CN107221473B - 电磁开关控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁开关控制装置，用于控制负载回路的可靠关断，N个电磁开关的线圈并联在控制电源的正负极之间，各个电磁开关的触点串联在负载回路中，控制开关用于接通或断开控制电源对电磁开关线圈的供电，其中M个电磁开关为大负荷电磁开关，大负荷电磁开关的额定电流等于或大于负载回路的额定负载电流，其余N‑M个电磁开关的额定电流小于负载回路的额定负载电流；M个大负荷电磁开关的线圈接有续流电路，使其触点关断速度快于其余N‑M个电磁开关，从而可以使电磁开关触点关断动作有先后顺序，可以减小动作较慢电磁开关触点的额定选型，降低成本。

Description

电磁开关控制装置

技术领域

本发明涉及开关控制技术，特别涉及一种电磁开关控制装置。

背景技术

在很多行业标准中，对于重要电路的控制(如：电动机主回路、电动机制动器等)，即使采用了半导体开关器件(如：GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)，MOSFET (电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)等)关断后，还会要求用两个或两个以上独立电磁开关触点串联，作为冗余保护。保证静态元件控制失效后，仍然能够安全关断负荷电流。

器件正常工作时，冗余保护电磁开关在动作前，负载电流已经被静态元件关断。因此实际这些保护电磁开关的触点在绝大多数情况下均工作在极小负荷下。但是为了保证失控情况下的安全，因此保护电磁开关的选型必须按照额定负载电流选择。造成了大额定电磁开关长时间工作在极小负荷下，造成了器件的性能浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电磁开关控制装置，能保证负载回路的可靠关断，并且成本低。

为解决上述技术问题，本发明提供的电磁开关控制装置，其包括一个控制开关、N个电磁开关，N为大于等于2的整数；

每个电磁开关包括有一副线圈及触点；

N个电磁开关中有M个为大负荷电磁开关,M为小于N的整数；所述大负荷电磁开关的额定电流等于或大于所述负载回路的额定负载电流；其他N-M个电磁开关的额定电流小于所述负载回路的额定负载电流，最大工作电流大于所述负载回路的额定负载电流；

