CN114974799A - 单个脉冲控制的交流电磁铁及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种单个脉冲控制的交流电磁铁及其控制方法，包括传统交流电磁铁及电子单元两部分，传统交流电磁铁包括：励磁线圈(L)、静铁芯(G)、动铁芯(M)和复位弹簧(F)；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；所述的电子单元由单脉冲发生电路(101)、励磁电源(201)、开关电路(301)、公共端(COM)组成；通过将单个脉冲控制的电子单元串接于传统交流电磁铁的AC电压输入端口与励磁线圏(L)之间的方法，以实现高效节电、消除噪声、增强吸合力的目的。

Description

单个脉冲控制的交流电磁铁及其控制方法

技术领域

本发明涉及低圧电器领域，尤其涉及一种工作状态受单个脉冲控制的高效节电的单个脉冲控制的交流电磁铁及其控制方法。

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、交流电磁打桩机、交流电磁充气机、交流磁悬浮列车、导弹夹弹装置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、励磁线圏L组成。当励磁线圏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受励磁线圏L产生的磁力的作用而与静铁芯G吸合；当励磁线圏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：励磁线圏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：励磁线圏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：励磁线圏L断开AC电压，动、静铁芯“复位”分离。

在本说明书中，称“启动”、“吸持”、“复位”三个过程为交流电磁铁的一个工作周期。

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、励磁线圏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”。其之工作过程为：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、励磁线圏L、动铁芯M、复位弹簧F组成的传统“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、励磁线圏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。

所述的传统交流电磁铁由于在启动与吸持过程中，励磁线圏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圏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,甚至会烧毁传统的交流电磁铁的励磁线圏L；

3、存在烦人的交流噪声。

4、AC电压接通后,励磁线圏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,励磁线圏L上会产生高达数千伏的自感电动势，易对外电路产生干扰并会造成励磁线圏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”，设计一款电磁铁的工作状态受单个脉冲控制的电子单元，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圏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

根据本发明的一个方法，本发明提出了一种工作过程受单个脉冲控制的交流电磁铁，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，所述的电子单元由单脉冲发生电路101、励磁电源201、开关电路301、公共端COM组成；其中，所述的单脉冲发生电路101为四端口网络，其之第一端口11与AC电压的P1端相连接、第二端口12与AC电压的P2端相连接、第三端口13与开关电路301的32端口相连接、第四端口14与公共端COM相连接；所述的励磁电源201为五端口网络，其之第一端口21与AC电压的P1端相连接、第二端口22与AC电压的P2端相连接、第三端口23与励磁线圈L的A1端相连接、第四端口24与励磁线圈L的A2端相连接、第五端口25与公共端COM相连接；所述的开关电路301为三端口网络，其之第一端口31与与励磁线圈L的A2端相连接、第二端口32与单脉冲发生电路101的13端口相连接、第三端口33与公共端COM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“单个脉冲控制的交流电磁铁”。

所述的单脉冲发生电路101可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的电路结构：其是一个由集成单脉冲电路IC1及其外围器件第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、电位器W1组成的四端口网络，其中：第一端口11与AC电压的P1端相连接；第一电容C1的一端与第一端口11相连接，另一端与IC1的8脚相连接；第二端口12与AC电压的P2端相连接；第二电容C2的一端与第二端口12相连接，另一端与IC1的7脚相连接；第三电容C3的正端与IC1的3脚相连接、负端与公共端COM相连接；第一电阻R1的一端与IC1的1脚及2脚均相连接，另一端与IC1的3脚相连接；第二电阻R2的一端与IC1的4脚相连接，另一端与IC1的5脚相连接；电位器W1的一端与IC1的3脚相连接，另一端及滑动端均与公共端COM相连接；第三端口13既与IC1的5脚相连接，也与所述的开关电路301第二端口32相连接；IC1的6脚通过第四端口14与公共端COM相连接。

