用于控制接触器打开时间的系统及方法与流程

1.本技术一般地涉及开关装置，更具体地，涉及用于控制开关装置的接触器打开时间的系统和方法。


背景技术：

2.开关装置通常被用在整个工业、商业、材料处理、加工和制造设置中，在此仅举几例。如本文中所使用的，“开关装置”通常旨在描述任何机电开关装置，诸如机械开关装置(例如，接触器、继电器、空气断路装置和受控气氛装置)或固态装置(例如，可控硅整流器(scr))。更具体地，开关装置通常打开以使电力与负载断开，而开关装置通常闭合以使电力与负载连接。例如，开关装置可以使三相电力与电动马达连接和断开。当开关装置打开或闭合时，电力可以作为电弧被放电以及/或者导致电流振荡被提供至负载，这可能导致转矩振荡。为了有助于降低这样的影响的可能性和/或幅度，可以在电力波形上的特定点处使开关装置打开和/或闭合。这样的精心定时的切换有时被称为“波上点”切换或“pow”切换。然而，开关装置的打开和闭合通常是非瞬时的。例如，在给出接通指令的时间与开关装置实际接通(即，闭合)的时间之间可能存在微小的延迟。类似地，在给出断开指令的时间与开关装置实际上断开(即，打开)的时间之间可能存在微小的延迟。因此，为了便于在电力波形上的特定点处接通或断开，可以采用多个实施方式来使开关装置能够相对于电力波形上的特定点进行操作。因此，本公开内容涉及pow开关领域中的各种不同的技术改进，可以以各种组合来使用所述技术改进，以提供本领域的进步。


技术实现要素：

3.以下呈现了所要求保护的主题的简化概述，以便提供对本文描述的一些方面的基本理解。该概述不是广泛的综述，并且并不旨在标识关键/重要要素或描绘所要求保护的主题的范围。该概述的唯一目的是以简化的形式呈现一些概念作为稍后呈现的更详细描述的序言。
4.一个实施方式是包括电枢、线圈和电路的装置。电枢被配置成：在将电枢电耦接至触头的闭合位置与没有电耦接至触头的打开位置之间移动。线圈被配置成释放电压，所述电压被配置成使线圈去磁，从而使电枢从闭合位置移动至打开位置。电路被配置成：在电枢从闭合位置移动至打开位置的时间段期间，向线圈提供反向驱动电流。
5.另一实施方式是被配置成提供反向线圈驱动电流的电路。该电路包括线圈、第一电源、第一开关和第二开关。第一电源连接至线圈的第二端。第一开关连接至线圈的第一端。第二开关连接至线圈的第二端。当第一开关和第二开关被导通时，使得来自第一电源的电流能够从第二端至第一端流过线圈。
6.另一实施方式是对开关系统的线圈进行驱动的方法。该方法包括：由电路使得电流能够在正向方向上流过线圈以使线圈磁化，从而将开关系统从打开状态改变为闭合状态；由电路使得电流不能在正向方向上流过线圈；以及由电路使得电流能够在反向方向上
流过线圈，以消除线圈的铁心通量。
7.以下描述和附图阐述了说明书的某些说明性方面。然而，这些方面仅指示了可以采用本说明书的原理的各种方式中的几种方式。当结合附图考虑时，根据对本说明书的以下详细描述，本说明书的其他优点和新颖特征将变得明显。
附图说明
8.图1是根据说明性实施方式的功率控制系统的框图；
9.图2是根据说明性实施方式的示例单极单载流路径继电器装置的系统视图；
10.图3是根据说明性实施方式的用于向功率控制系统的线圈提供反向电流的电路图；
11.图4是根据说明性实施方式的对图3的电路进行操作的过程的流程图；
12.图5是根据说明性实施方式的用于向功率控制系统的线圈提供反向电流的电路图；
13.图6是根据说明性实施方式的对图5的电路进行操作的过程的流程图；
14.图7是根据说明性实施方式的用于向功率控制系统的线圈提供反向电流的电路图；
15.图8是根据说明性实施方式的对图7的电路进行操作的过程的流程图；
16.图9是根据说明性实施方式的用于向功率控制系统的线圈提供反向电流的电路图；
17.图10是根据说明性实施方式的对图9的电路进行操作的过程的流程图；
18.图11是根据说明性实施方式的用于向功率控制系统的线圈提供反向电流的电路图；
19.图12是根据说明性实施方式的对图11的电路进行操作的过程的流程图。
具体实施方式
20.以下将描述本公开内容的一个或更多个具体实施方式。为了提供对这些实施方式的简要描述，可能不在说明书中描述实际实现的所有特征。应当理解的是，在任何这样的实际实现的开发中，例如在任何工程或设计项目中，都必须做出许多特定于实现的决策，以实现开发人员的特定目标，诸如符合与系统相关的约束和与业务相关的约束，这些约束可能因实现的不同而变化。此外，应当理解的是，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开内容的普通技术人员而言，这仍然将是设计、制作和制造的例行任务。
21.当介绍本公开内容的各种实施方式的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在意味着存在一个或更多个要素。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着可能存在除了所列出的要素之外的另外的要素。
22.如上所述，开关装置被用在诸如工业、商业、材料处理、制造、功率转换和/或功率分配的各种实现中，以使电力与负载连接和/或断开。为了一致地实现pow切换，可能考虑许多因素，以确保在接收到导致相应的开关装置打开的信号之后，相应的开关装置在一致的时间量内打开。也就是说，控制开关装置的打开的线圈驱动电路可能受到线圈电阻、温度、线圈供给电压、线圈电感等的影响。本文中描述的本实施方式帮助开关装置在精确且一致
