专利名称：高效节能多功能交流接触器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高效节能多功能交流接触器，具体地说是一种应用碳素结构钢作为铁芯的交流接触器。
交流接触器是供、配电所必备的开关装置，目前市场上销售的各类交流接触器产品都须采用硅钢片做铁芯。由于硅钢片的电磁特性所致，不仅使得铁芯磁化吸合时需要很大的激磁线圈电流，而且为了维持铁芯吸合还需要持续地向线圈供给较大的吸持电流。这一吸持电流使得现有的交流接触器普遍存在着运行功耗大，噪音大等缺陷，而且长期运行会导致线圈过热影响线圈使用寿命，甚至烧毁线圈。为了节约能源，减少噪声污染，在中国专利CN1022073C中公开了一种负载电流自持的交流接触器控制装置，该装置在启动时控制电流由一次回路主电源经整流后向接触器的吸引线圈供电，交流接触器吸合后立即转接到负载电流供电，即由反应负载一相或多相电流的电流变压器经整流后持续向吸引线圈供电，为实现可靠转换在吸引线圈上并联储能电容器。而在中国专利CN2143361Y中则公开了另一种控制交流接触器的节能装置，该装置是将直流高压启动和直流低压保持电压同时施加在交流接触器吸引线圈上，随后延时自动撤除高压。这些现有技术由于采用了用低压来维持吸合部件吸合的作用，因此，它们相对于目前市场上销售的交流接触器来说在节能、降低噪声方面取得了一定的效果。
但上述现有技术仍采用硅钢作为交流接触器的铁芯，在维持吸合部件的吸合时必需施加一定的维持电压。这部分维持吸合的电流在吸合线圈中作功必然导致电能的消耗和噪声的产生。因此，要从根本上节约电能和降低噪声就必须取消为维持吸合所施加在吸合线圈中的电流。但从现有技术中取消吸合电流则面临着如何有效地维持吸合部件的吸合力的问题。显然受的观念的束缚。
为解决上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提出一种在维持吸合状态时不需要在维持线圈中施加吸合电流，并能有效地维持吸合部件的吸合力的交流接触器。
为实现上述目的，本发明的交流接触器包括一个第一铁芯和一个第二铁芯，在第一铁芯及第二铁芯之间设置有将第一铁芯及第二铁芯向分离方向脱开的弹性件，在第一铁芯的周围设置有一激磁线圈，特别是本发明中所述铁芯采用具有磁记忆特性的碳素结构钢，并具有一个控制铁芯磁力的电子功能控制器。
本发明中的铁芯采用Q195号和/或Q215号碳素结构钢该其磁化和退磁控制效果更为理想。
本发明的电子功能控制器有一个激磁整流二极管，其正极与电源开关的启动触点相连而负极与激磁线圈的第一端相连；此外一个限流电阻的一端与激磁线圈的第一端相连，所述限流电阻的另一端与一个退磁整流二极管的正极联结，退磁整流二极管的负极与电源开关的分断触点相连；激磁线圈的第二端与电源的另一端相连。
所述电子功能控制器进一步包括一个可控硅，其正极联接退磁整流二极管的负极而其负极直接与电源相连；所述可控硅的控制极受一个欠压延时控制电路的信号的控制。
本发明的电子功能控制器还可以为另一种形式。其中，具有一个充放电器，其正极与激磁线圈磁化时的负极联接，而其负极与激磁线圈磁化时的正极联接，由此形成对铁芯退磁的退磁回路，该退磁回路受预定信号(如断电、缺相、欠压等信号)的控制而导通，使铁芯退磁。
所述充放电器最好是一个储能电容的充放电回路，利用该储能电容充放电回路时间常数控制交流接触器的接通、分断时间。在此，利用电容储能解决断电时铁芯间的相互释放。
