专利名称：220v、380v通用节电长寿断相保护交流接触器的制作方法
技术领域：
本发明属于低压电器领域。
交流接触器是电机、电器操作、控制;远距离操作、控制;自动控制必不可少的最终执行元件。但知技术中的常规交流接触器存在着以下几个致命的缺陷。
1、线圈额定使用电压220V、380V不能互换通用。线圈额定电压为220V的交流接触器如果接到380V的控制回路中去，很快就要烧毁;而线圈电压为380V的交流接触器，如果接到220V的的控制回路中去，根本无法吸合。不但给用户代来不便，也不可避免出现一些烧毁或影响工作的事故。
2、高的功耗常规交流接触器(J10-10A线圈功耗的20W，CJ20-630A级为500W·CJ10-40A为60W·CJ10-150A约为165WO(均为实测值)。
3、线圈、铁芯较高的温升线圈有较大的电流通过，铁芯有交变磁场所产生的涡流;短路环所产生的短路电流，都会产生较高的温升。散热条件受到影响时，线圈极易烧毁。这也是交流接触器烧毁的主要原因之一。
4、令人心烦的产流噪音，特别是工频振动，是造成弹簧触桥，金属结构件过早的出现金属疲劳，强度下降甚至断、裂而致使机械寿命终结的根本原因。
5、交流接触器电寿命的过早终结常规交流接触器由于用交流吸合及运行，50HZ(60HZ)工频电压向零过滤时接触器在弹簧的反作用力下向释放过滤，虽有短路环提供的微弱反向电流，能够克服过零点。但在整个交流过零过程中，触头的压力逐渐下降，在零点附近时，已经可以被认为触头处于浮动的似接触，非接触状态。当电压过零后上升到某一定值时，才能够恢复正常的可靠接触。如此周而复始，以每秒50(60)个循环。每当触头在电压过零点附近处于似接触非接触的浮动状态时，触头接触电阻的增加，肉眼所看不到的轻微拉弧等非正常现象就必然要出现。当负载电流到一定值时，就会出现触头的温升、烧损的必然结果。这就是电寿命终结的主要原因。
6、对电源断相、交流接触器自身触头烧损接触不良造成断相，均无检测控制和保护功能，导致因此而使被控电机大量烧损。
目前国内外虽已正在大力推广流接触器交流吸合直流运行这一节电新成果，但目前所推广的节电器似有以下不足(1)AC·220V·380V均不可通用，(2)为达节电目的或者采用双线圈(吸合线圈、工作线圈)，(3)由于交流吸合向直流保持的过滤切换，大都采用继电器或是另外占用交流接触器常开辅助触头，(4)有的体积大，造价高，增加交流接触器成本，有不少还必须把节电器作外接处理，(5)均没有对电源断相，触头烧损、接触断相的自检、自测、自我保护功能。
如专利号85202872.5;88205508.9;89204500.0;89221486.4;90204750等等。
本发明的目的在于1、彻底改变交流接触器受线圈额定电压限制的常规模式，使接触器可以在交流220V380V工作回路中通用。
2、大幅度的降低功耗，使维持工作电流下降为原维持工作电流的1/10至1/100，彻底消灭线圈过热烧毁的事故。
3、取消铁芯短路环，消除交变磁场对铁芯引起的涡流，温升、消除工频振动和噪音有效的延长交流接触器的机械寿命。
4、消除交流接触器触头在交流过零点附近似接非接浮动状态下接触电阻增加形成的触头温升、微弱的工频拉弧，以延长交流接触器的电寿命。
5、使交流接触器本身具有对电源断相、交流接触器触头接触不良以致断相的自检、自测、自我保护功能。使交流接触器向智能化迈进一步。
图1为整体原理方框图。
图2为高压直流起动回路A1电气原理图。
图3为交流接触器吸合、维持线圈A3图4为低压直流维持回路A2电气原理图。
图5为故障停机指令执行部分B4电气原理图。
图6为工作电源部分B5电气原理图。
图7为三相电源信号采样部分B1电气原理图。
图8为信号分析处理部分B2电气原理图。
图9为故障确认和指令输出部分B3电气原理图。
图10为总体电气原理图。
图11为A1·A2结合成220V·380V通用、节电、长寿电路块，作为对常规已投运的交流接触进行节电技术改造时用的控制线图。
图12为多功能电脑板作为对已投运的常规交流接触器进行技术改造时用的控制接线图。
现以总体电路图+对本发明的工作原理加以说明。
当接下起动按钮AN1时，电源电压经D1～D4二极管整流后以高压直流加到交流接触器吸引线圈CJ两端，接触器吸合，主回路接通，负载设备D投入运行。降压、限流电容C1投入运行经D1～D4给CJ提供了足够的保持电流。操作人员释放AN1后，交流接触正常运行。由于C1提供的保持电源，早于AN1的释放，从而有效的消除了从吸合向运行过滤的切换空间。