所述N个电磁开关的线圈并联在控制电源的正负极之间；

所述N个电磁开关的触点串联在负载回路中；

M个大负荷电磁开关的线圈接有续流电路；

所述控制开关S1闭合时，各电磁开关的线圈及其所接续流电路接通控制电源；

所述控制开关S1断开时，各电磁开关的线圈及其所接续流电路断开控制电源；

所述控制开关S1断开后，M个大负荷电磁开关的线圈所接续流电路使得M个大负荷电磁开关的触点早于其他N-M个电磁开关的触点动作。

较佳的，其他N-M个电磁开关的额定电流小于所述负载回路的额定负载电流的二分之一。

较佳的，其他N-M个电磁开关的额定电流小于所述负载回路的额定负载电流的十分之一。

较佳的，所述电磁开关为接触器、安全继电器、功率继电器或接触器式继电器的一种或多种。

较佳的，所述M个大负荷电磁开关的线圈同其他N-M个电磁开关的线圈之间解耦。

较佳的，所述M个大负荷电磁开关的线圈的分别一端接同一个或不同的二极管的负端，另一端接所述控制电源负极；所述二极管的正端接所述控制电源正极；

所述M个大负荷电磁开关的线圈同其他N-M个电磁开关的所述线圈之间通过所述二极管解耦。

较佳的，其他N-M个电磁开关的线圈的一端分别接另外的同一个或不同的二极管的负端，另一端接所述控制电源负极；另外的二极管的正端接所述控制电源正极。

所述M个大负荷电磁开关的线圈同其他N-M个电磁开关的线圈之间通过所述二极管解耦。

较佳的，所述M个大负荷电磁开关的线圈两端分别接由串联在一起的电容及电阻组成的续流电路。

较佳的，其他N-M个电磁开关中的一个或多个，其线圈两端接由串联在一起的二极管及电阻组成的续流电路。

较佳的，N为2，M为1。

较佳的，所述负载回路中还包括半导体开关器件；

所述半导体开关器件同N个电磁开关的触点串联在负载回路中。

较佳的，所述半导体开关器件为GTO、GTR、MOSFET或IGBT。

较佳的，所述负载回路为制动控制回路；

所述制动控制回路中还串联有制动器电源及制动器线圈。

较佳的，所述负载回路为电机控制回路；

所述电机控制回路中还串联有曳引机电源及曳引机。

本发明的电磁开关控制装置，用于控制负载回路的可靠关断，N个电磁开关的线圈并联在控制电源的正负极之间，各个电磁开关的触点串联在负载回路中，控制开关S1 用于接通或断开控制电源对电磁开关线圈的供电，其中M个电磁开关为大负荷电磁开关，大负荷电磁开关的额定电流等于或大于负载回路的额定负载电流，其余N-M个电磁开关的额定电流小于负载回路的额定负载电流；M个大负荷电磁开关的线圈接有续流电路，使其触点关断速度快于其余N-M个电磁开关，从而可以使电磁开关触点关断动作有先后顺序，可以减小动作较慢电磁开关触点的额定选型，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的电磁开关控制装置一实施例结构示意图；

图2是本发明的电磁开关控制装置一实施例用于制动控制结构示意图；

图3是本发明的电磁开关控制装置一实施例用于电机控制结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，电磁开关控制装置包括一个控制开关S1、N个电磁开关，N为大于等于2的整数；

每个电磁开关包括有一副线圈及触点；

N个电磁开关中有M个为大负荷电磁开关,M为小于N的整数；所述大负荷电磁开关的额定电流等于或大于所述负载回路的额定负载电流；其他N-M个电磁开关的额定电流小于所述负载回路的额定负载电流，最大工作电流大于所述负载回路的额定负载电流；

所述N个电磁开关的线圈并联在控制电源的正负极之间；

所述N个电磁开关的触点串联在负载回路中；

M个大负荷电磁开关的线圈接有续流电路；

所述控制开关S1闭合时，各电磁开关的线圈及其所接续流电路接通控制电源；

所述控制开关S1断开时，各电磁开关的线圈及其所接续流电路断开控制电源；

所述控制开关S1断开后，M个大负荷电磁开关的线圈所接续流电路使得M个大负荷电磁开关的触点早于其他N-M个电磁开关的触点动作。

较佳的，其他N-M个电磁开关的额定电流小于所述负载回路的额定负载电流的二分之一。

较佳的，其他N-M个电磁开关的额定电流小于所述负载回路的额定负载电流的十分之一。

较佳的，所述电磁开关为接触器、安全继电器、功率继电器或接触器式继电器的一种或多种。

实施例一的电磁开关控制装置，用于负载回路的可靠关断，N个电磁开关的线圈并联在控制电源的正负极之间，各个电磁开关的触点串联在负载回路中，控制开关S1用于接通或断开控制电源对电磁开关线圈的供电，其中M个电磁开关为大负荷电磁开关，大负荷电磁开关的额定电流等于或大于负载回路的额定负载电流，其余N-M个电磁开关的额定电流小于负载回路的额定负载电流；M个大负荷电磁开关的线圈接有续流电路，使其触点关断速度快于其余N-M个电磁开关。从而可以使电磁开关触点关断动作有先后顺序，可以减小动作较慢电磁开关触点的额定选型，降低成本。

实施例一的电磁开关控制装置，大负荷电磁开关的线圈所接续流电路，可以采用无续流回路、压敏二极管、压敏电阻、电容、电阻及其的混合使用，只要续流电路可以使得大负荷电磁开关保持优先动作即可。

本发明所指的电磁开关控制装置，可选定一个或多个电磁开关选定为主电磁开关，采用大负荷电磁开关，其续流回路措施可使其快速关断。其余电磁开关选定为次电磁开关，采用小负荷电磁开关，其续流回路措施可使其慢于主电磁开关关断，次电磁开关的额定电流可以小于负载回路的额定负载电流，其最大工作电流大于负载回路的额定负载电流即可。

