CN1088362A - 通用多功能接触器 - Google Patents

Abstract

一种通用多功能接触器，是在接触器主触头负荷 侧三条引线上分别套入三个电流检测环，配合电子电 路进行短路、过流或过载保护，电子电路直接监视操 作线电压进行失压、欠压及过压保护，并以直接方式 监视负荷侧的三相电源进行缺相检测，漏电保护另备 端子B4引入电子电路，电子电路具有多种检测，运 算和控制功能，通过直流吸合，脉冲调宽的维持方式 完成节电无噪音运行，接线方式与原接触器兼容，并 且通过扩展插座可扩展时间、计数、温度、火焰、压力 等各种保护、控制功能。

Description

本发明创造属低压电器与电子仪表领域，

目前国内生产、使用的接触器，大多是六、七十年代的老产品，不仅耗电量较大，而且功能单一，扩充功能时须外接和安装电流继电器、电压继电器、时间继电器、热保护继电器、缺相保护器及漏电保护器等多种低压电器元件等，不仅使接线复杂，占用大量的盘面安装空间，而且很难直接获得各种模拟量，物理量的保护和控制功能，近年虽有几种节电接触器，电机保护器等相继问世，但功能仍不完善，通用性不强，而且没有灵活的扩展功能能力，1991年大连推出了DQ型电子接触器，虽然也有较多的保护功能，但由于结构复杂、造价昂贵而较难被用户所接受，从而限制了它的推广使用。

本发明创造的目的是在保持原接触器基本功能和二端接线方式的条件下，采用电子检测、逻辑运算和电子控制等先进的技术手段，融合原有的电磁机构创造出新一代低功耗、无噪音、多功能和可扩展的新接触器，减小附属电器元件的种类，使接触器自身具有过压、欠压、失压保护，具有短路快速保护，过流、过载，缺相和漏电保护功能，只要上述任一状态发生，本接触器自动释放，切断负载电源，防止事故发生，本装置还有扩展接口，并做成插座形式，插座CZ内有供扩展电路用的稳压电源Vcc、扩展端子S8和接地端子⊥，通过扩展接口可以方便，灵活地扩展定时、计数、压力、温度、火焰、液位等各种物理量的保护功能电路。

本发明创造的原理（见附图1），经停止按钮TA、起动按钮QA和自锁触头M1来的控制电源联接在电子电路的输入端，即二极管D1的正极，D1的负极接三极管T1的集电极，滤波电容C1和电阻R1、R4，经电阻R4限流、稳压管DW2稳压的电源由电容C3滤波做为电子电路的工作电流Vcc，Vcc电源除为集成电路IC1、IC2、IC3及扩展电路提供工作电源外，还与电阻R41、R42、R44、R27、R22、R17、Rc和电位器W2联接，为偏置电路和驱动电路供电，控制电源接通后，电子电路即得电工作，在各检测电路及扩展电路没有异常信号时，与门IC2输出1电平，晶体管T3导通，经光电耦合器使T4也导通，同时由于调宽电路IC3的延时启动电容C11充电未到予定值，故晶体管T5截止，调宽电路IC3输出O电平，推动管T2截止，开关管T1的基极由电阻R1提供偏置而导通，使二极管D1整流后的直流高压电源经开关管T1的发射极全部加载到线圈M，为线圈M提供足够的功率，使接触器迅速吸合，接触器吸合后，随着电容C11充电过程结速，C11上的电位超过稳压管DW1的击穿电压时稳压管DW1导通，Vcc电源经电阻R42和稳压管DW1为晶体管T5提供偏置，使其导通，调宽电路IC3进入振荡状态，其输出的调宽脉冲，经晶体管T2推动放大由电阻R2从集电极耦合到开关管T1的基极，使开关管T1由饱和导通转为按调宽脉冲开关工作，选择适当的占空比，使线圈M在接触器吸合后以较低的平均功耗维持接触器的吸合，以获得较高的节电效果，调宽脉冲由集成电路IC3及周围电路组成，IC3是一片7555CMOS时基电路，它的4、8脚接电源Vcc，1脚接地，3脚经电阻R3接晶体管T2的基极，7脚经电阻R44接Vcc，经反接二有管D21接电位器W1的1端，经正接二极管D20和串联电阻R40接电位器W1的中点2端接IC3的6脚和2脚及电容C2，电容C2的另一端经晶体管T5的集一射极接地，T5的集电极还经电阻R41接Vcc电源，此外为防止线圈M在脉冲供电时铁芯产生抖动，在开关管Ti的发射极接有滤波电容C12。脉宽调制电路可用CW3524、CW494等其它调制电路构成。

