CN100342468C

CN100342468C - 低电弧交流接触器

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Publication number: CN100342468C
Application number: CNB2004100826450A
Authority: CN
Inventors: 林社振
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: US20060061920A1; US7262942B2; CN1753126A

Abstract

一种低电弧交流接触器，包括电磁控制触头接点通断结构，特点是还有脉冲电源形成电路和低电弧形成电路，并还有多功能故障检出电路，其是以瞬间大电流转化为强大脉冲磁场能量作动力，推动接触器机械部份的触头接点产生动作，控制电源负载导通或断开，在每次动作过程中，均受电子电路监察，控制在交流电压最低电位位置进行通断程序，降低电弧产生破坏力，同时接触器本身采用光电耦合电路，接受外来低电压信号指令操控，并具有过载，欠相，短路，漏电等电力安全保护功能设备。

Description

低电弧交流接触器

技术领域

本发明涉及一种交流接触器，具体地说，是一种在交流电源处于最低电压位置时以瞬时大电流转化成强大磁场能量去推动接触器的机械触头接点产生动作，控制交流电源负载通路导通或断开，并还具有接受外来低电压信号指令操控以及具有过载、欠相、短路和漏电等电路安全保护功能的交流接触器。

背景技术

众所周知，市售传统的接触器是采用交流或直流通过接触器线圈产生磁场来控制接触器中的机械触头接点产生动作，使电源负载回路导通或断开。根据负载回路通断程序的要求，当机械触头接点需要长时处于导通状态时，产生磁场的电源就必须长时间不断地对接触器的线圈供电，使接触器线圈保持磁场，维持负载回路的导通状态，如此导致耗电多和线圈体积大；另外，传统接触器在进行通断程序中，触头接点的离合呈随机性，没有固定时间，因此，通断状态的转换，即触头接点的离合动作可能发生在电源周波的任何一点，当负载电流较大或短路时，便有可能产生强大电弧，使触头接点缩短寿命或即时烧毁，为此，传统接触器常常辅设有五金或陶瓷部件作为散热灭弧装置，使接触器结构复杂和庞大；此外，市售传统接触器一般只具有控制负载回路通断的功能，用途单一，为此，在使用时，还须配合使用各种电力安全保护设备，例如漏电保护、过载保护或欠相保护等，这些都造成使用上的不不便；最后，传统市售接触器不能直接接受外来低电压小电流信号指令操控，为此，在一些使用场合，还必须外加周边辅件及电路。

发明内容

综上所述，如何克服传统接触器存在电磁控制保护触发接点通断状态功耗大、状态转换易产生强大电弧的不安全事故，以及用途单一和不能直接接受外来低电压小电流信号指令操控的缺陷，乃是本发明所要解决的技术问题，为此，本发明的目的在于提供一种能直接接受外来低电压小电流信号指令操控的低电弧交流接触器，本发明的另一目的在于提供一种使用脉冲磁场控制触头接点通断状态的接触器，本发明的再一目的在于提供一种能检测多种电路故障的多功能接触器。

本发明的技术方案如下：

根据本发明的一种低电弧交流接触器，其包括电磁控制触头接点通断结构，其中含有第一线圈(L1)、第二线圈(L2)，它们分别将电能转换成磁能而使触头接点成吸合状态和分离状态，特点在于还包括：

a.一脉冲电源形成电路，其输入端连接交流电源的R端和T端，并提供二个脉冲电源，此二脉冲电源分别与线圈L1和线圈L2成受控电路连接；

b.一低电弧触发形成电路，其接受所述脉冲电源形成电路中所产生的脉动直流电压信号而建立交流电源周波最低电位时间座标，以及接受外触发通断操控指令而向所述所述脉冲电源形成电路提供导通指令触发脉冲，使线圈L1产生强脉冲磁场，令触头接点处于导通状态，和提供关断指令触发脉冲或断电自动关断触发脉冲，使线圈L2产生强脉冲磁场，令触头接点处于关断状态；

此外，所述的低电弧交流接触器还包括一后接该电磁控制触头接点通断结构的多功能故障检出电路，其分别输出短路电流脉冲检测信号或过载电流脉冲检测信号，传送给所述低电弧触发形成电路，而输出关断指令触发脉冲，使线圈L2产生强脉冲磁场，令触头接点处于关断状态；

