專(zhuān)利名稱(chēng)：永磁無(wú)弧交流接觸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低壓電器領(lǐng)域，特別涉及一種永磁無(wú)弧交流接觸器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)交流接觸器工作時(shí)，吸合與分?jǐn)噙^(guò)程中都要產(chǎn)生電弧，并且接觸器吸合后要靠線圈一直通電保持接觸器吸合狀態(tài)，存在著線圈耗電大、通電運(yùn)行時(shí)有交流噪音、通斷電路時(shí)主觸頭上有強(qiáng)烈的電弧等缺點(diǎn)，這樣既造成了大量的電能浪費(fèi)、污染了周?chē)h(huán)境，又大大降低了接觸器的電壽命。
多年以來(lái)，電器工作者開(kāi)展了大量的改進(jìn)接觸器各種性能的工作，比如節(jié)能方面，有的采用交流吸合，直流保持；有的采用高壓直流吸合，低壓直流保持等，雖然具有節(jié)能功能，但線圈仍然在通電，只不過(guò)是電壓低的直流而已，線圈仍然有電流，所以還不能完全達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。
另外，在接觸器通斷電路產(chǎn)生電弧時(shí)，許多研究者采用了多種熄滅電弧的方法，如增加磁場(chǎng)吹弧、采用金屬柵片滅弧室等。圖1所示為現(xiàn)有交流接觸器結(jié)構(gòu)剖面示意圖，它包括滅弧罩、滅弧柵片、動(dòng)觸頭、靜觸頭、主觸頭端子、活動(dòng)支架、導(dǎo)電桿、銜鐵、鐵芯、線圈、外殼及底座。
上述這些方法都不能從根本上消滅電弧，只是限制和有助于熄滅電弧。目前市場(chǎng)上可見(jiàn)的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，雖然屬于無(wú)弧產(chǎn)品，但價(jià)格昂貴，且由于沒(méi)有機(jī)械觸點(diǎn)，導(dǎo)通損耗高，過(guò)載能力差，體積龐大。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種永磁無(wú)弧交流接觸器。
該接觸器結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括上端蓋、可控硅及控制部分、動(dòng)觸頭、靜觸頭、主觸頭端子、活動(dòng)支架、導(dǎo)電桿、銜鐵、鐵芯、線圈、永磁鐵、外殼及底座，外殼10罩在底座11之上，形成一空腔， 在該空腔中，鐵芯8固定在底座11中央，鐵芯8成凹型，鐵芯底部開(kāi)有方形槽，放置永磁鐵13，凸出的兩立柱四周均環(huán)繞有線圈9，兩立柱頂部與銜鐵7形成閉合磁通路，銜鐵7與活動(dòng)支架6固定連接，主觸頭端子5通過(guò)導(dǎo)電桿14與靜觸頭4形成機(jī)械連接，動(dòng)、靜觸頭之間有兩個(gè)斷點(diǎn)，可控硅及控制部分12安裝于上端蓋15中，形成完整的接觸器。
本發(fā)明接觸器鐵芯8底部中央放置有永磁鐵，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
本發(fā)明中可控硅及控制部分替換了現(xiàn)有接觸器的滅弧裝置，其包括可控硅部分以及控制部分，控制部分又是由控制單元、切換元件、儲(chǔ)能元件和IGBT元件組成的，控制單元分別與可控硅部分、切換元件、儲(chǔ)能元件和IGBT元件相連；IGBT元件的一端通過(guò)線圈連接到三相電壓中任意一相，其另一端與三相電壓另一相相連；切換元件和儲(chǔ)能元件的兩端均與線圈相連；接觸器的每個(gè)觸點(diǎn)兩端分別并聯(lián)一對(duì)反并聯(lián)的單向可控硅，再分別與電源和負(fù)載連接，如圖4所示。