逻辑运算由八输入与门集成电路IC2、晶体管T3等构成与非运算和光电耦合器驱动，各输入端S1～S8分别联接过压检测电路IC1a的输出端，负荷侧主触头A、B、C三相缺相检测输出端，短路快速检测电路IC1b的输出端，过流、过载检测电路IC1c的输出端，漏电检测电路IC1d的输出端，以及扩展电路的输出端F2，当各检测电路的输出端正常时（1电平），与门IC2的输出端亦为1电平，经电阻R26耦合到晶体管T3的基极，使T3导通，光电耦合器GD工作，晶体管T4导通，直流电源经T4流过电磁线圈M，使接触器吸合，当任一检测电路输出为0时，与门IC2输出亦为0，晶体管T3截止，光电耦合器GD关闭，晶体管T4截止，接触器释放。各检测电路工作如下，过压检测电路由比较器IC1a等组成，直流电源由电阻R9、R8分压后接比较器IC1a的反相端，与同相端由电阻R6、R7对Vcc电源分压的参考电平进行比较，当过压时，反相端电平大于同相端电平，比较器IC1a输出端为0电平，接触器释放。缺相检测由二极管D9、D10、D11的正极分别联接在接触器负荷侧主触头的A、B、C三相电源上采样整流，整流输出分别经电阻R10、R11，R12、R13，R14、R15分压后接与门IC2的输入端S2、S3、S4，缺相时，相应的分压输出为0电平，接触器释放。短路、过流或过载的检测信号均取自三相电流检测环LA、LB、LC经二极管D12、D13、D14整流和电容C5滤波后的电流信号，短路检测由电阻R16和电容C10并联把电流信号联接在比较器IC1b的反相端，同相端由电阻R17、R18对电源Vcc分压得到参考电平，比较器IC1b的输出接在与门IC2的输入端S5上，短路时IC1b输出为0电平，接触器释放。过流、过载检测电路由比较器IC1c等构成，经电容C5滤波后的电流信号由电阻R20、电位器W1接比较器IC1c的反相端，与同相端由电位器W2中点的可调参考电平进行比较完成过流检测，过载检测则是在过流检测电路IC1c的反相端经开关KZ接入积分电容C4而构成，调整电位器W1可整定过载时的延迟动作时间，由于W2两端分别接电源Vcc和地，故调整W2可整定过流或过载的电流值，过流或过载时IC1c输出端为0电平，接触器释放。漏电检测电路由比较器IC1d等构成，同相端由电阻R22、R23对电源Vcc分压建立参考电平，漏电信号由端子B4引入，经电阻R25、R24分压后分别经反接二极管D7接同相端，经正接二极管D8接反相端，当漏电的交、直流信号使反相端电平大于参考电平时，比较器IC1d输出O电平，接触器释放。扩展插座由与门IC2的输入端S8、稳压电源Vcc和接地端⊥构成，扩展电路由扩展插头CT的F1、F3端子接通扩展插座CZ提供的Vcc工作电源，并通过插头CT的F2端子把扩展电路的输出联接于扩展插座CZ的S8端子上，从而实现扩展功能，扩展插头内可装定时电路、计数电路、温度控制、压力控制、液位控制、火焰监视等一系列检测、保护电路，各种扩展电路使S8端子出现O电平时，接触器将自动释放，各种扩展电路做成不同功能的扩展插头，需要扩展时插入扩展插座CZ即可获得相应的功能，十分方便、灵活，本实用新型的各种保护功能可做为可选项，按接触器、继电器、电磁铁等各种电磁自动元件的需要灵活选择，适合在大大小小的各种电磁自动元件上实施，通用性极强，本实用新型的电流检测环分别由三个导磁环绕制相应的二次绕组构成，一次绕组即为负荷侧主触头的三条引线，检测环与接能器成为一体。