所述的单脉冲发生电路101的一项特征是：在交流电磁铁的一个工作周期内，其仅输出单个脉冲，并且，调节电位器W1就可调节该单个脉冲的脉宽。

所述的励磁电源201为五端口网络，其可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的两种电路结构：

a、其由第一端口21、第二端口22、第三端口23、第四端口24、第五端口25、第一电感L1、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、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7组成；其中，第一电感L1的一端、第一二极管D1的负极、第四二极管D4的正极、第六电容C6的一端均通过第一端口21与AC电压的P1端相连接；第一电感L1的另一端、第二二极管D2的负极、第三二极管D3的正极、第七电容C7的一端均通过第二端口22与AC电压的P2端相连接；第四二极管D4的负极、第三二极管D3的负极、第四电容C4的一端、第五电容C5的正极、第五二极管D5的负极、第六二极管D6的负极、第六电容C6的另一端均通过第三端口23与励磁线圈L的A1端相连接；第七电容C7的另一端、第六二极管D6的正极均通过第四端口24与励磁线圈L的A2端相连接；第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极、第五二极管D5的正极、第四电容C4的另一端、第五电容C5的负极均通过第五端口25与公共端COM相连接。

所述的励磁电源201的一项特征是：第六二极管D6具有双重作用，其一，构成了第七电容C7的放电回路，其二，构成了励磁线圈L的续流回路；

所述的励磁电源201的第二项特征是：其使励磁电感L起到了既产生磁力又提供吸持电流的双重作用；

所述的励磁电源201的第三项特征是：通过调配第一电感L1的电感量，可以提升AC电压输入端的功率因素。

b、本电路在所述的a电路的基础上，省略了第六电容C6、第七电容C7、第一电感L1，成为一款新结构的电路，其由第一端口21、第二端口22、第三端口23、第四端口24、第五端口25、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、第四电容C4、第五电容C5组成；其中，第一二极管D1的负极、第四二极管D4的正极均通过第一端口21与AC电压的P1端相连接；第二二极管D2的负极、第三二极管D3的正极均通过第二端口22与AC电压的P2端相连接；第四二极管D4的负极、第三二极管D3的负极、第四电容C4的一端、第五电容C5的正极、第五二极管D5的负极、第六二极管D6的负极均通过第三端口23与励磁线圈L的A1端相连接；第六二极管D6的正极通过第四端口24与励磁线圈L的A2端相连接；第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极、第五二极管D5的正极、第四电容C4的另一端、第五电容C5的负极均通过第五端口25与公共端COM相连接。

所述的开关电路301为三端口网络，其可以采用多种电路结构，本发明优选了以下的电路结构：其由第一端口31、第二端口32、第三端口33、第一瞬态电压抑止二极管TVS1、场效应管FET组成，其中，第一瞬态电压抑止二极管TVS1的负极、场效应管FET的D极均通过第一端口31与励磁线圈L的A2端相连接；场效应管FET的G极通过第二端口32与所述的单脉冲发生电路101的第三端口13相连接；场效应管FET的S极、第一瞬态电压抑止二极管TVS1的正极均通过第三端口33与公共端COM相连接。

根据本发明的另一个方面，本发明提出了一种单个脉冲控制的交流电磁铁的控制方法，所述控制方法包括单个脉冲控制的交流电磁铁的启动、吸持、复位三个过程；

所述启动过程为：在t1～t2时域内，t1时刻，AC电压接通后；集成单脉冲电路(IC1)的第五引脚(5)输出高电平并施加在场效应管FET的栅极(G)，场效应管(FET)导通；励磁线圈(L)上产生启动电流以驱动动铁芯(M)与静铁芯(G)吸合，完成启动过程；

所述吸持过程为：在t2～t3时域,集成单脉冲电路(IC1)的第五引脚(5)输出低电平,场效应管(FET)关断，执行如下步骤完成吸持过程：

步骤1：当AC电压的P2端为低电平、P1端为高电平的AC电压正半周时，第七电容(C7)充电；

步骤2：当AC电压的P2端为高电平、P1端为低电平的AC电压负半周时，第七电容(C7)放电、第六电容(C6)充电；

步骤3：当AC电压再次进入P2端为低电平、P1端为高电平的AC电压处于正半周时，第六电容(C6)放电、第七电容(C7)再次充电；

所述复位过程为：在t3时刻，AC电压关断，完成复位。

根据本发明的再一个方面，本发明提出了一种单个脉冲控制的交流电磁铁的控制方法，所述控制方法包括单个脉冲控制的交流电磁铁的启动、复位两个过程；

所述启动过程为：在t1～t2时域内，t1时刻，AC电压接通后；集成单脉冲电路(IC1)的第五引脚(5)输出高电平并施加在场效应管FET的栅极(G)，场效应管(FET)导通；励磁线圈(L)上流过启动电流从而产生磁力以驱动动铁芯(M)与静铁芯(G)吸合，完成启动过程；

