CN104040670A - 用于切换电负载电路的设备和方法 - Google Patents

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CN104040670A CN201280064220.XA CN201280064220A CN104040670A CN 104040670 A CN104040670 A CN 104040670A CN 201280064220 A CN201280064220 A CN 201280064220A CN 104040670 A CN104040670 A CN 104040670A
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Abstract

本发明涉及一种用于切换电负载电路(2)的设备和方法，该电负载电路包括具有磁驱动器的电磁接触器(1)，所述磁驱动器由具有磁线圈(1.2)和磁衔铁(1.3)的磁轭(1.1)形成，接触桥(1.4)借助于接触保持器(1.5)耦合到所述磁衔铁作为可移动的接触器触点，其中在接通状态下接触器(1)产生用于将具有固定触点(A、B)的接触桥(1.4)接触的磁保持力(FH)，其中保持力(FH)由通过磁线圈(1.2)产生的磁场引起并且保持力(FH)大于衔铁打开力(FR)。根据本发明，以如下方式在磁线圈(1.2)的激励电流电路(5)中集成过载触点(M)，其中当激励电流电路(5)闭合并且发生接触桥(1.4)相对于磁保持力(FH)的移动时可以通过闭合过载触点(M)短路磁线圈(1.2)。

Description

用于切换电负载电路的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于切换电负载电路的设备和方法，该负载电路包括具有磁驱动器的电磁接触器，所述磁驱动器由具有磁线圈和磁衔铁的磁轭形成，借助于接触保持器接触桥耦合到所述磁衔铁作为可移动的接触器触点，其中在接通状态下所述接触器产生用于将接触桥与固定触点相接触的磁保持力，其中保持力由通过磁线圈产生的磁场引起并且所述保持力大于衔铁打开力。
背景技术
由DE 19947105C2已知用于切换电负载电路的方法和相关装置，其中相应的负载电路包含具有磁驱动器的接触器。磁驱动器具有包括磁线圈和磁衔铁的磁轭，借助于接触保持器接触桥耦合到所述磁衔铁作为可移动的接触触点，并且接触器在接通状态下在磁轭与磁衔铁之间产生磁保持力，并且所述磁保持力大于衔铁打开力。该方法提出，为了接触器的磁驱动器桥触点的焊接保护而实现紧急关断，通过该紧急关断将磁保持力的值在比相对于接触器的典型关断时间短的时间期间在衔铁打开时间的值之下降低，为此通过阻止磁场引起在磁驱动器的铁芯中的磁阻的提高以及由此引起的线圈磁场的降低，由此作为接触器主触点的接触桥保持永久打开。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种关于现有技术经改进的用于切换电负载电路的设备和方法。
关于由权利要求1说明的特征的设备和关于由权利要求8说明的特征的方法根据本发明达到该目的。
本发明有利结构是从属权利要求的主题。
用于切换电负载电路的设备包括具有磁驱动器的电磁接触器，所述磁驱动器由具有磁线圈和磁衔铁的磁轭形成，接触桥借助于接触保持器耦合到所述磁衔铁作为可移动的接触器触点，其中接触器在接通状态下产生用于将接触桥与固定触点相接触的磁保持力，其中保持力由通过磁线圈产生的磁场引起并且保持力大于衔铁打开力。根据本发明，以如下方式在激励电流电路中整合过载触点，其中在当激励电流电路闭合并且发生接触桥相对于磁保持力的移动时，通过闭合过载触点短路磁线圈。