多功能接触器的使用接线见附图2、3，它有4个接线端子B1、B2、B3、B4，端子B1接控制电源相线，B3接中线地，B2在控制电源为220V时与B3短接，在控制电源为380V时接另一相线，B4为漏电检测端子，一般接设备的保护接地端子或外壳。

本发明创造与普通接触器比较，除保持原有欠压、失压保护功能外，具有交直流电源通用，用电子检测、运算、控制技术实现过压保护、缺相保护、短路保护、过流、过载保护、漏电保护等多种保护功能，通过扩展插座可扩展定时，计数，压力、温度、液位、火焰等多种有用功能的电路。由于本接触器具有全方位的保护功能和灵活的扩展功能，因此使用本接触器可以省去空气断路器、电压继电器、电流继电器、热继电器、断相保护器、漏电保护器等多种低压电器，通过本接触器的扩展功能还可以省去时间继电器，计数继电器，压力继电器，温度继电器，液位控制器，火焰监视器，烟雾保护控制器等一系列特殊的保护电器。本接触器工作在一种直流吸合、直流降压维持的工作运行方式，因此本接触器较普通交流接触器有无声、节电的运行特点，与挂钩式、微功耗式接触器比较有接线简单，不改变原逻辑特点，与接触器节电线圈比较，更有功能多和可扩展物理量控制、保护的能力，与天水电器厂引进法国TE系列并得到国际认证的接触器比较，具有多功能，可扩展的特点，且扩展功能和各种保护功能全部电子化，因而体积小，可靠性高，即使是TE系列的产品仍可配置本实用新型的多功能装置而把其原产品的指标及性能再提高一步，本接触器与大连的DQ系列电子接触器比较其保护功能基本一致，但扩展功能是独具特色的，并且在大电流，抗过载能力方面也是DQ系列所不及的，从成本造价来看本装置材料成本仅十几元钱，加上原接触器部分成本也仅为DQ系列同规格的十分一。应用本发明创造的接触器等电磁自动元件，可节省大量的附加电器元件，如时间继电器，热继电器等，节省盘面空间，缩小体积，不需要专门散热等，由于本实用新型的电子控制系统可单独做成一个独立部件，因而不仅适用新接触器、继电器等做成整体的多功能电器，也非常适合单独做成一个通用电器来配合老产品更新改造，本装置的各种功能可由制造厂选定，也可由使用者通过接线选择，本装置可完全取代各种电机保护器，如浙江苍南的产品。

以下结合附图对本发明创造的一个实施例作进一步详述。

图1：系统电路原理图

图2：在CJ020～CJ040上实施后的使用接线图

图3：在CJ020、40上实施的结构图

图4：扩展插头的结构图

图5：定时器原理图

图6：温度控制原理图

图7：火焰监视电路图

图8：系统逻辑控制框图

本发明创造的最佳实施办法是由接触器生产厂直接制造出具有多功能，可扩展的一体化总体结构的接触器，即在制造上述产品时直接制造出电流检测环，扩展插座及电子系统，电子系统宜制造成一块专用集成电路IC，以提高可靠性、降低成本、缩小体积。