实施例二

基于实施例一的电磁开关控制装置，所述M个大负荷电磁开关的线圈同其他N-M个电磁开关的线圈之间解耦。

较佳的，所述M个大负荷电磁开关的线圈的一端分别接同一个或不同的二极管的负端，另一端接所述控制电源负极；所述二极管的正端接所述控制电源正极；

所述M个大负荷电磁开关的所述线圈同其他N-M个电磁开关的所述线圈之间通过所述二极管解耦。

较佳的，其他N-M个电磁开关的线圈的一端分别接另外的同一个或不同的二极管的负端，另一端接所述控制电源负极；另外的二极管的正端接所述控制电源正极。

所述M个大负荷电磁开关的线圈同其他N-M个电磁开关的线圈之间通过所述二极管解耦。

实施例二的电磁开关控制装置，大负荷电磁开关同其他电磁开关的线圈之间采取解耦措施，解耦措施可以为在大负荷电磁开关的线圈与一个二极管串接。

实施例三

基于实施例一的电磁开关控制装置，所述M个大负荷电磁开关的线圈两端分别接由串联在一起的电容及电阻组成的续流电路。

较佳的，其他N-M个电磁开关中的一个或多个，其线圈两端接由串联在一起的二极管及电阻组成的续流电路。

较佳的，N为2，M为1。其中一个电磁开关为大负荷电磁开关K1，另一个电磁开关为小负荷电磁开关K2。

实施例三的电磁开关控制装置，电磁开关正常导通时，控制开关S1闭合，大负荷电磁开关K1线圈流过电流，大负荷电磁开关K1触点闭合；电磁开关K2线圈流过电流，电磁开关K2触点闭合；负载回路处于导通状态，负载回路流过负载电流Ia。电磁开关正常切断时，控制开关S1断开；电磁开关K1、K2的线圈电流同时开始下降。由于电磁开关线圈为电磁线圈，是储能元件，在外部电源消失后，线圈会产生反向电动势，阻碍线圈电流的下降，线圈电流未下降到阈值前，电磁开关触点不会断开。大负荷电磁开关 K1的线圈并联的电容C1、电阻R1，电磁开关K2的线圈并联的二极管D1、电阻R2均为起消耗线圈储能的续流回路，并且二极管D3、D4保证了线圈释放储能时产生的反向电动势不会互相耦合。由于大负荷电磁开关K1的线圈并联有由电容C1和电阻R1串联构成的续流电路,回路上组成了一个二阶电路，流过大负荷电磁开关K1的线圈的电流可以快速震荡至大负荷电磁开关K1的触点的维持电流以下，电流下降速度快于电磁开关K2 的线圈并联的由二极管D1和电阻R2串联构成的续流电路。大负荷电磁开关K1的线圈储能先释放完，大负荷电磁开关K1的触点先断开，大负荷电磁开关K1的触点切断负载回路的负载电流Ia，电磁开关K2线圈储能后释放完，电磁开关K2触点断开，由于电磁开关K2触点断开前，负载电流Ia已经由大负荷电磁开关K1的触点切断，因此电磁开关K2的触点在断开时，实际是不承受任何负载电流的。

当电磁开关处于故障模式2(大负荷电磁开关K1工作不正常，电磁开关K2工作正常)时。控制开关S1断开，大负荷电磁开关K1的触点无法断开，电磁开关K2的线圈电流开始下降，电磁开关K2的触点断开，切断负载回路的负载电流Ia。

故障模式见表一。

表一：

由表一可见，电磁开关K2触点仅在故障模式2中，切断负载回路的负载电流Ia。

传统回路设计时，由于电磁开关K1和电磁开关K2的动作顺序不确定，并且此种保护回路相关标准一般不允许采用延时装置。电磁开关K1与电磁开关K2的额定选型均要按照负载电流Ia进行。目前市场批产电磁开关在额定容量下，触点寿命均达到几十万次，如果电磁开关K2的触点按照负载电流Ia进行选型，会造成器件性能的大量浪费。

实施例三的电磁开关控制装置，电磁开关的所述线圈两端并联续流回路，续流回路包含电阻、电容、二极管等一种或多种电气元件的组合。实施例三的电磁开关控制装置，电磁开关线圈上接续流电路，不同电磁开关线圈上可以采用不同的续流电路，以使不同电磁开关的触点断开动作有先后顺序。非大负荷电磁开关的额定电流可以小于负载回路的额定负载电流，仅需要保证在少数异常状况下，非大负荷电磁开关的最大工作电流大于负载回路的额定负载电流即可。

实施例四

基于实施例一的电磁开关控制装置，所述负载回路中还包括半导体开关器件；

所述半导体开关器件同N个电磁开关的所述触点串联在负载回路中。

较佳的，所述半导体开关器件可以为GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)、MOSFET(电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)等。

