CN114267515B - 采用三个电桥电路的交流电磁铁 - Google Patents

Abstract

一款采用三个电桥电路的交流电磁铁，包括传统交流电磁铁及电子单元两部份，电子单元串接于AC电压输入端口与励磁线圈L之间，所述的电子单元由第一电桥电路、开关脉冲发生电路、第二电桥电路、滤波及储能电路、开关电路、第三电桥电路、压敏电阻MOV、公共端E所组成；在开关脉冲发生电路输出的开关脉冲为脉冲占的时域，开关电路导通，本发明所指的交流电磁铁启动吸合；在开关脉冲发生电路输出的开关脉冲为脉冲空的时域，开关电路关断，所述的交流电磁铁进入吸持的阶段；在启动和吸持时域中,AC电压所提供的励磁电流都是经第二电桥电路201、第三电桥电路301整流，滤波及储能电路202滤波后的DC电流，因此运行时寂静无噪声。

Description

采用三个电桥电路的交流电磁铁

技术领域

本发明涉及低圧电器领域，尤其涉及一种可以高效节电的采用三个电桥电路的交流电磁铁。

背景技术

交流电磁铁是一种应用非常广泛的低压电器。例如交流电磁接触器、交流电磁阀、交流电磁牵引器、交流电磁离合器、交流电磁制动器、交流电磁吸盘、交流电磁起重机、交流电磁锁、交流推拉电磁铁、高铁电磁制动器、地铁电磁制动器、交流电磁冲床、交流电磁钉枪、交流电磁捣碎机、交流电磁切断机、交流电磁动力机、交流电磁充气机、交流磁悬浮列车等器械中均设有交流电磁铁。

图1为传统交流电磁铁的工作原理图。这种传统的交流电磁铁主要由动铁芯M、静铁芯G、复位弹簧F、励磁线圈L组成。当励磁线圈L的A1端、A2端接通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M受励磁线圈L产生的磁力的作用而与静铁芯G吸合；当励磁线圈L上的AC电压断开时，动铁芯M失磁并受复位弹簧F的作用而与静铁芯G分离并复位。

其工作过程可分为启动、吸持、复位三个过程。

1、启动：励磁线圈L与AC电压接通，动铁芯M启动。在此阶段，为克服动铁芯M的惯性和复位弹簧F的弹力，励磁电源必须提供较大的功率(以下称此功率为启动功率)，动、静铁芯才能互相吸合。

2、吸持：励磁线圈L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。在此阶段，励磁电源若提供过大的吸持功率，将造成电能浪费并导致交流电磁铁不应有的发热升温；

3、复位：励磁线圈L断开AC电压，动、静铁芯复位分离。

交流电磁铁的用途千差万别，结构也千差万别，但它们的工作原理、工作过程均与图1相同。例如：图2所示的由静铁芯G、励磁线圈L、阀芯(相当于一段长条形的动铁芯)M、复位弹簧F组成的传统交流电磁阀。其工作过程为：AC电压接通前，入口与出口隔断；AC电压接通后，阀芯(动铁芯)M与静铁芯G吸合，入口与出口连通。图3所示的由静铁芯G、励磁线圈L、动铁芯M、复位弹簧F组成的传统交流电磁接触器(以下简称交流接触器)的工作过程为：AC电压接通前，动触点与常闭触点连接；AC电压接通后，动铁芯M与静铁芯G吸合、动触点与常开触点连接。图4所示的由静铁芯G、励磁线圈L、动铁芯M、复位弹簧F组成的传统交流推拉电磁铁，其工作过程为：AC电压接通后，静铁芯G与动铁芯M吸合，其做推的动作；AC电压断开后，静铁芯G与动铁芯M分离，其做拉的动作。

所述传统交流电磁铁由于在启动与吸持过程中，励磁线圈L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，在启动和吸持过程中，所述的传统交流电磁铁的励磁线圈L中均通以相同的AC电压，导致吸持功率过大，造成了无谓的电能消耗；

2、发热：无谓的电能消耗所产生的恶果是升温发热，严重时，甚至会烧毁传统交流电磁铁的励磁线圈L；

3、存在烦人的交流噪声。

4、AC电压接通后，励磁线圈L产生的磁力不够强，动铁芯M与静铁芯G吸合的速度较慢。

5、无续流电路，AC电压切断瞬间，易对外电路产生干扰并会造成励磁线圈L匝间击穿。

针对传统交流电磁铁的现状，本发明要达到的目标是：应用电子技术，改造传统产业，设计一款采用三个电桥电路的电子单元，按照图5所示的方法，将其串接于传统交流电磁铁的AC电压输入端口与励磁线圈L之间，以实现高效节电、消除噪声、增强吸合力的目的。