由于直接用高压直流吸合，使其吸合力增加√3倍，故而保证了380V线圈的交流接触器在220V时也能可靠吸合和正常工作。适当选取C1的参数，使其在AC220V时能可靠提供交流接触器的正常保持电流，当用到380V回路进，C2所提供的保持电流仅为220V时√3倍。如CJ20-63A交流接触器220V线圈在交流运行时的实测保持电流为320MA，通过C1提供16MA(实测)保持电流。即可保证可靠工作到180V，功耗仅为原功耗的5%(节电95%)，将该接触器运行到交流380V时，C1所提供的保持电流升至28MA，实测值线圈实际所通过的保持电流，仅为交流220运行(320MA)时的0.0875线圈不可能产生温升，确保在交流380V时也能安全可靠运行。
三相电源电压信号经R3、R5、R7、R4、R6、R8构成了人为中性点，并分压;分别经D6、D7、D8整流，提供三个不同级差的信号电压，其中D7输出相，又经R9、R10分压，提供了第四个有级差的信号电压。C2·C3·C4为浪涌信号吸收电容。按照一定比例关系调制的这四个有级差的信号电压，随着电网电压的波动而波动，但保持其比例关系不变，就其电压值来说是一个不定值，是浮动的，是随着电网电压的变化而变化。但对其比例关系说，三相电网运行正常对，始终相对稳定，即使某相出现±10%不平衡，也不会超出比例关系允许变化范围。只有当断相故障出现时，这种比例关系才会被破坏。当电动机负载率在66%时，人为中性点电压变化的理论值为1/√3，负载越重，电压变化值越大，即使空载时，变化值也在1/√2。
这四个有级差的，浮动的电压信号，互相配为三组，送入IC1·IC2·IC3进行电压比较处理集城电路IC1·IC2·IC3并不对每一个信号的具体数值进行检测，而仅仅检测每组信号的比例关系，只有当信号比例失调超出了设定允许范围值相对应的集成块才会有失调信号输出。经D9·D10·D11门输出或逻辑，送至由R11·C7和R12·C13共同构成的故障确认一延时回路。在设定的确认时间范围内，故障信号自动消失，则只能被认为是线路、电网波动所造成的干扰，无停机指令输出。只有当故障信号的持续时间长于或等于设定的时间，这时才会被确认为断相故障出现，而由IC4输出部停机指令的开关信号。此指令触发晶闸管了3CT导通，交流接触器吸引线圈CJ两端失电而释放。
由于断相信号的取得与负载无关，从而彻底改变国内、外目前对电机断相保护的信号采样和处理是以电流的有无及其变化的传统方法，如双金属片热继电器，互感器或霍尔元件式，都是以对线电流的有无和变化为依据进行采样和处理。热继电器则是依靠断相后电流的升值对不同澎胀系数的双金属材料进行加热，使其发生变形、弯曲、达到分断电路的目的。因此，必然要受到环境温度和散热条件的影响当环境温度为+40℃或夏日太阳的直射，根本无法得到额定电流值，双金属片就会发生变形，弯曲而分断电路;而在环境温度为-25℃或寒风侵袭的北国冬夜，即使电动机因断相烧成废铜烂铁，双金属片也无法分断电路。几次起动大电流的冲击，就会使双金属片内部的金相结构发生了不可恢复的变化，再也无法回到予定的电流值上去。世界一流水平的德国西门子公司，BBC公司的产品也同样难逃此运，这就是热继电器虽然普遍大量的使用，也无法抑制电动机因断相而大量烧损的根本原因。同样出存着和热敏电阻式，互感器式，霍尔元件式所共同存在使用不便的致命缺陷-对不同功率的电机，必须配用不同型号的保护器，而且还要在使用现场根据电机的实际负载进行整定，整定不当则根本不会起到保护作用。
本发明的断相保护功能不受线电流的影响，当负载电流从零至交流接触器额定通、断容量范围内、不需接线、不需调整、不受环境温度、散热条件的影响均能得到可靠的保护。
至此已经说明依照本发明制作的交流接触器，由于采用了高压直流吸合，使其吸合力增加√3倍，而保证了380线圈的接触器能够可靠的工作到220V控制回路中去;由于采用直流低压小电流保持使通过线圈的保持电流降为原交流运行时的1/10以下，因此，即使220V电压线圈运行在380回路件其保持电流仅为原线电流的1/10左右，足以保证线圈不会产生温升或烧毁。保证了220V、380V通用、节电;消除了铁芯涡流，取消了铁芯的短路环，铁芯的温升噪音已不复存。消除了工频振动，使弹簧、触桥、金属结构件的机械寿命达到很大的延长;交流工频电压过零点附近触头似接非接浮动状态时接触电阻的增加，轻微的工频拉弧现象得到了有效的压制，使交流接触器的电寿命得到了延长。尤其是本身对电源断相、触头接触断相具有自检、自测、自我保护功能。彻底摆脱了交流接触器只能受控于外来指令的传统观念，向具备有自检、自测、自我判断，发出和执行指令的智能方向迈进了一大步。
