CN105355514A - 节电低热静噪的交流接触器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节电低热静噪的交流接触器，包括附加电子单元与常规交流接触器两部份,所述的常规交流接触器由动触点MC、常闭触点NC、常开触点NO、动铁芯M、静铁芯G、复位弹簧F、励磁线圈L所组成；所述的节电单元由吸合功率供电电路、吸持功率供电电路、电桥电路组成。

Description

节电低热静噪的交流接触器

技术领域

本发明涉及低压电器领域，尤其涉及一种仅用二个或三个电子器件改造而成的“节电低热静噪的交流接触器”。

背景技术

交流接触器((AlternatingCurrentContactor))是一种应用非常广泛的低压电器，截止2014年，我国在线运行的交流接触器超十亿只,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(movablecontact)，使常闭触点(normallyclosedcontact)或常开触点(normallyopencontact)分离或闭合，达到切断或接通电路的目的。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为常规交流接触器的工作原理图。这种常规的交流接触器主要由动铁芯、静铁芯、励磁线圈、复位弹簧、动触点、常闭触点、常开触点所组成。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,与动铁芯联动的动触点也随之与常开触点闭合，外电路便通过此常开触点而接通；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,常开触点复位断开,外电路便随之被切断。

在交流接触器中，这种“与动铁芯联动的触点”共有四组，其中三组为用于接通或切断“三相电”的主触点，另一组为“常闭”或“常开”的“辅助触点”——用于系统的控制。

另外，还可在交流接触器中附加“辅助常闭触头”、“辅助常开触头”、“辅助常闭延时触头”、“辅助常开延时触头”——用于复杂系统的控制。

这种常规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。

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。

常规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,常规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：无谓的电能损耗所产生的恶果是“升温发热”，严重时,甚至会烧毁常规的交流接触器的励磁线圈；

3、存在烦人的交流噪声；

针对常规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常规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常规交流接触器性能的“节电器”问世。

上述的现有技术的确为改善常规交流接触器的性能，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—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(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。

针对现有技术的现状,本发明要达到的目标是：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“节电低热静噪的交流接触器”。

发明内容

一种节电低热静噪的交流接触器，包括附加电子单元100与常规交流接触器两部份,其特征在于：

所述的常规交流接触器由动触点MC、常闭触点NC、常开触点NO、动铁芯M、静铁芯G、复位弹簧F、励磁线圈L所组成；

所述的节电单元100由吸合功率供电电路101、吸持功率供电电路102、电桥电路103组成；并且，所述的吸合功率供电电路101的5端与AC电压的P1端相连接、6端与电桥电路103的AC1端相连接；所述的吸持功率供电电路102的7端也与AC电压的P1端相连接、8端也与电桥电路103的AC1端相连接；所述的电桥电路103的DC1端与励磁线圈L的A1端相连接、DC2端与励磁线圈L的A2端相连接、AC2端与AC电压的P2端相连接。

所述的吸合功率供电电路101可以采用多种电路结构，本发明优选了以下一种：其由常闭开关(Thenormallyclosedswitch)K、5端、6端组成，并且，所述的常闭开关K的一端与所述的5端相连接、另一端与所述的6端相连接。

所述的常闭开关K可以采用多种形式，例如：交流接触器辅助常闭触点、接触器辅助常闭触头、接触器延时辅助常闭触头，本发明优先采用交流接触器辅助常闭触点。在此，需要说明的是，触点和触头虽然仅一字之差，但两者并不相同，本领域技术人员应当明白的是，触点指的是交流接触器中接触的部分，例如动触点MC、常闭触点NC、常开触点NO以及交流接触器辅助常闭触点；而触头则是单独的电器。如果在本发明中使用触头，则还需要另外配置。

所述的吸持功率供电电路102可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的一种：其由第一电容C1、7端、8端组成，并且，所述的第一电容C1一端与所述的7端相连接、另一端与所述的8端相连接。

所述的电桥电路103也可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的两种电路结构：

(a)、由AC1端、AC2端、DC1端、DC2端、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4组成，电路结构为：第一二极管D1的负极、第三二极管D3的正极均与AC1端相连接；第二二极管D2的负极、第四二极管D4的正极均与AC2端相连接；第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极均与DC1端相连接；第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极均与DC2端相连接。

(b)、由AC1端、AC2端、DC1端、DC2端、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4及第二电容C2组成，电路结构为：第一二极管D1的负极、第三二极管D3的正极均与AC1端相连接；第二二极管D2的负极、第四二极管D4的正极均与AC2端相连接；第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极均与DC1端相连接；第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极均与DC2端相连接；第二电容C2的一端接DC1端、另一端接DC2端。