实施例五

基于实施例四的电磁开关控制装置，如图2所示，所述负载回路为制动控制回路；

所述制动控制回路中还串联有制动器电源及制动器线圈；制动器电源及制动器线圈与半导体开关器件T1及电磁开关的触点串联。

制动控制回路中的半导体开关器件T1用于控制制动线圈电流Ia。

电磁开关正常导通时，控制开关S1保持闭合，大负荷电磁开关K1线圈流过电流，大负荷电磁开关K1触点闭合；电磁开关K2线圈流过电流，电磁开关K2触点闭合；制动控制回路中的半导体开关器件T1处于导通状态，制动控制回路中的制动器线圈流过制动线圈电流Ia，电机制动器打开。

当半导体开关器件T1正常关断时，制动线圈电流Ia处于关断状态，使控制开关S1断开，大负荷电磁开关K1的线圈储能释放完，大负荷电磁开关K1的触点断开，电磁开关K2的线圈储能释放完，电磁开关K2的触点断开。由于控制开关S1开关断开前，制动线圈电流Ia已经由半导体开关器件T1关断，因此电磁开关K1、K2的触点在断开时，实际是不承受任何负载的，电磁开关K1、K2的触点在此起冗余保护的作用，防止半导体开关器件T1关断后意外开通，彻底阻断制动线圈电流Ia的流动路径。

当电磁开关控制装置处于故障模式2(半导体开关器件T1工作不正常，电磁开关K1、 K2工作正常)时。半导体开关器件T1无法关断，导致制动线圈电流Ia在第一时间无法切断，电机制动器无法制动。使控制开关S1断开，电磁开关K1、K2的线圈电流同时开始下降，由于电磁开关线圈为电磁线圈，是储能元件，在外部电源消失后，线圈会产生反向电动势，阻碍线圈电流的下降，线圈电流未下降到阈值前，电磁开关的触点不会断开，大负荷电磁开关K1的线圈并联的电容C1、电阻R1，电磁开关K2的线圈并联的二极管D1、电阻R2均为起消耗线圈储能的续流回路，并且二极管D3、D4保证了线圈储能释放时产生的反向电动势不会互相耦合。由于大负荷电磁开关K1的线圈并联有由电容C1和电阻R1串联构成的续流电路,回路上组成了一个二阶电路，流过大负荷电磁开关 K1的线圈的电流可以快速震荡至大负荷电磁开关K1的触点的维持电流以下，电流下降速度快于电磁开关K2的线圈并联的由二极管D1和电阻R2串联构成的续流电路。因此在控制开关S1开关断开后，大负荷电磁开关K1的线圈储能先释放完，大负荷电磁开关 K1的触点先断开，大负荷电磁开关K1的触点切断制动控制回路的制动线圈电流Ia，电机制动器制动。电磁开关K2线圈储能后释放完，电磁开关K2触点后断开，由于电磁开关K2的触点断开前，制动线圈电流Ia已经由大负荷电磁开关K1的触点切断，因此电磁开关K2的触点在断开时，实际是不承受任何负载电流的。

当电磁开关控制装置处于故障模式6(半导体开关器件T1工作不正常，大负荷电磁开关K1工作不正常，电磁开关K2工作正常)时。半导体开关器件T1无法关断，导致制动线圈电流Ia在第一时间无法切断，电机制动器无法制动。使控制开关S1断开，大负荷电磁开关K1的触点无法断开，电磁开关K2的线圈电流开始下降，电磁开关K2的触点断开，切断制动线圈电流Ia，电机制动器制动。

当电磁开关控制装置处于故障模式5(半导体开关器件T1工作正常，大负荷电磁开关K1工作不正常，电磁开关K2工作正常)时。控制开关S1保持闭合，半导体开关器件T1关断时，制动线圈电流Ia处于关断状态。使控制开关S1断开，大负荷电磁开关 K1的触点无法断开，电磁开关K2的线圈电流开始下降，电磁开关K2的触点断开，电磁开关K2的触点实际未承担负载。

故障模式见表二。

表二：

由表二可见，电磁开关K2的触点承受负载的情况仅1种故障模式，并且必须要是半导体开关器件T1和大负荷电磁开关K1均故障时，这种情况在整个产品生命周期中很罕见。

传统回路设计时，由于电磁开关K1和K2的动作顺序不确定，并且此种保护回路相关标准一般不允许采用延时装置。电磁开关K1和K2的额定选型均要按照制动线圈电流 Ia进行。目前市场批产电磁开关在额定容量下，触点寿命均达到几十万次，如果电磁开关K2的触点按照制动线圈电流Ia进行选型，会器件性能的大量浪费。

