CN103400724A - 兼具抗雷功能的节电静噪交流接触器 - Google Patents

Abstract

一种兼具抗雷功能的节电静噪交流接触器，包括附加电子单元与传统交流接触器两部分，其中，传统交流接触器由动断触点、动合触点、动铁芯、静铁芯、复位弹簧、励磁线圈所组成；其中，所述的附加电子单元由第一输入端、压控开关电路、第一输出端、储能电路、第二输出端、公共端、第二输入端以及抗雷电路组成；其中，所述的第二输出端、第二输入端均与公共端连接；所述的压控开关电路的一端接第一输入端、另一端接第一输出端；所述的储能电路的一端接第一输出端、另一端接第二输出端；所述的抗雷电路的一端接第一输入端端、另一端接第二输入端端。

Description

兼具抗雷功能的节电静噪交流接触器

技术领域

本发明涉及低压电器领域，尤其涉及一种用电子技术改造的兼具强劲吸合、节电静噪、防雷抗雷多种功能的“兼具抗雷功能的节电静噪交流接触器”。

背景技术

交流接触器是一种应用非常广泛的低压电器，截止2012年，我国在线运行的交流接触器多达10亿只，而且以每年新增8000万只的速度递增。其工作原理是利用电磁铁带动动触点(动合触点)与静触点(动断触点)闭合或分离，达到接通或切断电路的目的。它适用于起动或控制三相感应电动机和其它用电设备。

图1为传统的交流接触器的工作原理图。这种传统的交流接触器主要由动铁芯、静铁芯、励磁线圈、复位弹簧、动断触点、动合触点组成。当励磁线圈接通AC220V、AC110V或AC380V电压(以下通称AC220V、AC110V或AC380V为AC电压或励磁电源)时，动铁芯受励磁线圈产生的磁力的作用而与静铁芯闭合，与动铁芯联动的动合触点也随之闭合，外电路便通过此动合触点而接通；当励磁线圈上的AC电压断开时，动铁芯失磁并受复位弹簧的作用而与静铁芯分离，动合触点复位断开，外电路便随之被切断。

综上所述，这种传统的交流接触器的工作过程可分为“吸合”、“吸持”、“复位”三个阶段：

1、吸合：励磁线圈与AC电压接通，动、静铁芯吸合。在此阶段，为克服

动铁芯的惯性和复位弹簧的弹力，励磁电源必须提供较大的功率(以下称此功率为“吸合功率”)，动、静铁芯才能互相吸合，并且“吸合功率”越大，吸合越干脆越快速；

2、吸持：励磁线圈继续与AC电压接通，动、静铁芯继续保持吸合的状态。在此阶段，励磁电源只须提供较小的功率(以下称此功率为“吸持功率”)，动、静铁芯也能继续吸合。若在此阶段，励磁电源提供过大的吸持功率，将造成电能浪费并导致交流接触器不应有的发热升温；

3、复位：励磁线圈断开AC电压，动、静铁芯“复位”分离。

交流接触器的用途千差万别，结构也千差万别，但它们的工作原理均与图1相同。

传统的交流接触器由于吸合与吸持阶段励磁线圈中均通以相同的AC电压，

因此存在以下的严重缺点：

1、无谓的耗电：前已述，在吸合和吸持阶段，传统的交流接触器的励磁线圈中均通以“相同的”AC电压，使吸持功率过大，造成了无谓的电能损耗；

2、发热：无谓的电能损耗所伴生的恶果是“升温发热”，严重时，甚至会烧毁传统的交流接触器的励磁线圈；

3、吸合动作的优劣“凭运气”：在励磁线圈接通AC电压的时刻，AC电压的瞬时值较高时，所述的传统交流接触器强力吸合；相反，所述的励磁线圈接通AC电压的时刻，AC电压的瞬时值较低时，所述的传统交流接触器则滞钝吸合，在此情况下，其动合触点或动断触点就可能因打火严重而烧毁；

4、存在烦人的交流噪声；

5、功率因素低。

针对传统的交流接触器存在的严重缺点，电子、电器行业内的技术人员研究、设计了多种用于改善传统的交流接触器性能的“节电线路”、“节电器”、“节能交流接触器”。中国专利申请号为97216246.1的“高效节能交流接触器”、申请号为94202133.9的“节能交流接触器装置”、申请号为201010144412.4的“一种节能交流接触器”公开了专利申请人各自的研究成果；杭州、常州、珠海等地的院校或厂商也有用于改善传统交流接触器性能的“节电器”问世。