发明内容

本发明实现上述目标的方法为：一款采用三个电桥电路的交流电磁铁，包括传统交流电磁铁及电子单元两部分，其特征在于：电子单元串接于AC电压输入端口与传统交流电磁铁的励磁线圈L之间，所述的电子单元由第一电桥电路101、开关脉冲发生电路102、第二电桥电路201、滤波及储能电路202、开关电路203、第三电桥电路301、压敏电阻MOV、公共端E所组成；其中，所述的第一电桥电路101、第二电桥电路201、第三电桥电路301、压敏电阻MOV均与AC电压相连接；第一电桥电路101、开关脉冲发生电路102、第二电桥电路201、滤波及储能电路202、开关电路203均与公共端E相连接；第一电桥电路101的输出端1端与开关脉冲发生电路102的输入端2端相连接；开关脉冲发生电路102的输出端3端与开关电路203的第一端4端相连接；第二电桥电路201的输出端5端与滤波及储能电路202的输入端6端相连接；滤波及储能电路202的输出端7端与第三电桥电路301的输入端8端相连接；第三电桥电路301的输出端9端与开关电路203的第二端10端相连接。

所述的电子单元与传统交流电磁铁按以上所述的方式相组合，即可组成本发明所指的采用三个电桥电路的交流电磁铁。

所述的第一电桥电路101可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的电路结构：其由第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、稳压二极管ZD、第三电容C3、第四电容C4及输出端1端组成；其中，所述的第一电容C1一端与AC电压的一端P2端相连接，另一端与第一二极管D1的负极、第三二极管D3的正极均相连接；所述的第二电容C2一端与AC电压的另一端P1端相连接，另一端与第二二极管D2的负极、第四二极管D4的正极均相连接；第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极、稳压二极管ZD的负极、第三电容C3的正极、第四电容C4的一端均与输出端1端相连接；第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极、稳压二极管ZD的正极、第三电容C3的负极、第四电容C4的另一端均与公共端E相连接。

所述的开关脉冲发生电路102可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的三种电路结构：

a、结合图7、图10，其由2端、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电容C5、三极管V1、3端组成；其中：第一电阻R1、第三电阻R3各自的一端均与2端相连接；第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端、第五电容C5的一端均与三极管V1的基极相连接；第三电阻R3的另一端、三极管V1的集电极均与3端相连接；第五电容C5的另一端、第二电阻R2的另一端、三极管V1的发射极均与公共端E相连接。

b、结合图8，其由2端、第二十三电容C23、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、集成运算放大器IC1及3端组成；其中，第二十二电阻R22的一端、第二十四电阻R24的一端、第二十六电阻R26的一端、集成运算放大器IC1的8脚均与2端相连接；第二十二电阻R22的另一端、第二十三电阻R23的一端、第二十三电容C23的一端、集成运算放大器IC1的2脚均互相连接；第二十四电阻R24的另一端、第二十五电阻R25的一端均与集成运算放大器IC1的3脚相连接；第二十六电阻R26的另一端、集成运算放大器IC1的1脚均与3端相连接；第二十三电容C23的另一端、第二十三电阻R23的另一端、第二十五电阻R25的另一端、集成运算放大器IC1的4脚均与公共端E相连接。

c、结合图9，其由2端、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十一电容C31、集成时基电路IC2及3端组成；其中：第三十一电阻R31的一端、集成时基电路IC2的8脚和4脚均与2端相连接；集成时基电路IC2的6脚和2脚、第三十一电阻R31的另一端、第三十二电阻R32的一端、第三十一电容C31的一端均互相连接；集成时基电路IC2的3脚与3端相连接；第三十一电容C31的另一端、第三十二电阻R32的另一端、集成时基电路IC2的1脚均与公共端E相连接。

所述的集成时基电路IC1可以选用多种集成电路，本发明优选555集成时基电路。

结合图7、图8、图9、图10，所述的第二电桥电路201可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的电路结构：其由第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8及5端组成，其中：第五二极管D5的负极、第七二极管D7的正极均与AC电压的P1端相连接；第六二极管D6的负极、第八二极管D8的正极均与AC电压的P2端相连接；第七二极管D7的负极、第八二极管D8的负极均与5端相连接；第五二极管D5的正极、第六二极管D6的正极均与公共端E相连接。

结合图7、图8、图9、图10，所述的滤波及储能电路202可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的电路结构：其由6端、第十一电容C11、第十二电容C12、第九二极管D9及7端组成，其中：第十一电容C11的一端、第十二电容C12的正极、第九二极管D9的负极以及6端均与7端相连接；第十一电容C11的另一端、第十二电容C12的负极、第九二极管D9的正极均与公共端E相连接。

结合图7、图8、图9、图10，所述的开关电路203可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的电路结构：其由4端、第四电阻R4、第五电阻R5、第七电阻R7、第十三电容C13、双极性瞬态电压抑制二极管TVS1、单极性瞬态电压抑制二极管TVS2、场效应管FET、10端组成，其中：第四电阻R4的一端与4端相连接；第五电阻R5的一端、第四电阻R4的另一端、双极性瞬态电压抑制二极管TVS1的一端、场效应管FET的G极均互相连接；场效应管FET的D极、单极性瞬态电压抑制二极管TVS2的负极、第十三电容C13的一端均与10端相连接；第十三电容C13的另一端与第七电阻R7的一端相连接；第七电阻R7的另一端、单极性瞬态电压抑制二极管TVS2的正极、场效应管FET的S极、第五电阻R5的另一端、双极性瞬态电压抑制二极管TVS1的另一端均与公共端E相连接。

所述的场效应管可以用其他开关器件例如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、开关三极管、继电器或接触器代替。