现将一种实施方案示出，见附图1～8

实施说明如下：以CJ0-40为例，将接触器负荷侧主触头引线弯成

形，在其中部直段分别套入相应的电流检测环，电流检测环是在铁氧体磁环上绕有相应匝数的二次绕组构成，一次绕组即为接触器负荷侧的引线，为防止二次绕组可能产生高压，分别在二次绕组两端并联电阻R30、R31、R32，电子控制系统可放在接触器壳内的空间，控制电源经停止按钮TA，起动按钮QA接电子电路输入端子B1、经B1端子接二极管D1的正极，D1的负极接三极管T1的集电极，滤波电容C1和电阻R1、R4，经电阻R4限流，稳压管DW2稳压的电源由电容C3滤波做为电子电路的工作电源Vcc，Vcc电源除为集成电路IC1、IC2、IC3及扩展电路提供工作电源外，还与电阻R41、R42、R44、R27、R22、R17、R6和电位器W2联接，为偏置电路和驱动电路供电，控制电源接通后，电子电路即得电工作，在各检测电路及扩展电路没有异常信号时，与门IC2输出1电平，晶体管T3导通，经光电耦合器使T4也导通，同时由于调宽电路IC3的延时启动电容C11充电未到予定值，故晶体管T5截止，调宽电路IC3输出O电平，推动管T2截止，开关管T1的基极由电阻R1提供偏置而导通，使二极管D1整流后的直流高压电源经开关管T1的发射极全部加载到线圈M，为线圈M提供足够的功率，使接触器迅速吸合，接触器吸合后，随着电容C11充电过程结速，电容C11上的电位超过稳压管DW1的击穿电压时稳压管DW1为晶体管T5提供偏置，使其饱和，脉冲调宽电路IC3进入振荡状态，其输出的调宽脉冲，经晶体管T2推动放大由电阻R2从集电极耦合到开关管T1的基极，使开关管T1由饱和导通转为按调宽脉冲开关工作，选择适当的占空比，使线圈M在接触器吸合后以较低的平均功耗维持接触器的吸合，以获得较高的节电效果，调宽脉冲由集成电路IC3及周围电路组成，IC3是一片7555CMOS时基电路，它的4、8脚接电源Vcc，1脚接地，3脚经电阻R3接晶体管T2的基极，7脚经电阻R44接Vcc，经反接二极管D21接电位器W1的1端，经正接二极管D20和串联电阻R40接电位器W1的3端，W1中点2端接IC3的6脚和2脚及电容C2，电容C2的另一端经晶体管T5的C、E结接地，T5的集电极还经电阻R41接VCC电源，另外在开关管发射极接有滤波电容C12，以防止铁芯抖动。

逻辑运算由与门IC2，晶体管T3等构成与非运算和光电耦合器的驱动，各输入端S1～S8分别接过压检测电路IC1a的输出端，负荷侧主触头A、B、C三相缺相检测分压电阻输出端，短路快速检测电路IC1b的输出端，过流、过载检测电路IC1c的输出端，漏电检测电路IC1d的输出端，以及扩展电路的输出端F2，各检测电路正常时输出的均为1电平，与门IC2的输出端亦为1电平，经电阻R26耦合到反相器T3的基极，使T3导通，光电耦合器GD工作，晶体管T4导通，电磁线圈M得电，接触器吸合，当任一检测电路输出为O时，与门输出亦为O电平，晶体管T3截止，光电耦合器GD无输出，晶体管T4截止，接触器释放。过压检测由比较器IC1a等组成，直流电源由电阻R9、R8分压后接比较器IC1a反相端，与同相端由电阻R6、R7对Vcc电源分压的参考电平比较，发生过电压时IC1a输出为0，接触器释放。缺相检测由二极管D9、D10、D11的正极分别接在接触器负荷侧主触头的A、B、C三相电源上采样整流，整流输出分别经电阻R10、R11，R12、R13，R14、R15分压后联接与门IC2的输入端S2、S3、S4，缺相时，相应的分压输出为O，接触器释放。短路、过流或过载的检测信号均取自三相电流检测环LA、LB、LC经二极管D12、D13、D14整流和电容C5滤波后的电流信号，短路检测由电阻R16和电容C10并联把电流信号联接在比较器IC1b的反相端，同相端由电阻R17、R18对电源Vcc分压得到参考电平，IC1b的输出接与门IC2的输入端S5上，短路时IC1b输出为0，接触器释放。经电容C5滤波后的电流信号还经电阻R20、电位器W1接在比较器IC1c的反相端，与同相端由电位器W2中点的电位进行比较完成过流检测。过载检测是在过流检测电路IC1c的反相端经开关KZ接入积分电容C4构成，调整电位器W1可以整定过载的延迟动作时间，由于W2两端分别接电源Vcc和地，故调整W2可改变比较器IC1c的参考电平，也即整定了过流或过载的电流值，过流或过载时IC1c的输出端为0电平，接触器释放。漏电检测电路由比较器IC1d等组成，同相端由电阻R22、R23对Vcc电源分压建立参考电平，漏电信号由端子B4引入，经电阻R25、R24分压后分别经反接的二极管D7接比较器IC1d的同相端，经正接的二极管D8接反相端，当漏电的交、直流信号使反相端电平大于同相端电平时，比较器IC1d的输出为0，接触器释放。扩展插座CZ由与门IC2的输入端S8，稳压电源Vcc和接地端⊥及插座盒构成，扩展插头CT内的扩展电路由插头CT的F1、F3端子接通扩展插座CZ提供的Vcc工作电源，并通过插头CT的F2端子把扩展电路的输出联接于插座CZ内的S8端子，从而实现扩展功能，扩展插头做成定时，计数，温度控制，压力控制、液位控制、火焰监视、烟雾控制等各种检测及保护电路，不同功能的插头插入扩展插座即获得相应的控制及保护功能，十分方便灵活。本实施例的使用接线见附图2、3，它有4个接线端子B1、B2、B3和B4、B1接控制电源，B3接地，B2在控制电源为380伏时接另一相电源，在220伏时与B3短接，B4是漏电检测端子，一般接设备的保护接地端子或金属外壳。