在应用于三相电的情形下，前述形式的电子功能控制器在电源的第一或第二相与退磁回路之间联接有一个电子开关；一个欠压延时控制电路的信号输出端与电子开关的控制端联接，而其输入端联接电源的第三相。用这种方法解决了三相电源缺相、欠压时控制交流接触器分段保护的问题。
本发明的上述技术方案，解决了现有技术中存在的缺陷。对40安以上的交流接触器，其节电率达95％-99％以上。其几乎在无噪声状态下运行。由于用了较廉价的碳素结构钢作为磁记忆铁芯代替较贵重的硅钢片铁芯而降低了成本。
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明交流接触器的示意图；图2是本发明第一实施例的电子功能控制器电路图；图3是本发明第二实施例的示意图；图4是例举出本发明第二实施例中欠压延时控制器的一种形式的电路图；图5是本发明第三实施例的示意图；图6是例举出本发明上述第三实施例中充放电器的一种形式的电路图；图7是例举出本发明应用于三相电主电路开关时电路图的一种形式。
如图1所示，本发明的交流接触器由线圈—铁芯组件和电子功能控制器两部分组成。其中各个部件的作用为激磁线圈—铁芯组件为接触器能量转换与驱动组件；电子功能控制器则用于控制铁芯磁化的磁力，具体地说是用于控制铁芯的磁化和退磁。
在本实施例中，交流接触器6的第一铁芯1为一固定静铁芯、第二铁芯2为一活动铁芯。第一铁芯1与基座相连，第二铁芯2与执行机构活动臂相连。一个弹性件4将第一铁芯1及第二铁芯2向分离方向脱开，在第一铁芯1的周围设置有一激磁线圈3，该激磁线圈3的两端分别通过开关K与电源相连。在本实施例中，铁芯1、2的材料选用Q195号碳素结构钢。事实上，目前机械加工行业使用非常广泛的碳素结构钢均可以用作本发明的铁芯1、2的材料，本申请的发明人在本发明的研制过程中，经试验发现，Q195号及Q215号碳素结构钢用作本发明的铁芯均具有较理想的控制效果。
如图2的电路图所示，本发明的电子功能控制器有一个激磁整流二极管D1，其正极与电源开关K的启动触点11相连而负极与激磁线圈3的第一端18相连；此外一个限流电阻R10的一端与激磁线圈3的第一端18相连，所述限流电阻R10的另一端与一个退磁整流二极管D2的正极联结，退磁整流二极管D2的负极与电源开关的分断触点12相连；激磁线圈3的第二端19与电源的另一端脚15相连。当在电源的两端加上控制电压时，开关K接通启动触点11，控制电流经激磁整流二极管D1整流到达激磁线圈3后流回电源的另一端脚15，形成正向回路。此时，在激磁线圈3中产生磁场，受该磁场的作用，第一铁芯1被磁化。受被磁化的第一铁芯1的磁力吸引，第二铁芯2被带动，从而接通主回路开关。由于碳素结构钢的磁记忆特性，在开关K断开启动触点11后，第一、第二铁芯1、2仍保持吸合状态。主回路开关始终保持接通。在需要分断交流接触器开关时，将开关K接通分断触点12，此时，由于退磁整流二极管D2的整流，电流从电源的另一端经激磁线圈3、限流电阻R10及退磁整流二极管D2到达分断触点12，形成反向回路。此时，在激磁线圈3中产生一反向磁场，受该磁场的作用，铁芯1、2被退磁。这样在弹性件4的作用下，第二铁芯2脱离第一铁芯1，进而使主回路开关断开。
上述电子功能控制器进一步包括一个可控硅S1，如图3所示，其正极联接退磁整流二极管D2的负极而其负极直接与电源端脚13相连；所述可控硅S1的控制极受一个欠压延时控制电路的信号的控制。当欠压延时控制电路测出电源电压出现欠压的情况时，欠压延时控制电路将发出一个信号给可控硅S1的控制端，使得可控硅S1导通。同样，由于退磁整流二极管D2的整流，电流从电源的另一端经激磁线圈3、限流电阻R10及退磁整流二极管D2到达可控硅S1，形成反向回路。此时，在激磁线圈3中产生一反向磁场，受该磁场的作用，铁芯1、2被退磁。同样在弹性件4的作用下，第二铁芯2脱离第一铁芯1，进而使主回路开关断开。