上述的现有技术的确为改善传统交流接触器的性能，作出了有益的探索并取得了一定的成就，但普遍存在以下的缺陷：

1、结构复杂，难以实施；

2、所用的电子器件太多，电子线路太复杂；采用单片机控制的“交流接触

器节电器”则易受交流接触器本身或电机等电器的电磁干扰而导致内部程序执行错误、产生“飞跳”误控一此误控在某些场合会酿成大祸！

3、实施生产的产品售价太高，例如广东省珠海市某有限公司生产的QXJB型交流接触器节电器的售价高达1500元/台！小型的交流接触器的售价才二十多元，中型的交流接触器的售价也只有几百元，如此昂贵的“QXJB型交流接触器节电器”将使用户寥寥。

4、由于电子线路复杂，所用的电子器件多，因此，交流接触器的节电控制部份难以与交流接触器集成为一体，所述的节电控制部份须另设一个盒子，造成用户安装不便、接线麻烦。

5、由于电子线路复杂，所用的电子器件多，因此，交流接触器的节电控制部份自身的电耗(AC-DC转换损耗、IC电耗、执行器电耗等)将增大，有的甚至大到与小型接触器的吸持功率相比拟的地步。

正是由于现有技术存在以上缺陷，所以出现了以下的情况：“目前我国节电型交流接触器已经有一定的市场，但还不够普及，传统型交流接触器目前在用户使用上占主导地位。主要原因是节电型接触器价格较贵，用户在一次性投入上还不能接受，有待于国家在节能型接触器的推广上加大政策力度，促进节能型接触器的广泛应用”。(参考文献1：钱金川等.交流接触器节能技术综述.中国电子商情.2011年第4期)

针对现有技术的现状，本发明要达到的目标是：秉着“至精必须至简，唯有简单实用才能长久流传”和“没有最好，只有更好”的宗旨，“应用电子技术，改造传统产业”，设计一种电子线路尽量简单的、所用器件尽量少的、价格尽量廉的、性能超过现有技术的，“至精至简”的，兼具强劲吸合、节电静噪、防雷抗雷等多种功能的“多功能电子型交流接触器”。

发明内容

一种多功能电子型交流接触器，包括附加电子单元与由动断触点DD、动合触点DH、动铁芯M、静铁芯G、复位弹簧F、励磁线圈所组成的传统交流接触器两部份，其特征在于：所述的附加电子单元设有N1、N2、P1、P2四个端口，是四端口网络；端口N1、N2为其两个输入端口，P1、P2为其两个输出端口；输入端口N1、N2分别与AC电压的S1、S2端连接，输出端口P1、P2分别与所述的励磁线圈L的A1、A2端连接；其原理结构方式分为：

抗雷方式一：所述的附加电子单元内设有抗雷电路，其由N1端、压控开关电路、P1端、储能电路、P2端、公共端E端、N2端及抗雷电路组成；所述的P2端、N2端均与公共端E端连接；所述的压控开关电路之一端接N1端、另一端接P1端；所述的储能电路之一端接P1端、另一端接P2端；所述的抗雷电路之一端接N1端、另一端接N2端；

抗雷方式二：所述的附加电子单元内也设有抗雷电路，其由N1端、公共端E端、P1端、储能电路、P2端、压控开关电路、N2端及抗雷电路组成；所述的P1端、N1端均与公共端E端连接；所述的储能电路之一端接P1端、另一端接P2端；所述的压控开关电路之一端接P2端、另一端接N2端；所述的抗雷电路之一端接N1端、另一端接N2端；

省略方式一：所述的附加电子单元省略了抗雷电路，其由N1端、公共端E端、P1端、储能电路、P2端、压控开关电路及N2端组成；所述的P1端、N1端均与公共端E端连接；所述的储能电路之一端接P1端、另一端接P2端；所述的压控开关电路之一端接P2端、另一端接N2端；

省略方式二：所述的附加电子单元也省略了抗雷电路，其由N1端、压控开关电路、P1端、储能电路、P2端、公共端E端及N2端组成；所述的P2端、N2端均与公共端E端连接；所述的压控开关电路之一端接N1端、另一端接P1端；所述的储能电路之一端接P1端、另一端接P2端。

所述的附加电子单元与传统交流接触器按所述的方式相组合，即可组成新型的“多功能电予型交流接触器”。

所述的压控开关电路由双极型瞬态电压抑制二极管TVS1组成、储能电路由电容C组成、抗雷电路由双极型瞬态电压抑制二极管TVS2组成。

所述的附加电子单元的电路结构方式分为：

抗雷方式一：所述的附加电子单元由N1端、双极型瞬态电压抑制二极管TVS1、P1端、电容C、P2端、公共端E端、N2端及双极型瞬态电压抑制二极管TVS2组成；所述的双极型瞬态电压抑制二极管TVS1之一端接N1端、另一端接P1端；所述的电容C之一端接P1端、另一端P2端；所述的双极型瞬态电压抑制二极管TVS2之一端接N1端、另一端接N2端；P2、N2均接公共端E端；

