一种自锁式低耗能大功率接触器的制造方法
【专利摘要】本发明属于地面工程【技术领域】，具体涉及到一种电磁自锁式接触器，其包括电磁自锁机构、接触器底板支架[16]、铁芯[18]、励磁线圈[22]、第二衔铁[21]、衔铁固定架[20]、弹簧卡销[23]和压缩复位弹簧[19]。借助多种作用力的平衡，实现锁定线圈的最小耗能的稳固设计，结构简单可靠，锁定线圈功率可以是励磁线圈的5％左右，由此构成的节能型交流接触器总耗能相对常规交流接触器可降低90％以上，同时解决了接触器发热、噪音等问题。
【专利说明】一种自锁式低耗能大功率接触器
【技术领域】
[0001]本发明属于地面工程【技术领域】，具体涉及到一种电磁自锁式低耗能大功率接触器。 【背景技术】
[0002]电气设备控制系统中涉及对带电流负载的线路做分断隔离控制时，一般采用交流接触器进行接通和切断。电磁式自恢复接触器的工作原理如下:励磁线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克服弹簧反作用力使衔铁吸合，带动触点机构动作，主常开触点闭合，接通线路。励磁线圈失电时，电磁吸力小于弹簧反向作用力，使得衔铁释放，接触器触点机构复位并分断开线路的连接。
[0003]由于受触点端子及配套电磁机构等部件体积的限制，对于大电流的分断所需要的交流接触器有较大结构空间要求，且相应的励磁线圈需要足够的功率以确保电磁机构和触点动作吸合。励磁线圈需要较高的启动电流吸合衔铁，并在励磁线圈启动吸合后依靠本线圈持续加电维持衔铁吸合。
[0004]大负荷抽油机的电机控制电路一般采用CJ20系列的大功率交流接触器。该系列通用型号交流接触器在抽油机配电箱内安装使用中，存在的了大量问题:
[0005]1、励磁线圈按照大电流启动高耗模式设计，在相对维持衔铁吸合时，耗能相对过剩，严重浪费能源，且存在极高的普遍发热问题，加速线圈绝缘老化，降低寿命。
[0006]2、CJ20系列交流接触器应垂直安装，但我们现场无一例外都是水平安装，严重影响了主要部件的正常工作:
[0007](I)衔铁属于悬挂部件，水平安装后重心偏移，吸合时衔铁底端的一侧磨损后先行撞击固定铁芯，导致两者接触端面不平，长时间后衔铁会产生严重低频震动噪音；
[0008](2)同样由于上述原因，动触头与定触头的接触时间将出现不
[0009]同步，触头接触端面不能保证均衡压力及速度，致使触头接触不良、电弧烧伤乃至
[0010](3)接触器动作过程中，整体稳定性下降，综合故障上升。
[0011]由于上述原因，目前抽油机配电箱内因损坏而更换量最大的电器设备就是交流接触器,每年给企业增加了极大的维护成本。
[0012]目前已有多种节能型交流接触器专利，如CN2388703【交流接触器节能装置】系采用倾斜钩状结构的二次电磁机械设计，其结构较复杂，设计稳定性差，缺少成熟性。CN2919508【交流接触器节能控制装置】属于采用机械自锁、电磁解锁方式的设计，其缺陷为断开动作滞后，机械结构易卡死等使可靠性差。其它技术则多侧重电控方式及电路的改进，不适合在高负载、高震动、高尘埃等恶劣环境使用。CN1107963C【机械自锁式交流接触器】属于采用机械自锁，机械解锁方式的设计，其缺陷是解锁次数过多会导致锁钩磨损，无法使用。材料选择使用含有铁芯的线圈，虽然增大了吸附衔铁的能力，但是由于晶体管的影响而导致通过线圈的电流为直流电流，时间一长，铁芯会自带磁性，导致动衔铁和静衔铁无法分开，使得交流接触器无法使用。
【发明内容】