在图4中显示了本发明的一个优选的欠压延时控制电路。其中由集成电路IC1与周边器件(包括二极管D3、电解电容E1、稳压二极管Z1、Z2、以及电阻R1、R2、R3、R6)组成电压比较器。其中二极管D3为整流二极管，电阻R6为限流分压电阻。当开关K接通启动触点11时，经二极管D3半波整流、电阻R6限压、电解电容E1滤波后，给出了直流电压Ui。该直流电压Ui经电阻R5限流、稳压二极管Z2稳压后，给出集成电路IC1、IC2的供电电压。该电压经电阻R4限流、稳压二极管Z1稳压后，给出比较器中的集成电路IC1的基准参考电压。同时，直流电压UI经、电阻R3、R2分压后，给出比较电压。当电源端脚14、15间的电压降低到一定程度后(一般为70％额定电压以下)，集成电路IC1的正输入端的电压低于其负输入端的电压，集成电路IC1的输出端电压变高，此电压经电阻R11给电容C4充电，当电容C4上的充电电压高于集成电路IC2的负输入端电压时，集成电路IC2翻转，其输出电压变高，此电压经接触器辅助接点K1(当铁芯磁化吸合时，辅助接点K1接通)施加到振荡器IC3的电源端。振荡器IC3得电后开始震荡，震荡脉冲控制场效应管M1导通，场效应管M1输出的脉冲信号经变压器T1输送到可控硅S1的控制极，使可控硅S1导通。这是形成由端脚15经激磁线圈3、限流电阻R10、退磁整流二极管D2、可控硅S1到达端脚13的反向电流使铁芯退磁，使铁芯1释放开第二铁芯2，从而分断主回路开关，完成欠压自动保护。在第一铁芯1释放开第二铁芯2的同时，与第二铁芯2联动的辅助接点K1同时分断，又使得振荡器IC3处于不供电状态，于是场效应管M1和可控硅S1都截止，从而避免了铁芯退此后又反向磁化。
在上述电路中，由电阻R11和电容C4组成的充电电路的时间常数决定了由集成电路IC2及周边元件组成的延时器的延时时间。当其中电阻R11的阻值为零时，延时器的延时时间为零。当其中电阻R11的阻值不为零时，延时器则根据电阻R11的阻值不同而具有不同的延时时间。此时可实现欠压时延时自动保护。
图5显示了本发明的电子功能控制器的另一种形式的实施例。其中，具有一个充放电器7，其正极与激磁线圈3磁化时的负极联接，而其负极与激磁线圈3磁化时的正极联接，由此形成对铁芯1、2退磁的退磁回路，该退磁回路受预定信号(如断电、缺相、欠压等信号)的控制而导通，使铁芯1、2退磁。
图6例举了一种充放电器的电路，该电路中包括一个充电电路及一个在所连接的两相断相时与激磁线圈3形成退磁回路的放电电路。所述充电电路中，具有一个激磁线圈3与一个电阻R21串接二极管D21的串联支路组成的并联的电路，所述串联支路中电阻R21串接在二极管D21的正极上，所述并联电路中靠近二极管D21正极的一端连接在A相电源上的，而靠近二极管D21负极的一端与充电电解电容E的正极一端相连的，一个由二极管D22、电阻R23及电容C21组成的并联电路，其靠近二极管D22正极的一端与充电电解电容E的负极一端相连而靠近二极管D22负极的一端与二极管D24的正极相连，二极管D24的负极与一个电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端与B相电源连接。所述放电电路包括一个控制回路及一个退磁回路。其中控制回路的构成为一个充电电解电容E，一个一端与充电电解电容E的正极相连而另一端与电阻R26的一端相连的激磁线圈3，电阻R26的另一端与电阻R23及电容C21的并联电路的一端相连，而电阻R23及电容C21的并联电路的另一端与充电电解电容E的负极相连，其中退磁回路的构成为一个充电电解电容E，一个一端与充电电解电容E的正极相连而另一端与电阻R21相连的激磁线圈3，电阻R21的另一端与可控硅S21的正极相连，可控硅S21的负极与充电电解电容E的负极相连，可控硅S21的控制端通过电阻R22及串联的双向二极管D26与电阻R23及电容C21的并联电路上与二极管D24相连的一端相连。