所述的第三电桥电路301可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的二种电路结构：

d、结合图7、图8、图9，其由8端、第十二极管D10、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第十四二极管D14、第六电阻R6、9端、第二十一电容C21、第二十二电容C22组成，其中：8端、第十二极管D10的负极、第十一二极管D11的负极、第十四二极管D14的负极均与励磁线圈L之A1端相连接；9端、第十二二极管D12的正极、第十三二极管D13的正极、第六电阻R6的一端均与励磁线圈L之A2端相连接；第十一二极管D11的正极、第十二二极管D12的负极均与第二十一电容C21的一端相连接；第二十一电容C21的另一端与AC电压的P1端相连接；第十二极管D10的正极、第十三二极管D13的负极均与第二十二电容C22的一端相连接；第二十二电容C22的另一端与AC电压的P2端相连接；第六电阻R6的另一端与第十四二极管D14的正极相连接。

e、结合图10，其由8端、第十二极管D10、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第十四二极管D14、第六电阻R6、9端、第四十一电容C41、第四十一二极管D41、第四十二电容C42、第四十二二极管D42组成，其中：8端、第十二极管D10的负极、第十一二极管D11的负极、第十四二极管D14的负极均与励磁线圈L之A1端相连接；9端、第十二二极管D12的正极、第十三二极管D13的正极、第六电阻R6的一端均与励磁线圈L之A2端相连接；第十一二极管D11的正极、第十二二极管D12的负极、第四十一二极管D41的负极均与第四十一电容C41的正端相连接；第四十一电容C41的负端、第四十一二极管D41的正极均与AC电压的P1端相连接；第十二极管D10的正极、第十三二极管D13的负极、第四十二二极管D42的负极均与第四十二电容C42的正端相连接；第四十二电容C42的负端、第四十二二极管D42的正极均与AC电压的P2端相连接；第六电阻R6的另一端与第十四二极管D14的正极相连接。

上述电路e结构的特征是：在所述的d电路结构的基础上，增加了与第四十一电容C41相并联的第四十一二极管D41、与第四十二电容C42相并联的第四十二二极管D42；并且，所述的第四十一二极管D41的正极与AC电压的P1端、第四十一电容C41的负端均相连接，负极与第十一二极管D11的正极、第十二二极管D12的负极、第四十一电容C41的正端均相连接；所述的第四十二二极管D42的正极与AC电压的P2端、第四十二电容C42的负端均相连接，负极与第十二极管D10的正极、第十三二极管D13的负极、第四十二电容C42的正端均相连接。

综上所述，上述电路d、电路e共有的特征是：AC电压的一端经电容(C21或C41)与二极管(D11)的正极以及二极管(D12)的负极相连接；AC电压的另一端经电容(C22或C42)与二极管(D10)的正极以及二极管(D13)的负极相连接。

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：

取图2所示的交流电磁阀一个——以下简称“传统件”。

步骤1、按图2：在A1端、A2端输入AC220V，该“传统件”的耗电功率为59.9W；

步骤2、按图5：即在该“传统件”与AC220V输入端口之间增设本发明之“电子单元”，组成本发明的一项实验与验证样品(以下简称“创新件”)，再在P1端、P2端输入AC220V。实测结果：本发明的此项实验与验证样品即“创新件”的耗电功率为0.7W。

实测结果表明，与传统件相比较，应用本发明的创新件的节电效率高达98.8％

2、低热运行：本发明具有高效节电的功能，节约了电能，运行时必然低热。

3、寂静无噪：

本发明所指的采用三个电桥电路的交流电磁铁，AC电压经第二电桥电路201、第三电桥电路301整流后，启动过程、吸持过程皆为直流运行，故运行时寂静无可闻噪声。

而传统的交流电磁铁为交流运行，故必然存在烦人的交流噪声。

4、传统的交流电磁铁由于未设续流回路，励磁电感L所产生的很高的自感电动势e会造成励磁电感线圈因匝间击穿而受损，多处匝间击穿后，励磁电感线圈会因此而烧毁；同时，所述的自感电动势e还会对外电路产生干扰。

本发明为所述的自感电动势e设立了续流回路，就可避免自感电动势e所造成的危害，同时也避免了对外电路的干扰。

5、启动过程中，流过励磁电感线圈L的励磁电流之大小，决定了吸合力的强弱。本发明在启动过程中，励磁电流大于传统交流电磁铁相应的励磁电流，所以，吸合力远大于传统交流电磁铁。

附图说明

图1为传统交流电磁铁的工作原理图；

图2为传统交流电磁阀之交流电磁铁的工作原理图；

图3为传统交流电磁接触器之交流电磁铁的工作原理图；

图4为传统交流推拉电磁铁的工作原理图；

图5为电子单元与传统交流电磁铁的连接图；

图6为电子单元的原理方框图；

图7为实施例1的电路原理图；

图8为实施例2的电路原理图；

图9为实施例3的电路原理图；

图10为实施例4的电路原理图；

图11为本发明中的AC电压波形图；

图12为本发明的工作过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的实施方式。

图5为电子单元与传统交流电磁铁的连接图，图6为电子单元的原理方框图，图7为实施例1的电路原理图。图7中：A1、A2之间的线圈为励磁线圈L，A1、A2为其之两个连接端。

