专利名称：两步灭弧交流接触器的制作方法
技术领域：
本发明属于一种提高交流接触器的接通和分断能力的方法，而且电寿命长，节电，具有体积小，重量轻，可靠性高的特点，机械工业部出版社1982年10月出版的《电机工程手册》第五卷第30篇第5章公知的交流接触器使用的交流和直流电磁铁在闭合状态时均有气隙，因此需要的激磁电流都比较大，铁芯的线圈较重，此外，触头在闭合过程中引起的两次跳动，第一次跳动是动触头与静触头碰撞时的反弹，这次反弹由于电路刚接通，电流瞬时值很小，危害不严重，而第二次跳动是由于铁芯碰撞时的反弹传给触头的跳动，第二次跳动发生在交流电流半波峰值附近，因此，触头第二次跳动引起的危害比第一次跳动严重得多。跳动时间越长，引起的电磨损越大，严重时造成触头熔焊。由于开距大，铁芯重引起的触头第二次跳动，严重影响交流接触器的电寿命。
本发明的任务在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供的一种新型接触器。由于铁芯重量轻，闭合无气隙，接通时避免了触头的第二次跳动;由于开距小，动触头第一次跳动也大幅度下降，分断时燃弧时间短，灭弧可靠，成本低;同时操作过电压很低，运行时无声，节电等优点。
本发明的目的是这样实现的;交流接触器的电磁铁用硅钢片叠成，铁芯极面磨平，取消闭合时的气隙和短路环，交流电源串联电容器经桥式整流后给电磁铁线圈提供直流激磁电流，电容器起限制电流的作用，当铁芯闭合过程中的直流激磁电流，使铁芯的吸力大幅度增加，常闭触点在铁芯完全闭合之前打开，利用电磁铁储能和动能使铁芯完全闭合，这样，线圈通过大电流的时间短，发热温度低，铁芯碰撞时的动能也小，大幅度降低铁芯的振动，电磁铁的吸力特征可以分三段计算。
第一段是常闭触点打开以前(电容器被短接时)电磁铁吸力。我们知道，直流电磁铁吸力为F＝ 1/2 · (B2·S)/(μO) N……(1)B为气隙磁感应强度 Wb/M2
μ0为真空磁导率 1，257×10-6 H/MS为磁极总面积 m2F为铁芯吸力 单位是牛顿 N这段铁芯气隙大于2毫米，铁芯磁阻只占气隙磁阻的百分之五以下。可以忽略不计，而不影响工程计算的准确性，这使计算大为简化，只计算气隙时B＝μ0HH＝1W/2hH为磁场强度，W为线圈匝数，h为气隙长度，磁力线两次穿过气隙，激磁电流I＝ (V)/(r)r为线圈直流电阻，V为电源电压故B＝μ0(VW)/(2rh) ……(2) 代入(1)式得F1= (μ0)/8 ( (VW)/(hr) )2……(3)当气隙闭合到很小时，铁芯中磁感应强度达到饱合时，记为BM，这时，磁感应强度不再增加，电磁铁吸力记为F2得F2= (B2mS)/(2μO) ……(4)第2段时常闭触点打开后(这时电容串入电路)到铁芯完全闭合前，这时，激磁电流经常闭触点间电弧导通，能维持BM不变，故电磁铁吸力仍满足(4)式。电源电流过零后电弧熄灭，这时气隙磁场储能为W= (B2m)/(μ0) ·S·h动铁芯储能为WM＝ 1/2 mV2依靠这部分能量完全可以使铁芯闭合。
第3段为铁芯闭合的吸力。这时激磁电流记为Ic，电容阻抗为Zc＝ 1/(2пfc) 故
Ic＝2пfc·V……(5)由于没有铁芯气隙，所以Ic能维持饱合，磁感应强度不变，故电磁铁吸力能维持(4)式不变。
这种改进的电磁铁与CJ10系列交流接触器电磁铁相比，保持吸力不变时，电磁铁极面积和重量可以减少80%，是原铁芯重量的四分之一即可，线圈重量可以减少70%，是原线圈的三分之一，线圈温升还可大幅度降低。又可提高寿命和可靠性，同时节电95%以上，耗电是cJ10系列接触器的二十分之一。运行时也无交流声，铁芯的吸力特征比较平坦并发挥到最大程度，这种电磁铁吸力特性会使触头第二次跳动加大，必须与本发明的第三个特征结合后，才能显示出优越性，否则有害无益。