借助于根据本发明的设备，有利地至少降低当负载电路中故障的情况下(例如当接触器通过短路电流负载起作用，其中该短路电流负载是接触器额定电流的许多倍)接触器过载的风险。过载触点(磁线圈借助于该过载触点可被短路)避免出现在文献中称为电磁排斥力、悬浮或颤动的在接触桥与固定触点之间的接触的反复打开和闭合，其结果为接触桥由于在接触桥与固定触点之间的电弧形成而焊接到固定触点。由此，接触器在关断激励电压之后保持持久闭合，由此待关断的设备不期望地继续加载供电电压。
由于该事实，借助于该设备可以大量排除到固定触点的接触桥的焊接，可以避免接触器的破坏并且接触器可用于其它用途。
基于接触桥由固定触点的第一不期望磁提升，可以使激励电流电路无效从而避免接触桥与固定触点的再次接触。
优选地，过载触点由接触保持器和接触元件形成，其中接触保持器具有位于面向远离接触桥侧的第一接触点，而接触元件具有第二接触点，其中接触元件在不仅接触桥与固定触点接触而且在激励电流电路关断的状态时与接触保持器间隔开。由于以这种方式构成过载触点的事实，即在激励电流电路内形成分离的电流电路。电磁排斥力的影响总是和与接触桥和磁衔铁在一起的接触保持器的机械移动相关联，其中该移动以特别有利的方式应用于布置接触点。因此，在负载电路故障的情况下，可以中断磁线圈的激活，其结果为尽可能地保护接触器免于接触桥到固定触点的焊接。
在一个有利的结构中，接触元件作为过载触点的整体部分借助于由磁线圈所产生的磁场可被移动，从而有利地不需要用于产生用于短路磁线圈的接触元件移动的另外的元件。
在另一特别有利的结构中，在过载触点与磁线圈之间布置切换单元，借助于该切换单元可以在激励电流电路的闭合之后并且在接触桥与固定触点的接触之前避免过载触点的闭合。借助于切换元件(该切换元件例如至少借助于晶闸管形成)，即使在闭合的过载触点的情况下可以避免磁线圈不能被短路。因此借助于该切换元件还首先防止了用于短路磁线圈的电流流动。
优选地，在激励电流电路中布置熔断器或半导体切换元件，所述熔断器或半导体切换元件在激活过载触点之后断开激励电压源与磁线圈。借助于该熔断器或半导体元件以特别有利的方式基本上避免一旦在完全关断接触器并且仍然施加激励电压之后电磁排斥力影响重新出现时，可重新激活接触器。触发熔断器或半导体切换元件，其结果为有意中断激励电流电路。
在可能的实施例中，衔铁打开力可以借助于至少一个弹簧元件产生，其中该弹簧元件当通电磁线圈时可预拉伸，从而发生在接触桥与固定触点之间的接触，其中如上所述借助于磁场产生的保持力大于由弹簧元件的预拉伸引起的衔铁打开力。
此外，本发明涉及一种用于切换电负载电路的方法，所述电负载电路包括具有磁驱动器的电磁接触器，该磁驱动器由具有磁线圈和磁衔铁的磁轭形成，借助于接触保持器接触桥耦合到磁衔铁作为可移动的接触器触点，其中借助于接触器在接通状态下产生用于将接触桥与固定触点接触的磁保持力，其中该保持力由通过磁线圈产生的磁场引起并且该保持力大于衔铁打开力。根据本发明，在激励电流电路中以如下方式集成过载触点，即当激励电流电路闭合并且发生接触桥相对于磁保持力的移动时通过闭合过载触点来短路磁线圈。
特别优选地，借助于由磁线圈产生的磁场来移动用于形成过载触点的接触元件。
附图说明
在下文中参考附图以更多细节阐述本发明的示例实施例。
在附图中：
图1示意地示出根据现有技术的在关断状态的接触器的截面图；
图2示意地示出根据图1在关断状态的接触器的等效电路图；
图3示意地示出根据现有技术在接通状态下的接触器；
图4示意地示出在接通状态下接触器的等效电路图；
图5示意地示出在关断状态下的接触器的截面图和根据本发明的过载触点；
图6示意地示出具有闭合保护电路的根据图5的接触器的等效电路图；
图7示意地示出在接通状态的接触器的截面图和过载触点；
图8示意地示出根据图7的接触器和闭合保护电路的等效电路图；
图9示意地示出在接通状态下具有过载触点和打开的保护电路的接触器截面图；
