圖6 驅動回路測試波形圖。

　　4 結語

　　該模塊具有寬電壓輸入、交直流通用、直流高電壓起動、直流低電壓保持、節能無聲運行、抗晃電延時分斷、斷電立即分斷、可通信等功能，將其與不同的接觸器本體配合，可形成系列抗晃電智能交流接觸器產品。