的时间范围内打开，这可以使得pow切换操作更加有效。
23.本实施方式还可以采用一个或更多个反向电流电路来驱动线圈。反向电流电路可以使得开关装置能够在以下情况下更一致且精确地打开：各种线圈电阻(例如， /
‑
10％)、各种温度(例如，线圈电阻上另外的 /
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10％)、各种线圈供给电压(例如， /
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5％)、各种线圈电感(例如，线圈电感上另外的 /
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400％)以及电枢在开关装置的整个使用寿命期间的磨损。下面参照图1至图12来描述采用反向电流电路来驱动开关装置的线圈的另外的细节。
24.图1是根据说明性实施方式的功率控制系统100的框图。功率控制系统100包括电源102、开关设备104、负载106和控制器108。电源102可以是任何类型的合适的ac电力源或dc电力源。在一些实施方式中，电源102可以是电网。
25.开关设备104包括可以使用本文描述的系统和方法进行控制的一个或更多个开关装置。在一些实施方式中，开关设备104基于从控制器108接收的输入来控制从电源102到负载106的电流的流动。例如，根据一些实施方式，开关设备104可以选择性地使由电源102输出的三相电力与负载106连接和/或断开。根据一些实施方式，负载106可以是任何用电装置，诸如电动马达或任何其他以电为动力的装置。例如，开关设备104中的开关装置可以闭合以使电力连接至负载106。另一方面，开关设备104中的开关装置可以打开以使电力与负载106断开。
26.应当注意的是，本文描述的三相实现并非旨在进行限制。更具体地，所公开的技术的某些方面可以在单相电路系统上被使用以及/或者可以用于除了向电动马达供电以外的应用。另外地，应当注意的是，在一些实施方式中，电流可以从源102流到负载106。在其他实施方式中，电流可以从负载106流到源102(例如，风力涡轮机或另一发电机)。更具体地，在一些实施方式中，例如当检修马达时，从负载106到源102的电流流动可以瞬时发生。
27.在一些实施方式中，开关设备104的操作(例如，开关装置的打开或闭合)可以由控制器108控制。更具体地，控制器108可以指示开关设备104与电源连接或断开。因此，控制器108可以包括一个或更多个处理器和存储器。更具体地，如将在下面更详细地描述的，存储器可以是存储指令的有形的、非暂态的计算机可读介质，所述指令当由一个或更多个处理器执行时，执行所描述的各种处理。应当注意的是，非暂态仅指示介质是有形的，而不是信号。许多不同的算法和控制策略可以被存储在存储器中并由处理器实现，并且这些算法和控制策略通常取决于负载106的性质、负载106的预期机械和电气性能、特定实现、开关装置的性能等。
28.在一些实施方式中，开关设备104可以包括保护电路系统和实际的开关电路系统或者与所述保护电路系统和实际的开关电路系统一起工作，其在电源与马达绕组之间建立连接以及断开连接。更具体地，诸如在特定类型的组装设备(例如，马达启动器)中，保护电路系统可以包括熔断器和/或断路器，开关电路系统可以包括继电器、接触器和/或固态开关(例如，scr、mosfet、igbt和/或gto)。
29.例如，当过载、短路状况或任何其他不想要的状况被检测到时，保护电路系统中包括的开关装置可以使电源102与负载108断开。这样的控制可以基于装置的非指示性操作(例如，由于加热、过电流的检测和/或内部故障)，或者控制器108可以指示包括在开关电路系统中的开关装置(例如，接触器或继电器)打开或闭合。例如，开关电路系统可以包括一个接触器(例如，三相接触器)或更多个接触器(例如，三个或更多个单极单载流路径开关装
置)。
30.因此，为了启动负载106，控制器108可以指示开关电路系统中的一个或更多个接触器单独地闭合、一起闭合或以顺序方式闭合。另一方面，为了使负载106停止，控制器108可以指示开关电路系统中的一个或更多个接触器单独地打开、一起打开或以顺序方式打开。当一个或更多个接触器闭合时，来自电源102的电力被连接至负载106或被调节，而当一个或更多个接触器打开时，电力从负载106被移除或被调节。系统中的其他电路可以诸如基于物品的移动或制造、压力、温度等来提供调节负载106(例如，马达驱动器、自动化控制器等)的操作的受控波形。这样的控制可以基于改变功率波形的频率以产生负载106的受控速度。
31.在一些实施方式中，控制器108可以至少部分地基于由传感器测量的电力的特性(例如，电压、电流或频率)来确定何时打开或闭合一个或更多个接触器。另外地，控制器108可以接收指令以使开关设备104中的一个或更多个接触器打开或闭合。在一些实施方式中，控制器108可以是可编程逻辑控制器(plc)，该可编程逻辑控制器本地地(或远程地)控制功率控制系统100的操作。因此，控制器108可以包括一个或更多个处理器和存储器。更具体地，存储器46可以是在其上存储指令的有形的非暂态计算机可读介质。如将在下面更详细地描述的，计算机可读指令可以被配置成：当由一个或更多个处理器执行时，执行所描述的各种处理。在一些实施方式中，控制器108也可以被包括在开关设备104中。