所述复位过程为：在t2时刻，AC电压关断，完成复位。

应用本发明,可以取得以下的有益效果：

1、使励磁电感L起到了既产生磁力又提供吸持电流的双重作用。

2、高效节电：以图2的电磁阀为例，应用本发明后，节电效率高达99.2％。

3、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。

4、寂静无噪：应用本发明之后，图7中，流入励磁电感L中的启动电流iD1、吸持电流iD2、i6、iL都是方向相同的直流电流，因此,电磁铁运行时寂静无噪声。

5、可以在工作现场方便、快捷地调整电磁铁的行程长度：本发明在单脉冲发生电路101中设有电位器W1,通过调整电位器W1，就可调整控制脉冲的脉宽PW,从而达到调整电磁铁行程长度的目的。此项有益效果，为需要在工作现场频繁调整行程长度的电磁冲床、电磁钢筋切断机、交流电磁打桩机、电磁钉枪等电磁器械带来了极大的方便。

6、在AC电压的输入端并接了电感L1，提高了本发明的功率因素。

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为单脉冲发生电路输出的脉冲波形及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。

一款工作过程受单个脉冲控制的交流电磁铁，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，所述的电子单元由单脉冲发生电路101、励磁电源201、开关电路301、公共端COM组成；其中，所述的单脉冲发生电路101为四端口网络，其之第一端口11与AC电压的P1端相连接、第二端口12与AC电压的P2端相连接、第三端口13与开关电路301的32端口相连接、第四端口14与公共端COM相连接；所述的励磁电源201为五端口网络，其之第一端口21与AC电压的P1端相连接、第二端口22与AC电压的P2端相连接、第三端口23与励磁线圈L的A1端相连接、第四端口24与励磁线圈L的A2端相连接、第五端口25与公共端COM相连接；所述的开关电路301为三端口网络，其之第一端口31与与励磁线圈L的A2端相连接、第二端口32与单脉冲发生电路101的13端口相连接、第三端口33与公共端COM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“单个脉冲控制的交流电磁铁”。

再结合实施例1的电路原理图图7，在本实施例1中：

单脉冲发生电路101是一个由集成单脉冲电路IC1及其外围器件第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、电位器W1组成的四端口网络，其中：第一端口11与AC电压的P1端相连接；第一电容C1的一端与第一端口11相连接，另一端与IC1的8脚相连接；第二端口12与AC电压的P2端相连接；第二电容C2的一端与第二端口12相连接，另一端与IC1的7脚相连接；第三电容C3的正端与IC1的3脚相连接、负端与公共端COM相连接；第一电阻R1的一端与IC1的1脚及2脚均相连接，另一端与IC1的3脚相连接；第二电阻R2的一端与IC1的4脚相连接，另一端与IC1的5脚相连接；电位器W1的一端与IC1的3脚相连接，另一端及滑动端均与公共端COM相连接；第三端口13既与IC1的5脚相连接，也与所述的开关电路301第二端口32相连接；IC1的6脚通过第四端口14与公共端COM相连接。

励磁电源201为五端口网络，其由第一端口21、第二端口22、第三端口23、第四端口24、第五端口25、第一电感L1、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、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7组成；其中，第一电感L1的一端、第一二极管D1的负极、第四二极管D4的正极、第六电容C6的一端均通过第一端口21与AC电压的P1端相连接；第一电感L1的另一端、第二二极管D2的负极、第三二极管D3的正极、第七电容C7的一端均通过第二端口22与AC电压的P2端相连接；第四二极管D4的负极、第三二极管D3的负极、第四电容C4的一端、第五电容C5的正极、第五二极管D5的负极、第六二极管D6的负极、第六电容C6的另一端均通过第三端口23与励磁线圈L的A1端相连接；第七电容C7的另一端、第六二极管D6的正极均通过第四端口24与励磁线圈L的A2端相连接；第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极、第五二极管D5的正极、第四电容C4的另一端、第五电容C5的负极均通过第五端口25与公共端COM相连接。