Claims (2)

1、一种通用多功能接触器，由铁芯、线圈、触头、灭弧罩、衔铁及多功能电子检测控制系统、电流检测环等组成，其特征在于：

a、多功能电子检测控制系统的输入电源即为控制电源，分别接B1、B3端子上，B3为中性地线，不用中性线的控制电源另设一控制线B2，多功能电子检测控制系统的输出负载即为接触器的电磁线圈M，

b、多功能电子检测控制系统的过压信号取自整流后的控制电源，缺相信号取自接触器负荷侧主触头的三相端子，短路、过流、过载信号由套在接触器负荷侧主触头上的三相电流检测环整流得到漏电信号取自设备的保护接地端子或外壳，经端子B4引入电子控制系统，

c、经停止接钮TA、起动按钮QA和自锁触头M1来的控制电源联接在电子电路的输入端B1端子上，也即是二极管D1的正极，D1的负极联接三极管T1的集电极，滤波电容C1和电阻R1、R4，经电阻R4限流、稳压管DW2稳压的电源由电容C3滤波做为电子电路的工作电源Vcc，Vcc电源除为集成电路IC1、IC2、IC3及扩展电路提供工作电源外，还与电阻R41、R42、R44、R27、R22、R17、R6和电位器W2联接，为偏置电路和驱动电路供电，控制电源接通后，电子电路即得电工作，在各检测电路及扩展电路没有异常信号时，与门IC2输出1电平，晶体管T3导通，经光电耦合器使T4也导通，同时由于调宽电路IC3的延时启动电容C11充电未到予定值，故晶体管T5截止，调宽电路IC3输出0电平，推动管T2截止，开关管T1的基极由电阻R1提供偏置而导通，使二极管D1整流后的直流高压电源经开关管T1的集一射极全部加载到线圈M，为线圈M提供足够的功率，使接触器迅速吸合，接触器吸合后，随着电容C11充电过程结束，电容C11上的电位超过稳压管DW1的击穿电压时稳压管DW1导通，Vcc电源经电阻R42和稳压管DW1为晶体管T5提供偏置，使其饱和，脉冲调宽电路IC3进入振荡状态，其输出的调宽脉冲，经晶体管T2推动放大后由电阻R2从集电极耦合到开关管T1的基极，使开关管T1由饱和导通转为按调宽脉冲开关工作，选择适当的点空比，使线圈M在接触器吸合后以较低的平均功耗维持接触器的吸合，以获得较高的节电效果，调宽脉冲由集成电路IC3及周围电路组成，IC3是一片7555CMOS时基电路，它的4、8脚接电源Vcc，1脚接地，3脚经电阻R3接晶体管T2的基极，7脚经电阻R44接Vcc，经反接二极管D21接电位器W1的1端，经正接二极管D20和串联电阻R40接电位器W1的3端，W1的中点2端接IC3的6脚和2脚及电容C2，电容C2的另一端经晶体管T5的C、E结接地，T5的集电极还经电阻R41接Vcc电源，此外在开关管T1的发射极接有滤波电容C12，以防止铁芯抖动。