本發(fā)明接觸器正常工作時(shí)，首先按下起動(dòng)按鈕SA1，控制部分開(kāi)始工作，因?yàn)榻佑|器的固有吸合時(shí)間為20ms，控制部分在10ms時(shí)使可控硅先于接觸器觸點(diǎn)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)無(wú)弧接通；同時(shí)控制部分在10ms時(shí)使與接觸器線圈串聯(lián)的IGBT元件導(dǎo)通30ms使接觸器吸合后關(guān)斷，線圈中不再有電流通過(guò)，此時(shí)接觸器的保持由改進(jìn)設(shè)計(jì)后鐵芯中的永磁鐵產(chǎn)生的磁通實(shí)現(xiàn)，這樣就實(shí)現(xiàn)了無(wú)弧接通及節(jié)電無(wú)噪音運(yùn)行功能；當(dāng)按下停止按鈕SA2，接觸器線圈斷電時(shí)，接觸器的固有釋放時(shí)間為15ms，切換元件首先將接觸器的線圈切換到儲(chǔ)能元件上，利用儲(chǔ)能元件的能量對(duì)鐵芯中的永磁鐵進(jìn)行反向去磁，使接觸器開(kāi)始釋放，同時(shí)為可控硅提供觸發(fā)電壓持續(xù)20ms，這樣當(dāng)將近15ms接觸器觸頭即將打開(kāi)時(shí)，由于接觸電阻的急劇增加，當(dāng)觸頭兩端壓降增加到8V左右時(shí)(小于生弧電壓)，由于觸發(fā)信號(hào)一直存在，可控硅由被觸頭短路的不工作狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程極短(微秒級(jí))，在觸頭尚未打開(kāi)前，流經(jīng)觸頭的電流已經(jīng)轉(zhuǎn)到可控硅上，這樣觸頭幾乎是在無(wú)載開(kāi)斷情況下打開(kāi)，即實(shí)現(xiàn)無(wú)弧分?jǐn)?，直?0ms時(shí)可控硅由于觸發(fā)信號(hào)消失而截止。
本發(fā)明利用可控硅的截止實(shí)現(xiàn)電路的分?jǐn)啵纱藢?shí)現(xiàn)了無(wú)弧通斷的功能，同時(shí)電路的導(dǎo)通由機(jī)械觸點(diǎn)承載，克服了無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通損耗高，過(guò)載能力差的缺點(diǎn)。另外本發(fā)明接觸器線圈只在接觸器吸合與釋放瞬間(均不超過(guò)30ms)有大電流流過(guò)，保證接觸器的吸合(激磁)與釋放(去磁)，接觸器吸合后直至釋放前，線圈中無(wú)電流，因此，改進(jìn)設(shè)計(jì)后的線圈無(wú)論是匝數(shù)還是線徑均發(fā)生很大變化，節(jié)省大量銅材。本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不改變?cè)薪佑|器外形尺寸，工藝實(shí)現(xiàn)容易、無(wú)噪音運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，且節(jié)電率達(dá)90％以上，，大大提高了接觸器的電壽命。


圖1為現(xiàn)有交流接觸器結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2為本發(fā)明接觸器結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖3為本發(fā)明接觸器裝有永磁鐵的磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明電路原理框圖；圖5為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的電路原理圖，(a)為具體實(shí)施方式
中控制部分電路原理圖，(b)為具體實(shí)施方式
中可控硅部分電路原理圖。
圖中1——滅弧罩、2——滅弧柵片、3——?jiǎng)佑|頭、4——靜觸頭、5——主觸頭端子、6——活動(dòng)支架、7——銜鐵、8——鐵芯、9——線圈、10——外殼、11——底座、12——可控硅及控制部分、13——永磁鐵、14——導(dǎo)電桿、15——上端蓋、16——控制部分。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