所述的第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4可以采用集成整流电桥，也可以采用分立器件。

所述的附加电子单元100与常规交流接触器按以上所述的方式相组合，即可组成本发明所指的“节电低热静噪的交流接触器”。

应用本发明,可以取得以下有益效果：

1、价廉：若采用集成整流电桥制作“电桥电路103”，则本发明中用于改进常规交流接触器性能的至精至简的“附加电子单元100”仅有第一电容C1与集成整流电桥二个电子器件(或第一电容C1、第二电容C2、集成整流电桥三个电子器件)。

2、物美：上述二个电子器件(或三个电子器件)的体积均纤小，可将它们集成到常规交流接触器的内部,制造成一体化的、外观悦目的节电低热静噪的交流接触器。

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。本发明仅用二个电子器件(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、节电：实测结果表明,本发明的节电效率可达78％。

5、低热：本发明具有节约电能的功能，节约了电能，运行时温升必然低。在室温20℃的条件下，本发明所指的交流接触器在“保持”状态下连续运行4小时后，励磁线圈温度低于25℃；而常规的交流接触器在同样条件下连续运行4小时，励磁线圈温度已达51℃；

6、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”，业内人员对常规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。

附图说明

图1为常规交流接触器的工作原理图；

图2为本发明的原理方框图；

图3为实施例1的电路原理图；

图4为实施例1在吸持状态的电路原理图；

图5为实施例2的电路原理图；

图6-a为AC电压波形图；

图6-b为励磁线圈L中的电流i之波形图；

其中，在t1～t4时域内为吸合电流的波形，在t4～t5时域内为吸持电流的波形。

具体实施方式

下面结合附图,说明本发明的实施方式。

图2为本发明的原理方框图,图3为实施例1的电路原理图。图2中：L为常规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100。

结合图2；一种节电低热静噪的交流接触器，包括附加电子单元100与常规交流接触器两部份,其特征在于：

所述的常规交流接触器由动触点MC、常闭触点NC、常开触点NO、动铁芯M、静铁芯G、复位弹簧F、励磁线圈L所组成；

所述的节电单元100由吸合功率供电电路101、吸持功率供电电路102、电桥电路103组成；并且，所述的吸合功率供电电路101的5端与AC电压的P1端相连接、6端与电桥电路103的AC1端相连接；所述的吸持功率供电电路102的7端也与AC电压的P1端相连接、8端也与电桥电路103的AC1端相连接；所述的电桥电路103的DC1端与励磁线圈L的A1端相连接、DC2端与励磁线圈L的A2端相连接、AC2端与AC电压的P2端相连接。

所述的附加电子单元100与常规交流接触器按以上所述的方式相组合，即可组成本发明所指的“节电低热静噪的交流接触器”。

结合图3：在实施例1中：

常闭开关K、5端、6端组成了所述的吸合功率供电电路101，所述的常闭开关K的一端与所述的5端相连接、另一端与所述的6端相连接。

在本实施例1中，所述的常闭开关K采用交流接触器辅助常闭触点。

第一电容C1、7端、8端组成了所述的吸持功率供电电路102，所述的第一电容C1的一端与所述的7端相连接、另一端与所述的8端相连接。

AC1端、AC2端、DC1端、DC2端、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4组成了所述的电桥电路103，第一二极管D1的负极、第三二极管D3的正极均与AC1端相连接；第二二极管D2的负极、第四二极管D4的正极均与AC2端相连接；第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极均与DC1端相连接；第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极均与DC2端相连接。

在本实施例1中，所述的第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4采用集成整流电挢。

再结合图3，从P1、P2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6-a所示。图中：t表示时间、u表示AC电压的瞬时值。

下面结合附图，阐述本实施例1的工作过程：

由于本实施例1中的常闭开关K采用交流接触器辅助常闭触点，因此，下面提及的“常闭开关K”应理解为“交流接触器辅助常闭触点”(以下简称“辅助常闭触点”)。

结合图1、图3、图4、图6-a、图6-b：

t＝t1时，AC电压接通，此时，u＝UmSin2πft＞0，为P1端高电平、P2端低电平的AC电压正半周，励磁线圈L中的电流i沿着P1—5端—常闭开关K—6端—AC1端—D3—DC1端—A1端—励磁线圈L—A2端—DC2端—D2—AC2端—P2的路径流通；

在u＝UmSin2πft＜0、P1端为低电平、P2端为高电平的AC电压负半周，励磁线圈L中的电流i沿着P2—AC2端—D4—DC1端—A1端—励磁线圈L—A2端—DC2端—D1—AC1端—6端—常闭开关K—5端—P1的路径流通。