进一步，所述脉冲电源形成电路包括依次成电路联结的脉动直流电压产生单元、充电开关单元，导通脉冲电源存储单元和关断脉冲电源存储单元，它们形成充电回路，以及分别控制导通脉冲电源存储单元和关断脉冲电源存储单元的导通放电开关单元和关断放电开关单元，它们分别与线圈L1或线圈L2形成放电回路；

所述低电弧接触形成电路包括：

a.接受所述脉冲电源形成电路送来的脉冲直流电压信号且依次成电路联结的零电位座标发生单元和断电自动关断触发单元；和

b.依次成电路联结的光电耦合导通指令输入单元、导通指令检出单元和导通指令触发单元，而且该导通指令检出单元还接受该零电位座标发生单元送来的交流电源周波最低电位时间座标信号的控制；以及

c.依次成电路联结的光电耦合关断指令输入单元、关断指令检出单元和关断指令触发单元，而且该光电耦合关断指令输入单元还接受该零电位座标发生单元送来的交流电源周波最低电位时间座标信号的控制；

所述光电耦合导通指令输入单元包括一块把操控导通指令电路的接地端与所述接触器的接地端隔离的光电耦合电路PT1；

所述操控导通指令电路联结光电耦合器PT1的输入端，并包含一个指令按键S1；

所述光电耦合关断指令输入单元包括一块把操控关断指令电路的接地端与所述接触器的接地端隔离的光电耦合电路PT2。

所述的关断指令电路联结该光电耦合电路PT2的输入端，并含有一个指令按键S2；

所述多功能故障检出电路包括依次成电路联结的多功能故障检测单元、短路电流脉冲检测单元、短路信号座标发生单元，以及另一后接该多功能故障检测单元的过载电流脉冲检测单元，该短路信号座标发生单元和过载电流脉冲检测单元分别作为关断指令信号输入低电弧触发形成电路中；

所述多功能故障检测电源是一个由多互感器组成的可检测出短路、过载、漏电、欠相和电力不平衡的电路故障的检测器件；

所述的电磁控制触头接点通断结构为机械自锁结构或极化磁场自锁结构。

本发明的优点如下：

1.本发明低电弧多功能接触器是采用预先贮藏于电容中的电流，经电子电路制造一个脉冲电流，通过接触器线圈，产生一个强大脉冲磁场作动力，将机械动作部份的触头接点吸下导通，并同时利用机械自锁方法或极化磁场自锁方法保持触头接导通状态，当需要触头接点断开时，亦取自预先贮藏于电容中的电流，经电子电路产生一个脉冲磁场，将自锁解除。因此，耗电低，体积小，安全系数高。由于接触器线圈采用脉冲电流工作，平时接触器线圈处于静止状态，不损耗电流，不积聚热能，因此，接触器线圈可以特别细小，电子电路耗电量只是传统接触器耗电量的十分之一；

2.本发明的低电弧多功能接触器是采用电子电路计算，控制接触器在每次通断过程中，均在交流电压电位最低时进行，大幅度降低电弧破坏力，从而体积小，效能高，无须使用售价高昂而负载的灭弧装置；

3.本发明的低电弧多功能接触器本身采用光电耦合电路，可直接接受外来信号指令操控，因此使用简单、方便，直接；

4.本发明的低电弧多功能接触器本身设有最先进完善的电力安全保护装置，当电路负载上有故障电流发生，包括：过载、漏电、欠相、短路，电力不平衡或电击等，接触器触头接点即时断开，保障用户用电安全。

