CN105914101B - 应用常开辅助触点的节电交流接触器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用常开辅助触点的节电交流接触器，包括由动触点、常闭触点、常开触点、动铁芯、静铁芯、复位弹簧、励磁线圈、常开辅助触点所组成的常规交流接触器与电子单元两部份。其中所述的节电单元由第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、瞬态电压抑制二极管、场效应管、AC1端、AC2端、DC1端、DC2端组成。

Description

应用常开辅助触点的节电交流接触器

技术领域

本发明涉及低压电器领域，尤其涉及一种应用常开辅助触点，实现高效节电的“应用常开辅助触点的节电交流接触器”。

背景技术

交流接触器(Alternating Current Contactor)是一种应用非常广泛的低压电器，截止2015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(movable contact)，使常闭触点(normallyclosed contact)或常开触点(normally open contact)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。

图2为常规交流接触器之四组触点的分布图。在常规交流接触器中，“与动铁芯联动的触点”共有四组，其中，主触点1、主触点2、主触点3这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K”(本发明所指的“辅助触点K”为常开辅助触点)——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，主触点1、主触点2、主触点3、常开辅助触点K均随之闭合。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，主触点1、主触点2、主触点3、常开辅助触点K均随之复位断开。

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,本发明要迖到的目标是：“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、性能超过现有技术的“应用常开辅助触点的节电交流接触器”。

发明内容

一种应用常开辅助触点的节电交流接触器，包括由动触点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、常开辅助触点K所组成的常规交流接触器与电子单元100两部份,其特征在于：所述的节电单元100由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、瞬态电压抑制二极管TVS、场效应管FET、AC1端、AC2端、DC1端、DC2端组成；其中，所述的DC1端、DC2端分别与所述的励磁线圈L之A1端、A2端相连接；所述的瞬态电压抑制二极管TVS的负极、正极分别与所述的常开辅助触点K之B1端、B2端相连接；所述的AC1端、第一电容C1的一端均与AC电压的P1端相连接；第一电容C1的另一端与瞬态电压抑制二极管TVS的负极、第六二极管D6的正极均相连接；第六二极管D6的负极与第一电阻R1的一端、第二电容C2的一端、场效应管FET的闸极均相连接；场效应管FET的漏极与第五二极管D5的负极相连接；第五二极管D5的正极与所述的DC2端相连接；第一二极管D1的正极、第四二极管D4的正极也均与DC2端相连接；第一二极管D1的负极、第二二极管D2的正极均与AC1端相连接；第二二极管D2的负极、第三二极管D3的负极均与DC1端相连接；第四二极管D4的负极、第三二极管D3的正极均与AC2端相连接；第三电容C3的一端也与AC2端相连接；第三电容C3的另一端、场效应管FET的源极、第二电容C2的另一端、第一电阻R1的另一端、瞬态电压抑制二极管TVS的正极均与AC电压的P2端相连接。

所述的电子单元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“应用常开辅助触点的节电交流接触器”。其中：

所述的励磁线圈L之A1端、A2端可以互换端口连接；所述的常开辅助触点K之B1端、B2端也可以互换端口连接。

所述的常开辅助触点K可以用其他常开开关例如接触器辅助常开触头、接触器延时辅助常开触头替代。

所述的场效应管FET可以用其他开关器件例如单向晶体闸流管(SiliconControlled Rectifier，SCR)、双向晶体闸流管(Triode AC Switch，TRIAC)、绝缘栅双极型晶体管(Insulatend Gate Bipolar Transistor，IGBT)、电子注入增强栅晶体管(Injection Enhanced Gate Tansistor，IEGT)、静电感应晶闸管(Static InductionThyristor，SITH)或开关三极管代替。

所述的瞬态电压抑制二极管TVS可以用其他二极管例如整流二极管、稳压二极管替代。

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。

应用本发明,可以取得以下有益效果：

1、高效节电：

为了说明本发明高效的节电效率,我们做了以下测试：

(1)、先测常规交流接触器的耗电功率：国际驰名的某国某公司的著名品牌3TH8244-OX型交流接触器：为2.5W；

(2)、再测按本发明的技术方案：上述3TH82 44-OX型交流接触器加本发明的电子单元100组成的本发明所指的“应用常开辅助触点的节电交流接触器”的耗电功率：为0.2W；