圖2所示為本實(shí)施方式結(jié)構(gòu)剖面示意圖，它包括上端蓋、可控硅及控制部分、動(dòng)觸頭、靜觸頭、主觸頭端子、活動(dòng)支架、導(dǎo)電桿、銜鐵、鐵芯、線圈、永磁鐵、外殼及底座，其中可控硅及控制模塊替換了現(xiàn)有接觸器的滅弧部分，并在鐵芯底部增加了永磁鐵。外殼10罩在底座11之上，形成一空腔， 在該空腔中，鐵芯8固定在底座11中央，鐵芯8成凹型，鐵芯底部開(kāi)有方形槽，放置永磁鐵13，凸出的兩立柱四周均環(huán)繞有線圈9，兩立柱頂部與銜鐵7形成閉合磁通路，銜鐵7與活動(dòng)支架6固定連接，主觸頭端子5通過(guò)導(dǎo)電桿14與靜觸頭4形成機(jī)械連接，動(dòng)、靜觸頭之間有兩個(gè)斷點(diǎn)，可控硅及控制部分12安裝于上端蓋15中，形成完整的接觸器。
圖3為本實(shí)施方式中磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5(a)所示為本實(shí)施方式控制模塊電路原理圖，圖中兩個(gè)繼電器KA1、KA2實(shí)現(xiàn)切換功能，電容器C3、D6實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能功能，IGBT、YMDZ實(shí)現(xiàn)IGBT功能，U1A、U1B及其外圍電路實(shí)現(xiàn)控制功能，其中繼電器KA1的線圈直接與12V電源相連，其一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)分別與380V脈動(dòng)直流電源和IGBT的集電極相連，而一對(duì)常閉觸點(diǎn)則與接觸器線圈相連；繼電器KA2的線圈一端與12V電源相連，另一端與三極管Q1的集電極相連，其兩個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)分別與交流380V電源和串有二極管D6的電容C3相連；電壓比較器UIA的輸出端通過(guò)電阻R8與IGBT的基極相連，兩個(gè)輸入端分別與R5、R6、R7與D6、C2相連；電壓比較器UIB的輸出端通過(guò)電阻R4與三極管Q1的基極相連，UIB的輸出端同時(shí)還通過(guò)二極管D3與電容C2相連，兩個(gè)輸入端分別與R1、R2、R3與C1、D1相連；IGBT的基極通過(guò)電阻R8連到電壓比較器UIA的輸出端，集電極通過(guò)二極管D6與380V脈動(dòng)直流電源相連，發(fā)射極與地相連，發(fā)射極與集電極之間并聯(lián)一個(gè)壓敏電阻YMDZ；12V電源與地之間接有二極管D1，a、b端分別與圖5(b)中的a’、b’端相連。
圖5(b)所示為本實(shí)施方式中可控硅部分電路原理圖，采用了常規(guī)可控硅控制電路，圖中每相觸頭KM兩端都并聯(lián)了一對(duì)反并聯(lián)的可控硅SCR，當(dāng)接觸器線圈通電時(shí)，接觸器的固有吸合時(shí)間為20ms左右，圖中的觸發(fā)電路在10ms時(shí)使三對(duì)反并聯(lián)的可控硅導(dǎo)通，這樣可控硅已經(jīng)先于接觸器的觸頭將電路接通，到20ms觸頭閉合時(shí)，觸頭只是將可控硅短路，由于可控硅的管壓降不足以產(chǎn)生電弧，故實(shí)現(xiàn)了無(wú)弧接通功能。當(dāng)線圈斷電時(shí)，該接觸器的固有釋放時(shí)間為15ms左右，而可控硅觸發(fā)電路由于有儲(chǔ)能電容C1釋放出的電流使觸發(fā)電路直到20ms之前一直保持觸發(fā)狀態(tài)，這樣當(dāng)將近15ms接觸器觸頭即將打開(kāi)時(shí)，由于接觸電阻的急劇增加，當(dāng)觸頭兩端壓降增加到8V左右時(shí)(小于生弧電壓)，由于觸發(fā)信號(hào)一直存在，可控硅由被觸頭短路的不工作狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程極短(微秒級(jí))，在觸頭尚未打開(kāi)前，流經(jīng)觸頭的電流已經(jīng)轉(zhuǎn)到可控硅上，這樣觸頭幾乎是在無(wú)載開(kāi)斷情況下打開(kāi)，直到20ms時(shí)可控硅由于觸發(fā)信號(hào)消失而截止，從而使電路實(shí)現(xiàn)無(wú)弧開(kāi)斷。
