基于PIC12F508的交流接觸器節電器設計

摘 要:CJ系列交流接觸器應用廣泛，但是運行噪聲大，耗電高，線圈鐵心運行溫度高，易燒毀。介紹一款節電器，它能有效地解決接觸器運行過程中的眾多問題。根據接觸器工作過程分出的吸合和保持兩個階段的不同特點，采用超小型單片機PIC12F508控制接觸器吸合電壓和維持電壓，實現接觸器的無聲運行和節能的目的，同時改造了交流接觸器線圈，節省大量的銅線。

關鍵詞:交流接觸器; 節電器; 單片機; PIC12F508

中圖分類號:TM57 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)11-0193-02

Design of Electricity Saving Device for AC Contactor

CHEN Li-bin， LIU Gang

(Department of Information Technology， Wenzhou Vocational College of Science and Technology， Wenzhou 325006， China)

Abstract: AC contactors in CJ series is widely used， but there are many problems such as loud noise， high power-consumption， high temperature of iron core coil in the course of operational process. It is of great practical significance to solve the problems. A electricity saving device introduced in the article solved the problems. The noiseless running and electricity saving were achieved by the aid of PIC12F508 to control pick-up voltage and maintaining voltage of AC contactor. Furthermore， much copper has been saved by means of reforming the coil.

Keywords: AC contactor; electricity saving device; single chip computer; PIC12F508

收稿日期:2009-12-15

CJ系列交流接觸器以價格便宜及使用壽命長的優勢，廣泛應用于低壓配電，但在運行當中電能損耗大，噪音大，并且經常燒毀線圈。本文針對交流接觸器運行噪聲大，耗電高，線圈鐵心運行溫度高，易燒毀的難題，設計了一款適合CJ系列交流接觸器的節電器，主要是采用單片機PIC12F508控制可控硅的導通角，也就是控制加在負載(交流接觸器線圈)上的電壓波形，從而實現交流接觸器的大電流直流吸合，低壓小電流維持運行，達到無聲節能的目的。

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、單片機控制電路和負載等組成。單片機控制電路主要是控制可控硅的導通時間。最終加在負載(交流接觸器線圈)上的電壓波形如圖2所示。

圖1 原理框圖

圖2 可控硅輸出電壓波形

在t=0～T1期間，可控硅的導通角是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t>T1后，通過單片機控制可控硅的導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。實踐證明，T1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。通過單片機，能夠精確地控制時間T1和T。

2 系統設計

2.1 硬件電路設計

2.1.1 單片機PIC12F508介紹

PIC12F508是Microchip Technology生產的低成本高性能8位全靜態的基于閃存的CMOS單片機，總共只有8個管腳。它們采用RISC架構，僅有33條單字/單周期指令。 除程序跳轉指令(為兩個周期)外的所有其他指令都是單周期(200 ns)的。PIC12F508本身自帶上電復位(POR)和內部振蕩模式(INTRC)，使器件不再需要外部復位電路和晶振，降低了產品的開發成本。

2.1.2 過零檢測電路

為了確保利用單片機對可控硅的可靠控制，必須準確地判斷220 V交流電壓的過零點。綜合各個方面的考慮，本文采用光耦P521完成過零點的檢測，如圖3所示。220 V經過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PIC12F508的端口GP1。當交流220 V的零點來到時，光耦第四管腳沒有信號輸出。

圖3 過零檢測電路

2.1.3 可控硅驅動電路

可控硅選用BT151，根據BT151的參數，單片機的高電平輸出就可以直接驅動BT151，為了保護單片機，防止220 V電壓串入單片機，在控制端連接了一個二極管。如圖4所示。

圖4 可控硅驅動電路

2.2 軟件設計

在MPLAB-IDE中使用Hitech C編譯器，最終用C語言完成節電器的軟件設計。

過零點判斷子程序如下:

void RB0low(void)

{

while (1)

{

if(RB0==0)//等待200 V交流電壓過零輸出

break; //跳出循環

}

}

PIC12F508初始化子程序如下:

void PIC (void)

{

TRISB=0XF9; //PIC16C54的RB口設置:RB0是輸入;RB1是輸出。

RB0=1; //過零點復位

RB1=0; // 關斷可控硅

}

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。

圖5 電磁線圈磁路

根據磁路學知識，有:

Ф=μ0ANI/(L1/μ+L0)

(1)

式中:

Ф為磁通量;μ0為真空磁導率;A為鐵芯橫截面積;N為線圈匝數;I為線圈導線電流;L1為鐵芯磁路長度;μ為鐵芯相對磁導率;L0為磁隙長度。

電磁鐵的吸引力和Ф成正比，所以當交流線圈加直流脈沖電壓啟動吸合時，吸引力增大數倍，實際觀察到的現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:

I=U/(jωL+R)

(2)

交流線圈加直流脈沖電壓時，式(1)中jωL=0，于是式(1)簡化為:

I=U/R

(3)

顯然，電路中的電流增加了，為了保護交流線圈不被燒毀，必須增大線圈的電阻，根據公式:

R=ρL/S

(4)

可以增加線圈的匝數或減小線徑。實際上增加線圈的匝數是不可能的(線圈的空間尺寸受接觸器結構的限制)，所以只能采取減小線徑的方法。實踐證明:線徑變細后，可以節省50%以上的銅錢。

3 結 語

將該節電器應用于CJ20-250交流接觸器，最終的實驗數據表明線圈有功節電率達到90%以上。長時間吸合運行，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。

參考文獻

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