抗雷方式二：所述的附加电子单元由N1端、公共端E端、P1端、电容C、P2端、双极型瞬态电压抑制二极管TVS1、N2端及双极型瞬态电压抑制二极管TVS2组成；所述的N1、P1端均接公共端E端；所述的电容C之一端接P1端、另一端接P2端；所述的双极型瞬态电压抑制二极管TVS1之一端接P2端、另一端接N2端；所述的双极型瞬态电压抑制二极管TVS2之一端接N1端、另一端接N2端；

省略方式一：N1端、公共端E端、P1端、电容C、P2端、双极型瞬态电压抑制二极管TVS1、N2端依次相串联即组成所述的附加电子单元；

省略方式二：所述的附加电子单元由N1端、双极型瞬态电压抑制二极管TVS1、P1端、电容C、P2端、公共端E端、N2端依次相串联组成。

所述的附加电子单元对随机接通的AC电压具有自动鉴别的功能：当AC电压的瞬时值小于所述的压控开关电路之阈值电压时，交流接触器不吸合；反之，当AC电压的瞬时值大于所述的阈值电压、其所提供的吸合功率足够大时，交流接触器才强力吸合。

所述的抗雷电路与AC电压相并联，其一端接附加电子单元的输入端N1端，另一端接附加电子单元的输入端N2端；其特征是：雷电到达所述的N1、N2端之前，其处于开路状态；雷电到达N1、N2端且雷电电压＞双极型瞬态电压抑制二极管TVS2的击穿电压UT2时，其短路导通。

应用本发明，可以取得以下有益效果：

1、价廉：本发明中用于改进传统交流接触器性能的至精至简的“附加电子单元”，仅有双极型瞬态电压抑制二极管TVS1、双极型瞬态电压抑制二极管TVS2、电容C三个电子元件，总成本小于0.4元人民币。在不需要抗雷的场合，“附加电子单元”则仅有双极型瞬态电压抑制二极管TVS1、电容C二个电子元件。仅花几角钱，就可使传统交流接触器提升为优良性能的“多功能电予型交流接触器”，解决了参考文献1所揭示的问题：“目前我国节电型交流接触器已经有一定的市场，但还不够普及，传统型交流接触器目前在用户使用上占主导地位。主要原因是节电型接触器价格较贵，用户在一次性投入上还不能接受，有待于国家在节能型接触器的推广上加大政策力度，促进节能型接触器的广泛应用”，为节电型交流接触器大面积推广创造了条件；

2、物美：上述几个电子元件的体积均纤小，可将它们集成到传统交流接触器的内部，制造成一体化的、外观悦目的节电型交流接触器。这一点，现有技术均望尘莫及、难以做到；

3、可靠：电子产品的可靠性与所用的电子器件的数量成反比，价格与所用

的电子器件的数量成正比。所用的电子器件越多，电子线路越复杂，就意味着可靠性越低、价格越高。本发明仅用二个(或三个)电子器件，而且都是强电用的不怕电磁干扰的功率型器件，因此，不但成本低，而且可靠性极高；

4、延寿：一台传统的CJX2-0910交流接触器、一台用本发明的“附加电子单元”改造的同型号的CJX2-0910交流接触器，在室温为34℃的同一地点同时运行10小时后，前者表面的温度已超60℃，摸之烫手；后者，表面的温度仍为室温。温升是电子、电器产品的大敌，温升越高，产品的使用寿命就越短，反之，使用寿命就可延长。因此，本发明具有延长产品使用寿命的“延寿”功能；

5、快速：本发明设有“阈值电压”，AC电压大于“阈值电压”、“吸合功率”足够大时，交流接触器才做吸合动作。因此，本发明吸合动作强劲有力、声音清脆、吸合速度快。本发明快速吸合的优点，可以减少触头的电弧、防止触头烧灼失效，对保护触头、延长接触器寿命具有重要的作用。

6、节电：温升低，是节电的直观表现，实测结果也表明，本发明具有较高的节电效率。

为了实测本发明的节电效率，便制作了样机(仅需几个电子元件，样机很容易做)，用“EPM8200多功能电参数测量仪”分别测量以下两种交流接触器的指标：

(1)、未加本发明之“附加电子单元”的CJX2-0910型传统交流接触器(以下简称传统件)；

(2)、按本发明所述的方法，所述的CJX2-0910型传统交流接触器加设“附加电子单元”后改造而成的新型的“多功能电子型交流接触器”(以下简称本发明)。

结果如下表1所示：

表1

以上实测结果表明：本发明的“有功功率节电率”达68％，“视在功率节电率”达87％。

应用本发明后，每只CJX2-0910型交流接触器可省电8.8va。全国十亿只交流接触器(均按CJX2-0910型计算)则可省电880万Kva，世界最大的水利工程-长江三峡电站的总装机容量为1820万Kva。若全国十亿只交流接触器均应用本专利，则相当于建造了近半个长江三峡电站，显示了本发明蕴含的具大经济与社会效益！

