CN105931922A - 利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，包括一壳体、设置于所述壳体顶端外侧面上的静触头部件、与所述静触头部件配合的动触头部件、设置于所述壳体内且经连接件与所述动触头部件连接的动铁心、设置于所述壳体内底部且与所述动铁心配合的静铁心、嵌设于所述静铁心上的线圈以及与所述线圈配合的智能控制模块。本发明所提出的一种利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，应用涡流悬浮力的原理，重新设计接触器的分断系统，加快分断速度，实现接触器的微电弧能量快速分断。

Description

利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器

技术领域

本发明涉及高低压开关电器智能控制领域，特别是一种利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器。

背景技术

杨联弟《基于感应涡流的磁悬浮实验的设计》利用交变磁场产生涡流并与交变磁场形成斥力作用实现导体悬浮的原理制作了磁悬浮实验，验证了涡流的存在，并且得到交变磁场变化越大，悬浮对象材质越轻，截面积越大，悬浮效果越好的结论。汪先兵等发表在《低压电器》2009年第7期“永磁接触器的发展与研究综述”一文介绍了永磁机构通过将永磁体与现有的电磁铁相结合实现了传动接线或电磁机构的全部功能。由于永磁体的存在使得接触器的分闸反力为永磁磁力和弹簧反力，这显然比电磁式接触器反力大的多。永久磁铁能提供稳定的磁场，这是个优点，但是常态下也是缺点，会使接触器在没有电的情况下分不开，因此为了解决这一个问题，本发明采用高频涡流与高频交变磁场产生斥力作用的解决办法，通过在线圈中加入低压直流产生的磁场实现接触器的可靠无声节电吸持。利用控制系统和变频回路接通线圈，在动静铁心中产生相互作用的高频涡流和交变磁场，产生电磁悬浮力来使接触器快速分闸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，包括一壳体、设置于所述壳体顶端外侧面上的静触头部件、与所述静触头部件配合的动触头部件、设置于所述壳体内且经连接件与所述动触头部件连接的动铁心、设置于所述壳体内底部且与所述动铁心配合的静铁心、嵌设于所述静铁心上的线圈以及与所述线圈配合的智能控制模块。

在本发明一实施例中，所述动触头部件设置于一触桥上；所述触桥经一触头弹簧连接至一下端面固定设置有所述动铁心的动铁心连接件；所述动铁心连接件的下端面两侧分别设置有反力弹簧。

在本发明一实施例中，所述静铁心为U型结构铁心或E型结构铁心。

在本发明一实施例中，所述静铁心采用无剩磁硅钢片材料；所述动铁心采用高导电率材料。

在本发明一实施例中，所述智能控制模块包括：数据处理控制单元、单相电源、整流滤波回路、变频模块、电压变换模块、低压直流吸持回路、强激磁启动元件、高频启动元件以及吸持开关元件；所述数据处理控制元件分别与所述强激磁启动元件、所述高频启动元件以及所述吸持开关元件相连；所述单相电源经所述整流滤波回路连接至所述强激磁启动元件，经所述变频模块连接至所述高频启动元件，经所述电压变换模块以及所述低压直流吸持回路连接至所述吸持开关元件；所述强激磁启动元件、所述高频启动元件以及所述吸持开关元件分别与所述线圈配合。

在本发明一实施例中，所述数据处理控制单元包括：数据处理单元、数据存储单元以及控制单元。

在本发明一实施例中，所述单相电源还经一电压传感器以及一A/D采集模块连接至所述数据处理控制单元；所述A/D采集模块还与一用于检测负载电流的电流传感器相连。

在本发明一实施例中，当所述智能接触器合闸时，通过所述数据处理控制单元与所述强激磁启动元件连接形成的第一控制回路，控制所述强激磁启动元件；当所述强激磁启动元件导通时，所述单相电源输出电压经过所述整流滤波回路，以纯直流电压直接施加在所述智能交流接触器的线圈上，使所述智能交流接触器在纯直流强激磁方式下快速可靠吸合；

