本发明涉及低压电器领域，尤其涉及一种采用实心铁芯、可以高效节电且静噪的“采用实心铁芯的节电静噪的交流接触器”。
背景技术：
交流接触器是一种应用非常广泛的低压电器。其工作原理是利用动铁芯、静铁芯、励磁线圈、复位弹簧所组成的电磁铁带动动触点与常开触点闭合或分离，达到接通或切断电路的目的。它适用于起动或控制三相感应电动机和其它用电设备。
图1为交流接触器的工作原理图。这种交流接触器主要由动铁芯、静铁芯、励磁线圈、复位弹簧所组成的接触器用的电磁铁(以下简称电磁铁)、动触点、常开触点所组成。当励磁线圈接通ac220v、ac110v或ac380v电压(以下通称ac220v、ac110v或ac380v为ac电压或励磁电源)时，动铁芯受励磁线圈产生的磁力的作用而与静铁芯闭合，与动铁芯联动的动触点也随之与常开触点闭合，外电路便通过此常开触点而接通；当励磁线圈上的ac电压断开时，动铁芯失磁并受复位弹簧的作用而与静铁芯分离，动触点复位，外电路便随之被切断。
传统的交流接触器的励磁线圈之a1端、a2端接入的是图6a所表示的交流电，因此，动铁芯、静铁芯会产生涡流损耗与磁滞损耗，并且，当交流电压“过零”(图6a中，t01、t02等时刻)时，动铁芯、静铁芯之间的磁力趋向为零，在复位弹簧的作用下，动触点将趋向于与常开触点脱开。由此，会加速触点的损坏并使交流接触器产生烦人的交流噪声(以下称此为“交流过零”的影响)
为了减少涡流损耗、磁滞损耗，传统的交流接触器的动铁芯采用图2a所表示的、静铁芯采用图2b所表示的由硅钢叠片铆接而成的结构。
为了减少“交流过零”的影响，传统的交流接触器的静铁芯上还镶嵌了图2b所表示的“短路环”。
虽然采取了上述措施，但传统的交流接触器仍存在以下的弊端：
1、动铁芯、静铁芯的制造成本较高。动铁芯、静铁芯必须采用硅钢片冲制、涂绝缘膜、铆接这几道工艺才能制成。静铁芯还须增加镶嵌短路环的工艺。工艺过程复杂，制造成本必然较高；
2、采用了短路环，必然增加了静铁芯的成本；
3、仍存在较大的损耗。其中，动铁芯、静铁芯产生的损耗(铁损)占交流接触器总损耗的65～75％，短路环损耗占交流接触器总损耗的25～30％(其余为励磁线圈损耗3～5％)；
4、仍存在交流噪声。
交流接触器的工作过程可分为“吸合”、“保持”、“复位”三个阶段：
1、吸合：励磁线圈与ac电压接通，动、静铁芯吸合。在此阶段，为克服
动铁芯的惯性和复位弹簧的弹力，励磁电源必须提供较大的功率(以下称此功率为“吸合功率”)，动、静铁芯才能互相吸合；
2、保持：励磁线圈继续与ac电压接通，动、静铁芯继续保持吸合的状态。在此阶段，励磁电源只须提供较小的功率(以下称此功率为“保持功率”)，动、静铁芯也能继续吸合。若在此阶段，励磁电源提供过大的保持功率，将造成电能浪费并导致交流接触器不应有的发热升温；
3、复位：励磁线圈断开ac电压，动、静铁芯“复位”分离。
传统的交流接触器由于吸合与保持阶段励磁线圈中均通以相同的ac电压，
因此存在以下的严重缺点：无谓的耗电：前已述，在吸合和保持阶段，传统的交流接触器的励磁线圈中均通以“相同的”ac电压，使保持功率过大，造成了无谓的电能损耗；
综上所述，传统的交流接触器存在“铁损”、“短路环损耗”、“保持功率过大”这三种无谓的电能损耗且存在烦人的交流噪声。
针对传统的交流接触器的现状，本发明要迖到的目标是：
一、应用电子技术，设计一个用于改造传统的交流接触器的具有以下功能的“电子单元”：
1、将交流接触器改变成为：ac输入，dc运行的模式；
2、采用相对较大的功率吸合，相对较小的功率保持的运行模式。
二、摒弃图2a所表示的由硅钢片叠成的动铁芯和图2b所表示的由硅钢片叠成且镶嵌了短路环的静铁芯，设计一种图3所表示的“实心铁芯”，动铁芯和静铁芯均采用这种实心铁芯。
技术实现要素：