图10示意地示出根据图9具有与磁衔铁间隔开的接触元件的接触器放大细节；
图11示意地示出根据图9的具有打开的保护电路的接触器的等效电路图；
图12示意地示出具有相对于保持力移动的接触桥的接触器截面图；
图13示意地示出根据图12的第一放大细节；
图14示意地示出根据图12的第二放大细节；
图15示意地示出根据图14的接触器和打开的保护电路的等效电路图；以及
图16示意地示出保护电路的可能实施例的等效电路图。
彼此对应的部分在所有附图中指定相同的参考标记。
具体实施方式
图1和3示出电磁接触器1的截面图，而图2和4分别示出接触器1在根据图1和3的状态下的等效电路图。
接触器1可以布置在用于切换负载(例如电消费者)的负载电路2中。该接触器1特别布置在车辆的负载电路2中，该车辆具有非常低欧姆的能量源(例如作为所谓的高压电池的锂离子电池)和电消费者。在此，接触器1在图1中以关断状态示出，而在图3中以接通状态示出。
图2示出了布置在负载电路2中的接触器1的等效电路图，因此布置在具有作为电消费者的电灯泡3的主电流电路中，接触器处于根据图1的关断状态中。此外，负载电路2(其中布置有接触器1)包括用于向电消费者提供以电灯泡3形式的电能的电压源4。
图4示出在根据图3的接通状态下具有接触器1的负载电路2的等效电路图。
接触器1具有包括磁轭1.1、磁线圈1.2以及磁衔铁1.3的磁驱动器，借助于接触保持器1.5在磁衔铁上设置接触桥作为可移动的接触器触点。此外，接触器1具有两个固定触点A、B，它们在接触器1的接通状态下借助于接触桥1.4进行接触，如在图3中更详细地示出。保持力FH由通过磁线圈1.2产生的磁场所引起，其中将激励电压UA施加给磁线圈1.2以用于产生磁场。
如果不再将激励电压UA施加到磁线圈1.2，因此当关断接触器1时，磁衔铁1.3与接触保持器1.5和布置在其上的接触桥1.4借助于以螺旋弹簧形式的第一弹簧元件1.6定位在打开位置中。在打开位置，不接通接触器1从而接触桥1.4和固定触点A、B通过弹簧元件1.6的复位力FR相互间隔开，如图1所示。在此，复位力FR称为衔铁打开力。
在接触器的接通状态下，如图3所示，接触桥1.4布置在接触器1的固定触点A、B处，其中第一弹簧元件1.6在磁衔铁1.3随着接触保持器1.5和接触桥1.4在朝向固定触点A、B的方向上移动时预拉伸。在接触器1的接通状态下，经由磁线圈1.2的未详细示出的两个电接口向磁线圈施加激励电压UA，其结果为产生磁场。
在负载电路2中发生故障的情况下，该接触器1可以加载短路电流，从而过载，该短路电流为其额定电流的多倍。该电流可以导致在接触器1内侧的触点A、B、1.4通过电磁力打开。这意味着接触桥1.4通过第一弹簧元件1.6的复位力FR，从而通过衔铁打开力从固定触点A、B提升，其中复位力FR相对于保持力FH作用，由此固定触点A、B和接触桥1.4相互分离。
打开触点A、B、1.4可以导致有害的电弧形成。该电弧可以加热触点A、B、1.4最高到临界的熔化温度。同时，通过电弧引起的电流下降导致电磁力的下降、保持力FH的下降并从而引起触点A、B、1.4的重新打开。随后在固定触点A、B上重新接合接触桥1.4，其结果为再次发生接触，从而将固定触点A、B以电导通的方式连接到接触桥1.4。在最差的情况下，该不期望的打开和闭合多次地快速交替地重复。该效应在文献中称为电磁排斥力、悬浮或颤动。
通过保持力FH按压接触桥1.4来将熔化的触点A、B、1.4按压到固定触点A、B上导致它们焊接到一起，从而即使关断激励电压UA之后接触器1仍持久地保持闭合，并且负载电路2因此仍然采用全部供电电压加载。
为了能够主要排除在负载电路2中由于在故障情况下的电磁排斥力的接触桥1.4焊接到固定触点A、B的风险，根据本发明提出在磁线圈1.2的激励电流电路5中集成过载触点M，如在图5中更详细地示出。借助于过载触点M，接触器1的磁线圈1.2在出现电磁排斥力时可短路。