结合图5、图6：一款采用三个电桥电路的交流电磁铁，包括传统交流电磁铁及电子单元两部分，其特征在于：电子单元串接于AC电压输入端口与励磁线圈L之间，所述的电子单元由第一电桥电路101、开关脉冲发生电路102、第二电桥电路201、滤波及储能电路202、开关电路203、第三电桥电路301、压敏电阻MOV、公共端E所组成；其中，所述的第一电桥电路101、第二电桥电路201、第三电桥电路301、压敏电阻MOV均与AC电压相连接；第一电桥电路101、开关脉冲发生电路102、第二电桥电路201、滤波及储能电路202、开关电路203、均与公共端E相连接；第一电桥电路101的输出端1端与开关脉冲发生电路102的输入端2端相连接；开关脉冲发生电路102的输出端3端与开关电路203的4端相连接；第二电桥电路201的输出端5端与滤波及储能电路202的输入端6端相连接；滤波及储能电路202的输出端7端与第三电桥电路301的8端相连接；第三电桥电路301的输出端9端与开关电路203的10端相连接。

所述的电子单元与传统交流电磁铁按以上所述的方式相组合，即可组成本发明所指的采用三个电桥电路的交流电磁铁。

一端接AC电压的P1端，另一端接AC电压的P2端的压敏电阻MOV在本发明中起以下的两种作用：

1、防止外电路的强干扰窜入本发明的电子单元；

2、防止本发明的电子单元的强信号溢出输向外电路。

再结合实施例1的电路原理图图7，在本实施例1中：

第一电桥电路101由第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、稳压二极管ZD、第三电容C3、第四电容C4及1端组成；其中，所述的第一电容C1一端与AC电压的P2端相连接，另一端与第一二极管D1的负极、第三二极管D3的正极均相连接；所述的第二电容C2一端与AC电压的P1端相连接，另一端与第二二极管D2的负极、第四二极管D4的正极均相连接；第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极、稳压二极管ZD的负极、第三电容C3的正极、第四电容C4的一端均与1端相连接；第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极、稳压二极管ZD的正极、第三电容C3的负极、第四电容C4的另一端均与公共端E相连接。

第一电桥电路101中的二极管D1、D2、D3、D4组成了本实施例1的第一个电桥。

开关脉冲发生电路102由2端、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电容C5、三极管V1、3端组成；其中：第一电阻R1、第三电阻R3各自的一端均与2端相连接；第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端、第五电容C5的一端均与三极管V1的基极相连接；第三电阻R3的另一端、三极管V1的集电极均与3端相连接；第五电容C5的另一端、第二电阻R2的另一端、三极管V1的发射极均与公共端E相连接。

第二电桥电路201由第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8及5端组成，其中：第五二极管D5的负极、第七二极管D7的正极均与AC电压的P1端相连接；第六二极管D6的负极、第八二极管D8的正极均与AC电压的P2端相连接；第七二极管D7的负极、第八二极管D8的负极均与5端相连接；第五二极管D5的正极、第六二极管D6的正极均与公共端E相连接。

第二电桥电路201中的二极管D5、D6、D7、D8组成了本实施例1的第二个电桥。

滤波及储能电路202由6端、第十一电容C11、第十二电容C12、第九二极管D9及7端组成，其中：第十一电容C11的一端、第十二电容C12的正极、第九二极管D9的负极以及6端均与7端相连接；第十一电容C11的另一端、第十二电容C12的负极、第九二极管D9的正极均与公共端E相连接。

再结合图7：综上所述可知，所述的第二电桥电路201有两个输出端，一端直接与公共端E相连接；另一端则通过电容(C11、C12)后再与公共端E相连接。

开关电路203由4端、第四电阻R4、第五电阻2的负极、第十三电容C13的一端均与10端相连接；第十三电容C13的另一端与第七电阻R7的一端相连接；第七电阻R7的另一端、单极性瞬态电压抑制二极管TVS2的正极、场效应管FET的S极、第五电阻R5的另一端、双极性瞬态电压抑制二极管TVS1的另一端均与公共端E相连接。

本专业的技术人员应该知道，所述的场效应管可以用其他开关器件例如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、开关三极管、继电器或接触器代替。

第三电桥电路301由8端、第十二极管D10、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第十四二极管D14、第六电阻R6、9端、第二十一电容C21、第二十二电容C22组成，其中：8端、第十二极管D10的负极、第十一二极管D11的负极、第十四二极管D14的负极均与励磁线圈L之A1端相连接；9端、第十二二极管D12的正极、第十三二极管D13的正极、第六电阻R6的一端均与励磁线圈L之A2端相连接；第十一二极管D11的正极、第十二二极管D12的负极均与第二十一电容C21的一端相连接；第二十一电容C21的另一端与AC电压的P1端相连接；第十二极管D10的正极、第十三二极管D13的负极均与第二十二电容C22的一端相连接；第二十二电容C22的另一端与AC电压的P2端相连接；第六电阻R6的另一端与第十四二极管D14的正极相连接。

第三电桥电路301中的二极管D10、D11、D12、D13组成了本实施例1的第三个电桥。

现在结合附图，说明本实施例1的工作过程：

结合图7、图11、图12，t＝t₁时，AC电压u＝U_mSin(ωt+φ)接通——U_m为AC电压的振幅值、ω为AC电压的角频率、φ为AC电压的初相角。

AC电压接通之后，经第一电容C1、第二电容C2降压、由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4所组成的电桥整流，就产生了直流电流i，再经电容C3、C4滤波，二极管ZD稳压，DC电压Vcc就建立起来了。