[0013]针对以上现有技术存在的问题，本发明提供一种新型的电磁自锁式低耗能大功率接触器，采用紧凑结构的电磁锁定机构设计，着力解决接触器吸合机构的稳定二次自锁，以提高系统的可靠性。
[0014]为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0015]一种自锁式接触器，包括电磁自锁机构、接触器底板支架16、铁芯18、励磁线圈22、第二衔铁21、衔铁固定架20、弹簧卡销23和压缩复位弹簧19 ;电磁自锁机构固定在接触器底板支架底面上；励磁线圈22和铁芯18固定在接触器底板支架16顶面上；第二衔铁21与衔铁固定架20相连接，衔铁固定架20依靠两端的弹簧卡销23与接触器底板支架16两侧壁内部的压缩复位弹簧19相接触；电磁自锁机构包括锁销杆14、锁舌3、顶推弹簧11、第一衔铁6、锁定线圈5 ;锁销杆14的前端有环状凹槽；锁舌3为U型锁舌，其内环侧能够与锁销杆14的前端环状凹槽相配合嵌入；锁舌3顶端压入顶推弹簧11后与第一衔铁6接触；锁定线圈定子铁芯与第一衔铁6位置水平相对称匹配；锁销杆14穿过接触器底板支架16、铁芯18，与第二衔铁21固定连接。
[0016]进一步的，所述电磁自锁机构还包括锁体1，其上部偏心位置有垂直贯穿孔25，用于穿入锁销杆14 ;其左端面有一侧通透水平内槽26，水平内槽26内侧边线为垂直贯穿孔25的半径等线位置；在水平内槽26的里侧有对称的2条水平方向平行等径圆形贯穿孔槽27，用于穿入锁舌3 ;孔槽27在锁体外侧方向有弹簧沟槽28，用来安装顶推弹簧11。
[0017]进一步的，所述锁体I的垂直贯穿孔25内壁有配合间隙良好的耐磨尼龙衬套7，用来调整锁销杆14在贯穿孔25内的活动间隙。
[0018]进一步的，所述励磁线圈与锁定线圈使用同一供电电源；励磁线圈22经断电延时继电器Jl接入；锁定线圈5直接并联接入接触器电源电路上。
[0019]进一步的，所述励磁线圈与锁定线圈二者的磁场方向90°垂直。
[0020]进一步的，所述锁销杆14采用无磁不锈钢材料。
[0021]一种利用自锁式接触器的控制方法，包括如下步骤:
[0022](I)在交流接触器通电时，励磁线圈22经断电延时继电器Jl接入；锁定线圈5直接并联接入接触器电源电路上；励磁线圈22和锁定线圈5使用同一供电电源；
[0023](2)接触器送电吸合时，主励磁线圈22和锁定线圈5加电吸合；锁舌3受顶推弹簧11的作用力，直接进至锁销杆14的凹槽区，锁定线圈5加电吸合第一衔铁6确保U型锁舌3在锁销杆14的环状槽内保持状态；
[0024](3)通过预先设定延时断电继电器Jl断电时间达到主励磁线圈22断电，电磁自锁机构被锁定线圈5通过锁销杆14锁定；
[0025](4)在接触器需要做切断操作时，接触器控制电源输入的中断导致锁定线圈5失电，其吸合作用力消失，U型锁舌3脱出锁销杆14的环状凹槽，锁销杆14迅速向上移动至行程上死点，接触器触点机构完成分离切断操作。
[0026]本发明的有益效果为:
[0027]本发明借助多种作用力的平衡，实现锁定线圈的最小耗能的稳固设计，结构简单可靠，锁定线圈功率可以是励磁线圈的5%左右，由此构成的节能型交流接触器总耗能相对常规交流接触器可降低90%以上，同时解决了接触器发热、噪音等问题。
[0028]CJ20系列150A、250A、400A交流接触器线圈使用380V供电，经测量吸合瞬时峰值电流4.1A，静态吸合维持电流0.23A(实测值)，即电能消耗计算为:
[0029]0.23A*380V*24h*365d = 765.6kw/h (年)；