当在电源的A、B端加电后，按下启动开关K时，在A、B相间控制电压的作用下，充电电路中有电流通过。该电流自A端通过一个激磁线圈3与一个电阻R21串接二极管D21的串联支路组成的并联的电路到充电电容E，再经一个由二极管D22、电阻R23及电容C21组成的并联电路到二极管D24，再经电阻R25到达B端。在这一过程中完成了对充电电容E的充电。在上述过程中，充电电流在电阻R25上形成电压降，该电压降通过电阻R24控制可控硅S21的控制极，使得可控硅S21导通，从而在交流接触器激磁线圈3及可控硅S21组成的低阻抗回路中形成很大的激磁电流，瞬间将第一铁芯1磁化，使第一、第二铁芯吸合，从而带动开关执行机构将主回路开关接通。
由于充电电容E上的充电电流是以上述充电回路的时间常数迅速的以准指数规律减小，当充电电路中的充电电容E充满电后，由于充电电容E上的充电电压的幅值基本上于A、B相间的电压平衡，充电电路中的电流接近于零。此时电阻R25上的电压降接近于零，可控硅S21则立即断开，使得流经激磁线圈3的电流也趋近于零，电路便处于微功耗工作状态。由于记忆型铁芯具有在被磁化后能保持其磁性的能力，因此在激磁线圈中失去电流后，交流接触器仍然保持吸合，使主回路开关继续处于接通状态。
当开关K断开或A、B相中任一相断相时，由于失去了A、B相间的外加电压，充电电容E的充电电路被切断，此时充电电容E首先通过放电回路中的控制回路放电，该放电电流在电阻R23与电容C21的并联电路的两端形成电压降，该电压降通过双向二极管D26控制可控硅S21导通，从而在由充电电容E、激磁线圈3、电阻R21、可控硅S21组成的低阻抗退磁回路中形成较大的放电电流。在该退磁回路中的放电电流流经激磁线圈3时的与激磁电流方向相反，这样激磁线圈产生一个反向磁场。在该反向磁场的作用下，导致记忆型铁芯1、2退磁。进而在弹性件4的作用下使得第一铁芯与第二铁芯分离，并带动执行机构，分断主回路开关。
图7显示了本发明在应用于三相电的情形下的一个实施例。当三相电中的任意一相断电或电压严重下降时，为了保证交流接触器能有效的保护性切断，本发明中，由前述形式的电子功能控制器在电源的A或B相与退磁回路之间联接有一个场效应管开关M2；一个欠压延时控制电路的信号输出端与场效应管开关M2的控制端联接，而其输入端联接电源的第三相。
场效应管开关M2的控制端与一个连接在B及C相电源之间的欠压监视及欠压保护电平设置电路。一种理想的欠压监视及欠压保护电平设置电路为一模拟比较电路，其中具有一个比较器集成电路IC22，该比较器集成电路IC22的正输入端联接着一个由电阻R213、R214组成的欠压电平设置电路，其负输入端输入一个由稳压管Z21设置的参考电平，比较器IC22的输出端与场效应管开关M2的控制端相连。当C相出现电压降到低于所设定的欠压水准时，欠压电平设置电路上的电压低于参考电平电压，此时比较电路便反向翻转，输出的低电平控制场效应管开关M2断开，从而切断B相电源。于是放电电路将按如上所述的方式放电，进而分断主回路开关。当C相出现断相时，由于比较器IC22此时供电为零，其输出也为零，致使场效应管开关M2断开。从而切断B相电源。于是放电电路也将按如上所述的方式放电，进而分断主回路开关。