开关电路301为三端口网络，其由第一端口31、第二端口32、第三端口33、第一瞬态电压抑止二极管TVS1、场效应管FET组成，其中，第一瞬态电压抑止二极管TVS1的负极、场效应管FET的D极均通过第一端口31与励磁线圈L的A2端相连接；场效应管FET的G极通过第二端口32与所述的单脉冲发生电路101的第三端口13相连接；场效应管FET的S极、第一瞬态电压抑止二极管TVS1的正极均通过第三端口33与公共端COM相连接。

现在结合附图，说明本实施例1的工作过程。

本实施例1的工作分为启动、吸持、复位三个过程：

1、启动过程：

结合图7、图9，t＝t1时,AC电压接通。

在t1～t2时域，集成单脉冲电路IC1的5脚输出高电平并施加在场效应管FET的G极，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iD1沿着P1—D4—23端口--A1—A2—24端口--FET--公共端C0M—D2—P2的路径流通；

在P2端为高电平、P1端为低电平的AC电压负半周，启动电流iD1沿着P2—D3—23端口--A1—A2—24端口--FET--公共端C0M—D1—P1的路径流通。

在t1～t2时域，由于励磁线圈L上有启动电流iD1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，本实施例完成启动过程。

结合图5，若将图5的交流电磁铁用作电磁冲床，行程长度SI就成为非常重要的参数了。冲制小工件时,行程长度SI则应短,例如只须5mm,但冲制大工件时,行程长度SI则要求长,例如必须50mm。

所述的行程长度SI有两种不同的概念，其一为机械行程长度SI，可以用机械的方法调整动铁芯、静铁芯之间的距离,实现所需要的行程长度SI；其二为电子行程长度SI，何谓电子行程长度SI？结合图7，图9，若忽略动铁芯的惯性,则电子行程长度SI就是t＝t1时动铁芯开始起动,至t＝t2时启动终止，动铁芯的运动距离。该运动距离受控制脉冲的脉宽PW控制，脉宽PW越宽,电子行程长度SI越长(以下简称电子行程长度SI为行程长度SI)。

结合图7，本实施例1的单脉冲发生电路101中设有电位器W1,通过调整电位器W1，就可调整控制脉冲的脉宽PW,从而达到调整行程长度SI的目的。

简言之,调整电位器W1，即可调整行程长度SI,是本实施例1的一项技术特征。

本实施例1的此项技术特征，是极具实用性的特征，除了以上所述的电磁冲床，图4所表示的推拉电磁铁，按图5原理制作的电磁钢筋切断机、电磁打桩机等电磁器械，都必须在工作现场调整所述的行程长度SI，否则这些电磁器械将无法正常工作。本实施例1的此项技术特征，恰好提供了此便利。

本专业的技术人员都清楚：在t1～t2时域,第六电容C6、第七电容C7也参与了启动过程，但它们所起的作用甚微,可忽略不计，但在以下将阐述的吸持过程中,所述的第六电容C6、第七电容C7将起重要作用,将作为“主角”登场。

2、吸持过程：

再结合图7、图9，在t2～t3时域,集成单脉冲电路IC1的5脚输出低电平,场效应管FET关断，启动电流iD1＝0

在此t2～t3时域,本实施例1按下述步骤运行：

(1)、电容C7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，吸持电流iD2沿着P1—D4--23端口--A1—励磁电感L(储能)—A2—24端口—C7(充电)—P2的路径流通。电容C7充电，同时，由于吸持电流iD2流过励磁电感L,其充电储能。

在此时段，由于吸持电流iD2的流通路径中存在电容C7，所以，所述的吸持电流iD2比启动电流iD1小得多。也就是说：本实施例1的吸持功率远小于启动功率。

(2)、电容C7放电、C6充电时段：在P2端为高电平、P1端为低电平的AC电压负半周：

(a)、当V7电压值大于0.7V，即二极管D3因反向偏置而截止时，电容C7放电，电流i7以P2—C7(放电)—D6--23端口—C6(充电)—P1的路径流通。

(b)、随着C7持续放电，V7的电压持续降低，当V7电压值小于0.7V时，二极管D3导通，电流iD2以P2—D3--23端口—C6(继续充电)—P1的路径流通。

(c)、前已述，在P2端为低电平、P1端为高电平的AC电压正半周，即电容C7充电时段，吸持电流iD2流过励磁电感L,其充电储能；在P2端为高电平、P1端为低电平的AC电压负半周，即电容C6充电时段，励磁电感L的续流电流iL通过A1―励磁电感L(释能)―A2―二极管D6―A1的路径续流。