附图说明

图1是本发明的整体结构方块图；

图2是本发明中的脉冲电源形成电路方框图；

图3是本发明中的低电弧触发形成电路方框图；

图4是本发明中的多功能故障检出电路方框图；

图5是本发明的脉冲电源形成电路和电磁控制触头接点通断结构实施例图；

图6是本发明的低电弧触发形成电路实施例图；

图7是本发明的多功能故障检出电路实施例图；

图8是本发明的电磁控制触头接点通断结构另一实施例图。

具体实施方式

下面根据图1～图7给出本发明一个多功能低电弧交流接触器的实施例。

现请参阅图1、图2和图3，本发明的低电弧交流接触器包括电磁控制触头接点通断结构2，其触头接点联结交流电源和负载，特点是设有一脉冲电源形成电路1，其与电磁控制触头接点结构2中的产生磁控的线圈L1和L2分别成双向电路连接，并还设有一低电弧触发形成电路3，其接受来自脉冲电源形成电路1中的脉冲直流信号，检测出交流电压的最低位置；并向脉冲电源形成电路1提供导通指令低电弧触发信号，以使线圈L1形成强大电流脉冲磁场，使触头接点接合导通；以及提供关断指令低电弧触发信号或断电自动断路触发信号，以使线圈L2形成强大电流脉冲磁场，使触头接点断路。进一步，本发明还在电磁控制触头接点结构2后接一多功能故障检出电路4，如图1、图4所示。其检出短路故障提供了短路脉冲电流信号或其他故障，例如过载、漏电、欠相和电力不平衡等故障而提供过载脉冲电流信号，并分别将它们输入到低电弧触发形成电路3，作为关断指令或信号，而使线圈L2形成强大的脉冲磁场，使触头接点断路。

现请参阅图2，脉动直流电流源形成电路1包括依次成电路联结的脉动直流电压产生单元10、充电开关单元11、导通脉冲电源存储单元12、关断脉冲电源存储单元13，以及分别连接该脉冲电源储存单元12和储存单元13的导通放电开关单元14和关断放电开关单元15。

现请参阅图5，由整流二极管D1～D4构造的全桥整流器构成脉动直流电压产生单元10，其连接交流电源R、T端电压，产生脉动直流电压，经电阻R6、R 7偏流维持二极管D6，电阻R8触发开关管CR1导通，电流经CR1向电容C2、C3充电储存，直至电容C2、C3电位高于限位稳压管ZD1时，偏流维持二极管D6反偏，开关管CR1停止工作。当触发开关管CR2接受来自低电弧触发形成电路3中的导通指令触发单元34送来的触发脉冲时，瞬间大量流自电容C2，经线圈L1、二极管D9向触发开关CR2放电，使线圈L1瞬间产生强大脉冲磁场能量，将本发明的接触器的电磁控制触头接点通断结构2中的接头接点吸下导通。由于触发开关管CR2导通，使该开关管CR1触发电压经二极管D8、触发开关管CR2短路，于是触发开关管CR1暂停工作，直至电容C2放电完毕，触发开关管CR2没有维持电流停止工作为止。同样地，当触发开关管CR3受低电弧触发形成电路3中的运算放大器OA2和OA9分别经或门D7、D14送来的关断信号电压触发导通，瞬间大量电流由电容C3经线圈L2、二极管D12向触发开关管CR3放电，使线圈L2产生强大脉冲磁场能量，将电磁控制触头接点通断机构2中的自锁机构解除。本实施例中电磁控制触头接点采用机械式自锁或脱扣，当脉冲电流通过L1时，产生一瞬间强大磁场，将机械部份的触头接点吸下导通，并利用机械自锁方法，保持触头接点导通状态，当脉冲电流通过L2时，产生一瞬间强大磁场，将自锁机械吸下，解除触头接点导通状态，其结构特征为：

1.L1及L2除了起动时有脉冲电流通过外，平时没有电流损耗；

2.L1及L2起动时脉冲电流较传统接触器工作电流高出十倍以上。

概括起来，脉冲直流电压产生单元10是一只由D1～D4组成的全桥整流器。

充电开关单元11包括触发开关管CR1和与其串联的限流电阻R6，以及串联连接的电阻R7、偏流维持二极管D6、电阻R8、限位稳压管ZD1、二极管D8、D10；

导通脉冲电源存储单元12是电容器C2，关断脉冲电源存储单元13是电容器C3，它们之间由隔离二极管D11分隔；

导通放电开关单元14包括相串联的二极管D9和触发开关管CR2以及与开关管CR2的触发极连接的分压电阻R9、R13；关断放电开关单元15包括相串联的二极管D12和触发开关管CR3以及与开关管CR3的触发极相连接的分压电阻R10、R11与组成或门的二极管D7、D14。

现请参阅图3和图6，从图3可见，本发明中的低电弧触发形成电路3包括后接脉动直流电压产生单元10，并依次成电路连接的零电位座标发生单元30、断电自动关断触发单元31；以及