电磁开关续流电路不被认为是延时装置。实施例五中，可以差异化搭配不同种类续流电路，电磁开关K2的额定电流可以小于制动线圈电流Ia，仅需要保证在极少数异常状况下，电磁开关K2的最大工作电流大于制动线圈电流Ia即可，此时电磁开关K2触点的寿命较低，但是因为半导体开关器件T1和大负荷电磁开关K1均故障的情况在整个产品生命周期中很罕见，并不会降低产品的可靠性。例如，当制动器维持电流为15A时，选定大负荷电磁开关K1为三菱接触器SD-T20，主触点额定电流为18A，电气寿命50万次，选定电磁开关K2为三菱接触器SD-T10，主触点额定电流为11A，电气寿命50万次。仅需试验验证SD-T10接触器能够在1000次内开断15A电流，即可满足产品生命周期的需求，降低了电磁开关K2的选型容量，既能保证电路的安全性能不变，又能有效的降低电磁开关K2的触点的额定负载，提高了整个系统的利用率。

实施例六

基于实施例四的电磁开关控制装置，如图3所示，所述负载回路为电机控制回路；

所述电机控制回路中还串联有曳引机电源及曳引机；曳引机电源及曳引机与半导体开关器件T1及电磁开关的触点串联。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种电磁开关控制装置，其特征在于，包括一个控制开关、N个电磁开关，N为大于等于2的整数；

每个电磁开关包括有一副线圈及触点；

N个电磁开关中有M个为大负荷电磁开关,M为小于N的整数；所述大负荷电磁开关的额定电流等于或大于负载回路的额定负载电流；其他N-M个电磁开关的额定电流小于所述负载回路的额定负载电流，最大工作电流大于所述负载回路的额定负载电流；

所述N个电磁开关的线圈并联在控制电源的正负极之间；

所述N个电磁开关的触点串联在负载回路中；

M个大负荷电磁开关的线圈接有续流电路；

所述控制开关S1闭合时，各电磁开关的线圈及其所接续流电路接通控制电源；

所述控制开关S1断开时，各电磁开关的线圈及其所接续流电路断开控制电源；

所述控制开关S1断开后，M个大负荷电磁开关的线圈所接续流电路使得M个大负荷电磁开关的触点早于其他N-M个电磁开关的触点动作。

2.根据权利要求1所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

其他N-M个电磁开关的额定电流小于所述负载回路的额定负载电流的二分之一。

3.根据权利要求1所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

其他N-M个电磁开关的额定电流小于所述负载回路的额定负载电流的十分之一。

4.根据权利要求1所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

所述电磁开关为接触器、安全继电器、功率继电器或接触器式继电器的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

所述M个大负荷电磁开关的线圈同其他N-M个电磁开关的线圈之间解耦。

6.根据权利要求5所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

所述M个大负荷电磁开关的线圈的分别一端接同一个或不同的二极管的负端，另一端接所述控制电源负极；所述二极管的正端接所述控制电源正极；

所述M个大负荷电磁开关的线圈同其他N-M个电磁开关的所述线圈之间通过所述二极管解耦。

7.根据权利要求6所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

其他N-M个电磁开关的线圈的一端分别接另外的同一个或不同的二极管的负端，另一端接所述控制电源负极；另外的二极管的正端接所述控制电源正极。

8.根据权利要求1所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

所述M个大负荷电磁开关的线圈两端分别接由串联在一起的电容及电阻组成的续流电路。

9.根据权利要求8所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

其他N-M个电磁开关中的一个或多个，其线圈两端接由串联在一起的二极管及电阻组成的续流电路。

10.根据权利要求1所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

N为2，M为1。

11.根据权利要求1所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

所述负载回路中还包括半导体开关器件；

所述半导体开关器件同N个电磁开关的触点串联在负载回路中。

12.根据权利要求11所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

所述半导体开关器件为GTO、GTR、MOSFET或IGBT。

13.根据权利要求1到12任一项所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

所述负载回路为制动控制回路；

所述制动控制回路中还串联有制动器电源及制动器线圈。

14.根据权利要求1到12任一项所述的电磁开关控制装置，其特征在于，

所述负载回路为电机控制回路；

所述电机控制回路中还串联有曳引机电源及曳引机。

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