(3)、电容C6放电、C7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：

(d)、V6电压大于0.7V，即二极管D4反向偏置而截止时，电容C6放电，电流i6以P1—C6(放电)--23端口—A1—励磁电感L(储能)—A2—24端口—C7(充电)—P2的路径流通。

(e)、随着C6持续放电，电压V6持续降低，当V6电压值小于0.7V时，二极管D4导通，电流iD2以P1—D4--23端口—A1—励磁电感L(继续储能)—A2—24端口—C7(继续充电)—P2的路径流通。

本实施例1按上述程序运行,就完成了吸持过程。仔细调整第六电容C6、第七电容C7的值，就可实现在最小的吸持功率下达到可靠吸持的最佳效果，即可以达到高效节电的目的。

本实施例1高效节电的原理是：结合图2、图9，以图2的电磁阀为例：传统电磁阀的启动时间约为0.1S,本实施例1的启动时间即t1～t2时域所占的时间PW小于0.03S，因两者的启动时间均极短，所以传统电磁阀和本实施例1在启动过程中的耗电均可忽略不计。

电磁阀启动之后便进入吸持过程中，吸持时域t2～t3的时长，短的以秒计，长的以小时计，所以,电磁阀主要在t2～t3吸持时域内耗电。以图2的电磁阀为例，传统电磁阀的吸持功率实测为60.3W,应用本实施例1之后,吸持功率实测降为0.5W。两者相对照，本实施例1的节电效率高达99.2％。

高效节电之后，带来的优点之一是：励磁线圈L的温升趋于0。

综上所述,在吸持过程中，本实施例1呈现了以下的技术特征：

其一、在AC电压正半周，励磁电感L充电储能；在AC电压负半周，励磁电感L的续流电流iL的方向与吸持电流iD2的方向相同，可将其视为AC电压负半周时的吸持电流；

其二、在AC电压正半周，吸持电流为iD2与i6,在AC电压负半周，吸持电流转变为励磁电感L的续流电流iL；简言之：在AC电压正半周,吸持过程靠吸持电流iD2与i6维持，在AC电压负半周,吸持过程靠励磁电感L的续流电流iL维持；

其三、在AC电压正半周，励磁电感L是励磁电源201的负载,其储能；在AC电压负半周，励磁电感L释能,转变为吸持电流iL的电流源。本发明合理的设计,使励磁电感L起到了既产生磁力又提供吸持电流的双重作用；

其四、第六二极管D6具有双重作用：a、构成了第七电容C7的放电回路；b，构成了励磁线圈L之续流电流iL的续流回路。在本发明中，所述的第六二极管D6采用超快恢复二极管。

D6采用超快速恢复二极管是因为：

1、电感线圈，例如本发明中的励磁线圏(L)，在关断时所产生的自感电流危害极大，历来是令人困扰的头痛问题；

2、为解决高压脉冲电源在脉冲上升沿与脉冲下降沿所产生的自感电动势的危害本发明仅用一只超快恢复二极管D6,达到了以下的有益效果：

a、实现励磁线圏(L)的“角色”转换：在AC电压正半周时，励磁电源201向其提供吸持电流，其是励磁电源201的负载；在AC电压负半周时，其之续流电流等效于吸持电流，其转变为“吸持电流的电流源”，因此，励磁线圈L的自感电流就“变废为宝”转变为吸持电流iL；因此在AC电压负半周时，所述的励磁线圏(L)经本发明的创新设计,其由仅励磁产生磁力转变为既励磁又产生吸持电流iL的双重作用。

结合图7，在吸持过程中，由于第六电容C6、第七电容C7的参与，AC电压输入端呈容性输入阻抗，功率因素较低。为了提高所述的功率因素,本实施例1在励磁电源201的第一端口21、第二端口22之间并接了第一电感L1。通过调配第一电感L1,就可达到提升AC电压输入端的功率因素之目的。