随着施加到磁线圈1.2的激励电压UA，过载触点M借助于两个接触点K1、K2形成，该两个接触点经由磁线圈1.2的电线D连接到此线圈1.2，其结果为在磁线圈1.2的激励电流电路5中形成独立的电流电路。
过载触点M的第一接触点K1借助于接触保持器1.5形成，而第二接触点K2借助于接触元件1.7形成，其中第一接触点K1在与接触桥1.4远离面对的一侧上布置在接触保持器1.5上。
第二接触点K2形成接触元件1.7，其可以是盘形并且与接触桥1.4平行地布置在磁轭1.1之下并且布置在磁衔铁1.3之下。
如果不接通接触器1，即接触桥1.4与接触器1的固定触点A、B间隔开，那么接触元件1.7和磁衔铁1.3处于空闲位置，因此处于无源位置。
图6示出了具有过载触点M和负载电路2的接触器1的磁线圈1.2的激励电流电路5的等效电路图，接触器1布置在该等效电路中。此外，熔断器S以及布置在磁线圈1.2与过载触点M之间的切换单元SE位于激励电流电路5中，其中切换单元在图16的可能的实施例中示出。
熔断器S用于在磁线圈1.2短路之后借助于过载触点M中断磁线圈1.2的激励电流电路5。为该目的，熔断器S布置在切换单元SE与磁线圈1.2的第一电连接之间，其中切换单元SE布置在熔断器S与过载触点M之间。
作为熔断器S的用途的替代，也可以在激励电流电路5中布置用于中断激励电流电路5的半导体切换元件。
如果向磁线圈1.2施加激励电压UA，那么产生电流，其结果是借助于磁线圈1.2产生磁场。该磁场与接触保持器1.5和接触桥1.4一起在朝向固定触点A、B的方向上吸引磁衔铁1.3，如在图7中所示。由于通过向磁线圈1.2施加激励电压UA闭合过载触点M，同样以磁方式激活接触元件1.7，其结果为接触元件朝向磁衔铁1.3的方向移动。在接触元件1.7之下布置第二弹簧元件1.8，该第二弹簧元件当接触元件1.7朝向磁衔铁1.3移动时预拉伸。
取决于接触桥1.4和接触元件1.7的结构，由于接触元件1.7相对接触桥1.4更低的重量，接触元件1.7可以朝向磁衔铁1.3比接触桥1.4朝向固定触点A、B更快地移动。由此过载触点M可以在磁线圈1.2从而接触器1的接通阶段期间已经相对磁衔铁1.3被按压，如在图7中所示。在等效电路图中的闭合过载触点M的状态在图8中以闭合状态示出。
为了避免在该阶段中通过闭合的过载触点M短路流过磁线圈1.2的线圈电流，切换单元SE布置在激励电流电路5中，该切换单元处于打开的切换状态。由于切换单元SE是打开的这一事实，因此防止流过磁线圈1.2的短路电流。
图9示出了在接通状态下的接触器1，从而接触桥1.4布置在固定触点A、B上并且负载电路2闭合。
接触元件1.7在朝向磁衔铁1.3的方向上的移动借助于磁轭1.1限制，该磁轭形成磁线圈1.2的铁芯，因为磁轭1.1以其形成用于接触元件1.7的机械锁形式的止动器这样的方式来形成。
接触元件1.7位于通过磁轭1.1形成的止动器处，从而接触元件1.7与衔铁1.3具有可预定义的距离，如在图10的放大部分中详细示出。当接触桥1.4布置在磁衔铁1.3和倚靠该磁轭1.1的接触元件1.7之间的固定触点A、B上时，通过定义该距离，可以将过载触点M的灵敏度设定为用于接触器1和用于其中布置接触器1的负载电路2两者的保护机构。
由于接触元件1.7不与磁衔铁1.3接触的事实，过载触点M不闭合，并且磁线圈1.2因此不被短路。
图11示出磁线圈1.2的激励电流电路5的等效电路图，其中负载电路2因而主电流电路是闭合的，并且如上所述的过载触点M不闭合。在该状态下激活切换单元SE并且因此假设闭合的状态。由于过载触点M不闭合的事实，切换单元SE的激活最初没有影响。