依次成电路联结的光电耦合导通指令输入单元32、导通指令检出单元33和导通指令触发单元34，且该导通指令检出单元33还接受该零电位座标发生单元30的零电位检测信号；还有

依次成电路联结的光电耦合关断指令输入单元35、关断指令检出单元36和关断指令触发单元37，且该光电耦合关断指令输入单元35还接受该零电位座标发生单元30的零电位信号检测。

现请参阅图6。图中的电压比较器OA1与OA2所组成的电路是一个零电位座标发生单元30和断电自动触发单元31，该二电路工作目的有二，第一用作控制D13、C301及D201、C202充放电时固定在输入电源零电位范围内进行；第二，当输入交流电源中断后，令OA2输出一高电位信号，触发开关管CR3导通，将接触器机械部份的触头接点离开。

电压比较器OA1将脉动直流电路产生单元10进入分压电阻R1、R3端的电源电压值与预定电阻R4端电压值作比较，当R3端电压值低于R4端电压值时，CA1输出一高电位，使光电耦合关断指令输入单元35中的C202及导通指令检出单位33中的C301进入准备充电状态，直至R3端电压值高于R4端电压值时，OA1输出转为低电位，二极管D5、D13、D201与地端导通，储存于C202、C301及C1上电压、电流急速向二极管放电，为导通指令检出单元33产生出一个时间座标。其次，由于电路上C1充电时间慢，放电时间快，C1端电压值正常远低于R4端电压值。OA2输出处于低电位状态，当输入电源突然中断，R4端电压值长时间高于R3端电压，OA1输出高电位向C1充电，直至C1端电压值高于R4端电压值时，OA2输出变成高电位状态，经或门二极管D7触发开关管CR3导通，将接触器机械部份的触头接点离开。

设置光电耦合导通指令输入单元32和光电耦合关断指令输入单元35的目的是将输入信号指令的地端与接触器电路地端隔离，直接受外来信号电压指令操控。

当导通键S1按下，PT1导通，OA3输出高电位经R12、等待OA1输出高电位时才向C301充电，直至OA1输出电位由高转低，C301经D13向OA1放电，触发导通指令检出单元32工作。

当关断指令键S2按下，PT2导通，并输出一个高电位经R206，等待OA1输出高电位时才向C202充电，直至OA1输出电位由高转低，C202经D201向OA1放电，使OA6、OA7输出状态改变，关断指令触发单元37工作。

低电弧触发形成电路3的工作不管″ON″信号电压在任何时间键入，电路上C301及C302充放电永远在输入电压零电位范围内进行，将该信号电压选择适当延迟时间，触发开关管CR2导通，配合接触器吸下触头接头导通动作时间(T1)，刚好在输入电压最低电位位置进行，降低电弧破坏力。

当″ON″信号进入之前，必须等待OA1输出由低转高时，C301才会接受经R12进入的电流电压充电，直至OA1输出再由高转低电位时，C301放电，OA4输出由低转高电位向C303充电，直至C301放电完毕(放电时间取决于C301数值及VR301数值)，OA4回复原先低电位状态，C303向OA4放电，令OA5输出高电位触发开关管CR2导通。

关断指令触发单元37的OA8与OA9工作原理和导通指令触发单元34的OA4，OA5相同。

概括起来，在实施例电路原理图6中，零电位座标发生单元30是一个连接脉冲直流电压单元10整流输出端的电压比较器，其包括运算放大器OA1及其输入端所连接的电阻分压器R1、R3；R2、R4和其输出端所连接的积分电路R5、C1和限幅二极管D5；断电自动关断触发单元31为一个后接零电位座标发生单元30的电压比较器OA2。

光电耦合导通指令输入单元32包括光电耦合导通指令电路PT1及其输入元件S1、电阻R201和独立电路电阻R204、R205和经电阻R203、电容C203连接的运算放大器OA3。

导通指令检出单元31包括运算放大器OA4，连接OA3的输出端与OA4的输入″-″端的电阻R12、电容C301，连接OA4″-″端的限幅稳压管ZD2及其限流电位器VR301，以及连接R12与C301的公共接点与OA1的输出端的二极管D13。