32.图2是根据说明性实施方式的示例单极单载流路径继电器装置200的系统视图。继电器装置200可以被包括在如图1中示出的开关设备中。继电器装置200包括耦接至弹簧204的电枢206。电枢206可以具有公共触头202，该公共触头202可以耦接至电子电路的一部分。电枢206包括触头208。当继电器装置200的线圈216被去激励(例如，没有电流流过)时，触头208可以通过触头a电耦接至触头212(例如，常闭触头)。当线圈216被激励(例如，有电流流过)时，触头208可以通过触头b电耦接至触头214(例如，常开触头)。当触头208耦接至触头212时，电流流过触头202到达触头212，并且继电器装置处于断开状态(off state)。当触头208耦接至触头214时，电流流过触头202到达触头214，并且继电器装置200处于导通状态(on state)。继电器装置200在断开状态与导通状态之间切换的操作由流过线圈216的电流控制，所述流过线圈216的电流由连接至线圈216的驱动电路提供。如以上提到的，适当的操作需要精确且一致的继电器打开时间。提供对继电器打开操作的精确且一致的控制是有利的。本公开内容提供了一个或更多个线圈驱动电路，以减小继电器打开时间公差和漂移并提供与部件公差、温度和继电器寿命无关的一致的继电器打开时间。
33.图3示出了根据说明性实施方式的被用于向功率控制系统的线圈提供反向电流的电路300。电路300包括线圈328、第一电源320、第二电源321和控制系统302。线圈328(例如，继电器线圈)被用于控制功率控制系统的开关中的触头的移动。电源320和321以相反的方向被布置在线圈328上，以提供流过线圈328的正向电流和反向电流。电源320和321可以是dc电源。在一些实施方式中，电源320和321可以是ac电源。在一些实施方式中，电源320和321可以是一个电源。
34.第一电源320被配置成：在第一方向(例如，正向方向)上向线圈328提供电流。来自第一电源320的电流由开关318、开关306和开关338控制。在一些实施方式中，电阻器316可以被设置在第一电源320与开关318之间以吸收电压。开关318由栅极端子处的电压控制。开
关318的栅极端子连接至电阻器312与电阻器308之间的节点，并且还连接至开关306。开关306由从控制系统302接收的控制信号进行控制。在一些实施方式中，电阻器304可以被设置在控制系统302与开关306之间以吸收电压。当控制系统302在开关306的栅极端子处施加电压并且所施加的电压达到开关306的阈值时，开关306闭合以允许电流从第一电源320流过电阻器312和电阻器308。当电阻器308与312之间的电压达到开关318的阈值时，开关318闭合以允许电流在第一方向上从第一电源320流向线圈328。开关338在栅极端子处接收来自控制系统302的控制信号(例如，电压)。当施加在开关338的栅极端子处的电压达到阈值时，开关338闭合。当开关318和338都闭合时，电流在第一方向上流过线圈328。换句话说，线圈328被激励。在一些实施方式中，齐纳二极管310和电容器314可以作为电压调节器与电阻器312并联地被设置，以向电阻器312提供恒定的电压。在一些实施方式中，二极管322被连接在开关318与线圈328之间以阻止反向电流。在一些实施方式中，二极管324和齐纳二极管326以背对背的配置——例如，其中两个二极管的阳极耦接在一起——并联地耦接至线圈328。二极管324和齐纳二极管326被配置成：快速地减小通过线圈328的正向电流(例如，第一方向上的电流)，直到线圈328被完全放电为止。
35.第二电源321被配置成在第二方向(例如，反向方向)上向线圈328提供电流。来自第二电源321的电流由开关319、开关307和开关336控制。在一些实施方式中，电阻器317可以被设置在第二电源321与开关319之间以吸收电压。开关319由栅极端子处的电压控制。开关319的栅极端子被连接至电阻器313与电阻器309之间的节点，并且还连接至开关307。开关307由从控制系统302接收的控制信号进行控制。在一些实施方式中，电阻器305可以被设置在控制系统302与开关307之间以吸收电压。当控制系统302在开关307的栅极端子处施加电压并且所施加的电压达到开关307的阈值时，开关307闭合以允许电流从第二电源321流过电阻器313和电阻器309。当电阻器309与313之间的电压达到开关319的阈值时，开关319闭合以允许电流在第二方向上从第二电源321流向线圈328。开关336在栅极端子处从控制系统302接收控制信号(例如，电压)。当施加在开关336的栅极端子处的电压达到阈值时，开关336闭合。当开关319和336都闭合时，反向电流在第二方向上流过线圈328。在一些实施方式中，线圈328可以响应于由第一电源320供应的电流的突然损失而产生反电动势(emf)。提供给线圈328的反向电流吸收反emf能量。在一些实施方式中，齐纳二极管311和电容器315可以作为电压调节器与电阻器313并联地被设置，以向电阻器313提供恒定的电压。在一些实施方式中，二极管323连接在开关319与线圈328之间以阻止反向电流。在一些实施方式中，二极管330和齐纳二极管332以面对面的配置——例如，其中二极管330和齐纳二极管332的阴极耦接在一起——并联地耦接至线圈328。面对面配置的二极管330和332被配置成：快速地释放通过线圈328的反向电流，直到线圈328被完全放电为止。在一些实施方式中，二极管325和齐纳二极管327以面对面的配置并联地耦接至线圈328。二极管325和齐纳二极管327被配置成减小来自线圈328的正向电流。在一些实施方式中，开关306、318、338、336、307和319可以是任何合适类型的固态开关(例如，scr、mosfet、igbt和/或gto)。