7、静噪。自从1924年世界第一只交流接触器诞生以后，交流噪声与交流接触器就“如影相随”，业內人员对传统交流接触器的交流噪声已经达到“司空见惯、见怪不怪”的地步。本发明可以做到寂静无噪声，即使在夜深人静的时候，也听不到噪声，实令业內观者称奇。

8、抗雷。本发明抗雷所用的双极型瞬态电压抑制二极管TVS2在雷电到来后10皮秒即10ps(picosecond，1皮秒等于一万亿分之一秒)内短路导通，可有效地抗击自AC电源传入的雷电。

9、升PF。前已述，实测结果表明：传统交流接触器的功率因素(Power factor即PF)仅为0.277，而应用本发明后，PF升至0.682。

附图说明

图1为传统交流接触器的工作原理图；

图2为实施例1的原理方框图；

图3为实施例1的电路原理图；

图4为AC电压波形图；

图5为实施例1在t2～t3时域内的工作状态图：

图6为实施例1在t＝th时的工作状态图：

图7为实施例1在t＝t3时的工作状态图：

图8为实施例1在t3～t4时域内的工作状态图：

图9为实施例1在t＝t4时的工作状态图：

图10为实施例1在t5～t6时域内的工作状态图：

图11为实施例1在t＝t6时的工作状态图：

图12为实施例1在t6～t7时域内的工作状态图

图13为实施例2的原理方框图：

图14为实施例2的电路原理图；

图15为实施例3的原理方框图：

图16为实施例3的电路原理图；

图17为实施例4的原理方框图：

图18为实施例4的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的实施方式。

图2为设有抗雷电路的本发明之实施例1的原理方框图，图3为实施例1的电路原理图。图2、图3中：L为传统交流接触器中的励磁线圈，A1、A2为其之两个连接端口；虚线方框100表示本发明的附加电子单元，其为具有两个输入端即N1与N2端、两个输出端即P1与P2端的四端口网络；所述的附加电子单元100中的101为压控开关电路、102为储能电路、103为抗雷电路。

结合图2；一种多功能电子型交流接触器，包括附加电子单元100与由动断触点DD、动合触点DH、动铁芯M、静铁芯G、复位弹簧F、励磁线圈L所组成的传统交流接触器两部份，其特征在于：所述的附加电子单元100有N1、N2、P1、P2四个端口，是四端口网络；端口N1、N2为其两个输入端口，P1、P2为其两个输出端口；其原理结构与连接方式为：所述的附加电子单元100由N1端、压控开关电路101、P1端、储能电路102、P2端、公共端E端、N2端及抗雷电路103组成；所述的压控开关电路101之一端接N1端、另一端接P1端；所述的储能电路102之一端接P1端、另一端接P2端；所述的抗雷电路103之一端接N1端、另一端接N2端；所述的P2端、N2端均与公共端E端连接；输入端口N1、N2分别与AC电压的S1、S2端连接，输出端口P1、P2分别与励磁线圈L的A1、A2端连接。

所述的附加电子单元100与传统交流接触器按所述的方式相组合，即可组成新型“多功能电予型交流接触器”。

再结合图2、图3：所述的压控开关电路101由双极型瞬态电压抑制二极管TVS1组成、储能电路102由电容C组成、抗雷电路103由双极型瞬态电压抑制二极管TVS2组成。

本实施例1的电路结构为：所述的附加电子单元100由N1端、双极型瞬态电压抑制二极管TVS1、P1端、电容C、P2端、公共端E端、N2端及双极型瞬态电压抑制二极管TVS2组成；所述的双极型瞬态电压抑制二极管TVS1之一端接N1端、另一端接P1端；所述的电容C之一端接P1端、另一端P2端；所述的双极型瞬态电压抑制二极管TVS2之一端接N1端、另一端接N2端；P2、N2均接公共端E端；

下面结合附图阐述本实施例1的工作过程：

本领域的技术人员应该清楚：抗雷电路103中的双极型瞬态电压抑制二极管TVS2在雷电到达N1、N2端之前，其处于开路状态，因此，在阐述本实施例1的工作过程时，可视其“不存在”。

结合图2、图3、图4：从S1、S2端输入的AC电压的数学表达式为：

u＝Umsin(2πft+φ)