如果在接触器1的运行期间出现电磁排斥力，如在图12和13中示出，那么发生接触桥1.4从固定触点A、B的不期望地提升。因此，接触桥1.4在朝向磁线圈1.2的方向上移动并且到目前为止被偏离，磁衔铁1.3朝向贴靠磁轭1.1的接触元件1.7移动直至磁衔铁1.3与接触元件1.7接触。由此闭合过载触点M，如在根据图15的等效电路图中示出。
图13和14分别示出放大的细节，其中在图13中示出接触桥1.4从固定触点A、B的磁提升，而在图14中示出通过接触元件1.7与磁衔铁1.3的接触的过载触点M的闭合。
因为切换单元SE被激活，所以在过载触点M的闭合下短路磁线圈1.2。磁线圈1.2不再被通电，从而不产生磁场并且借助于接触保持器1.5和接触衔铁1.3通过第一弹簧元件1.6的预拉伸将接触桥1.4移动到打开位置。在该位置中，接触桥1.4与固定触点A、B间隔开，如在接触器1的关断状态下。
由于在电磁排斥力的出现下闭合过载触点M并由此可短路磁线圈1.2的事实，避免了在接触桥1.4和固定触点A、B处的熔化以及通过电弧形成的接触桥1.4到固定触点A、B的焊接。
根据接触桥1.4从固定触点A、B的磁提升的第一过程，使接触器1的磁线圈1.2的激励电流电路5无效，从而不产生任何磁场并且由此不能将接触桥1.4按压到固定触点A、B。
取决于磁线圈1.2的激励电流电路5的结构，经由过载触点M和切换单元SE的短路路径也可以短路激励电压UA，但是这可在负载电路2中从而在外部电路中产生不期望的影响。为了避免不期望的影响，在激励电流电路5中布置熔断器S或半导体切换元件。
不仅在磁线圈1.2短路时而且在激励电压UA短路时，避免仍然施加激活电压UA的同时完全关断接触器1之后，一旦接触器1处于根据图5的其初始状态就重新激活接触器1。
图16示出用于阻挡磁线圈1.2的激励电流电路5中的电流流动的切换单元SE的可能实施例。
以保护电路的控制电路形式的切换单元SE禁用过载触点M的提早激活作为通过电子措施的保护电路。
原则上用于以模拟和数字形式两者的电子保持电路的每个标准电路适于作为切换单元SE。
图16详细示出磁线圈1.2的激励电流电路5以及激活的(即闭合的)过载触点M。此外，晶闸管T和高阻抗负载电阻器R布置在激励电流电路5中。
作为功率电子标准元件的晶闸管T被配置在中性状态下以便阻止在一个方向上的电流流动，从而可以避免过载触点M的提早激活。借助于以电压信号USig形式的信号脉冲激活晶闸管T，其结果是将晶闸管设定为导通状态并且晶闸管不再阻止电流流动。只要预定义的最小电流流过晶闸管T，该导通状态会自动维持。
随着过载触点M闭合，该电流通过高阻抗负载电阻器R导通，其中必须考虑的是电流如此低，不会影响激励电流电路5，即磁线圈1.2的电感。
借助于过载触点M作为在负载电路2和切换单元SE内的保护电路，使接触器1能够自动地并且对由电磁排斥力导致的磁衔铁1.3的机械移动没有延迟地反应为切换过程，由此关断接触器1的磁线圈1.2。以这种方式基本上避免了通过电弧形成将接触桥1.4焊接到固定触点A、B，从而激励电流电路5持久地保持闭合并且待关断的负载电路2仍然采用其供电电压加载。
参考标记列表：
1接触器
1.1磁轭
1.2磁线圈
1.3磁衔铁
1.4接触桥
1.5接触保持器
1.6第一弹簧元件
1.7接触元件
1.8第二弹簧元件
2负载电路
3电灯泡
4电压源
5激励电流电路
A固定触点
B固定触点
D电线
M过载触点
R负载电阻器
S熔断器
SE切换单元
K1第一接触点
K2第二接触点
FH保持力
FR复位力、衔铁打开力UA激励电压
USig电压信号
T晶闸管

Claims (10)

1.一种设备，用于切换电负载电路(2)，所述设备包括具有磁驱动器的电磁接触器(1)，所述磁驱动器由具有磁线圈(1.2)和磁衔铁(1.3)的磁轭(1.1)形成，接触桥(1.4)借助于接触保持器(1.5)耦合到该磁衔铁作为可移动的接触器触点，其中在接通状态下所述接触器(1)产生用于将所述接触桥(1.4)与固定触点(A、B)接触的磁保持力(FH)，其中所述保持力(FH)由通过所述磁线圈(1.2)产生的磁场引起，并且所述保持力(FH)大于衔铁打开力(FR)，