本发明的另一特征是触头开距小，1-2毫米时就能满足灭弧和绝缘的要求，同时触头压力可以降低，每安按5-15克压力即可。三相交流接触器每相有两个串联断口，在其中一个断口上并联二极管，三相开断时，至少有一相二级管正向导通，该断口电流经二级管导通，无电弧，成为绝缘良好的断口，电源换相后，二级管截止，此断口承受反向电压;而串联的断口至少经5毫秒后才承受由零开始上升的电压，又经5毫秒后才承受电源电压峰值。这时，串联断口已经恢复良好的绝缘。其余两相二级管总有一相处于正向导通，断口的绝缘恢复过程和前面所述过程一样，只要是三相负荷中性点不接地时上面所述过程总是成立的。交流接触器主要是控制电动机，因此属于中性点不接地负荷。故适用两步灭弧方法，而且灭弧可靠。
本发明的第三个特征是交流接通过程中，动铁芯与动触头分解为互不联系的两体，动铁芯的碰撞振动不传给触头，避免了触头的第二次跳动，这样大幅度提高了接触器的接通能力并降低了触头的电磨损，动铁芯与动触头无直接联接，接通时，只要使动铁芯吸开，动触头靠弹簧力自然压紧在静触头上，而弹簧直接固定在接触器壳体上，与动铁芯无联系，分断时，靠反力弹簧压缩动铁芯带动绝缘一起运动而顶开动触头，设分断状态时反力弹簧的压力为F1a
则F1a＝k1·x1……(6)k1为反力弹簧刚度，x1是反力弹簧分断状态时被压缩长度。
合闸状态时反力弹簧的压力为F1b则F1b＝K1(x1+l+l1)……(7)l为接触器的开距，l1为接触器的超程。
合闸时，主触头弹簧压力为F2a，该力与反力弹簧力方向相反。
则f2a＝k2x2……(8)k2为主触头弹簧刚度。x2为主触头弹簧被压缩长度，常闭辅助触头弹簧力为f3f3＝k3x3……(9)k3为常闭辅助触头弹簧刚度，x3为该弹簧被压缩长度，分断状态时，主触头弹簧力为f2b，l为主触头开距。
则f2b＝k2(x2+l)……(10)常分辅助触头弹簧力为f4则f4＝k4x4……(11)
k4是常分辅助触头弹簧刚度，x4为该弹簧被压缩长度，动铁芯质量为m则动铁芯受重力为f5＝mg……(12)当忽略摩擦力时，上述各力应有如下关系n1F1a＝n2f2b+n3f3+nF5……(13)n1F1b+n4f4+nf5≤f2……(14)n1是反力弹簧数，n3是常闭辅助触头数，n4是常分辅助触头数，n是动铁芯重力倍数，F2是铁芯吸力，n2是主触头极数。
当主触头合闸压力保持不变时，该型接触器的铁芯吸力浪费n2k2l+n1k1(l+l1)……(15)l是主触头开距，l1是超程只有开距很小时才能使铁芯吸力浪费不多，否则得不偿失，另外，铁芯吸力特性比较平坦时，也就是当铁芯在气隙比较大时与闭合时的吸力相差不大时才能应用这一方法，否则，这一方法也不适用。由于动铁芯碰撞的振动不传给触头，彻底避免了触头的第二次跳动，才能使用具有吸力特性比较平坦的电磁铁，否则将使接触器接通能力降低。
由此知道前面所述的三个特征互相关联。这一发明，使铁芯吸力发挥到极限程度，交流接触器的接通能力也提高到最大程度，分断能力也达到二级管浪涌电流的极限程度，这种接触器的接通能力达到和空气开关的接通能力相同的水平。
如下图1是本发明CJL交流接触器分断状态示意2是本发明CJL交流接触器接通状态示意图本发明下面将结合(附图)实例作进一步详细叙述。