简言之：在AC电压输入端并接第一电感L1，是本实施例1的一项技术特征。

综上所述可知：本实施例1中：流入励磁电感L中的启动电流iD1、吸持电流iD2、i6、iL都是方向相同的直流电流，因此,电磁铁运行时寂静无噪声。

3、复位过程：

t＝t3时，AC电压关断，本实施例1复位。

再结合图7，AC电压关断后，励磁电感L通过A1―励磁电感L―A2―二极管D6―A1的路径续流。由于第六二极管D6构成了励磁电感L的续流回路,就可防止励磁电感L在AC电压关断瞬间产生高电压的自感电动势。其中，二极管D6为超快恢复二极管。相对于现有的采用整流桥式的续流结构，整流桥式续流结构由于结构复杂，其惰性大；而采用单个超快恢复二极管D6进行续流，超快恢复二极管响应速度快，其惰性要比现有技术小得多。

t＝t4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。

图8为实施例2的电路原理图，与实施例1相比较，其之单脉冲发生电路101、开关电路301均与实施例1相同，该两电路的工作过程也与实施例1相同；但其之励磁电源201的电路与实施例1的不相同，实施例2的励磁电源201在实施例1的励磁电源201的基础上，省略了第六电容C6、第七电容C7、第一电感L1，成为一款新结构的电路即图8表示的电路。由于实施例2省略了第六电容C6、第七电容C7，因此其无吸持过程，仅能完成启动、复位两个工作过程。

本实施例2适宜于在不需要吸持过程的交流电磁铁，例如图4表示的推拉电磁铁中应用。

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)

1.一种单个脉冲控制的交流电磁铁，包括传统交流电磁铁及电子单元两部分，其特征在于：所述的传统交流电磁铁包括：励磁线圈(L)、静铁芯(G)、动铁芯(M)和复位弹簧(F)；

所述电子单元串接于AC电压输入端口与传统交流电磁铁的励磁线圈(L)之间；所述的电子单元由单脉冲发生电路(101)、励磁电源(201)、开关电路(301)、公共端(COM)组成；

其中，所述的单脉冲发生电路(101)为四端口网络，其第一端口(11)与AC电压的P1端相连接、第二端口(12)与AC电压的P2端相连接、第三端口(13)与开关电路(301)的第二端口(32)相连接、第四端口(14)与公共端(COM)相连接；

所述的励磁电源(201)为五端口网络，其第一端口(21)与AC电压的P1端相连接、第二端口(22)与AC电压的P2端相连接、第三端口(23)与励磁线圈(L)的A1端相连接、第四端口(24)与励磁线圈(L)的A2端相连接、第五端口(25)与公共端(COM)相连接；

所述的开关电路(301)为三端口网络，其第一端口(31)与励磁线圈(L)的A2端相连接、第二端口(32)与单脉冲发生电路(101)的第三端口(13)相连接、开关电路(301)的第三端口(33)与公共端(COM)相连接。

2.根据权利要求1所述的单个脉冲控制的交流电磁铁，其特征在于：所述单脉冲发生电路(101)是由集成单脉冲电路(IC1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、电位器(W1)组成的四端口网络，其中：所述单脉冲发生电路(101)的第一端口(11)与AC电压的P1端相连接；第一电容(C1)的一端与所述的第一端口(11)相连接，另一端与集成单脉冲电路(IC1)的第八引脚(8)相连接；所述单脉冲发生电路(101)的第二端口(12)与AC电压的P2端相连接；第二电容(C2)的一端与所述单脉冲发生电路(101)的第二端口(12)相连接，另一端与集成单脉冲电路(IC1)的第七引脚(7)相连接；第三电容(C3)的正端与集成单脉冲电路(IC1)的第三引脚(3)相连接、负端与公共端(COM)相连接；第一电阻(R1)的一端与集成单脉冲电路(IC1)的第一引脚(1)及第二引脚(2)均相连接，另一端与集成单脉冲电路(IC1)的第三引脚(3)相连接；第二电阻(R2)的一端与集成单脉冲电路(IC1)的第四引脚(4)相连接，另一端与集成单脉冲电路(IC1)的第五引脚(5)相连接；电位器(W1)的一端与集成单脉冲电路(IC1)的第三引脚(3)相连接，另一端及滑动端均与公共端(COM)相连接；单脉冲发生电路(101)的第三端口(13)既与集成单脉冲电路(IC1)的第五引脚(5)相连接，也与所述的开关电路(301)的第二端口(32)相连接；集成单脉冲电路(IC1)的第六引脚(6)通过单脉冲发生电路(101)的第四端口(14)与公共端(COM)相连接。