由上述说明可见，本发明的核心是采用碳素结构钢作为接触器铁芯，利用碳素结构钢的磁记忆特性，应用电子功能控制器控制磁记忆铁芯的磁化和退磁，使得其被磁化后不再需要维持磁性的电能。因而避免了现有交流接触器在运行中的大电耗和相应的噪音。本发明的交流接触器既可接受人工开关命令，实现接触器的接通与分断，又可受停电、断相欠压等供电信号控制遇停电、断相、欠压时，自行向线圈—铁芯组件发出控制命令，令接触器保持吸合或自动快速分断，达到保护供、用电设备的目的。
本发明上述实施例，特别是所述的电子功能控制器仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上显然可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
权利要求
1.一种高效节能多功能交流接触器，包括一个第一铁芯和一个第二铁芯，一个将第一铁芯及第二铁芯向分离方向脱开的弹性件，在第一铁芯的周围设置有一激磁线圈，其特正在于所述第一、第二铁芯的材质为具有磁记忆特性的碳素结构钢，以及具有一个控制铁芯磁力的电子功能控制器。
2.根据权利要求1所述的高效节能多功能交流接触器，其特征在于所述铁芯采用Q195号碳素结构钢。
3.根据权利要求1所述的高效节能多功能交流接触器，其特征在于所述铁芯采用Q215号碳素结构钢。
4.根据权利要求1所述的高效节能多功能交流接触器，其特征在于所述电子功能控制器有一个激磁整流二极管，其正极与电源开关的启动触点相连而负极与激磁线圈的第一端相连；此外一个限流电阻的一端与激磁线圈的第一端相连，所述限流电阻的另一端与一个退磁整流二极管的正极联结，退磁整流二极管的负极与电源开关的分断触点相连；激磁线圈的第二端与电源的另一端相连。
5.根据权利要求4所述的高效节能多功能交流接触器，其特征在于所述电子功能控制器进一步包括一个可控硅，其正极联接退磁整流二极管的负极而其负极直接与电源相连；所述可控硅的控制极受一个欠压延时控制电路的信号的控制。
6.根据权利要求1所述的高效节能多功能交流接触器，其特征在于所述电子功能控制器具有一个充放电器，其正极与激磁线圈磁化时的负极联接，而其负极与激磁线圈磁化时的正极联接，由此形成对所述铁芯退磁的退磁回路，该退磁回路受预定信号的控制而导通，使所述铁芯退磁。
7.根据权利要求6所述的高效节能多功能交流接触器，其特征在于所述充放电器是一个储能电容的充放电回路，利用该储能电容充放电回路时间常数控制交流接触器的接通、分断时间。
8.根据权利要求6所述的高效节能多功能交流接触器，其特征在于在退磁回路与电源的第一或第二相之间联接有一个电子开关；一个欠压延时控制电路的信号输出端与电子开关的控制端联接，而其输入端联接电源的第三相。
全文摘要
一种高效节能多功能交流接触器,在维持吸合状态时不需要在维持线圈中施加吸合电流,并能有效地维持吸合部件的吸合力。本发明因而避免了现有交流接触器在运行中的大电耗和相应的噪音。本发明的交流接触器既可接受人工开关命令,实现接触器的接通与分断,又可受停电、断相、欠压等供电信号控制遇停电、断相、欠压时,自行向线圈一铁芯组件发出控制命令,令接触器自动快速分断,达到保护电器设备的目的。
文档编号H01H47/00GK1206927SQ9811774
公开日1999年2月3日 申请日期1998年9月4日 优先权日1998年9月4日
发明者王述杭 申请人:北京伟航新技术开发公司