使用原CJ10-10交流接触器的原铁芯，将短路环及气隙磨平，该铁芯中心柱截面积为1.1×1.2×0.9＝1.18cm2，(0.9为铁芯叠加时压不紧系数)重量为120克，激磁线圈用0.18漆包线3200匝，电阻为180欧姆，电源电压用380伏，串0.5uF电容后经桥式整流后给激磁线圈提直流电流，铁芯闭合前电容被短接，这时激磁电流为( 380/180 )2.11安直流，当直流电压下降85%时的电流维持在1.79安，激磁电流安匝数为5700IW，铁芯气隙在3.5毫米之内时，可以使气隙产生1wb/m2以上的磁感应强度，所以铁芯吸力为F2= (Bm2)/(n0) ·S＝9.3牛顿(Bm＝1wb/m2)铁芯闭合后，激磁电流为I＝2πfcv＝0.059(安)，电流电压下降85%时，该激磁电流能维持0.05安，这时激磁电流安匝数为160安匝，所能维持铁芯饱和磁感应强度，铁芯吸力是93牛顿(等于9.5公斤力)，为了使铁芯闭合后不在再弹开，取反力弹簧加F1b为8.5公斤力。
设l＝1.5mm，l1b＝3mm，x1＝40mm则n1f1a= (n1F16.40)/44.5 ＝7.65公斤力设X2＝15mm则触头闭合时压力为2公斤，三相n3＝3
n2f2b＝ (3×2×16.5)/15 ＝6.6公斤力2个常闭辅助触头n3f3＝0.25公斤力动铁芯及其联接件重为0.1kgnF5＝0.8公斤力，动铁芯可以承受8倍重力加速度振动力。该接触器接通能力在1千安以上分断能力在800安以上，按TBJ2455-85部标可以成为100安交流接触器。
图1中，1为主触头弹簧，2为动触头，3为静触头，4为绝缘支块，5为动铁芯，6为反力弹簧，7为激磁线圈，8为静铁芯，9为二极管，分断时，反力弹簧6将铁芯5顶开，通过绝缘支块将动触头1顶开，绝缘支块顶开动触头，断口开距为1-2mm，这时主触头弹簧1被压缩到了最小距离。
图2是交流接触器接通状态，这时激磁线圈通电，动铁芯5与静铁芯8闭合，将反力弹簧6压缩到最小距离，动触头2由主触头弹簧1压紧在静触头上，很明显，这种接触器接通过程中，由于动铁芯与动触头间无直接联系，故彻底避免了触头的第二次跳动，彻底避免了触头第二次跳动带来的严重危害。可以说这种两步灭弧交流接触器[CJL型]是机械式交流接触器中体积最小、重量最轻。寿命最长的交流接触器。而且线圈本身耗电最省，它运行时无交流声，分断时操作过电压很低，几乎没有操作过电压。同时，喷弧距离也很小，安全可靠。
权利要求
1.一种两步灭弧交流接触器，其特征在于电磁铁用硅钢片叠成，取消短路环及闭合时的工作气隙，需要的激磁电流小，改为直流激磁，使铁芯吸引力发挥到最大限度。
2.根据权利要求1所述，使铁芯吸引力发挥到最大限度，激磁电流经桥式整流在交流侧串限流电容器接到交流电源上，铁芯闭合前用常闭触点使电容器短路，铁芯闭合过程中常闭触点打开后，电容器起限流作用，直流激磁电流始终维持铁芯饱合磁感应强度，吸力始终为最大限度。
3.两步灭弧交流接触器使用两步灭弧方法，其特征在于触头开距小，(1-2毫米即可)同时，触头压力可以降低到每安5-15克压力，就能保证接触器安全可靠工作。
4.两步灭弧交流接触器大幅度提高接通能力，其特征在于取消动铁芯与动触头之间经主触头弹簧联接的方式，而使二者之间没有任何联接件，分断时反力弹簧压缩动铁芯运动，动铁芯通过绝缘支块将动触头压开，接通时，动铁芯吸离动触头后，动触头靠主触头弹簧力压紧在静触头上，与动铁芯脱离联系，彻底避免了触头第二次跳动带来的危害。
5.根据权利要求4所述，反力弹簧和主触头弹簧分别顶于壳体上，弹力方向相反，而反力弹簧只和动铁芯有联系，主触头弹簧只和动触头有联系，动铁芯吸合过程中的振动不传给触头。
全文摘要
本发明提出了一种提高交流接触器的接通和分断能力的方法，取消交流接触器电磁铁闭合时的工作气隙和短路环，改为直流运行，避免了接触器触头第二次跳动，因此解决了接触器接通能力低的技术难题，采用两步灭弧方法，开距小，分断能力强，操作过电压低，喷弧距离小的交流接触器，接通能力达到和空气开关相同的水平。
文档编号H01H50/56GK1058290SQ9110495
公开日1992年1月29日 申请日期1991年7月19日 优先权日1991年7月19日
发明者王有元 申请人:王有元