36.图4是根据说明性实施方式的操作图3的电路300的过程400的流程图。过程400由控制系统302控制，以控制功率控制系统的开关中的触头的移动。在操作402中，开关306和338被控制系统302导通，以使得来自第一电源320的电流能够在正向方向上流过线圈328。当开关306被导通时，电压被施加至开关318的栅极端子以使开关318导通。来自第一电源
320的电流流经电阻器316和开关318到达线圈328。当正向电流流过线圈328时，线圈328被激励以提供电磁力来使开关的触头闭合。
37.在操作404中，控制系统302确定开关的触头是否闭合以及闭合的触头是否达到稳定状态。在确定触头闭合并且达到稳定状态之后，在操作406中，控制系统302使开关306和338关断以使正向电流不能流过线圈328。当正向电流流动被禁止时，线圈328响应于由第一电源320供应的电流的突然损失而产生反emf。减小反emf以便提供功率控制系统的精确且一致的继电器打开时间是有利的。
38.在操作408中，开关307和336被控制系统302导通，以使得电流能够在反向方向上流过线圈328。反向电流由第二电源321提供。反向电流可以吸收由线圈328产生的反emf。当开关307被导通时，电压被施加至开关319的栅极端子并且开关319被导通。来自第二电源321的电流流经电阻器317和开关319到达线圈328，并且在反向方向上流经线圈328到达开关336。
39.在操作410中，控制系统302确定用于提供反向电流的时间段，以便消除功率控制系统的开关中的铁心通量(core flux)。在一些实施方式中，时间段可能与线圈328的材料有关以及/或者与第一电源320的功率水平有关。
40.在操作412中，控制系统302在确定的时间段之后使开关307和336关断，以使得反向电流不能在反向方向上流过线圈328。
41.图5示出了根据说明性实施方式的被用于向功率控制系统的线圈提供反向电流的电路500。电路500包括线圈524、第一电源518、第二电源536和控制系统502。线圈524(例如，继电器线圈)被用于控制功率控制系统的开关中的触头的移动。第一电源518是dc电源。第二电源536是ac电源。第一电源518向线圈524提供正向电流，而第二电源536向线圈524提供反向电流。
42.第一电源518通过开关520和电阻器516连接至线圈524。第一电源518也通过电阻器512和电阻器508连接至开关506。开关506的栅极端子通过电阻器504连接至控制系统502。开关520的栅极端子被连接至电阻器512与电阻器508之间的节点。当控制系统502在开关506的栅极端子处施加达到栅极端子的阈值的电压时，开关506闭合以使得电流能够从第一电源518流过电阻器512和电阻器508。当电流流过电阻器512和电阻器508时，这两个电阻器512和508之间的节点处的电压被施加至开关520的栅极端子以使开关520闭合。当开关520闭合时，来自第一电源518的电流流向线圈524的第一端。线圈524的第二端连接至开关526。开关526由控制系统502控制，该控制系统502连接至开关526的栅极端子。当控制系统指示开关506和526闭合时，由第一电源518提供的电流从线圈524的第一端流到线圈524的第二端(例如，在正向方向上)。
43.第二电源536通过电阻器534连接至开关538的栅极端子。第二电源536也连接至开关538的第一端子。当在栅极端子处施加的电压达到开关538的阈值时，开关538闭合以使得来自第二电源536的电流能够流过开关538。开关538连接至线圈524的第二端。开关522连接至线圈524的第一端。开关522的栅极端子连接至开关506与电阻器508之间的节点。当开关506接通时，开关522断开，而当开关506断开时，开关522接通。当开关522和开关538都被导通时，由第二电源536提供的电流在反向方向上流过线圈524。在一些实施方式中，开关506、520、522、538和526可以是任何合适类型的固态开关(例如，scr、mosfet、igbt和/或gto)。在
一些实施方式中，电容器532和电阻器530并联地连接至开关538。
44.图6是根据说明性实施方式的操作图5的电路500的过程600的流程图。过程600由控制系统502控制以对线圈进行激励或去激励，以便控制功率控制系统的开关中的触头的移动。在操作602中，开关506被控制系统导通。当开关506被导通时，电压被施加至开关520的栅极端子，并且电压被施加至开关526的栅极端子，使得开关520和开关526也导通。使得来自第一电源518的电流能够流过开关520、线圈524和开关526。
45.在操作604中，控制系统502确定开关的触头是否闭合以及闭合的触头是否达到稳定状态。在确定触头闭合并且达到稳定状态之后，在操作606中，控制系统502使开关506关断，以使正向电流不能流过线圈524。当正向电流流动被禁止时，线圈524可以响应于由第一电源518供应的电流的突然损失而生成反emf。