导通指令触发单元34包括运算放大器OA5，OA5的输入″-″端接地，″+″端接分压电阻R301、R302并由分压点i2电容C303连接OA4的输出端。

光电耦合关断指令输入单元35包括光电耦合导通指令电路PT2及其输入端所连接的关断指令键S2电阻R202和输出高频滤波电容C201，隔离电阻R206。

关断指令检出单元36包括运算放大器OA6。以及连接OA6输入″-″端的分压电阻R207、R208、输入耦联电容C201和连接该C201和OA1输出端的连接二极管D201。

关断指令触发单元37包括运算放大器OA7、OA8、OA9，以及连接于OA7的″+″输入端的分压电阻R210、R211，连接OA7的″-″输入端的电阻R209与二只输入或门二极管D202，D203；连接于OA8的″-″输入端和限幅稳压单元VR302、ZD3和耦合电容C302；连接于OA9的″-″输入端的分压电阻R303，R304，耦联电容C304、OA8和OA9的″+″输入端均接地。

现请参阅图1、图4和图7。本发明的低电弧接触器由于在电磁控制触头接点结构2后接一多功能故障检出电路4，其能检出交流电源负载回路中的多种故障，例如短路、过载、漏电、欠相和电力不平衡等故障信号，即短路电流脉冲信号或过载电流脉冲信号，并将这些故障信号馈送到低电弧接触器电路3而当作为关断指令的或信号接入到电路中，产生关断触发信号去启动线圈L2产生脉冲磁场并使触头接点断路。如此，即构成多功能低电弧交流接触器。

现请参阅图4，本发明中的多功能故障检出电路4包括依次成电路连接的多功能故障检测单元41、短路电流脉冲检测单元42和短路信号座标发生单元43，并经或门二极管D203将短路脉冲送入关断指令检出单元36，此外，还有后接多功能故障检测单元41的过载电流脉冲检测单元44，其将过载电流脉冲信号传送到光电耦合关断指令输入单元35，以提供关断触发脉冲，使线圈L2产生脉冲磁场，从而切断触头接点的连接而关断交流电源负载回路。更具体的实施例如图7所示，多功能故障检测单元41由多个互感器所组成，而短路电流脉冲检测单元42和过载电流脉冲检测单元44则分别由运算放大器OA11，OA12构成电压比较器组成，该电路已获得中国专利ZL 95115982.8、美国专利6163,444，并已得到专利持有人同意使用。

关于短路信号座标发生单元的设计：

根据实际情况，第一个短路信号可在交流单元任何位置发生，不能作准，当第二个短路信号出现时，可以肯定该信号电压是从交流电压最低向高时变动所产生。

当交流电源有短路故障发生时，构成短路电流脉冲检测单元42的OA11输出一个高电位脉冲信号，分两个途径进行，一端向电容C402充电，另一端经电阻R14、或门二极管D203往OA7。由于OA10并未受C402充电影响有所改变，OA10输出仍处于低电位状态，因此经R14信号电压从二极管D401往地端短路，当OA11输出脉冲信号由高转低时，C402放电，令OA10输出状态改变，输出高电位向C401充电，保持OA10在某一段时间内输出状态不会改变。当有第二个短路信号脉冲产生时，即时通过R14、D203触发OA7，经关断指令触发单元37中的运算放大器的OA8，OA9，D14往触发开关管CR3。

现请参阅图8，作为上述实施例的一种替换，接触器的电磁控制触头接点通断结构2是采用极化磁场自锁，当脉冲电流通过L1时，产生一瞬间强磁，将磁芯极化，并将机械部份的触头接点吸下导通，保持导通状态直至L2通过一脉冲电流，产生一瞬间强大反磁场，将极化磁力消除，解除触头接点导通状态。其结构特征为：