由于励磁线圈L上的电流i不能突变,因此，t＝t1时，i＝0

在t1～t2时域，励磁线圈L中的电流i遂步上升，至t＝t2时，其产生的磁场驱动“动铁芯M”开始朝“静铁芯G”方向运动。

结合图1，在接触器中，为保证动触点MC与常闭触点NC接触可靠，二者之间设有弹性装置，因此，受磁场驱动的“动铁芯M”开始朝“静铁芯G”方向运动后，所述的“辅助常闭触点”不会立即断开，而是延时Δt时间后方才断开。

结合图3、图6-b，在所述的Δt时间内，AC电压继续通过所述的“辅助常闭触点”对励磁线圈L供电。至t＝t3时，所述的辅助常闭触点断开。

再结合图3，在t＝t3辅助常闭触点断开即图3中的常闭开关K断开时，所述的第一电容C1两端的电压为零、相当于短路，AC电压通过其继续对励磁线圈L供电。

t＝t4时，动铁芯M与静铁芯G吸合，本实施例所指的交流接触器完成吸合过程并进入吸持阶段。

在本发明中，称t1～t4时域内励磁线圈L中的电流i为“吸合电流”。

图6-b为励磁线圈L中的电流i之波形图，综上分析可知：图6-b中，t1～t4时域内，励磁线圈L中的电流i的波形应为吸合电流的波形。

在t4～t5时域，由于辅助常闭触点为开路截止状态，因此，本实施例1的等效电路原理图可以用图4表示。

再结合图4，在此t4～t5时域，第一电容C1相当于一只降压电容，AC电压经此第一电容C1降压，再对励磁线圈L供电。

当AC电压为正半周时，励磁线圈L在t4～t5时域中的电流i沿着P1—7端—第一电容C1(降压)—8端—AC1端—D3—DC1端—A1端—励磁线圈L—A2端—DC2端—D2—AC2端—P2的路径流通；

当AC电压为负半周时，励磁线圈L中的电流i沿着P2—AC2端—D4—DC1端—A1端—励磁线圈L—A2端—DC2端—D1—AC1端—8端—第一电容C1(降压)—7端—P1的路径流通。

在本发明中，称t4～t5时域内励磁线圈L中的电流i为“吸持电流”。

图6-b为励磁线圈L中的电流i之波形图，综上分析可知：图6-b中，t4～t5时域内，励磁线圈L中的电流i的波形应为吸持电流的波形。

结合图3与图4，由于第一电容C1对AC电压的降压作用,所述的吸持电流远小于所述的吸合电流，只要调整第一电容C1的值，就能调整吸合电流、吸持电流的值，以到以下的目的：

1、本实施例1所指的交流接触器可靠吸合；

2、用尽量小的吸持功率，保证本实施例1所指的交流接触器保持可靠的“吸持”状态。

t＝t5时，AC电压关断,本实施例1所指的交流接触器复位，动、静铁芯“复位”分离，“辅助常闭触点”亦复位——其重新闭合导通。

t＝t6时，AC电压重新接通,本实施例1所指的交流接触器重新进入“吸合”、

“吸持”、“复位”的工作周期中。

如此周而复始的循环，可保证本实施例1所指的交流接触器完成“吸合”、

“吸持”、“复位”的工作过程。

用市售的CJX2-3201型常规交流接触器+本实施例1所指的附加电子单元100制成以图3为电原理图的本实施例1的实验样机，实验结果为：

1、吸合，干脆有力，比常规的交流接触器更有力更干脆；甚至将实验样

机倒置，其也能可靠吸合！而常规的交流接触器倒置后，吸合便时好时坏，不可靠了。

2、吸持，稳定可靠；

3、复位，与常规的交流接触器相同；

4、噪声，实验样机听不到噪声，常规的交流接触器有交流噪声；

5、节电，与常规的交流接触器比较，实验样机节电效率达78％。

实验结果证明：所述的实施例1的电路结构合理、对其工作过程的分析结论正确。

阐述至此，可总结出本实施例1以下的技术特征：

1、所述的电桥电路103具有AC—DC变换功能；

2、由于电桥电路103具有AC—DC变换功能，故所述的吸合电流、吸持

电流均为DC电流(直流电流)。换言之，本实施例1所指的交流接触器经AC—DC变换，是在直流状态下运行的。简言之：本发明为直流运行的交流接触器。

本实施例1所指的交流接触器与常规交流接触器的对照分析：

一、耗电

1、常规交流接触器在吸合、吸持状态均通相同的AC电压(或称全时域通AC电压)，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、结合图4，本实施例1所指的交流接触器在吸持状态时,由于第一电容C1对AC电压的降压作用,所述的吸持电流远小于所述的吸合电流，因此，耗电量远小于常规交流接触器。前已述，与常规的交流接触器比较，本实施例1的实验样机节电效率达78％。节约电能，是本发明最重要的功能；