46.在操作608中，开关538和522被控制系统502导通，以使得电流能够在反向方向上流过线圈524。开关538通过由电阻器530、电容器532和电阻器534形成的ac耦合电路被导通。当控制信号从高到低转变时，开关538的栅极
‑
源极电压暂时为负脉冲并且通过ac耦合电路被导通。在一些实施方式中，开关538是p沟道fet。当来自控制系统502的控制信号为低时，开关522被导通。反向电流由第二电源536提供。反向电流可以吸收由线圈524生成的反emf。
47.在操作610中，控制系统502确定用于提供反向电流的时间段，以便消除功率控制系统的开关中的铁心通量。在一些实施方式中，时间段可能与线圈524的材料有关以及/或者与第一电源518的功率水平有关。
48.在操作612中，控制系统502在确定的时间段之后使开关538和522关断，以使反向电流不能在反向方向上流过线圈524。当开关538的临时负栅极
‑
源极电压脉冲结束时，开关538被关断。当控制信号为低时，开关522保持接通。当开关538断开并且开关522接通时，电流流过开关522、齐纳二极管528和开关526的寄生二极管。齐纳二极管528提供使电流下降时间最小化的高电压钳位路径。
49.图7示出了根据说明性实施方式的被用于向功率控制系统的线圈提供反向电流的电路700。电路700包括线圈730、第一电源718、第二电源734和控制系统702。线圈730(例如，继电器线圈)被用于控制功率控制系统的开关中的触头的移动。电源718和734可以是dc电源。在一些实施方式中，电源718和734可以是一个电源。第一电源718被配置成向电路700提供正向电压，而第二电源734被配置成向电路700提供反向电压。
50.第一电源718被配置成在第一方向(例如，正向方向)上向线圈730提供正向电压和正向电流。来自第一电源718的电流由开关720、开关706和开关732控制。在一些实施方式中，电阻器716可以被设置在第一电源718与开关720之间以吸收电压。开关720由栅极端子处的电压进行控制。开关720的栅极端子连接至电阻器708与电阻器712之间的节点，并且还连接至开关706。开关706由从控制系统702接收的控制信号进行控制。在一些实施方式中，电阻器704可以被设置在控制系统702与开关706之间以吸收电压。当控制系统702在开关706的栅极端子处施加电压并且所施加的电压达到开关706的阈值时，开关706闭合以允许电流从第一电源718流过电阻器712和电阻器708。当电阻器708与712之间的电压达到开关720的阈值时，开关720闭合以允许电流在第一方向上从第一电源718流向线圈730。开关732在栅极端子处接收来自控制系统702的控制信号(例如，电压)。当施加在开关732的栅极端
子处的电压达到阈值时，开关732闭合。当开关720和732都闭合时，电流在第一方向上流过线圈730。换句话说，线圈730被激励。在一些实施方式中，齐纳二极管710和电容器714可以作为电压调节器与电阻器712并联地被设置，以向电阻器712提供恒定的电压。在一些实施方式中，二极管722连接在开关720与线圈730之间以阻止反向电流。在一些实施方式中，齐纳二极管726和齐纳二极管728以背对背配置——例如，其中两个二极管的阳极耦接在一起——并联地耦接至线圈730。齐纳二极管726和齐纳二极管728被配置成：当开关706和732打开时，快速地减小通过线圈730的正向电流(例如，在第一方向上的电流)，直到线圈730被完全放电为止。
51.第二电源734被配置成在第二方向(例如，反向方向)上向线圈730提供反向电压和反向电流。来自第二电源734的电流由开关746、开关724和开关738控制。在一些实施方式中，电阻器744可以被设置在第二电源734与开关746之间以吸收电压。在一些实施方式中，电阻器742可以被设置在开关738与电阻器744和开关746之间的节点之间。开关746由栅极端子处的电压进行控制。开关746的栅极端子连接至控制系统702。开关746由从控制系统702接收的控制信号进行控制。在一些实施方式中，电阻器750可以被设置在控制系统702与开关746之间以吸收电压。当控制系统702在开关746的栅极端子处施加电压并且所施加的电压达到开关746的阈值时，开关746闭合以允许电流从第二电源734流过电阻器744和电阻器742。当电流流过电阻器744时，电压被施加至开关738的栅极端子。当施加至开关738的栅极端子的电压达到阈值时，开关738闭合以使得电流能够从第二电源734流向线圈730。在一些实施方式中，齐纳二极管736连接在开关738的栅极端子与开关738的第一端子之间，以保护开关738免受过载损坏。在一些实施方式中，二极管740连接在开关738与线圈730之间以阻挡正向线圈电流。开关724连接在线圈730与控制系统702之间。当开关746被导通时，开关724也被导通，使得来自第二电源734的电流能够流过开关738、线圈730和开关724。在一些实施方式中，开关706、720、724、744、738、732和746可以是任何合适类型的固态开关(例如，scr、mosfet、igbt和/或gto)。