当吸合过程完成以后，通过所述第一控制回路切断所述强激磁启动元件，使所述线圈断开强激磁，并通过所述数据处理控制单元与所述吸持开关元件连接形成的第三控制回路开启所述吸持开关元件，导通所述低压直流吸持回路，使所述智能交流接触器转入直流低压吸持阶段，实现直流低压的无声节电吸持；

在所述智能接触器分闸时，先通过所述第三控制回路切断所述吸持开关元件，断开直流低压吸持回路，利用涡流悬浮力的产生原理，通过所述数据处理控制单元与所述高频启动元件连接形成的第二控制回路开启所述高频启动元件；所述单相电源经过所述变频逆变模块，输出高频高压正弦波或方波高频电流，在所述静铁心中产生高频磁通，形成高频磁场，并在所述动铁心以及所述静铁心接触面上以及所述动铁心侧的铁心表面产生高频涡流，该高频涡流产生的磁场与高频磁场相互作用，使所述动铁心受到洛沦兹力的作用，且该洛沦兹力的方向为离开所述静铁心方向，并通过改变高频源的功率实现电磁悬浮，使所述动铁心产生一个离开静铁心的力作为电磁反力；所述智能接触器依靠该电磁反力以及反力弹簧与触头弹簧的弹力来完成快速分闸。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明所提出的利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，采用纯直流高压吸合、直流低压吸持的控制策略，可以节省铁心和线圈中绝大部分的损耗功率，从而取得较高的节电效率。同时，还可以降低或消除噪音，降低线圈的温升，并延长智能交流接触器的寿命。应用涡流悬浮力的原理，重新设计接触器的分断系统，加快分断速度，实现接触器的微电弧能量快速分断。解决了交流接触器的节能问题，以及常规接触器分闸只依靠反力弹簧反力的问题，提高了其产品的性能指标。

附图说明

图1为本发明一实施例中静铁心为E型结构铁心的智能接触器结构简图。

图2为本发明一实施例中静铁心为U型结构铁心的智能接触器结构简图。

图3为本发明一实施例中智能接触器的的控制原理图。

【标号说明】：1-动触头部件；2-静触头部件；3-壳体；4-反力弹簧；5-线圈；6-静铁心；7-智能控制模块；8-动铁心；9-动铁心连接件；10-触头弹簧。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提出了一种利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，包括一壳体3、设置于所述壳体3顶端外侧面上的静触头部件2、与所述静触头部件2配合的动触头部件1、设置于所述壳体3内且经连接件与所述动触头部件1连接的动铁心8、设置于所述壳体3内底部且与所述动铁心8配合的静铁心6、嵌设于所述静铁心6上的线圈5以及与所述线圈5配合的智能控制模块7，该智能控制模块7具有电磁可控反力的，并保证常态下处于分闸状态。

进一步的，在本实施例中，所述动触头部件1设置于一触桥上；所述触桥经一触头弹簧10连接至一下端面固定设置有所述动铁心8的动铁心连接件9；所述动铁心连接件9的下端面两侧分别设置有反力弹簧4。该反力弹簧4的另一端与壳体底部内侧连接。

进一步的，在本实施例中，壳体可采用塑料材质壳体。

进一步的，在本实施例中，所述静铁心采用无剩磁硅钢片材料，如普通接触器的硅钢片铁心材料；所述动铁心采用高导电率材料，如优质铜材料。

进一步的，在本实施例中，所述静铁心为U型结构铁心或E型结构铁心。如图1以及图2所示，为静铁心为E型结构铁心的智能接触器以及静铁心为U型结构铁心的智能接触器。

进一步的，在本实施例中，如图3所示，所述智能控制模块包括：数据处理控制单元、单相电源、整流滤波回路、变频模块、电压变换模块、低压直流吸持回路、强激磁启动元件、高频启动元件以及吸持开关元件；所述数据处理控制元件分别与所述强激磁启动元件、所述高频启动元件以及所述吸持开关元件相连，分别形成控制回路1、控制回路2以及控制回路3；所述单相电源经所述整流滤波回路连接至所述强激磁启动元件，经所述变频模块连接至所述高频启动元件，经所述电压变换模块以及所述低压直流吸持回路连接至所述吸持开关元件；所述强激磁启动元件、所述高频启动元件以及所述吸持开关元件分别与所述线圈配合。所述数据处理控制单元包括：数据处理单元、数据存储单元以及控制单元。