本发明实现上述目标的方法为：一种采用实心铁芯的节电静噪的交流接触器，包括由动铁芯m、静铁芯g、励磁线圈l、复位弹簧f所组成的交流接触器用的电磁铁及电子单元100两部分，其特征在于：所述的电磁铁中的动铁芯m、静铁芯g均为不带短路环的实心铁芯；所述的电子单元100由控制电源与保持电路101、吸合脉冲发生电路102、开关电路103、增压电路104、电桥电路105所组成；其中，所述的控制电源与保持电路101的1端与所述的电桥电路105的ac2端相连接；所述的吸合脉冲发生电路102的3端与所述的控制电源与保持电路101的2端相连接、4端与所述的开关电路103的5端相连接；所述的开关电路103的6端与电桥电路105的ac2端相连接、7端与增压电路104的8端相连接；所述的增压电路104的9端也与电桥电路105的ac2端相连接；所述的电桥电路105的ac1端与ac电压的p1端相连接、dc1端与所述的励磁线圈l的a1端相连接、dc2端与所述的励磁线圈l的a2端相连接；控制电源与保持电路101、开关电路103、增压电路104各自的一端均与ac电压的p2端相连接。
所述的采用不带短路环的实心铁芯所组成的电磁铁与电子单元100按以上所述的方式相组合，即可组成本发明所指的“采用实心铁芯的节电静噪的交流接触器”。
所述的不带短路环的实心铁芯可以用取向电工钢、无取向电工钢、电工纯铁或低碳电工钢制作，更进一步地，可以用上述材料拉制的型材制作。
所述的控制电源与保持电路101可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的电路结构：其由1端、第一电容c1、第一二极管d1、第二二极管d2、第二电容c2、第一电阻r1、2端组成；其中，所述的第一电容c1一端与所述的1端相连接、另一端与第一二极管d1的负极、第二二极管d2的正极均相连接；第二二极管d2的负极与第二电容c2的正极、第一电阻r1的一端、2端均相连接；第一二极管d1的正极、第二电容c2的负极。第一电阻r1的另一端均与ac电压的p2端相连接。
所述的吸合脉冲发生电路102可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的电路结构：其由3端、常闭开关k、第二电阻r2、4端组成；其中，常闭开关k的一端与3端相连接、另一端与第二电阻r2的一端相连接；第二电阻r2的另一端与4端相连接。
所述的常闭开关k可以采用多种开关，例如：电子开关、机械开关、磁敏开关、气敏开关、接触器的辅助常闭触点、接触器的辅助常闭触头、继电器的常闭触点。
所述的开关电路103可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的电路结构：其由第七二极管d7、单向晶体闸流管scr(siliconcontrolledrectifier，scr)、5端、6端、7端组成；其中：所述的第七二极管d7的正极与6端相连接，负极与所述的单向晶体闸流管scr的阳极、7端相连接；单向晶体闸流管scr的阴极与ac电压的p2端相连接、栅极与5端相连接。
所述的单向晶体闸流管scr可以用其他开关器件例如场效应管fet(fieldeffecttransistor)双向晶体闸流管(triodeacswitch，triac)、绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)、电子注入增强栅晶体管(injectionenhancedgatetansistor，iegt)、静电感应晶闸管(staticinductionthyristor，sith)或开关三极管代替。
所述的增压电路104可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的电路结构：其由8端、第四电容c4、瞬态电压抑止二极管tvs(transientvoltagesuppressor，tvs)、9端组成，其中：第四电容c4的正极与8端相连接、负极与9端相连接；瞬态电压抑止二极管tvs的负极也与8端相连接、正极与ac电压的p2端相连接。