52.图8是根据说明性实施方式的操作图7的电路700的过程800的流程图。过程800由控制系统702控制，以控制功率控制系统的开关中的触头的移动。在操作802中，开关706和732被控制系统702导通，以使得来自第一电源718的电流在正向方向上流过线圈730。当开关706被导通时，电压被施加至开关720的栅极端子以使开关720导通。来自第一电源718的电流流经电阻器716和开关720到达线圈730。当正向电流流过线圈730时，线圈730被激励以提供电磁力来使开关的触头闭合。
53.在操作804中，控制系统702确定开关的触头是否闭合以及闭合的触头是否达到稳定状态。在确定触头闭合并且达到稳定状态之后，在操作806中，控制系统702使开关706和732关断，以使正向电流不能流过线圈730。当正向电流流动被禁止时，线圈730响应于由第一电源718供应的电流的突然损失而生成反emf。减小反emf以提供功率控制系统的精确且一致的继电器打开时间是有利的。
54.在操作808中，开关746和724被控制系统702导通，以使得电流能够在反向方向上流过线圈730。反向电流由第二电源734提供。反向电流可以吸收由线圈730产生的反emf。当开关746被导通时，电压被施加至开关738的栅极端子并且开关738被导通。来自第二电源734的电流流经开关738到达线圈730，并且在反向方向上流经线圈730到达开关724。
55.在操作810中，控制系统702确定用于提供反向电流的时间段，以便消除功率控制系统的开关中的铁心通量。在一些实施方式中，时间段可能与线圈730的材料有关以及/或者与第一电源718的功率水平有关。
56.在操作812中，控制系统702在确定的时间段之后使开关724和746关断，以使得反向电流不能在反向方向上流过线圈730。
57.图9示出了根据说明性实施方式的被用于向功率控制系统的线圈提供反向电流的电路900。电路900包括线圈930、电源918、电容器934和控制系统902。线圈930(例如，继电器线圈)被用于控制功率控制系统的开关中的触头的移动。电源918可以是dc电源。在一些实施方式中，电源918可以是ac电源。电源918被配置成向电路900提供正向电压。电容器934被配置成向电路900提供反向电压。
58.电源918被配置成在第一方向(例如，正向方向)上向线圈930提供正向电压和正向电流。来自电源918的电流由开关920、开关906和开关932进行控制。在一些实施方式中，电阻器916可以被设置在电源918与开关920之间以吸收电压。开关920由栅极端子处的电压进行控制。开关920的栅极端子连接至电阻器908与电阻器912之间的节点，并且还连接至开关906。开关906由从控制系统902接收的控制信号进行控制。在一些实施方式中，电阻器904可以被设置在控制系统902与开关906之间以吸收电压。当控制系统902在开关906的栅极端子处施加电压并且所施加的电压达到开关906的阈值时，开关906闭合以允许电流从电源918流过电阻器912和电阻器908。当电阻器908与912之间的电压达到开关920的阈值时，开关920闭合以允许电流在第一方向上从电源918流向线圈930。开关932在栅极端子处接收来自控制系统902的控制信号(例如，电压)。当施加在开关932的栅极端子处的电压达到阈值时，开关932闭合。当开关920和932都闭合时，电流在第一方向上流过线圈930。换句话说，线圈930被激励。在一些实施方式中，齐纳二极管910和电容器914可以作为电压调节器与电阻器912并联地被设置，以向电阻器912提供恒定的电压。在一些实施方式中，二极管922连接在开关920与线圈930之间以阻止反向电流。在一些实施方式中，齐纳二极管926和齐纳二极管928以背对背配置——例如，其中两个二极管的阳极耦接在一起——并联地耦接至线圈930。齐纳二极管926和齐纳二极管928被配置成：当开关906和932打开时，快速地减小通过线圈930的正向电流(例如，在第一方向上的电流)，直到线圈930被完全放电为止。
59.电容器934被配置成在第二方向(例如，反向方向)上向线圈930提供反向电压和反向电流。电容器934被充入所需量的能量，以在继电器打开时消除继电器线圈铁心通量。在一些实施方式中，电容器934可以以任何合适的方式被充电，诸如由电源918或任何合适的外部电源进行充电。在一些实施方式中，电容器934由没有被示出的充电电路进行充电。来自电容器934的电流由开关946、开关924和开关938进行控制。电容器934的第一端连接至开关938与电阻器944之间。在一些实施方式中，电阻器944被设置在电容器934与开关946之间以吸收电压。在一些实施方式中，电阻器942可以被设置在开关938与电阻器944和开关946之间的节点之间。开关946由栅极端子处的电压进行控制。开关946的栅极端子连接至控制系统902。开关946由从控制系统902接收的控制信号进行控制。在一些实施方式中，电阻器950可以被设置在控制系统902与开关946之间以吸收电压。当控制系统902在开关946的栅极端子处施加电压并且所施加的电压达到开关946的阈值时，开关946闭合以允许电流从电容器934流过电阻器944和电阻器942。当电流流过电阻944时，电压被施加至开关938的栅极