上式中：u为AC电压的瞬时值，Um为AC电压的振幅值，f为AC电压的频率，φ为AC电压的初相角。

为简便说明，现假设初相角φ＝0，则AC电压的瞬时值u的表达式为：

u＝Umsin2πft

其波形如图4所示。图中：t表示时间。

t＝t1时，AC电压接通，此时，由于AC电压接通前，电容C和励磁线圈L放电均已结束，故电容C两端的电压(即附加电子单元100的输出电压)UC＝0；在此t＝t1时刻，AC电压的瞬时值：

u1＝Umsin2πft1＜UT1

上式中UT1为双极型瞬态电压抑制二极管TVS1的击穿电压(以下称此击穿电压UT1为阈值电压)。

由于u1＝Umsin2πft1＜UT1故双极型瞬态电压抑制二极管TVS1等效为开路，附加电子单元100的输出电压UC＝0，交流接触器不吸合。

结合图1，本专业的技术人员应该清楚：若将t＝t1时刻的AC电压的瞬时值u1＝Umsin2πft1直接施加至传统交流接触器的励磁线圈L上，则可能产生以下之一的不良现象：

1、u1的值太低，其所产生的磁力小于复位弹簧F的弹力，交流接触器白白地耗电而不吸合；

2、u1的值不够大，其所产生的磁力仅略大于复位弹簧F的弹力，交流接触器勉强而滞钝地吸合，其触点因打火时间较长而易遭烧损。

上述现象，是传统交流接触器的缺点之一。

结合图3、图4：t＝t2时，AC电压的瞬时值：

u2＝Umsin2πft2＞UT1

双极型瞬态电压抑制二极管TVS1击穿导通，等效为短路。再结合图3、图4、图5，由于双极型瞬态电压抑制二极管TVS1击穿导通，AC电压便提供的充电电流i23，电容C、励磁线圈L便分别获得ic23、iL23的充电电流。

结合图4、图6，至t＝th时，AC电压提供的充电电流为Ih，电容C、励磁线圈L分别获得Ich、ILh的充电电流。

附加电子单元100输出电压即电容C或励磁线圈L两端的电压已足够高，即为：

Uch＝uh＝Umsin2πfth

上式中Uch表示附加电子单元100在t＝th时的输出电压。

t＝th时，AC电压已驱使励磁线圈L获得了足够强的充电电流即励磁电流ILh，在足够大、足够强的Uch、ILh所产生的足够大的吸合功率的作用下，交流接触器便强力吸合并进入吸持状态。

分析至此，可以得出结论：附加电子单元100对随机接通的AC电压具有自动鉴别的功能：当AC电压的瞬时值u＝Umsin2πft＜UT1(即阈值电压)时，所述的附加电子单元100输出的电压UC＝0，交流接触器不吸合；当AC电压的瞬时值u＝Umsin2πft＞UT1、双极型瞬态电压抑制二极管TVS1击穿导通、AC电压所提供的吸合功率足够大时，交流接触器才强力吸合。

简言之：附加电子单元100对随机接通的AC电压具有自动鉴别的功能：当AC电压的瞬时值小于阈值电压UT1时，交流接触器不吸合；反之，当AC电压的瞬时值大于阈值电压UT1、其所提供的吸合功率足够大时，交流接触器才强力吸合。

因此，只要选择UT1足够高的双极型瞬态电压抑制二极管TVS1，即可确保交流接触器吸合强劲有力。

设有阈值电压，可确保交流接触器吸合强劲有力、声音清脆、吸合速度快。本发明快速吸合的特点，可以减少触头的电弧、防止触头烧灼失效，对保护触头、延长交流接触器寿命具有重要的作用，乃是本发明重要的功能，也是本发明显著的优点之一。

再结合图4、图7，t＝t3时，AC电压处于S1端为高电平、S2端为低电平的正半周，即S1端为正端、S2端为负端，其瞬时值为u3＝Umsin2πft3；

电容C两端的电压充至UC3，双极型瞬态电压抑制二极管TVS1两端的电压为u3-UC3＝Umsin2πft3-UC3＜UT1而使其关断、其等效为开路。

再结合图4、图8，在t3～t4的时域内：

由于双极型瞬态电压抑制二极管TVS1已关断、其等效为开路，因此，相当于附加电子单元100与AC电压断开；

AC电压断开之前，电容C与励磁线圈L均储有电能；

电容C放电释能，其放电电流为ic34；因励磁线圈L上的电流不能突变，故其以电流为iL34“续流”；电容C的放电电流ic34、励磁线圈L的续流电流iL34两者数值相等，方向互补，交流接触器凭电容C和励磁线圈L互补放电而继续保持吸持状态。

