基于ATMEGA16的無弧交流接觸器智能控制系統設計

摘要：文章針對傳統變流接觸器分合闡過程中產生的電弧對觸頭侵蝕的問題，提出了智能無弧交流接觸器全新的控制方法。該接觸器以傳統交流接觸器為主體，實現三相電路的靈活控制，在主電路中每相觸頭并聯一個單向晶閘管，以此來實現接觸器在吸合和分斷過程中的無弧控制，大大提高了接觸器電壽命。并且將智能結構的理念帶入了傳統交流接觸器中，采用ATMEGA16單片機作為控制核心，使智能無弧交流接觸器集數據采集，故障診斷與一體，實現了交流接觸器狀態的實時監測。
關鍵詞：交流接觸器；無弧；智能控制系統；脈沖寬度調制

0 引言
傳統交流接觸器在分斷電路的過程中產生的強烈電弧不僅造成觸頭磨損，降低了接觸器的電壽命；同時交流接觸器激磁系統多由交流電控制，不僅產生很大的交流噪聲，而且線圈功耗特別大。本文針對傳統交流接觸器激磁系統及滅弧系統提出了一種簡易、可靠的解決方案。根據國內外對智能交流接觸器的研究總結，本文采用了無觸點分斷方案，簡單來講就是在接觸器觸頭兩端分別并聯一個單相晶閘管，使其在接觸器分合閘過程中起到分流作用進而達到無弧分合閘的目的。同時針對傳統交流接觸器勵磁線圈采用交流勵磁功耗大的缺陷提出了直流穩壓激磁、直流小電壓保持方案，不僅可以保證觸頭穩定閉合，而且還可以減小接觸器二次彈跳幾率及線圈功耗，提高其使用壽命。
同時，隨著計算機、單片機及通信技術的發展，為智能無弧交流接觸器的控制系統提供了強大的技術支持。本文除了對傳統交流接觸器激磁系統及觸頭滅弧系統加以改進外，還引入了智能結構的思想，將傳感器、驅動器、控制器集于一體，通過實時數據的采集及數據處理，對接觸器的運行狀態進行及時判斷，提高了接觸器的實時性。同時還會對接觸器各相電壓、電流等參數進行實時檢測與判斷，從而能準確地對接觸器的運行狀態及故障實現實時檢測。

1 系統總體方案及其工作原理
智能無弧交流接觸器將傳統的交流接觸器與電力電子器件相結合，對接觸器觸頭系統進行改進，具體改進方法如圖1所示。同時實現勵磁線圈電壓自動控制、運行狀態在線自動監測、實時故障自診斷及故障定位。采用以ATMEGA16單片機為控制核心，通過相應傳感器對關鍵參數進行實時采集與分析，進而對接觸器運行狀況進行實時準確的判斷。系統縣體實現原理如圖2所示。

圖2中KM為普通交流接觸器，選擇工作場合為工頻50Hz，相電壓220V，線電壓380V。通過對負載各相電壓的監測判斷，即可知道系統是否處于過壓、欠壓及缺相(由缺相保護電路檢測)運行。若發現負載正在缺相運行，可立即封鎖PWM號，使系統停止運行并給出故障信息。若系統處于欠壓狀態可以給出故障報警和實際電壓值，根據檢測的三相電壓值計算三相負荷不平衡度，若在運行范圍內即不影響正常工作時，負載保持運行狀態；當三相不平衡度超過限定值則停止系統運行進行故障檢修，并給出報警信號。