实测结果表明,与国际名牌3TH82 44-OX型交流接触器相比较,本发明的节电效率可达92％。

2、寂静无噪：

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。国际名牌3TH82 44-OX型交流接触器运行时亦有可闻的交流噪声，本发明所指的接触器”运行时则寂静无可闻噪声。

3、低热：本发明具有高效节电的功能，节约了电能，运行时必然低热。

4、本发明所指的电子单元100的电子线路简洁,所用元件少,若用贴片元件制作所述的电子单元100之PCB，则可将该PCB集成到交流接触器中，制成外观紧奏的一体化的“应用常开辅助触点的节电交流接触器”。

5、应用本发明,可以助推民族企业创立足可挑战世界名牌的民族品牌。

附图说明

图1为常规交流接触器的工作原理图；

图2为常规交流接触器之四组触点的分布图；

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5a为AC电压波形图；

图5b为场效应管FET的闸极—源极间的电压Vg之波形图。

具体实施方式

下面结合附图,说明本发明的实施方式。

图3为实施例1的电路原理图。图3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；开关k为常规交流接触器中的常开辅助触点K，B1、B2为其之两个连接端口；虚线方框100表示本发明的电子单元100。

结合图1、图3；一种应用常开辅助触点的节电交流接触器，包括由动触点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、常开辅助触点K所组成的常规交流接触器与电子单元100两部份,其特征在于：所述的节电单元100由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、瞬态电压抑制二极管TVS、场效应管FET、AC1端、AC2端、DC1端、DC2端组成；其中，所述的DC1端、DC2端分别与所述的励磁线圈L之A1端、A2端相连接；所述的瞬态电压抑制二极管TVS的负极、正极分别与所述的常开辅助触点K之B1端、B2端相连接；所述的AC1端、第一电容C1的一端均与AC电压的P1端相连接；第一电容C1的另一端与瞬态电压抑制二极管TVS的负极、第六二极管D6的正极均相连接；第六二极管D6的负极与第一电阻R1的一端、第二电容C2的一端、场效应管FET的闸极均相连接；场效应管FET的漏极与第五二极管D5的负极相连接；第五二极管D5的正极与所述的DC2端相连接；第一二极管D1的正极、第四二极管D4的正极也均与DC2端相连接；第一二极管D1的负极、第二二极管D2的正极均与AC1端相连接；第二二极管D2的负极、第三二极管D3的负极均与DC1端相连接；第四二极管D4的负极、第三二极管D3的正极均与AC2端相连接；第三电容C3的一端也与AC2端相连接；第三电容C3的另一端、场效应管FET的源极、第二电容C2的另一端、第一电阻R1的另一端、瞬态电压抑制二极管TVS的正极均与AC电压的P2端相连接。

所述的电子单元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“应用常开辅助触点的节电交流接触器”。

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。

下面结合附图，阐述本实施例1的工作过程：

结合图1、图3、图5a、图5b：

t＝t1时，AC电压接通，AC电压经第一电容C1降压、第六二极管D6整流后对第二电容C2充电，该第二电容C2两端的电压将逐步上升。

当第二电容C2两端的电压即场效应管FET的闸极—源极之间的电压Vg＞Vt时，场效应管FET导通。上述Vt为场效应管FET的开启电压。

场效应管FET导通后，在P1端为高电平、P2端为低电平的AC电压正半周，励磁线圈L中的电流i沿着P1—AC1端—D2—DC1端—A1端—励磁线圈L—A2端—DC2端—D5—场效应管FET—P2的路径流通——为所述的“应用常开辅助触点的节电交流接触器”提供“吸合功率”。