二、温升

前已述，本实施例1所指的交流接触器具有节约电能的重要功能，节约了电能，运行时温升必然低。室温20℃的条件下，本实施例1所指的交流接触器在“保持”状态下连续运行4小时后，励磁线圈温度低于25℃；而常规的交流接触器在同样条件下连续运行4小时，励磁线圈温度已达51℃；

低热运行，是本发明的功能之一。

三、噪声

常规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)∣较小，励磁线圈L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－段距离时，AC电压的瞬时值u已上升，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1所指的交流接触器是在直流状态下运行的。因此不存在上述机械振动噪声。本实施例1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。

简言之，本实施例1所指的交流接触器具有“节电”、“低热”、“静噪”的功能，是一种“节电低热静噪的交流接触器”。

图5为实施例2的电路原理图，其之吸合功率供电电路101、保持功率供电电路102均与实施例1相同，但电桥电路103与实施例1不同。

本实施例2之电桥电路103由AC1端、AC2端、DC1端、DC2端、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4及第二电容C2组成，其电路结构为：第一二极管D1的负极、第三二极管D3的正极均与AC1端相连接；第二二极管D2的负极、第四二极管D4的正极均与AC2端相连接；第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极均与DC1端相连接；第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极均与DC2端相连接；第二电容C2的一端与DC1端相连接，另一端与DC2端相连接。

在本实施例2中，所述的常闭开关K也采用交流接触器辅助常闭触点。

与实施例1相比较,本实施例2在电桥电路103的DC1端、DC2端之间增设了第二电容C2。

由于此第二电容C2对吸合电流、吸持电流的纹波电流(Ripplecurrent)有滤除作用，因此，可使本实施例2所指的交流接触器运行更平稳，

本实施例2的工作原理，工作过程均与实施例1相同，故不再重述，

本专业的技术人员应该清楚，图3、图5中的常闭开关K也可采用接触器辅助常闭触头、接触器延时辅助常闭触头。

以上阐述了本发明的技术方案,一切不脱离本发明的技术方案实质的替代,都应在本发明的权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种节电低热静噪的交流接触器，包括附加电子单元100与常规交流接触器两部份,其特征在于：所述的常规交流接触器由动触点MC、常闭触点NC、常开触点NO、动铁芯M、静铁芯G、复位弹簧F、励磁线圈L所组成；所述的节电单元100由吸合功率供电电路101、吸持功率供电电路102、电桥电路103组成。

2.根据权利要求1所述的节电低热静噪的交流接触器，其特征在于：

其中，所述的吸合功率供电电路101的5端与AC电压的P1端相连接、6端与电桥电路103的AC1端相连接；所述的吸持功率供电电路102的7端也与AC电压的P1端相连接、8端也与电桥电路103的AC1端相连接；所述的电桥电路103的DC1端与励磁线圈L的A1端相连接、DC2端与励磁线圈L的A2端相连接、AC2端与AC电压的P2端相连接。

3.根据权利要求2所述的节电低热静噪的交流接触器，其特征在于：

其中，所述的吸合功率供电电路101由常闭开关K、5端、6端组成，并且，所述的常闭开关K的一端与所述的5端相连接、另一端与所述的6端相连接。

4.根据权利要求2所述的节电低热静噪的交流接触器，其特征在于：

所述的吸持功率供电电路102由第一电容C1、7端、8端组成，并且，所述的第一电容C1一端与所述的7端相连接、另一端与所述的8端相连接。

5.根据权利要求2所述的AC-DC变换的节电交流接触器，其特征在于：

所述的电桥电路103由AC1端、AC2端、DC1端、DC2端、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4组成，电路结构为：第一二极管D1的负极、第三二极管D3的正极均与AC1端相连接；第二二极管D2的负极、第四二极管D4的正极均与AC2端相连接；第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极均与DC1端相连接；第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极均与DC2端相连接。

6.根据权利要求2所述的节电低热静噪的交流接触器，其特征在于：

所述的电桥电路103由AC1端、AC2端、DC1端、DC2端、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4及第二电容C2组成，电路结构为：第一二极管D1的负极、第三二极管D3的正极均与AC1端相连接；第二二极管D2的负极、第四二极管D4的正极均与AC2端相连接；第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极均与DC1端相连接；第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极均与DC2端相连接；第二电容C2的一端接DC1端、另一端接DC2端。

7.根据权利要求3所述的节电低热静噪的交流接触器，其特征在于：所述的常闭开关K为交流接触器辅助常闭触点、接触器辅助常闭触头、接触器延时辅助常闭触头。

8.根据权利要求7所述的节电低热静噪的交流接触器，其特征在于：所述的常闭开关K为交流接触器辅助常闭触点。