[0030]大功率抽油机专用节能交流接触器具备极大的应用空间，由于将交流接触器维持状态吸合耗能节省，主励磁线圈仅做为瞬时启动使用，而锁定线圈耗能仅0.02A，保守测算可降低交流接触器电能消耗90%以上，同时可提高交流接触器使用寿命4倍以上，极大降低低压电器维护成本。按照我厂30%油井使用CJ20系列大功率接触器计算，推广后每年可节约电能超过50万千瓦时，同时大量降低低压电器维护成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0031 ]图1为电磁自锁机构的俯视剖面图；
[0032]图2为锁体结构的三视图；
[0033]图3为电磁自锁机构的平视剖面图；
[0034]图4为电磁自锁机构在接触器主体安装时的非锁定状态图；
[0035]图5为电磁自锁机构在接触器主体安装时的锁定状态图；
[0036]图6为接触器励磁线圈和锁定线圈的控制时序图；
[0037]图7为系统接线原理图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明的结构进行说明:
[0039]附图1为电磁自锁机构的俯视剖面图，如图所示，电磁自锁机构包括锁体1、锁销杆14、锁舌3、顶推弹簧11、第一衔铁6、锁定线圈5和锁定线圈支架4。
[0040]其中锁体I如附图2所示，为三视结构的一体化金属部件，其上部偏心位置有垂直贯穿孔25，用于穿入锁销杆14 ;其平视方向端面有一侧通透水平内槽26，其内侧边线为垂直贯穿孔25的半径等线位置；在水平内槽26的里侧有对称的2条水平方向平行等径圆形贯穿孔槽27，用于穿入U型锁舌3 ;孔槽27在锁体外侧方向有弹簧沟槽28，用来安装顶推弹簧11 ;锁体一端水平方向两侧各有2组对应固定螺栓12的安装螺孔29，用来固定锁定线圈支架4 ;锁体的上部有对称的延伸边条结构，并有4只安装螺孔2，用于将锁体I安装在交流接触器相应底部；
[0041]如图1所示，锁体I的垂直贯穿孔25内壁有配合间隙良好的耐磨尼龙衬套7，用来调整锁销杆14在贯穿孔25内的活动间隙；锁销杆14的前端有环状凹槽;U型锁舌3的顶端由锁体I的水平内槽26侧插入贯穿孔槽27并穿出，U型锁舌的内环侧可以与锁销杆14的前端环状凹槽相配合嵌入；在锁舌3顶端压入顶推弹簧11后通过螺栓9与衔铁固定板8紧固；第一衔铁6为矽钢片衔铁，带有固定耳，通过贯穿衔铁6的铆钉13和螺栓9装配在衔铁固定板8上；4条固定螺栓12将锁定线圈支架4与锁体I固定；锁定线圈支架4的内端有通过螺栓10连接的锁定线圈5，且线圈的定子铁芯与第一衔铁6位置水平相对称匹配。
[0042]附图3为电磁自锁机构的锁定状态的平视剖面图，由此图可见锁销杆14在到达锁定位置后，锁销杆14的前端的环状凹槽处在水平内槽26的开孔位置，同时与U型锁舌的内环侧相配合嵌入?’与U型锁舌相连接的衔铁9在顶推弹簧11的作用下与锁定线圈5相接近并达到吸合状态的顶点。
[0043]一种自锁式低耗能大功率接触器，包括电磁自锁机构、接触器底板支架16、铁芯18、励磁线圈22、第二衔铁21、衔铁固定架20、弹簧卡销23和压缩复位弹簧19。
[0044]附图4为电磁自锁机构在接触器主体安装后的非锁定状态图，螺栓15通过锁体I上的螺孔2将其固定在接触器的相应垂直底部；励磁线圈(主启动线圈)22和铁芯(定子)18通过螺钉17固定在接触器底板支架16内部；铁芯(定子)18中心点有贯穿孔，用来穿过锁销杆14，且锁销杆14通过此孔与第二衔铁21经螺纹固定连接；衔铁固定架20的顶部有用于同触点机构连接的固定杆销24 ;上部的第二衔铁21与衔铁固定架20相连接，衔铁固定架20依靠两端的弹簧卡销23与压缩复位弹簧19相接触，并依靠其产生的释放作用力维持铁芯18与第二衔铁21的分离状态；在分离状态下，依靠压缩复位弹簧19支撑衔铁21向上移动，与励磁线圈(主启动线圈)22和铁芯(定子)18分开，并牵拉锁销杆14上移脱出U型锁舌3的束缚，U型锁舌3则被挤出锁销杆14的凹槽开口范围。