在t₁～t₃时域，三极管V1之基极上的电压Vb＜0.7v，三极管V1处于截止状态，DC电压Vcc通过R3、R4施加到场效应管FET的G极上。

t＝t₂时，场效应管FET的G极上的电压Vg到达设定值，场效应管FET导通。

场效应管FET导通之后：

在P2端为低电平、P1端为高电平的AC电压正半周，启动电流i_D1沿着P1—D7—8端--A1—A2—9端--10端--FET--公共端E—D6—P2的路径流通；

二极管D7导通之后，P1端、8端之间的电压仅为0.7V(二极管D7正向导通时的压降)，故AC电压正半周时，V21≈0、i₂₁≈0、i_D1≈i_D

在P2端为高电平、P1端为低电平的AC电压负半周，启动电流i_D1沿着P2—D8—8端--A1—A2—9端--10端--FET--公共端E—D5—P1的路径流通。

同理，二极管D8导通之后，P2端、8端之间的电压也仅为0.7V(二极管D8正向导通时的压降)，故AC电压负半周时，V22≈0、i₂₂≈0、i_D1≈i_D

由于励磁线圈L上有启动电流i_D流过，其产生的磁力驱动动铁芯M启动并快速与静铁芯G吸合。

综上所述可知：t₂～t₃时域，启动电流i_D在励磁线圈L内的方向相同，均是A1→A2，所以，对励磁线圈L来说，在t₂～t₃时域流的励磁电流是DC电流。

在t₁～t₃时域，DC电压Vcc通过开关脉冲发生电路102中的R1不断地给电容C5充电，使三极管V1之基极上的电压Vb逐步上升，至t＝t₃时，Vb≧0.7v，三极管V1导通，其集电极上的电位即3端对公共端E的电位近似为零，导致Vg≈0、场效应管FET关断、电流i_D＝0，本实施例1所指的采用三个电桥电路的交流电磁铁进入吸持过程。

t₃～t₄时域是本实施例1的吸持时域，在此时域中，场效应管FET已关断、电流i_D＝0，本实施例1按下述步骤运行：

1、电容C22充电时段：当P2端为低电平、P1端为高电平的AC电压正半周时，电流i_D1沿着P1—D7--8端--A1—A2—D13—C22(充电)—P2的路径流通，电容C22经充电获得电压V22。

在此时段，由于电流i_D1的流通路径中存在电容C22，所以在此时段中，电流i_D1比其在启动时域即t₂～t₃时域的值小得多，简言之：此时段中的i_D1比启动时的电流值小得多。

2、电容C22放电、C21充电时段：在P2端为高电平、P1端为低电平的AC电压负半周，AC电压与电压V22同向叠加施加在电路中：

(1)、当8端与P2端之间的电压大于0V，即二极管D8反向偏置而截止时，电容C22放电，电流i₂₂以P2—C22(放电)—D10--8端--A1—A2—D12—C21(充电)—P1的路径流通。

(2)、随着C22持续放电，V22的电压持续降低，当P2端与8端之间的电压为0.7V，即二极管D8导通时，电流i_D1以P2—D8--8端--A1—A2—D12—C21(继续充电)—P1的路径流通。

同理，此时段的电流i_D1由于流通路径中存在电容C21，所以其比在启动时域即t₂～t₃时域的值小得多。简言之：此时段中的i_D1比启动时的电流值小得多。

3、电容C21放电、C22再次充电时段：当AC电压再次进入P2端为低电平、P1端为高电平的AC电压正半周时，与以上所述的同理，AC电压与电压V21同向叠加施加在电路中：

(1)、当8端与P1端之间的电压大于0V，即二极管D7反向偏置而截止时，电容C21放电，电流i₂₁以P1—C21(放电)—D11--8端--A1—A2—D13—C22(充电)—P2的路径流通。

(2)、随着C21持续放电，V21的电压持续降低，当P1端与8端之间的电压为0.7V，即二极管D7导通时，电流i_D1又以P1—D7--8端--A1—A2—D13—C22(继续充电)—P2的路径流通；

在此时段，由于电流i_D1流通路径中存在电容C22，所以在此时段中，电流i_D1比其在启动时域即t₂～t₃时域的值小得多，简言之：此时段中的i_D1比启动时的电流值小得多。

综上所述可知：在t₃～t₄时域，电流i₂₁、电流i₂₂、电流i_D1在励磁线圈L内的方向相同，均是A1→A2，所以，对励磁线圈L来说，在t₃～t₄时域流的励磁电流是DC电流。在此励磁电流的作用下，本实施例1保持吸持状态。