其特征在于，在所述磁线圈(1.2)的激励电流电路(5)中以如下方式集成过载触点(M)，其中当所述激励电流电路(5)闭合并且发生所述接触桥(1.4)相对于所述磁保持力(FH)的移动时，所述磁线圈(1.2)可以通过闭合所述过载触点(M)来短路。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述过载触点(M)由所述接触保持器(1.5)和接触元件(1.7)形成，其中所述接触保持器(1.5)具有位于远离所述接触桥(1.4)面对的一侧上的第一接触点(K1)，并且所述接触元件(1.7)在所述接触桥(1.4)与所述固定触点(A、B)接触时并且在所述激励电流电路(5)的关断状态下与所述接触保持器(1.5)间隔开。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，当所述接触桥(1.4)与所述固定触点(A、B)接触时，所述接触元件(1.7)贴靠所述磁轭(1.1)。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述接触元件(1.7)可借助于由所述磁线圈(1.2)产生的磁场移动。
5.根据上述任一权利要求所述的设备，其特征在于，在所述过载触点(M)与所述磁线圈(1.2)之间布置切换单元(SE)，借助于所述切换单元可以在闭合所述激励电流电路(5)之后并且在将所述接触桥(1.4)与所述固定触点(A、B)接触之前避免切换元件闭合所述过载触点(M)。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述切换单元(SE)由至少一个晶闸管(T)形成。
7.根据上述任一权利要求所述的设备，其特征在于，在所述激励电流电路(5)中布置熔断器(S)或半导体切换元件，所述熔断器或半导体切换元件在激活所述过载触点(M)之后将激励电压源与所述磁线圈(1.2)断开。
8.根据上述任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述衔铁打开力(FR)可以借助于至少一个弹簧元件(1.6)产生。
9.一种方法，用于切换电负载电路(2)，所述电负载电路包括具有磁驱动器的电磁接触器(1)，所述磁驱动器由具有磁线圈(1.2)和磁衔铁(1.3)的磁轭(1.1)形成，接触桥(1.4)借助于接触保持器(1.5)耦合到所述磁衔铁作为可移动的接触器触点，其中在接通状态下，借助于所述接触器(1)产生用于将所述接触桥(1.4)与固定触点(A、B)接触的磁保持力(FH)，其中所述保持力(FH)由通过所述磁线圈(1.2)产生的磁场引起并且所述保持力(FH)大于衔铁打开力(FR)，其特征在于，
以如下方式将过载触点(M)集成到所述磁线圈(1.2)的激励电流电路(5)中，其中当所述激励电流电路(5)闭合并且发生所述接触桥(1.4)相对于所述磁保持力(FH)的移动时可通过闭合所述过载触点(M)来短路所述磁线圈(1.2)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，借助于由所述磁线圈(1.2)产生的磁场来移动用于形成所述过载触点(M)的接触元件(1.7)。
CN201280064220.XA 2011-12-24 2012-10-06 用于切换电负载电路的设备和方法 Pending CN104040670A (zh)

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