进一步的，在本实施例中，所述单相电源还经一电压传感器以及一A/D采集模块连接至所述数据处理控制单元；所述A/D采集模块还与一用于检测负载电流的电流传感器相连。

进一步的，在本实施例中，该智能接触器具备如下功能：（1）智能交流接触器的电磁操作系统采用节能的控制技术，使其吸持状态由交流吸持改为低压直流吸持；（2）智能交流接触器分闸时采用施加高频高压正弦波或者方波高频电流，利用动静铁心产生的高频磁场和高频涡流相互作用，产生涡流悬浮力作为电磁反力，加上少量的反力弹簧弹力来使接触器快速分断，加快接触器动静触头间的电弧熄灭；（3）智能交流接触器的静铁心是无剩磁硅钢片材料制成的铁心，动铁心是高导电率材料制成的铁心；（4）智能交流接触器在断开强激磁后，依靠直流低压吸持原理使接触器可靠吸合；（5）对于三相系统，通过三相触头不同步结构设计，实现三相触头负载电流可控同时过零达到微电弧能量分断控制。

为了让本领域技术人员进一步了解该利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，下面结合该智能接触器的控制方法进行说明。

在接触器合闸时，先通过控制回路1控制强激磁启动元件，当强激磁启动元件导通时，单相电源电压经过整流滤波回路以后，以纯直流电压直接施加在智能交流接触器线圈上，由于纯直流电压不产生涡流，使智能交流接触器在纯直流强激磁方式下快速可靠吸合。

当吸合过程完成以后，控制系统通过控制回路1切断强激磁启动元件，使智能交流接触器的线圈断开强激磁，并通过控制回路3开启吸持开关元件，导通低压直流吸持回路使智能交流接触器转入直流低压吸持阶段，实现直流低压的无声节电吸持。

在接触器分闸时，先通过控制回路3切断吸持开关元件，断开直流低压吸持回路，利用涡流悬浮力的产生原理，通过控制回路2开启高频启动元件，此时，单相电源经过变频逆变模块，输出高频高压正弦波或者方波高频电流，在铁心中产生高频磁通，形成高频磁场，在动静铁心接触面上以及动铁心侧的铁心表面就会产生高频涡流，这一高频涡流产生的磁场与高频磁场相互作用，使动铁心受到一个洛沦兹力的作用，且使洛沦兹力的方向是离开静铁心方向，通过改变高频源的功率即可实现电磁悬浮，使动铁心产生一个离开静铁心的电磁悬浮力作为电磁反力。接触器依靠这种电磁反力和反力弹簧的弹力来完成快速分断。同时，由于智能接触器分断时间极短，10ms左右，分闸时加到线圈中的高频电流作用时间极短，动铁心表面产生高频涡流的时间也极短，产生热量的副作用可以忽略不计。

进一步的，在本实施例中，接触器动静铁心接触面为理想绝对平面时，且完全合闸吸贴在一起的时刻，根据法拉第电磁感应理论，在动铁心接触面侧的高频涡流产生的洛沦兹力为0，不呈现对外做功的力（即所有涡流诸元产生的洛沦兹力是平面力且合力为0）。但实际接触器动静铁心接触面不是绝对平面，再加上该接触器还有反力弹簧作用，线圈断电时，只要动静铁心离开一点点，就会产生较大的洛沦兹力，而且该洛沦兹力方向是离开静铁心方向。