换言之：在双极型瞬态电压抑制二极管TVS1关断的时域内，交流接触器依靠电容C与励磁线圈L储存的电能而维持吸持状态。

结合图4、图9，t＝t4时：

AC电压处于S2端为高电平、S1端为低电平的负半周，即S2端为正端、S1端为负端，其瞬时值为u4＝Umsin2πft4；

如前所述，在t＝t4时刻之前的t3～t4的时域内，电容C对励磁线圈L放电，放电至t＝t4时，由于电容上的电压不能突变，故电容C尚存P1端为正、P2端为负的电压Uc4(此处，称电压Uc4为“残压”)；

此时，双极型瞬态电压抑制二极管TVS1两端的电压为：

Uc4+u4＝Uc4+Umsin2πft4＞UT1

双极型瞬态电压抑制二极管TVS1击穿导通，等效为短路；AC电压又对电容C充电，充电电流为ic45a；

阐述至此，结合图4，还应强调：在AC电压由正半周向负半周过渡的“过零点”即t3～t4时域内的t＝t10点，AC电压为零、但电容C尚存P1端为正、P2端为负的电压。

在接近t＝t4时刻之时，励磁线圈L之续流电流为iL45，由于电感上的电流不能突变，故t＝t4时刻之后，其仍按原方向续流。根据此时AC电压的极性，AC电压输出的充电电流i45不能提供此续流iL45，而此时电容C上的残压Uc4正好可提供所述的续流iL45，故电容C上的残压Uc4不是通过TVS1-N1-S1-S2之路径，即不是通过AC电压放电(若如此，功率因数将下降)而是通过P1-L-P2之路径，以放电电流ic45b＝iL45与励磁线圈L互补放电，使磁线圈L保持“续流”。这乃是本发明的功率因数远高于传统交流接触器之功率因数的重要原因。功率因数高，是本发明重要的功能，也是本发明显著的优点之一。

至t＝t5时，励磁线圈L的“续流”电流iL45逐步降至零，本发明进入图10所表示的状态：AC电压提供的充电电流i56，电容C、励磁线圈L分别获得ic56、iL56的充电电流。

结合图4、图11，t＝t6时，AC电压处于S1端为低电平、S2端为高电平的负半周，即S1端为负端、S2端为正端，其瞬时值为u6＝Umsin2πft6；电容C两端的电压充至UC6，双极型瞬态电压抑制二极管TVS1两端的电压为：

u6-UC6＝Umsin2πft6-UC6＜UT1而使其关断、其等效为开路。

结合图4、图12，在t6～t7的时域内：由于双极型瞬态电压抑制二极管TVS1已关断、其等效为开路，因此，相当于附加电子单元100与AC电压断开；

AC电压断开之前，电容C与励磁线圈L均储有电能；

电容C放电释能，其放电电流为ic67；因励磁线圈L上的电流不能突变，故其以电流为iL67“续流”；电容C的放电电流ic67、励磁线圈L的续流电流iL67两者数值相等，方向互补，交流接触器凭电容C和励磁线圈L互补放电而继续保持吸持状态。

阐述至此，结合图4、图12，还应强调：在AC电压由负半周向正半周过渡的“过零点”即t6～t7时域内的t＝t20点，AC电压为零、但电容C尚存P1端为负、P2端为正的电压。

至t＝t7时，双极型瞬态电压抑制二极管TVS1两端的电压大于其阈值电压UT1，其又击穿导通，电容C和励磁线圈又进入充电储能的状态。如此重复循环，可保证交流接触器保持稳定的吸持状态。

本实施例与传统交流接触器的对照分析：

一、吸合

本实施例选择了具有合适的阈值电压UT1的双极型瞬态电压抑制二极管

TVS1，在电容C上电压足够高、励磁线圈L产生的磁力足够强、足以强有力地快速地吸合铁芯时，本实施例才强劲吸合。

前已述，本实施例的此功能是极重要的，业内人士均周知：铁芯吸合越干脆越快速，触头拉电弧放电的时间就越短、触头灼伤的可能性就越小，交流接触器的使用寿命就越长久。此功能对大功率高价位的交流接触器尤显珍贵。

传统交流接触器则不然，其对随机接通的AC电压无鉴别的功能，全凭“运气”。运气好，AC电压在u＝Umsin(ωt+φ)＝Um时接通，则强有力地吸合；而大部份时间则是“运气不好”。设用于克服复位弹簧弹力的最低励磁电压的绝对值(即最低吸合电压的绝对值)为|u|＝|Umsin(ωt+φ)|＝U0则：

(1)、若在AC电压的瞬时值|u|＝|Umsin(ωt+φ)|＝U0时接通，其就勉强而无力地吸合；

(2)、若在AC电压的瞬时值|u|＝|Umsin(ωt+φ)|＜U0时接通，其就白白地耗电而不能吸合，一直耗电至AC电压的瞬时值上升至|u|＝|Umsin(ωt+φ)|＝U0时才勉强而无力地吸合。

