CJ系列交流接觸器以價(jià)格便宜及使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì),，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(duì)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(jì)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(wú)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(shí)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,。

　　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(dòng)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(guò)單片機(jī)控制可控硅的導(dǎo)通時(shí)間為時(shí)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(guò)單片機(jī),，能夠精確地控制時(shí)間T1和T,。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2．1 硬件電路設(shè)計(jì)

　　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(gè)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(gè)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(guò)零檢測(cè)電路

　　為了確保利用單片機(jī)對(duì)可控硅的可靠控制,，必須準(zhǔn)確地判斷220 V交流電壓的過(guò)零點(diǎn)。綜合各個(gè)方面的考慮,，本文采用光耦P521完成過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè),，如圖3所示。220 V經(jīng)過(guò)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(lái)到時(shí)，光耦第四管腳沒(méi)有信號(hào)輸出,。

　　2．1．3 可控硅驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(gè)二極管,。如圖4所示,。

　　2．2 軟件設(shè)計(jì)

　　在MPLAB-IDE中使用Hitech C編譯器，最終用C語(yǔ)言完成節(jié)電器的軟件設(shè)計(jì),。

　　過(guò)零點(diǎn)判斷子程序如下：

　　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,。

　　根據(jù)磁路學(xué)知識(shí)，有：

　　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(zhǎng)度；μ為鐵芯相對(duì)磁導(dǎo)率,；L0為磁隙長(zhǎng)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?jiǎn)?dòng)吸合時(shí),，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(dòng)吸合時(shí)間，降低了線圈的發(fā)熱,，延長(zhǎng)了線圈的使用時(shí)間,。

　　2．3．2 線圈通過(guò)的電流

　　交流接觸器電磁線圈通過(guò)的電流為：

　　交流線圈加直流脈沖電壓時(shí)，式(1)中jωL=O,，于是式(1)簡(jiǎn)化為：

　　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：

　　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(yǔ)

　　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(zhǎng)時(shí)間吸合運(yùn)行，接觸器無(wú)聲,，接觸器線圈,、鐵心基本無(wú)溫升，大大延長(zhǎng)了線圈壽命,。