[0045]附图5为电磁自锁机构在接触器主体安装后的锁定状态图，上部的第二衔铁21受到励磁线圈22上电后产生的吸力影响，超过压缩复位弹簧19提供的反向作用力，向下移动牵拉衔铁固定架20及触点机构到达行程下死点，同时推动锁销杆14下移并使凹槽区域进入U型锁舌3的内环对应区间，U型锁舌3被顶推弹簧11拉动进入锁销杆14的凹槽区，并使U型锁舌另一端安装的第一衔铁6与锁定线圈5接近到有效吸合动作距离。
[0046]附图6为接触器励磁线圈和锁定线圈的控制时序图，附图7为系统接线原理图。在交流接触器通电时，励磁线圈22 (LI)经断电延时继电器Jl接入；锁定线圈5(L2)直接并联接入接触器电源电路上；两组线圈使用同一供电电源；接触器送电吸合时，主励磁线圈22和锁定线圈5加电吸合；锁销杆14受顶推弹簧11的作用力，直接进至锁销杆14的凹槽区，锁定线圈5加电吸合第一衔铁6确保U型锁舌3在锁销杆14的环状槽内保持状态；通过预先设定延时断电继电器LI断电时间达到主励磁线圈22断电，机械结构部分被锁定线圈5通过锁销杆14锁定；通过时序图可看到，维持系统运行的同步控制方式是锁定线圈5的加电工作时间等于接触器主触点吸合运行时间。
[0047]综合上述结构，结合附图对本发明设计原理做进一步说明:
[0048]U型锁舌3通过顶推弹簧11的拉动作用力F2，保持了向锁销杆14垂直方向的压迫力F1，即表现为Fl = F2 ;锁销杆14的环状凹槽表面结构与U型锁舌3之间存在有表面接触摩擦力f6，能对Fl产生阻碍影响；锁销杆14向上的作用力即压缩复位弹簧19提供的反向拉力F3在非锁定状态下可将锁销杆14拉出至上死点，即F3 > Fl+f6 ;在接触器工作时，励磁线圈22加电对第二衔铁21产生启动吸合力F4，F4-(Fl+f6) > F3时则第二衔铁21带动整套触点机构在挤压压缩复位弹簧19后到达锁销杆14行程下死点；由于锁定线圈5获得了与励磁线圈22同步的加电过程，但其产生得吸力F5对第一衔铁6做用距离较弱，不足以使U型锁舌3阻挡锁销杆14的移动；U型锁舌3通过顶推弹簧11的F2拉动作用滑入锁销杆14对应的环状凹槽内，同时其前端连接的第一衔铁6与锁定线圈5接近后形成有效吸合力F5，即达到F5+F2+f6 (环状凹槽表面摩擦力)> F3 ;经若干秒延时后励磁线圈22被延时断电继电器Jl控制失电，F4作用力消失，锁定线圈5继续维持通电吸合状态，即F5保持存在，依靠F5+F2+f6 > F3的做用，整个二次电磁锁定机构维持对锁销杆14的稳固锁定，实现了以锁定线圈5的低电能消耗代替励磁线圈22的高电能消耗维持接触器吸合的工作目的。
[0049]在接触器需要做切断操作时，接触器控制电源输入的中断导致锁定线圈5失电，其吸合作用力F5消失，则Fl (F2)+f6 < F3 ；U型锁舌3脱出锁销杆14的环状凹槽，锁销杆
14在F3作用力下迅速向上移动至行程上死点，接触器触点机构完成分离切断操作。
[0050]由于锁销杆14是在励磁线圈22与第二衔铁21构成的磁场中，故在材料选择上要采用无磁不锈钢加工，以减少吸合磁通量损耗和影响。2组电磁线圈由于金属底板的隔离和二者的磁场方向90°垂直而几乎不产生影响。