该电磁系统最终实现这种新型智能接触器的正确动作，即纯直流强激磁可靠吸合、低压直流无声节能吸持，以及能利用涡流悬浮力和反力弹簧弹力来完成快速分闸。

进一步的，在本实施例中，以三相三线制感性负载系统为例，在首开相电流过零时，另外两相将以一定的滞后时间断开，这样，通过设计接触器的三相触头不同步结构，使首开相触头的开距大于其余两相触头的开距，从而实现非首开相触头的打开时刻比首开相触头打开时刻滞后，保证三相触头均在负载电流过零点附近分断，完成三相触头系统的快速微电弧能量智能分断控制。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，其特征在于，包括一壳体、设置于所述壳体顶端外侧面上的静触头部件、与所述静触头部件配合的动触头部件、设置于所述壳体内且经动铁心连接件与所述动触头部件连接的动铁心、设置于所述壳体内底部且与所述动铁心配合的静铁心、嵌设于所述静铁心上的线圈以及与所述线圈配合的智能控制模块。

2.根据权利要求1所述的利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，其特征在于，所述动触头部件设置于一触桥上；所述触桥经一触头弹簧连接至一下端面固定设置有所述动铁心的动铁心连接件；所述动铁心连接件下端面的两侧分别设置有反力弹簧。

3.根据权利要求1所述的利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，其特征在于，所述静铁心为U型结构铁心或E型结构铁心。

4.根据权利要求1所述的利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，其特征在于，所述静铁心采用无剩磁硅钢片材料；所述动铁心采用高导电率材料。

5.根据权利要求1所述的利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，其特征在于，所述智能控制模块包括：数据处理控制单元、单相电源、整流滤波回路、变频模块、电压变换模块、低压直流吸持回路、强激磁启动元件、高频启动元件以及吸持开关元件；所述数据处理控制元件分别与所述强激磁启动元件、所述高频启动元件以及所述吸持开关元件相连；所述单相电源经所述整流滤波回路连接至所述强激磁启动元件，经所述变频模块连接至所述高频启动元件，经所述电压变换模块以及所述低压直流吸持回路连接至所述吸持开关元件；所述强激磁启动元件、所述高频启动元件以及所述吸持开关元件分别与所述线圈配合。

6.根据权利要求6所述的利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，其特征在于，所述数据处理控制单元包括：数据处理单元、数据存储单元以及控制单元。

7.根据权利要求6所述的利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，其特征在于，所述单相电源还经一电压传感器以及一A/D采集模块连接至所述数据处理控制单元；所述A/D采集模块还与一用于检测负载电流的电流传感器相连。

8.根据权利要求6所述的利用高频涡流悬浮力作为电磁反力的智能接触器，其特征在于，当所述智能接触器合闸时，通过所述数据处理控制单元与所述强激磁启动元件连接形成的第一控制回路，控制所述强激磁启动元件；当所述强激磁启动元件导通时，所述单相电源输出电压经过所述整流滤波回路，以纯直流电压直接施加在所述智能交流接触器的线圈上，使所述智能交流接触器在纯直流强激磁方式下快速可靠吸合；

当吸合过程完成以后，通过所述第一控制回路切断所述强激磁启动元件，使所述线圈断开强激磁，并通过所述数据处理控制单元与所述吸持开关元件连接形成的第三控制回路开启所述吸持开关元件，导通所述低压直流吸持回路，使所述智能交流接触器转入直流低压吸持阶段，实现直流低压的无声节电吸持；

在所述智能接触器分闸时，先通过所述第三控制回路切断所述吸持开关元件，断开直流低压吸持回路，利用涡流悬浮力的产生原理，通过所述数据处理控制单元与所述高频启动元件连接形成的第二控制回路开启所述高频启动元件；所述单相电源经过所述变频逆变模块，输出高频高压正弦波或方波高频电流，在所述静铁心中产生高频磁通，形成高频磁场，并在所述动铁心以及所述静铁心接触面上以及所述动铁心侧的铁心表面产生高频涡流，该高频涡流产生的磁场与高频磁场相互作用，使所述动铁心受到洛沦兹力的作用，且该洛沦兹力的方向为离开所述静铁心方向，并通过改变高频源的功率实现电磁悬浮，使所述动铁心产生一个离开静铁心的力作为电磁反力；所述智能接触器依靠该电磁反力以及反力弹簧与触头弹簧的弹力来完成快速分闸。