为了便于现已投运的常规交流接触器进行技术改造，可将A1和A2结合在一起制成220V、380V通用、节电、长寿电路块，按图十一的控制接线圈外接，即可达到通用、节电、长寿的目的。也可将A1、A2、B1、B2、B3、B4、B5共同组合在一起，构成多功能电脑板，对照电脑板上多孔插头付上的序号按图十二的接线联接，作为对现已投运的常规交流接触器的改造，将插头插入电脑板的插座上，即可得到220V、380V通用、节电、长寿、断相自动保护功能的目的。图11、图12中的1～5和1～7序号和图10中的序号相对应。所有附图中的元件编号均与图10中的元件编号对应。
依照本发明制作的交流接触器，所增加的电子器件成本，40A以上等级的可以从节省的短路环、线圈、铁芯等材料及其加工费中得到回报。150A以上等级的还可以使交流接触器的制作成本因此而下降。
依照本发明制作的交流接触器整个电子线路部分，没有功率元件、没有温升器件、没有运动部件，没有继电器、触头全为固态器件，因此改变相应元件的参数和进行相应的密封处理，即可应用到各种不同的电压，电流等级和船用，矿用、防爆等各个领域的交流接触器中去。为保证电路的功能均得以充分的实现并考虑到用户的配套、整定、制作安装能力，应以制作厂家生产出完整的新型的具有“220V、380V通用节电长寿断相保护交流接触器”最为理想。
权利要求
1.一种“220V380V通用、节电、长寿、断相自动保护交流接触器”其特征在于由高压直流起动部分伤A1；接触器的吸合运行部分A3；限流、降压部分A2；断相信号随机采样部分B1；信号比较处理部分B2；故障复查、确认部分B2；指令执行部分B4；工作电源部分B5组成一个有机联系但相应部分和功能又可独立的有机整体。
2.根据权利要求1所述的交流接触器其特征在于由电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、共同构成三相电路人为中性点，并分压后取出了三相有级差的电压信号;经D7、D8、D9、整流输出其中一相再经R9、R10分压;提供了第四个有级差的分压信号。
3.根据权利要求1所述的交流接触器其特征在于四个具有级差的能随电网电压变化而变化且不会破坏相互间比例关系的浮点运行的电压信号，互相配为三组送入IC1、IC2、IC3进行比较处理。
4.根据权利要求1所述的交流接触器其特征在于经处理后的故障输出信号由D9、D10、D11构成的或逻辑门，送至R11、C7、R12、R13构成的故障确认电路，经确认无误后，由IC4将信号变为开关指令输出。
5.根据权利要求1所述的交流接触器其特征在于故障指令的执行是由3CT、R2、C5组成的无继电器、无触头、无活动部件的固态系统完成。
6.根据权利要求、所述的交流接触器，其特征在于保持交流接触器正常工作的电流，仅由C1一个元件提供，且叠加在C1～D4的高压直流起动回路上。
7.根据权利要求1所述的交流接触器，其特征在于由C1和D1～D4构成的具有220V，380V通用、节电、长寿功能电路，不但可以单独取出作为已投运的常规交流接触器的节能技术改造使用，还可以节省常规接触器控制接线中必不可少的常开闭锁辅助触头付。
8.根据权利要求1所述的交流接触器，其特征在于整个电脑板，既可在生产时制作到交流接触器内部，又可外接作为对现已投运的交流接触器作技术改造之用。
全文摘要
一种新型交流接触器，控制接线更为简单，安装现场无需调整，即能自动适应220V、380V工作回路，且功耗甚微。彻底消除交流过零点时接触电阻增大和轻微拉弧。具备对断相自检、自测、判断、发出和执行停机指令，保护范围从零至接触器额定容量，无需接线、穿芯、整定，全自动跟踪保护。对电网电压的波动自动判断和适应。改变相应元件参数和进行相应的密处理，即可应用到不同电压、电流等级和船用、矿用、防爆等各个领域中去。
文档编号H02H3/253GK1110837SQ9410348
公开日1995年10月25日 申请日期1994年4月18日 优先权日1994年4月18日
发明者阚武 申请人:阚武