權(quán)利要求
1.一種永磁無(wú)弧交流接觸器，包括上端蓋、動(dòng)觸頭、靜觸頭、主觸頭端子、活動(dòng)支架、導(dǎo)電桿、銜鐵、鐵芯、線圈、外殼及底座，其特征在于還包括可控硅及控制部分、永磁鐵，鐵芯成凹型，鐵芯底部開(kāi)有方形槽，放置永磁鐵，可控硅及控制部分安裝于上端蓋中；可控硅及控制部分中控制部分由控制單元、切換元件、儲(chǔ)能元件和IGBT元件組成，控制單元分別與可控硅部分、切換元件、儲(chǔ)能元件和IGBT元件相連；IGBT元件一端通過(guò)線圈連接到三相電壓中任意一相，其另一端與三相電壓另一相相連；切換元件和儲(chǔ)能元件的兩端均與線圈相連；接觸器的每個(gè)觸點(diǎn)兩端分別并聯(lián)一對(duì)反并聯(lián)的單向可控硅，再分別與電源和負(fù)載連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種永磁無(wú)弧交流接觸器，其特征在于所述的控制部分電路中一個(gè)繼電器的線圈直接與直流電源相連，其一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)分別與脈動(dòng)直流電源和IGBT的集電極相連，而一對(duì)常閉觸點(diǎn)則與接觸器線圈相連；另一個(gè)繼電器的線圈一端與直流電源相連，另一端與三極管的集電極相連，其兩個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)分別與交流電源和串有二極管的電容相連；一個(gè)電壓比較器的輸出端通過(guò)電阻與IGBT的基極相連，兩個(gè)輸入端分別與電阻、電容與二極管相連；另一電壓比較器的輸出端通過(guò)電阻與三極管的基極相連，其輸出端同時(shí)還通過(guò)二極管與電容相連，兩個(gè)輸入端分別與電阻、電容與二極管相連；IGBT的基極通過(guò)電阻連到第一個(gè)電壓比較器的輸出端，集電極通過(guò)二極管與脈動(dòng)直流電源相連，發(fā)射極與地相連，發(fā)射極與集電極之間并聯(lián)一個(gè)壓敏電阻；直流電源與地之間接有二極管，控制部分電路中a、b端分別與可控硅部分電路的a’、b’端相連。
全文摘要
一種永磁無(wú)弧交流接觸器屬于低壓電器領(lǐng)域，該接觸器包括上端蓋、可控硅及控制部分、永磁鐵、動(dòng)觸頭、靜觸頭、主觸頭端子、活動(dòng)支架、導(dǎo)電桿、銜鐵、鐵芯、線圈、外殼及底座；可控硅及控制部分中控制部分又是由控制單元、切換元件、儲(chǔ)能元件和IGBT元件組成的，控制單元分別與可控硅、切換元件、儲(chǔ)能元件和IGBT元件相連；IGBT元件一端通過(guò)線圈連接到三相電壓中任意一相，其另一端與三相電壓另一相相連；切換元件和儲(chǔ)能元件的兩端均與線圈相連；接觸器的每個(gè)觸點(diǎn)兩端分別并聯(lián)一對(duì)反并聯(lián)的單向可控硅，再分別與電源和負(fù)載連接。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不改變?cè)薪佑|器外形尺寸，工藝實(shí)現(xiàn)容易、無(wú)噪音運(yùn)行、無(wú)弧通斷等優(yōu)點(diǎn)，且節(jié)電率達(dá)90％以上，大大提高了接觸器的電壽命。
文檔編號(hào)H01H47/00GK1988095SQ20061013442
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月30日
發(fā)明者王儉, 蔡志遠(yuǎn), 馬少華, 厲偉 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)