所述的电桥电路105可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的电路结构：其由第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6、ac1端、ac2端、dc1端、dc2端组成，其中：第三二极管d3的负极、第四二极管d4的正极均与ac1端相连接；第三二极管d3的正极、第五二极管d5的正极均与dc2端相连接；第四二极管d4的负极、第六二极管d6的负极均与dc1端相连接；第五二极管d5的负极、第六二极管d6的正极均与ac2端相连接。
应用本发明，可以取得以下有益效果：
1、降低了铁芯的制造成本
本发明的动铁芯、静铁芯均采用了图3所示的实心铁芯，与图2a所示的传统动铁芯、图2b所示的传统静铁芯相比较，本发明从二方面降低了铁芯的制造成本；
(1)、省略了二片短路环、多枚铆钉；
(2)、简化了制造工艺，节省了工时费用。
2、高效节电
为了说明本发明高效的节电效率，我们做了以下测试：
取“tgc1—0910型交流接触器”一个——以下简称“传统件”。
步骤1、按图1：在a1端、a2端输入ac220v，该“传统件”即“tgc1—0910型交流接触器”的耗电功率为1.7w；
步骤2、按图4：即在该“tgc1—0910型交流接触器”a1、a2端口之前增设本发明之“电子单元100”且动铁芯、静铁芯均改用图3所示的实心铁芯，组成本发明的一项应用实例(以下简称“创新件”)，再在p1端、p2端输入ac220v。实测结果：本发明的此项应用实例即“创新件”的耗电功率为0.08w。
实测结果表明，与传统件相比较，应用本发明的创新件的节电效率高达95.3％
3、低热运行：
本发明具有高效节电的功能，节约了电能，运行时必然低热。
4、静噪运行
本发明所指的“创新件”，ac电压经电桥电路105整流后，为直流运行，故运行时寂静无可闻噪声。
而传统的交流电磁铁为交流运行，必然存在烦人的交流噪声。
5、运行可靠
上述“创新件”以每小时8182次的频率高速连续运行了一百一十万次，仍稳定可靠。
附图说明
图1为交流接触器的工作原理图；
图2a为传统交流接触器的动铁芯的组成示意图；
图2b为传统交流接触器的镶嵌了短路环的静铁芯的组成示意图；
图3为本发明的无短路环的动铁芯、静铁芯通用的实心铁芯示意图；
图4为本发明的原理方框图；
图5为本发明的一个实施例的电路原理图；
图6a为ac电压波形图——初相角φ＝0时的ac电压波形图；
图6b为吸合脉冲发生电路102输出的脉冲波形图。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的实施方式。
图4为本发明的原理方框图，图5为本发明的一个实施例的电路原理图。图4中：l为传统交流电磁铁中的励磁线圈，a1、a2为其之两个连接端口；虚线方框100表示本发明的电子单元100。
结合图4：一种采用实心铁芯的节电静噪的交流接触器，包括由动铁芯m、静铁芯g、励磁线圈l、复位弹簧f所组成的交流接触器用的电磁铁及电子单元100两部分，其特征在于：所述的电磁铁中的动铁芯m、静铁芯g均为不带短路环的实心铁芯；所述的电子单元100由控制电源与保持电路101、吸合脉冲发生电路102、开关电路103、增压电路104、电桥电路105所组成；其中，所述的控制电源与保持电路101的1端与所述的电桥电路105的ac2端相连接；所述的吸合脉冲发生电路102的3端与所述的控制电源与保持电路101的2端相连接、4端与所述的开关电路103的5端相连接；所述的开关电路103的6端与电桥电路105的ac2端相连接、7端与增压电路104的8端相连接；所述的增压电路104的9端也与电桥电路105的ac2端相连接；所述的电桥电路105的ac1端与ac电压的p1端相连接、dc1端与所述的励磁线圈l的a1端相连接、dc2端与所述的励磁线圈l的a2端相连接；控制电源与保持电路101、开关电路103、增压电路104各自的一端均与ac电压的p2端相连接。