这就是传统交流接触器尤其是大功率高价位的传统交流接触器的触头常烧坏的原因之一，也是传统交流接触器耗电高、温升高的原因之一。

二、噪声

传统交流接触器在吸持阶段，输入到励磁线圈中的AC电压在“过零”(AC电压由正半周向负半周或负半周向正半周过渡的“过零点”)时，零点附近的瞬时电压|u|＝|Umsin(ωt+φ)|＜U0，励磁线圈产生的磁力小于复位弹簧的弹力，动铁芯将离开静铁芯，但其刚离开很小的一段距离时，AC电压的瞬时值u已上升为|u|＝|Umsin(ωt+φ)|＞U0，于是离开的动铁芯重新被磁力拉回、动、静铁芯重新吸合。在此过程中，动、静铁芯中的硅钢片会产生频率为100Hz(50Hz交流电)或120Hz(60Hz交流电)的机械振动噪声。

前已述，本实施例在AC电压“过零”时，电容C尚存一定的电压，此电压与励磁线圈L互补放电，可保证交流接触器保持稳定的吸持状态。因此不存在上述机械振动噪声。本实施例的实验样机寂静无噪的运行证明了上述分析的正确性。静噪运行，是本发明的功能之一。

三、耗电

1、传统交流接触器在吸持状态均通有AC电压(或称全时域通电)，AC电压提供的吸持功率过大，造成了电能浪费并导致交流接触器不应有的发热升温；

2、在本实施例中，AC电压仅在双极型瞬态电压抑制二极管TVS1短路导通的局部时域，例如t2～t3的时域(即导通角为Q1的时域)、t4～t6的时域(即导通角为Q2的时域)对电容C和励磁线圈L充电储能，因此，耗电量远小于传统交流接触器。节约电能，是本发明最重要的功能。

四、功率因素

传统交流接触器的励磁线圈为感性器件，功率因素必然低。

本实施例在励磁线圈L的两端并接了电容C，感性的励磁线圈L和容性的电容C互相补偿，功率因素必然提高。

功率因素高，也是本发明的功能之一。

下面，阐述本实施例的抗雷工作过程：

结合图2、图3，本实施例的抗雷电路103与AC电压相并联，其一端接附加电子单元100的输入端N1端，另一端接附加电子单元100的输入端N2端；其由双极型瞬态电压抑制二极管TVS2构成，特征是：雷电到达所述的N1、N2端之前，其处于开路状态；雷电到达N1、N2端且雷电电压＞双极型瞬态电压抑制二极管TVS2的击穿电压UT2时，其短路导通。

雷电到达N1、N2端，在导致双极型瞬态电压抑制二极管TVS2短路导通的同时，双极型瞬态电压抑制二极管TVS1也必然短路导通。如此，本发明便可收到以下的抗雷效果；

1、由于所述的TVS1、TVS2的短路导通，导致：附加电子单元100的输出电压UC＝0、交流接触器便“复位”，受交流接触器控制的电器便被断开AC电压、这些电器便受到了本发明的“抗雷”保护；

2、由于所述的TVS2的短路导通，导致：上一级配电设施(例如空气开关)超负荷跳闸，受该配电设施控制的区域内的用电器也将受到本发明的“抗雷”保护。

“抗雷”是本发明的功能之一。

图13为设有抗雷电路的实施例2的原理方框图、图14为实施例2的电路原理图。

结合图13：本实施例2的原理结构为：一种多功能电子型交流接触器，包括附加电子单元100与由动断触点DD、动合触点DH、动铁芯M、静铁芯G、复位弹簧F、励磁线圈L所组成的传统交流接触器两部份，其特征在于：所述的附加电子单元100有N1、N2、P1、P2四个端口，是四端口网络；端口N1、N2为其两个输入端口，P1、P2为其两个输出端口；其结构与连接方式为：所述的附加电子单元100由N1端、公共端E、P1端、储能电路102、P2端、压控开关电路101、N2端及抗雷电路103组成；所述的P1端、N1端均与公共端E端连接；所述的储能电路102之一端接P1端、另一端接P2端；所述的压控开关电路101之一端接P2端、另一端接N2端；所述的抗雷电路103之一端接N1端、另一端接N2端；输入端口N1、N2分别与AC电压的S1、S2端连接，输出端口P1、P2分别与励磁线圈L的A1、A2端连接。

再结合图13、图14：所述的压控开关电路101由双极型瞬态电压抑制二极管TVS1组成、储能电路102由电容C组成、抗雷电路103由双极型瞬态电压抑制二极管TVS2组成。