端子。当施加至开关938的栅极端子的电压达到阈值时，开关938闭合以使得电流从电容器934流向线圈930。在一些实施方式中，齐纳二极管936连接在开关938的栅极端子与开关938的第一端子之间，以保护开关938免受过载损坏。在一些实施方式中，二极管940连接在开关938与线圈930之间以阻挡正向线圈电流。开关924连接在线圈930与控制系统902之间。当开关946被导通时，开关924也被导通，使得来自电容器934的电流能够流过开关938、线圈930和开关924。在一些实施方式中，开关906、920、924、944、938、932和946可以是任何合适类型的固态开关(例如，scr、mosfet、igbt和/或gto)。
60.图10是根据说明性实施方式的操作图9的电路900的过程1000的流程图。过程1000由控制系统902进行控制，以控制功率控制系统的开关中的触头的移动。在操作1002中，开关906和932被控制系统902导通，以使得来自电源918的电流能够在正向方向上流过线圈930。当开关906被导通时，电压被施加至开关920的栅极端子以使开关920导通。来自电源918的电流流经电阻器916和开关920到达线圈930。当正向电流流过线圈930时，线圈930被激励以提供电磁力来使开关的触头闭合。
61.在操作1004中，控制系统902确定开关的触头是否闭合以及闭合的触头是否达到稳定状态。在操作1006中，电容器934被充入所需量的能量。充入的能量的量被确定成使得电容器可以提供足够的能量来消除当继电器打开时继电器线圈铁心通量。根据一些实施方式，从分离的电源对电容器进行充电。
62.在确定触头闭合并达到稳定状态之后，并且在确定电容器934被充入了所需量的能量之后，在操作1008中，控制系统902使开关906和932关断，以使正向电流不能流过线圈930。当正向电流流动被禁止时，线圈930响应于由第一电源918供应的电流的突然损失而生成反emf。减小反emf以便提供功率控制系统的精确且一致的继电器打开时间是有利的。
63.在操作1010中，开关946和924被控制系统902导通，以使得电流能够在反向方向上流过线圈930。反向电流由电容器934提供。反向电流可以吸收由线圈930生成的反emf。当开关946被导通时，电压被施加至开关938的栅极端子，并且开关938被导通。来自电容器934的电流流经开关938到达线圈930，并在反向方向上流经线圈930到达开关924。
64.在操作1012中，控制系统902确定电容器934是否被充分放电。
65.在操作1014中，在确定电容器934被充分放电之后，控制系统902使开关924和946关断，以使反向电流不能在反向方向上流过线圈930。
66.图11示出了根据说明性实施方式的被用于向功率控制系统的线圈提供反向电流的电路1100。电路1100具有h桥设计。电路1100包括线圈1118、电源1112和控制系统1102。线圈1118(例如，继电器线圈)被用于控制功率控制系统的开关中的触头的移动。电源1112可以是dc电源。在一些实施方式中，电源1112可以是ac电源。
67.电源1112通过开关1110连接至线圈1118的第一端。开关1110由在栅极端子处接收的信号进行控制。栅极端子连接至电阻器1108与电阻器1106之间的节点。电阻器1108连接至电源1112。电阻器1106连接至开关1104。开关1104由控制系统1102通过开关1104的栅极端子与控制系统1102之间的连接进行控制。当开关1104被导通时，电压被施加至开关1110的栅极端子以使开关1110导通。开关1117连接在线圈1118的第二端与控制系统1102之间。当开关1117和开关1104被导通时，来自电源1112的电流在正向方向上流过开关1110、线圈1118和开关1117。
68.电源1112通过开关1111连接至线圈1118的第二端。开关1111由在栅极端子处接收的信号进行控制。栅极端子连接至电阻器1109与电阻器1107之间的节点。电阻器1109连接至电源1112。电阻器1107连接至开关1105。开关1105由控制系统1102通过开关1105的栅极端子与控制系统1102之间的连接进行控制。当开关1105被导通时，电压被施加至开关1111的栅极端子以使开关1111导通。开关1116连接在线圈1118的第一端与控制系统1102之间。当开关1116和开关1105被导通时，来自电源1112的电流在反向方向上流过开关1111、线圈1118和开关1116。在一些实施方式中，齐纳二极管1114被设置在开关1116与线圈1118的第一端之间。齐纳二极管1114被配置成：在电流在方向上被反向之前，控制继电器线圈电流下降时间。在一些实施方式中，可以使用短路来代替齐纳二极管1114。在一些实施方式中，电流测量装置1124被用于通过对来自控制系统1102的控制信号进行脉冲宽度调制(pwm)来调节反馈控制回路中的线圈电流。
69.图12是根据说明性实施方式的操作图11的电路1100的过程1200的流程图。过程1200由控制系统1102进行控制，以控制功率控制系统的开关中的触头的移动。在操作1202中，开关1104和1117被控制系统1102导通，以使得来自电源1112的电流能够在正向方向上流过线圈1118。当开关1104被导通时，电压被施加至开关1110的栅极端子以使开关1110导通。来自电源1112的电流流经开关1110到达线圈1118。当正向电流流过线圈1118时，线圈1118被激励以提供电磁力来使开关的触头闭合。