所述的采用不带短路环的实心铁芯所组成的电磁铁与电子单元100按以上所述的方式相组合，即可组成本发明所指的“采用实心铁芯的节电静噪的交流接触器”。
图5为本发明的一个实施例的电路原理图，本实施例中：
所述的不带短路环的实心铁芯可以用取向电工钢、无取向电工钢、电工纯铁或低碳电工钢制作，更进一步地，可以用上述材料拉制的型材制作。
1端、第一电容c1、第一二极管d1、第二二极管d2、第二电容c2、第一电阻r1、2端组成为控制电源与保持电路101；其中，所述的第一电容c1一端与所述的1端相连接、另一端与第一二极管d1的负极、第二二极管d2的正极均相连接；第二二极管d2的负极与第二电容c2的正极、第一电阻r1的一端、2端均相连接；第一二极管d1的正极、第二电容c2的负极。第一电阻r1的另一端均与ac电压的p2端相连接。
所述的控制电源与保持电路101输出的dc电压为vcc，2端为其正端、ac电压的p2端为其负端。
3端、常闭开关k、第二电阻r2、4端组成为吸合脉冲发生电路102；其中，常闭开关k的一端与3端相连接、另一端与第二电阻r2的一端相连接；第二电阻r2的另一端与4端相连接。
所述的常闭开关k可以采用多种开关，例如：电子开关、机械开关、磁敏开关、气敏开关、接触器的辅助常闭触点、接触器的辅助常闭触头、继电器的常闭触点。
第七二极管d7、单向晶体闸流管scr、5端、6端、7端组成为开关电路103；其中：所述的第七二极管d7的正极与6端相连接，负极与所述的单向晶体闸流管scr的阳极、7端相连接；单向晶体闸流管scr的阴极与ac电压的p2端相连接、栅极与5端相连接。见图5、
本专业的人员应该清楚：所述的单向晶体闸流管scr可以用其他开关器件例如场效应管、双向晶体闸流管、绝缘栅双极型晶体管、电子注入增强栅晶体管、静电感应晶闸管或开关三极管代替。
8端、第四电容c4、瞬态电压抑止二极管tvs、9端组成为增压电路104，其中：第四电容c4的正极与8端相连接、负极与9端相连接；瞬态电压抑止二极管tvs的负极也与8端相连接、正极与ac电压的p2端相连接。
本专业的人员应该清楚：所述的瞬态电压抑止二极管tvs可以用普通二极管代替。
第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6、ac1端、ac2端、dc1端、dc2端组成为电桥电路105，其中：第三二极管d3的负极、第四二极管d4的正极均与ac1端相连接；第三二极管d3的正极、第五二极管d5的正极均与dc2端相连接；第四二极管d4的负极、第六二极管d6的负极均与dc1端相连接；第五二极管d5的负极、第六二极管d6的正极均与ac2端相连接。
下面，结合附图，阐述本实施例的工作过程：
结合图6a、图6b：
从p1端、p2端输入的ac电压的数学表达式为：
u＝umsin(2πft+φ)
上式中：u为ac电压的瞬时值，um为ac电压的振幅值，f为ac电压的频率，φ为ac电压的初相角。
为简便说明，现假设初相角φ＝0，则ac电压的瞬时值u的表达式为：
u＝umsin2πft
其波形如图6a所示。
结合图5、图6a、图6b；本实施例的工作过程分为“吸合”、“保持”、“复位”三个阶段：
一、吸合：
t＝t1时，ac电压接通，此时，ac电压为p1端高电平、p2端低电平的正半周，电流ic1顺着p1—d4—励磁线圈l—d5—c1—d2—c2—p2的路径对第二电容c2充电，其上的电压逐步上升；
t＝t2时，第二电容c2上的电压升至vcc；
在t1～t4时域，常闭开关k为闭合状态，电压vcc通过第二电阻r2对单向晶体闸流管scr施加触发电压vg；