为方便叙述，此处，统称电流i_D1、电流i₂₁、电流i₂₂为吸持电流。

t＝t₄时，AC电压关断，吸持电流i₂₁＝0、i₂₂＝0，i_D1＝0，本实施例1复位。

t＝t₆时，AC电压再次接通，本实施例1重新进入启动、吸持、复位的工作周期中。

再结合图12，在t₂～t₃时域，本实施例1执行的是启动过程；在t₃～t₄时域，执行的是吸持过程；t＝t₄时，执行的是复位过程。

图8为实施例2的电路原理图，与实施例1相比较，本实施例2的第一电桥电路101、第二电桥电路201、滤波及储能电路202、开关电路203、第三电桥电路301都与实施例1相同，但开关脉冲发生电路102与实施例1不相同，不同之处为：在实施例1中，开关脉冲发生电路102由三极管V1及其外围器件组成，而本实施例2中，所述的开关脉冲发生电路102则由集成运算放大器IC1及其外围器件组成：其由2端、第二十三电容C23、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、集成运算放大器IC1及3端组成；其中，第二十二电阻R22的一端、第二十四电阻R24的一端、第二十六电阻R26的一端、集成运算放大器IC1的8脚均与2端相连接；第二十二电阻R22的另一端、第二十三电阻R23的一端、第二十三电容C23的一端、集成运算放大器IC1的2脚均互相连接；第二十四电阻R24的另一端、第二十五电阻R25的一端均与集成运算放大器IC1的3脚相连接；第二十六电阻R26的另一端、集成运算放大器IC1的1脚均与3端相连接；第二十三电容C23的另一端、第二十三电阻R23的另一端、第二十五电阻R25的另一端、集成运算放大器IC1的4脚均与公共端E相连接。

本实施例2的工作过程为：

结合图12，在t₂～t₃时域，集成运算放大器IC1之3脚上电压V3大于其2脚上电压V2，即V3＞V2，集成运算放大器IC1输出的电压即其之1脚上的电压V1为“高电平”，经R4分压，场效应管FET的G极上的电压Vg也为“高电平”，场效应管FET处于导通状态，电流i_D也处于流通状态，本实施例2处于启动工作过程中。

DC电压Vcc通过第二十二电阻R22对第二十三电容C23充电，随着充电的进程，该第二十三电容C23上的电压即集成运算放大器IC1之2脚上的电压V2逐渐上升，至t＝t₃时，集成运算放大器IC1之2脚上电压V2已上升为大于集成运算放大器IC1之3脚上电压V3，即V2＞V3，集成运算放大器IC1输出的电压即其之1脚上的电压V1变为“低电平”，即V1≈0

由于V1≈0，导致：Vg＝0、场效应管FET关断、电流i_D＝0，本实施例2进入吸持过程。

本实施例2在t₂～t₃时域的启动过程中，启动电流i_D的工作过程与实施例1相同。

本实施例2在t₃～t₄时域的吸持过程中，吸持电流i_D1、i₂₁、i₂₂的工作过程也与实施例1相同。

t＝t₄时，AC电压关断，吸持电流i_D1＝0、i₂₁＝0、i₂₂＝0，本实施例2复位。

综上所述可知，本实施例2虽然开关脉冲发生电路102与实施例1不相同，但启动、吸持、复位的工作过程与实施例1都相同。

图9为实施例3的电路原理图，与实施例1相比较，本实施例3的第一电桥电路101、第二电桥电路201、滤波及储能电路202、开关电路203、第三电桥电路301都与实施例1相同，但开关脉冲发生电路102与实施例1不相同，不同之处为：在实施例1中，开关脉冲发生电路102由三极管V1及其外围器件组成，而本实施例3中，所述的开关脉冲发生电路102则由集成时基电路IC2及其外围器件组成：其由2端、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十一电容C31、集成时基电路IC2及3端组成；其中：第三十一电阻R31的一端、集成时基电路IC2的8脚和4脚均与2端相连接；集成时基电路IC2的6脚和2脚、第三十一电阻R31的另一端、第三十二电阻R32的一端、第三十一电容C31的一端均互相连接；集成时基电路IC2的3脚与3端相连接；第三十一电容C31的另一端、第三十二电阻R32的另一端、集成时基电路IC2的1脚均与公共端E相连接。

结合图9、图11、图12，本实施例3中的开关脉冲发生电路102之工作过程为：

在t₂～t₃时域，第三十一电容C31两端的电压即集成时基电路IC2的2脚、6脚上的电压Vi＜1/3Vcc＜2/3Vcc，集成时基电路IC2的3脚上的电压Vo为高电平，即Vo≈Vcc，经第四电阻R4分压以后，场效应管FET的G极上的电压Vg呈“高电平”，场效应管FET呈导通状态，电流i_D也呈流通状态，本实施例2处于启动工作过程中。

从t＝t₁时刻开始，DC电压Vcc通过第三十一电阻R31对第三十一电容C31充电，第三十一电容C31上的电压Vi不断地上升。

至t＝t₃时，第三十一电容C31上的电压即集成时基电路IC2的6脚、2脚上的电压Vi＞2/3Vcc＞1/3Vcc，集成时基电路IC2的3脚上的电压Vo变为低电平，即Vo≈0，由于V1≈0，导致Vg＝0、场效应管FET关断、电流i_D＝0，本实施例3进入吸持过程。

本实施例3在t₂～t₃时域的启动过程中，启动电流i_D的工作过程与实施例1相同。

本实施例3在t₃～t₄时域的吸持过程中，吸持电流i_D1、i₂₁、i₂₂的工作过程也与实施例1相同。

t＝t₄时，AC电压关断，i_D1＝0、i₂₁＝0、i₂₂＝0，本实施例3复位。

图10为实施例4的电路原理图，与实施例1相比较，本实施例4的第一电桥电路101、开关脉冲发生电路102、第二电桥电路201、滤波及储能电路202、开关电路203都与实施例1相同，但第三电桥电路301与实施例1不相同。