由于电流i的流动，励磁线圈L产生磁力,吸引动铁芯M朝静铁芯G方向运动。

t＝t2时，动铁芯M与静铁芯G闭合，所述的“应用常开辅助触点的节电交流接触器”完成吸合过程并进入吸持状态。

再结合图4，t＝t2时，所述的“应用常开辅助触点的节电交流接触器”进入吸持状态后，与动铁芯M联动的常开辅助触点K闭合，AC电压停止对第二电容C2的充电。

在t2～t3时域，第二电容C2通过第一电阻R1放电，场效应管FET的闸极—源极之间的电压Vg逐步降低，至t＝t3时，Vg＜Vt，场效应管FET关断。

本发明称t2至t3的时间为“吸合—吸持过渡时间Δt”。设置该Δt可以带来以下作用：

1、巩固所述的“应用常开辅助触点的节电交流接触器”的吸合状态；

2、防止因“常开辅助触点K先闭合”，“动铁芯M与静铁芯G后闭合”而导致的吸合不可靠之现象的发生。

场效应管FET关断后，AC电压通过第三电容C3继续为所述的“应用常开辅助触点的节电交流接触器”提供“吸持功率”。

第三电容C3相当于一只降压电容，在t3～t4时域，AC电压先经第三电容C3降压，再对励磁线圈L供电。

t3～t4时域中，在P1端为高电平、P2端为低电平的AC电压正半周，励磁线圈L中的电流i沿着P1—AC1端—D2—DC1端—A1端—励磁线圈L—A2端—DC2端—D4—AC2端—第三电容C3(降压)—P2的路径流通。

结合图4，AC电压为正半周时，流经第三电容C3的电流方向为实线箭头所示。

在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—第三电容C3(降压)—AC2端—D3—DC1端—A1端—励磁线圈L—A2端—DC2端—D1—AC1端—P1的路径流通。

再结合图4，AC电压为负半周时，流经第三电容C3的电流方向为虚线箭头所示。

t3～t4时域中，电流i通过励磁线圈L产生的磁力使所述的“应用常开辅助触点的节电交流接触器”稳固地吸持。

t＝t4时，AC电压关断，所述的“应用常开辅助触点的节电交流接触器”断电复位。

t＝t5时，AC电压再次通电，所述的“应用常开辅助触点的节电交流接触器”再次进入“吸合”、“吸持”、“复位”的工作周期中。

根据以上的阐述,再结合图3，本专业的人员应该清楚：

所述的常开辅助触点K可以用其他常开开关例如接触器辅助常开触头、接触器延时辅助常开触头替代。

所述的场效应管FET可以用其他开关器件例如单向晶体闸流管、双向晶体闸流管、绝缘栅双极型晶体管、电子注入增强栅晶体管、静电感应晶闸管或开关三极管代替。

所述的瞬态电压抑制二极管TVS可以用其他二极管例如整流二极管、稳压二极管替代。

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 (1)

1.一种应用常开辅助触点的节电交流接触器，包括由动触点(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)、常开辅助触点(K)所组成的常规交流接触器与节电单元(100)两部份；

所述的节电单元(100)仅由三个电容器：第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)，一个电阻器：第一电阻(R1)，六个二极管：第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)以及瞬态电压抑制二极管(TVS)、场效应管(FET)组成，该节电单元(100)还具有四个端口，分别为：AC1端、AC2端、DC1端、DC2端；

其中，所述的DC1端、DC2端分别与所述的励磁线圈(L)的A1端、A2端相连接；所述的瞬态电压抑制二极管(TVS)的负极、正极分别与所述的常开辅助触点(K)的B1端、B2端相连接；所述的AC1端、第一电容(C1)的一端均与AC电压的第一端(P1)相连接；第一电容(C1)的另一端与瞬态电压抑制二极管(TVS)的负极、第六二极管(D6)的正极均相连接；第六二极管(D6)的负极与第一电阻(R1)的一端、第二电容(C2)的一端、场效应管(FET)的闸极均相连接；场效应管(FET)的漏极与第五二极管(D5)的负极相连接；第五二极管(D5)的正极与所述的DC2端相连接；第一二极管(D1)的正极、第四二极管(D4)的正极也均与DC2端相连接；第一二极管(D1)的负极、第二二极管(D2)的正极均与AC1端相连接；第二二极管(D2)的负极、第三二极管(D3)的负极均与DC1端相连接；第四二极管(D4)的负极、第三二极管(D3)的正极均与AC2端相连接；第三电容(C3)的一端也与AC2端相连接；第三电容(C3)的另一端、场效应管(FET)的源极、第二电容(C2)的另一端、第一电阻(R1)的另一端、瞬态电压抑制二极管(TVS)的正极均与AC电压的第二端(P2)相连接；

其中应用常开辅助触点的节电交流接触器的耗电功率为0.2W，节电效率为92％。