t＝t2时，vg≥vct(式中，vct为晶体闸流管scr从关断状态转变为导通状态的最小栅极直流电压)，晶体闸流管scr导通，吸合电流i顺着p1—d4—励磁线圈l—d5—d7—晶体闸流管scr—p2的路径流通并提供“吸合功率”，本发明所指的接触器(以下简称“本发明”)开始吸合；
t＝t3时，本发明完成吸合过程，开始进入保持状态。
t＝t4时，常闭开关k断开，vg≈0，根据晶体闸流管的特性，晶体闸流管scr继续导通，直至t＝t5时，其才关断。
在本实施例中，称t3～t5时域为“吸合巩固”时域。
再结合图5、图4：在本发明中，吸合过程是由开关电路103、增压电路104协同工作而完成的。
在t2～t5时域内：
t2～t01时域，ac电压为p1端高电平、p2端低电平的正半周，晶体闸流管scr导通，吸合电流i按前面所述的路径流通并提供“吸合功率”；
t01～t02时域，ac电压为p2端高电平、p1端低电平的负半周，晶体闸流管scr关断截止，ac电压通过瞬态电压抑止二极管tvs对第四电容c4充电，吸合电流i按下述的路径流通并提供“吸合功率”；p2—瞬态电压抑止二极管tvs—c4(充电)—d6—励磁线圈l—d3—p1；第四电容c4因充电而获得的电压为vc4；
t02～t5时域，ac电压为p1端高电平、p2端低电平的正半周，晶体闸流管scr导通，第四电容c4通过晶体闸流管scr放电；
在本t02～t5时域中，若忽略第四二极管d4、第五二极管d5、晶体闸流管scr上的压降，则励磁线圈l上的电压ul＝u+vc4——式中u为ac电压的瞬时值u＝umsin(2πft+φ)，由此可知：增压电路104具有增加励磁线圈l上的电压ul的作用。
在本t02～t5时域中，第四电容c4的放电，其放电过程分二个阶段：
1、其上的电压vc4≥0.7v时，第七二极管d7截止(设d7为硅二极管)，其通过晶体闸流管scr放电，吸合电流i按下述的路径流通并提供“吸合功率”；p1—d4—励磁线圈l—d5—c4(放电)—晶体闸流管scr—p2；
2、随着放电的进程，其上的电压vc4不断降低，当vc4≤0.7v时，第七二极管d7导通，其被反向充电至vc4≈－0.7v。吸合电流i则按下述的路径流通并提供“吸合功率”；p1—d4—励磁线圈l—d5—d7—晶体闸流管scr—p2。
综上所述可知，本发明在吸合过程中的工作特征为：第四电容c4具有增大吸合电流、强化吸合过程的作用。
二、保持：
前已述；t＝t3时，本发明完成吸合过程，开始进入保持状态。
前已述：t＝t5时，晶体闸流管scr关断。
晶体闸流管scr关断之后，本发明依靠“控制电源与保持电路101”中的第一电容c1之充电电流ic1、放电电流ic2提供“保持功率”，维持吸合之后的“保持”状态，其过程为：
在ac电压为p1端高电平、p2端低电平的正半周，所述的ic1按下述路径流通并提供保持功率：p1—d4—励磁线圈l—d5—c1(充电)—d2—r1—p2；
在ac电压为p2端高电平、p1端低电平的负半周，所述的ic2按下述路径流通并提供保持功率：p2—d1—c1(放电)—d6—励磁线圈l—d3—p1。
只要调整第一电容c1的值，就可调整ic1、ic2的值，即可使本发明在合适的保持功率作用下稳固地保持吸合状态。
三、复位：
t＝t6时，ac电压关断，所述的ic1、ic2均切断为零，本发明复位。
综上所述可知：t2～t3时域为吸合时域，t3～t5时域为吸合巩固时域，t3～t6时域为保持时域，t＝t6时刻为开始复位的时刻。
t＝t7时，ac电压再次接通，本发明再次进入吸合、保持、复位的工作周期中。
综上所述可知，本发明的特征为：
1、ac输入，dc运行，所述的实心动铁芯、实心静铁芯无涡流损耗且可省略短路环；
2、因为省略了短路环，所以，本发明无“短路环损耗”；
3、静噪运行：因为是dc运行，所以，运行时寂静无噪声。
以上阐述了本发明的技术方案，一切不脱离本发明的技术方案之实质的替代，都应在本发明的权利要求的范围内。