本实施例4的第三电桥电路301由8端、第十二极管D10、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第十四二极管D14、第六电阻R6、9端、第四十一电容C41、第四十一二极管D41、第四十二电容C42、第四十二二极管D42组成，其中：8端、第十二极管D10的负极、第十一二极管D11的负极、第十四二极管D14的负极均与励磁线圈L之A1端相连接；9端、第十二二极管D12的正极、第十三二极管D13的正极、第六电阻R6的一端均与励磁线圈L之A2端相连接；第十一二极管D11的正极、第十二二极管D12的负极、第四十一二极管D41的负极均与第四十一电容C41的正端相连接；第四十一电容C41的负端、第四十一二极管D41的正极均与AC电压的P1端相连接；第十二极管D10的正极、第十三二极管D13的负极、第四十二二极管D42的负极均与第四十二电容C42的正端相连接；第四十二电容C42的负端、第四十二二极管D42的正极均与AC电压的P2端相连接；第六电阻R6的另一端与第十四二极管D14的正极相连接。

其电路结构的特征是：在实施例1之电路结构的基础上，增加了与第四十一电容C41相并联的第四十一二极管D41、与第四十二电容C42相并联的第四十二二极管D42；并且，所述的第四十一二极管D41的正极与AC电压的P1端、第四十一电容C41的负端均相连接，负极与第十一二极管D11的正极、第十二二极管D12的负极、第四十一电容C41的正端均相连接；所述的第四十二二极管D42的正极与AC电压的P2端、第四十二电容C42的负端均相连接，负极与第十二极管D10的正极、第十三二极管D13的负极、第四十二电容C42的正端均相连接。

综上所述可知：本实施例4用二极管D41与电容C41相并联后接入了实施例1中的电容C21的位置，用二极管D42与电容C42相并联后接入了实施例1中的电容C22的位置。作此种设计的目的是：

1、用价廉而体积相对较小的有极性电容C41、C42分别取代实施例1中的无极性电容C21、C22；

2、用二极管D41保障有极性电容C41安全运行，用二极管D42保障有极性电容C42安全运行。

本实施例4的工作过程与实施例1相同。

综前所述，结合实施例1的电路原理图图7，本专业的技术人员都清楚：

1、所述的开关脉冲发生电路102在启动--吸持--复位的工作周期中，其仅输出单个开关脉冲---启动时域为脉冲占的时域，吸持时域为脉冲空的时域。

2、再结合图12，在t2～t3时域，开关脉冲发生电路102输出的开关脉冲为脉冲占的时域，在此时域中，开关电路203导通；在t3～t4时域，开关脉冲发生电路102输出的开关脉冲为脉冲空的时域，在此时域中，开关电路203关断。

3、电容C11、C12具有滤波及储能作用，只要适当的配置C12，当AC电压为AC220V时，就可使直流电压VD稳定在VD＝220√2≈220×1.414≈311V；若忽略场效应管FET、二极管D5、D6上的微小压降，则相当于直流电压VD≈311V直接施加在励磁电感L上。而传统的交流电磁铁的励磁电源为AC电压，当AC电压为AC220V时，其平均值为220V，比以上所述的VD＝220√2≈220×1.414≈311V小得多，因此，在启动过程中，本发明的电磁吸合力比传统的交流电磁铁大得多。

4、结合图11，在动铁芯M已经与静铁芯G相吸合的吸持时域内，传统的交流电磁铁的励磁电源仍为AC电压，当AC电压在t＝t₀、t＝t₀₁等系列交流“过零点”附近时，励磁电流趋于零，存在动铁芯M离开静铁芯G一小段距离ΔL，尔后又重新吸合的过程，因此，会发出难以避免的交流噪声。

本发明在启动和吸持时域中，AC电压所提供的励磁电流都是经第二电桥电路201、第三电桥电路301整流，滤波及储能电路202滤波后的DC电流，因此运行时寂静无噪声。

5、传统的交流电磁铁在启动、吸持过程中，励磁电源均为AC电压，吸持功率由AC电压及励磁电感L两者决定，此两者既定后，吸持功率也随之既定而无法调整了。为保证启动过程中动铁芯M与静铁芯G的吸合，AC电压输入的功率必须大，会导致吸持过程的吸持功率无谓过大而使线圈L发热甚至烧毁。

本发明的吸持功率由电流i_D1、i₂₁、i₂₂提供，可通过调整吸持过程即t₃～t₄时域中i_D1、i₂₁、i₂₂的值，达到保证可靠吸持同时又高效节电的目的。

6、励磁电源关断瞬间，如果没有续流回路，励磁电感L上将会产生幅值很高的自感电动势e。

传统的交流电磁铁由于未设续流回路，励磁电感L所产生的幅值很高的自感电动势e既会干扰外电路，也会造成励磁电感线圈因匝间击穿而受损，多处匝间击穿后，励磁电感线圈会因此而烧毁。