1.L1及L2除了起动时有脉冲电流通过外，平时没有电流损耗；

2.L1起动时脉冲电流较传统接触器工作电流高出十倍以上。

Claims

1.一种低电弧交流接触器，包括电磁控制触头接点通断结构(2)，其含有第一线圈(L1)、第二线圈(L2)，它们分别将电能转换成磁能而使触头接点成吸合状态和分离状态，其特征在于，还包括：

a.一脉冲电源形成电路(1)，其输入端连接交流电源的R端和T端，并提供二个脉冲电源，所述两个脉冲电源分别与第一线圈(L1)和第二线圈(L2)连接，且控制第一线圈(L1)和第二线圈(L2)；

b.一低电弧触发形成电路(3)，它接受所述脉冲电源形成电路(1)所产生的脉动直流电压信号而建立交流电源周波最低电位时间座标，以及接受外触发通断操控指令而向所述脉冲电源形成电路(1)提供导通指令触发脉冲，使第一线圈(L1)产生强脉冲磁场，令触头接点处于导通状态，和提供关断指令触发脉冲或断电自动关断触发脉冲，使第二线圈(L2)产生强脉冲磁场，令触头接点处于关断状态。

2.如权利要求1所述的低电弧交流接触器，其特征在于，还包括一后接该电磁控制触头接点通断结构(2)的多功能故障检出电路(4)，其分别输出短路电流脉冲检测信号或过载电流脉冲检测信号，传送给低电弧触发形成电路(3)而输出关断指令触发脉冲，使第二线圈(L2)产生强脉冲磁场，令触头接点处于关断状态。

3.如权利要求2所述的低电弧交流接触器，其特征在于，所述脉冲电源形成电路(1)包括依次成电路联结的脉动直流电压产生单元(10)、充电开关单元(11)，导通脉冲电源存储单元(12)和关断脉冲电源存储单元(13)，它们形成充电回路，以及分别控制导通脉冲电源存储单元(12)和关断脉冲电源存储单元(13)的导通放电开关单元(14)和关断放电开关单元(15)，它们分别与第一线圈(L1)或第二线圈(L2)形成放电回路。

4.如权利要求2所述的低电弧交流接触器，其特征在于，所述低电弧触发形成电路(3)包括：

a.接受所述脉冲电源形成电路(1)送来的脉冲直流电压信号且依次成电路联结的零电位座标发生单元(30)、断电自动关断触发单元(31)；和

b.依次成电路联结的光电耦合导通指令输入单元(32)、导通指令检出单元(33)和导通指令触发单元(34)，而且该导通指令检出单元(33)还接受该零电位座标发生单元(30)送来的交流电源周波最低电位时间座标信号的控制；以及

c.依次成电路联结的光电耦合关断指令输入单元(35)、关断指令检出单元(36)和关断指令触发单元(37)，而且该光电耦合关断指令输入单元(35)还接受该零电位座标发生单元(30)送来的交流电源周波最低电位时间座标信号的控制。

5.如权利要求4所述的低电弧交流接触器，其特征在于，所述光电耦合导通指令输入单元(32)包括一块把操控导通指令电路的导通指令电路接地端与所述接触器的接地端隔离的光电耦合电路PT1。

6.如权利要求5所述的低电弧交流接触器，其特征在于，所述操控导通指令电路联结光电耦合器PT1的输入端，并包含一个指令按键S1。

7.如权利要求4所述的低电弧交流接触器，其特征在于，所述光电耦合关断指令输入单元(35)包括一块把操控关断指令电路的接地端与所述接触器的接地端隔离的光电耦合电路PT2。

8.如权利要求7所述的低电弧交流接触器，其特征在于，所述的操控关断指令电路联结该光电耦合电路PT2的输入端，并含有一个指令按键S2。

9.如权利要求2所述的低电弧交流接触器，其特征在于，所述多功能故障检出电路(4)包括依次成电路联结的多功能故障检测单元(41)、短路电流脉冲检测单元(42)、短路信号座标发生单元(43)以及一连接于多功能故障检测单元(41)之后的过载电流脉冲检测单元(44)，该短路信号座标发生单元(43)和过载电流脉冲检测单元(44)分别提供短路脉冲电流信号和过载脉冲电流信号，作为关断指令信号输入低电弧触发形成电路(3)。

10.如权利要求9所述的低电弧交流接触器，其特征在于，所述多功能故障检测电源(41)是一个由多互感器组成的可检测出短路、过载、漏电、欠相和电力不平衡的电路故障的检测器件。

11.如权利要求1～10中任一项所述的低电弧交流接触器，其特征在于，所述的电磁控制触头接点通断结构(2)为自锁结构。

12.如权利要求1～10中任一项所述的低电弧交流接触器，其特征在于，所述的电磁控制触头接点通断结构(2)为极化磁场自锁结构。