[0051]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原理和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电磁自锁式接触器，其特征在于:包括电磁自锁机构、接触器底板支架[16]、铁芯[18]、励磁线圈[22]、第二衔铁[21]、衔铁固定架[20]、弹簧卡销[23]和压缩复位弹簧[19];电磁自锁机构固定在接触器底板支架底面上；励磁线圈[22]和铁芯[18]固定在接触器底板支架[16]顶面上；第二衔铁[21]与衔铁固定架[20]相连接，衔铁固定架[20]依靠两端的弹簧卡销[23]与接触器底板支架[16]两侧壁内部的压缩复位弹簧[19]相接触；电磁自锁机构包括锁销杆[14]、锁舌[3]、顶推弹簧[11]、第一衔铁[6]、锁定线圈[5];锁销杆[14]的前端有环状凹槽；锁舌[3]为U型锁舌，其内环侧能够与锁销杆[14]的前端环状凹槽相配合嵌入；锁舌[3]顶端压入顶推弹簧[11]后与第一衔铁[6]接触；锁定线圈[5]与第一衔铁[6]位置水平相对称匹配；锁销杆[14]穿过接触器底板支架[16]、铁芯[18]，与第二衔铁[21]固定连接。
2.如权利要求1所述的电磁自锁式接触器，，所述电磁自锁机构还包括锁体[1]，其上部偏心位置有垂直贯穿孔[25]，用于穿入锁销杆[14];其左端面有一侧通透水平内槽[26]，水平内槽[26]内侧边线为垂直贯穿孔[25]的半径等线位置；在水平内槽[26]的里侧有对称的2条水平方向平行等径圆形贯穿孔槽[27]，用于穿入锁舌[3];孔槽[27]在锁体外侧方向有弹簧沟槽[28]，用来安装顶推弹簧[11]。
3.如权利要求2所述的电磁自锁式接触器，所述锁体[I]的垂直贯穿孔[25]内壁有配合间隙良好的耐磨尼龙衬套[7]，用来调整锁销杆[14]在贯穿孔[25]内的活动间隙。
4.如权利要求1-3任一之一所述的电磁自锁式接触器，所述励磁线圈与锁定线圈使用同一供电电源；励磁线圈[22]经断电延时继电器Jl接入；锁定线圈[5]直接并联接入接触器电源电路上。
5.如权利要求4所述的电磁自锁式接触器，所述励磁线圈[22]与锁定线圈[5]二者的磁场方向90°垂直。
6.如权利要求5所述的电磁自锁式接触器，所述锁销杆[14]采用无磁不锈钢材料。
7.一种利用电磁自锁式控制器的控制方法，其包括如下步骤: (1)在交流接触器通电时，励磁线圈[22]经断电延时继电器Jl接入；锁定线圈[5]直接并联接入接触器电源电路上；励磁线圈[22]和锁定线圈[5]使用同一供电电源； (2)接触器送电吸合时，主励磁线圈[22]和锁定线圈[5]加电吸合；锁销杆[14]受顶推弹簧[11]的作用力，直接进至锁销杆[14]的凹槽区，锁定线圈[5]加电吸合第一衔铁[6]确保U型锁舌[3]在锁销杆[14]的环状槽内保持状态； (3)通过预先设定延时断电继电器Jl断电时间达到主励磁线圈[22]断电，电磁自锁机构被锁定线圈[5]通过锁销杆[14]锁定； (4)在接触器需要做切断操作时，接触器控制电源输入的中断导致锁定线圈[5]失电，其吸合作用力消失，U型锁舌[3]通过顶推弹簧[11]的作用而脱出锁销杆[14]的环状凹槽，锁销杆[14]迅速向上移动至行程上死点，接触器触点机构完成分离切断操作。
【文档编号】H01H50/16GK104021993SQ201410276178
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】柏明星, 宋考平, 张继成, 杨二龙, 单五一, 王胡振 申请人:东北石油大学