70.在操作1204中，控制系统1102确定开关的触头是否闭合以及闭合的触头是否达到稳定状态。在确定触头闭合并且达到稳定状态之后，在操作1206中，控制系统1102使开关1104和1117关断，以使正向电流不能流过线圈1118。当正向电流流动被禁止时，线圈1118可以响应于由第一电源1112供应的电流的突然损失而生成反emf。减小反emf以便提供功率控制系统的精确且一致的继电器打开时间是有利的。
71.在操作1208中，开关1105和1116被控制系统1102导通，以使得电流能够在反向方向上流过线圈1118。反向电流可以吸收由线圈1118生成的反emf。当开关1105被导通时，电压被施加至开关1111的栅极端子，并且开关1111被导通。来自电源1112的电流流经开关1111到达线圈1118，并在反向方向上流经线圈1118到达开关1116。
72.在操作1210中，控制系统1102确定用于提供反向电流的时间段，以便消除功率控制系统的开关中的铁心通量。在一些实施方式中，时间段可能与线圈1118的材料有关以及/或者与电源1112的功率水平有关。
73.在操作1212中，控制系统1102在确定的时间段之后使开关1105和1116关断，以使反向电流不能在反向方向上流过线圈1118。
74.如本文中所使用的，“控制系统”和/或“控制器”可以包括任何基于计算机的装置，诸如模拟计算机或数字计算机或者微控制器或单板计算机(sbc)或个人计算机(pc)或者可以配置有软件并可在一些环境中操作以改变环境(例如，改变速度、改变温度或更改位置)的任何工业控制器。例如，控制器可以是可编程自动化控制器(pac)和/或可编程逻辑控制器(plc)。如本文所使用的术语“控制器”可以包括可以跨多个计算机部件或网络被共享的功能。另外地，控制器可以是操作成改变过程的硬件控制器或软件控制器。
75.例如，控制系统可以包括存储器，以存储数据和/或控制指令、算法、模型结构、诸如模型参数的模型信息、设计信息和历史信息连同程序、数据、控制、历史数据和/或操作信
息。这可以被存储在一个或更多个处理器上或者可以分布在多个处理器上。多个处理器可以在物理上位于同一电路板上、位于同一机壳中、位于同一控制室中，或者多个处理器可以分布在通过一个或更多个网络或数据通信设施链接的一些或更多个位置中。
76.控制系统还可以包括多个输入端和输出端(i/o)。例如，输入端可以被用来接受来自传感器的指示工厂和/或过程的状况的信号。输出端可以提供电信号，以使致动器移动或使触头闭合(或打开)，从而影响系统的状态。控制器输出可以与其他存储的信息进行组合并被呈现以用于显示、打印和/或档案存储。控制器输出可以是到另一个较低级别的控制器——诸如具有电流、速度和/或扭矩限制能力的马达速度控制器——的控制信号或设定点值。然后，较低级别的控制器可以实现内部反馈回路，以保持马达速度和/或扭矩，直到从较高级别的控制器接收到另一控制动作更改诸如设定点更改为止。注意，控制器的级别可以是级联的以及/或者可以包括多个控制级别和/或多个并行控制器。如本文中所应用的，术语“模型”可以表示作为软件程序的一部分的“算法”。例如，模型可以是被存储在控制器的存储器中并由控制器的处理器中的一个或更多个执行的软件程序。
77.如在本技术中所使用的，术语“组件”、“模块”、“代理”、“算法”、“系统”、“接口”、“模型”等通常旨在指代计算机相关的实体、硬件、硬件和软件的组合、软件或者执行中的软件。例如，组件可以是但不限于：在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行的线程、程序和/或计算机。“软件”可以包括固件、经解释的代码、经编译的逻辑、可执行指令以及/或者可以以数字、模拟或混合(模拟和数字)形式实现的硬连线逻辑。作为说明，在控制器上运行的应用和控制器二者都可以是组件。一个或更多个组件可以驻留在执行的进程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机上以及/或者可以分布在单个计算机(例如，多核计算机)中的两个或更多个处理器之间，或者可以分布在多个不同的本地计算机或分布式计算机或这些配置的任何组合中。作为另一示例，接口可以包括输入/输出(i/o)组件以及相关联的处理器、应用和/或应用编程接口(api)组件。
78.应当注意的是，如在本技术中所使用的，诸如“组件”、“模块”、“代理”、“模型”、“系统”等的术语旨在指代计算机相关的机电实体或这两者、硬件、硬件和软件的组合、软件或者如为了进行工业控制而应用于自动化系统的执行中的软件。例如，组件可以是但不限于：在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行的线程、程序和计算机。作为说明，在服务器上运行的应用和服务器二者都可以是组件。一个或更多个组件可以驻留在执行的进程或线程中，并且组件可以位于一个计算机上或者分布在与其通信的两个或更多个计算机、设备或模块之间。
79.如上所述的主题包括各种示例性方面。然而，应当理解的是，不可能出于描述这些方面的目的而描述每个可想到的组件或方法。本领域普通技术人员可以认识到，另外的组合或置换是可能的。可以采用各种方法或架构来实现各种实施方式、修改、变型或其等同物。因此，本文描述的方面的所有这样的实现旨在涵盖主题权利要求的范围和精神。此外，就在详细描述或权利要求中使用术语“包括(includes)”而言，这样的术语旨在以与术语“包括(comprising)”在被用作权利要求中的过渡词时“包括(comprising)”被解释的方式类似的方式是包含性的。