逻辑运算由八输入与门IC2，晶体管T3等构成与非运算和光电耦合的驱动，各输入端S1～S8分别联接过压检测IC1a的输出端，负荷侧主触头三相缺相检测输出端，短路快速检测IC1b输出端，过流过载检测电路IC1c的输出端，漏电检测IC1d输出端，以及扩展电路的输出端F2，当各检测电路的输出正常时(1电平)，与门IC2的输出端亦为1电平，经电阻R26耦合到晶体管T3的基极，使T3导通，光电耦合器GD工作，晶体管T4导通，直流电源经晶体管T4流过线圈M，接触器吸合，当任一路检测输出为0时，与门IC2输出为O，晶体管T3截止，T4也截止，接触器释放，过压检测电路由IC1a等组成，经二极管D1整流后的直流电源由电阻R9、R8分压后接比较器IC1a的反相端，与同相端由电阻R6、R7对Vcc电源分压的参考电平比较，过压时IC1a输出为0，接触器释放。缺相检测由二极管D9、D10、D11的正极分别接在接触器负荷侧主触头上采样整流，整流输出分别经电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15分压后分别联接在与门IC2的输入端S2、S3、S4上，缺相时，IC2相应的输入端为O电平，接触器释放，短路、过流或过载的检测信号均取自三相电流检测环LA、LB、LC经二极管D12、D13、D14整流和电容C5滤波后的电流信号，短路检测由电阻R16和电容C10并联把电流信号输入在比较器IC1b的反相端，IC1b的同相端由电阻R17、R18对电源Vcc分压得到参考电平，IC1b的输出端接在与门IC2的输入端S5，经电容C5滤波后的电流信号还经电阻R20、电位器W1接比较器IC1c的反相端，与同相端由电位器W2中点的电位进行比较完成过流检测，过载检测是在过流检测电路IC1c的反相端经开关KZ接入积分电容C4构成，调整电位器W1可以整定过载时的延迟动作时间，由于W2的两端分别接电源Vcc和地，故调整W2可改变比较器IC1c的参考电平，因而也即整定了过流过载的电流值，IC1c的输出接IC2的输入端S6上，漏电检测电路由比较器IC1d等构成，其同相端由电阻R22、R23对Vcc电源分压建立参考电平，漏电信号由端B4引入，经电阻R25、R24分压后分别经反接的二极管D7接比较器IC1d的同相端，经正接的二极管D8接反相端，当漏电的交、直流信号使反相端电平大于同相端电平时比较器IC1d的输出为O，接触器释放，IC1d的输出接与门IC2的输入端S7上，扩展插座CZ由与门IC2的输入端S8、稳压电源Vcc和接地端⊥及插座盒构成，扩展插头CT内的扩展电路由插头CT的F1，F3端子接通扩展插座CZ提供的Vcc工作电源，并通过插头CT的F2端子把扩展电路的输出联接于插座CZ内的S8端子，从而实现扩展功能，扩展插头内可以是定时电路、计数电路、温度控制、压力控制、液位控制、火焰监视、烟雾保护等各种检测及保护电路，装有不同功能电路的插头插入扩展插座即可获得相应的保护和控制功能，十分方便灵活。

2、如权利要求1所述的多功能接触器，其特征在于通过扩展插座内的接口不仅可扩展定时、计数等各种有用功能的电路，各种扩展电路均由接触器上扩展插座CZ内的接口电路为其供电，插座内的接口电路与扩展插头的联接方式也以统一的总线方式实现，定时扩展电路由7555CMOS集成电路构成，温控、火焰、烟雾保护电路由CMOS运算放大器和相应的热敏、光敏元件构成，

本发明的多功能接触器的电子控制系统可按本发明的逻辑框图用多种元件和技术构成，亦可将检测、运算、控制、调宽等电路集成于一块IC之中。

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