本实施例2的电路结构为：所述的附加电子单元由N1端、公共端E端、P1端、电容C、P2端、双极型瞬态电压抑制二极管TVS1、N2端及双极型瞬态电压抑制二极管TVS2组成；所述的N1、P1端均接公共端E端；所述的电容C之一端接P1端、另一端接P2端；所述的双极型瞬态电压抑制二极管TVS1之一端接P2端、另一端接N2端；所述的双极型瞬态电压抑制二极管TVS2之一端接N1端、另一端接N2端；

与实施例1的电路结构相比较，虽然双极型瞬态电压抑制二极管TVS1在本实施例2中的位置作了变动，但本实施例2的工作原理、工作过程仍与实施例1相同，此处不再重述。

本领域的技术人员应该清楚：在不需要“抗雷”的场合，抗雷电路103可以省略；省略抗雷电路103以后的本发明，工作原理、工作过程均与实施例1相同。

换言之：抗雷电路103在本发明中非必备的电路，省略所述的抗雷电路103，本发明仍具备节电静噪和快速吸合的功能。

图15为实施例3的原理方框图，其省略了抗雷电路103，原理结构为：一种多功能电子型交流接触器，包括附加电子单元100与由动断触点DD、动合触点DH、动铁芯M、静铁芯G、复位弹簧F、励磁线圈L所组成的传统交流接触器两部份，其特征在于：所述的附加电子单元100有N1、N2、P1、P2四个端口，是四端口网络；端口N1、N2为其两个输入端口，P1、P2为其两个输出端口；其结构与连接方式为：所述的附加电子单元100由N1端、公共端E端、P1端、储能电路102、P2端、压控开关电路101及N2端组成；所述的P1端、N1端均与公共端E端连接；所述的储能电路102之一端接P1端、另一端接P2端；所述的压控开关电路101之一端接P2端、另一端接N2端；输入端口N1、N2分别与AC电压的S1、S2端连接，输出端口P1、P2分别与励磁线圈L的A1、A2端连接。

结合图16，本实施例3的电路结构为：N1端、公共端E端、P1端、电容C、P2端、双极型瞬态电压抑制二极管TVS1、N2端依次相串联即组成所述的附加电子单元100；

本实施例3为实施例1省略抗雷电路103以后重新设计的新实施例，其工作原理、工作过程及除抗雷功能以外的各项功能均与实施例1相同，此处不再重述。

图17为实施例4的原理方框图，其也省略了抗雷电路103，原理结构为：一种多功能电子型交流接触器，包括附加电子单元100与由动断触点DD、动合触点DH、动铁芯M、静铁芯G、复位弹簧F、励磁线圈L所组成的传统交流接触器两部份，其特征在于：所述的附加电子单元100有N1、N2、P1、P2四个端口，是四端口网络；端口N1、N2为其两个输入端口，P1、P2为其两个输出端口；其结构与连接方式为：所述的附加电子单元100由N1端、压控开关电路101、P1端、储能电路102、P2端、公共端E端及N2端组成；所述的压控开关电路101之一端接N1端、另一端接P1端；所述的储能电路102之一端接P1端、另一端接P2端；所述的P2端、N2端均与公共端E端连接；输入端口N1、N2分别与AC电压的S1、S2端连接，输出端口P1、P2分别与励磁线圈L的A1、A2端连接。

结合图18，本实施例4的电路结构为：所述的附加电子单元由N1端、双极型瞬态电压抑制二极管TVS1、P1端、电容C、P2端、公共端E端、N2端依次相串联组成。

本实施例4为实施例1省略抗雷电路103以后重新设计的另一个新实施例，其工作原理、工作过程及除抗雷功能以外的各项功能均与实施例1相同，此处不再重述。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (2)

1.一种兼具抗雷功能的节电静噪交流接触器，包括附加电子单元与传统交流接触器两部分，其中，传统交流接触器由动断触点(DD)、动合触点(DH)、动铁芯(M)、静铁芯(G)、复位弹簧(F)、励磁线圈(L)所组成；其中，所述的附加电子单元由第一输入端(N1)、压控开关电路、第一输出端(P1)、储能电路、第二输出端(P2)、公共端(E)、第二输入端(N2)以及抗雷电路组成；其中，所述的第二输出端(P2)、第二输入端(N2)均与公共端(E)连接；所述的压控开关电路的一端接第一输入端(N1)、另一端接第一输出端(P1)；所述的储能电路的一端接第一输出端(P1)、另一端接第二输出端(P2)；所述的抗雷电路的一端接第一输入端(N1)端、另一端接第二输入端(N2)端。

2.如权利要求1所述的兼具抗雷功能的节电静噪交流接触器，其特征在于：

其中，所述压控开关电路例如由第一双极型瞬态电压抑制二极管(TVS1)构成，储能电路例如由电容(C)构成，所述抗雷电路由第二双极型瞬态电压抑制二极管(TVS2)构成。

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