结合图7，本发明为所述的自感电动势e设立了多条续流回路，其一为：

A2—D12—D11—A1—A2；其二为：A2—D13—D10—A1—A2；其三为：A2—R6(消耗e之能量)—D14—A1—A2。设立了上述续流回路之后，就可避免自感电动势e所造成的危害。

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之实质的替代，都应在本发明的权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一款采用三个电桥电路的交流电磁铁，包括传统交流电磁铁及电子单元两部份，其特征在于：电子单元串接于AC电压输入端口与励磁线圈(L)之间，所述的电子单元由第一电桥电路(101)、开关脉冲发生电路(102)、第二电桥电路(201)、滤波及储能电路(202)、开关电路(203)、第三电桥电路(301)、压敏电阻(MOV)、公共端(E)所组成；其中，所述的第一电桥电路(101)、第二电桥电路(201)、第三电桥电路(301)、压敏电阻(MOV)均与AC电压相连接；第一电桥电路(101)、开关脉冲发生电路(102)、第二电桥电路(201)、滤波及储能电路(202)、开关电路(203)均与公共端(E)相连接；第一电桥电路(101)的输出端(1)与开关脉冲发生电路(102)的输入端(2)相连接；开关脉冲发生电路(102)的输出端(3)与开关电路(203)的第一端(4)相连接；第二电桥电路(201)的输出端(5)与滤波及储能电路(202)的输入端(6)相连接；滤波及储能电路(202)的输出端(7)与第三电桥电路(301)的输入端(8)相连接；第三电桥电路(301)的输出端(9)与开关电路(203)的第二端(10)相连接；

其中，所述第一电桥电路(101)包括第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、稳压二极管(ZD)、第三电容(C3)、第四电容(C4)及输出端(1)；其中，所述的第一电容(C1)一端与AC电压的一端(P2)相连接，另一端与第一二极管(D1)的负极、第三二极管(D3)的正极均相连接；所述的第二电容(C2)一端与AC电压的另一端(P1)相连接，另一端与第二二极管(D2)的负极、第四二极管(D4)的正极均相连接；第三二极管(D3)的负极、第四二极管(D4)的负极、稳压二极管(ZD)的负极、第三电容(C3)的正极、第四电容(C4)的一端均与输出端(1)相连接；第一二极管(D1)的正极、第二二极管(D2)的正极、稳压二极管(ZD)的正极、第三电容(C3)的负极、第四电容(C4)的另一端均与公共端(E)相连接；

具体的，在开关脉冲发生电路(102)输出的开关脉冲为脉冲占的时域，所述的开关电路(203)导通；在开关脉冲发生电路(102)输出的开关脉冲为脉冲空的时域，所述的开关电路(203)关断。

2.根据权利要求1所述的采用三个电桥电路的交流电磁铁，其特征在于：所述的开关脉冲发生电路(102)包括由开关三极管、集成运算放大器或集成时基电路与它们各自的外围器件所组成的开关脉冲发生电路。

3.根据权利要求1所述的采用三个电桥电路的交流电磁铁，其特征在于：所述的开关电路(203)包括由场效应管、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、开关三极管、继电器或接触器所组成的开关电路。

4.根据权利要求1所述的采用三个电桥电路的交流电磁铁，其特征在于：第三电桥电路(301)包括二极管(D11)、二极管(D12)、二极管(D10)、二极管(D13)、二极管(D14)、电容(C21、C41)、电容(C22、C42)、电阻(R6)；二极管(D10)的负极、二极管(D11)的负极、二极管(D14)的负极均与励磁线圈(L)之一端(A1)相连接；二极管(D12)的正极、二极管(D13)的正极、电阻(R6)的一端均与励磁线圈(L)之另一端(A2)相连接；电阻(R6)的另一端与二极管(D14)的正极相连接；AC电压的一端经电容(C21或C41)与二极管(D11)的正极以及二极管(D12)的负极相连接；AC电压的另一端经电容(C22或C42)与二极管(D10)的正极以及二极管(D13)的负极相连接。

5.根据权利要求1或4所述的采用三个电桥电路的交流电磁铁，其特征在于：第二电桥电路(201)的输出端(5)、滤波及储能电路(202)的输入端(6)、滤波及储能电路(202)的输出端(7)、第三电桥电路(301)的输入端(8)均与励磁线圈(L)的一端(A1)相连接；第三电桥电路(301)的输出端(9)、开关电路(203)的第二端(10)均与励磁线圈(L)的另一端(A2)相连接。

6.根据权利要求1或2所述的采用三个电桥电路的交流电磁铁，其特征在于：所述的开关脉冲发生电路(102)在启动—吸持—复位的工作周期中，其仅输出单个开关脉冲—启动时域为脉冲占的时域，吸持时域为脉冲空的时域。

7.根据权利要求1所述的采用三个电桥电路的交流电磁铁，其特征在于：在启动和吸持时域中,AC电压所提供的励磁电流都是经第二电桥电路(201)、第三电桥电路(301)整流，滤波及储能电路(202)滤波后的DC电流。

8.根据权利要求1所述的采用三个电桥电路的交流电磁铁，其特征在于：第二电桥电路(201)有两个输出端，一个输出端直接与公共端(E)相连接；另一输出端(5)则通过电容(C11、C12)后再与公共端(E)相连接。