3.根据权利要求2所述的单个脉冲控制的交流电磁铁，其特征在于：所述开关电路(301)为三端口网络，其由第一端口(31)、第二端口(32)、第三端口(33)、第一瞬态电压抑止二极管(TVS1)、场效应管(FET)组成，其中，第一瞬态电压抑止二极管(TVS1)的负极、场效应管(FET)的漏极(D)极均通过开关电路(301)的第一端口(31)与励磁线圈(L)的A2端相连接；场效应管(FET)的栅极(G)极通过开关电路(301)的第二端口(32)与所述的单脉冲发生电路(101)的第三端口(13)相连接；场效应管(FET)的源极(S)极、第一瞬态电压抑止二极管(TVS1)的正极均通过开关电路(301)的第三端口(33)与公共端(COM)相连接。

4.根据权利要求3所述的单个脉冲控制的交流电磁铁，其特征在于：所述的励磁电源(201)由第一端口(21)、第二端口(22)、第三端口(23)、第四端口(24)、第五端口(25)、第一电感(L1)、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)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)组成；

其中，第一电感(L1)的一端、第一二极管(D1)的负极、第四二极管(D4)的正极、第六电容(C6)的一端均通过励磁电源(201)的第一端口(21)与AC电压的P1端相连接；第一电感(L1)的另一端、第二二极管(D2)的负极、第三二极管(D3)的正极、第七电容(C7)的一端均通过励磁电源(201)的第二端口(22)与AC电压的P2端相连接；第四二极管(D4)的负极、第三二极管(D3)的负极、第四电容(C4)的一端、第五电容(C5)的正极、第五二极管(D5)的负极、第六二极管(D6)的负极、第六电容(C6)的另一端均通过励磁电源(201)的第三端口(23)与励磁线圈(L)的A1端相连接；第七电容(C7)的另一端、第六二极管(D6)的正极均通过励磁电源(201)的第四端口(24)与励磁线圈(L)的A2端相连接；第一二极管(D1)的正极、第二二极管(D2)的正极、第五二极管(D5)的正极、第四电容(C4)的另一端、第五电容(C5)的负极均通过励磁电源(201)的第五端口(25)与公共端(COM)相连接。

5.根据权利要求3所述的单个脉冲控制的交流电磁铁，其特征在于：所述的励磁电源(201)由第一端口(21)、第二端口(22)、第三端口(23)、第四端口(24)、第五端口(25)、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)、第四电容(C4)、第五电容(C5)组成；

其中，第一二极管(D1)的负极、第四二极管(D4)的正极均通过励磁电源(201)的第一端口(21)与AC电压的P1端相连接；第二二极管(D2)的负极、第三二极管(D3)的正极均通过励磁电源(201)的第二端口(22)与AC电压的P2端相连接；第四二极管(D4)的负极、第三二极管(D3)的负极、第四电容(C4)的一端、第五电容(C5)的正极、第五二极管(D5)的负极、第六二极管(D6)的负极均通过励磁电源(201)的第三端口(23)与励磁线圈(L)的A1端相连接；第六二极管(D6)的正极通过励磁电源(201)的第四端口(24)与励磁线圈(L)的A2端相连接；第一二极管(D1)的正极、第二二极管(D2)的正极、第五二极管(D5)的正极、第四电容(C4)的另一端、第五电容(C5)的负极均通过励磁电源(201)的第五端口(25)与公共端(COM)相连接。

6.根据权利要求4或5所述的单个脉冲控制的交流电磁铁，其特征在于：其中，所述第六二极管(D6)为超快恢复二极管。

7.一种单个脉冲控制的交流电磁铁的控制方法，包括如权利要求4所述的单个脉冲控制的交流电磁铁；其特征在于：所述的控制方法包括单个脉冲控制的交流电磁铁的启动、吸持、复位三个过程；

所述启动过程为：在t1～t2时域内，t1时刻，AC电压接通后；集成单脉冲电路(IC1)的第五引脚(5)输出高电平并施加在场效应管FET的栅极(G)，场效应管(FET)导通；励磁线圈(L)上流过启动电流并产生磁力，从而驱动动铁芯(M)与静铁芯(G)吸合，完成启动过程；

所述吸持过程为：在t2～t3时域,集成单脉冲电路(IC1)的第五引脚(5)输出低电平,场效应管(FET)关断，执行如下步骤完成吸持过程：

步骤1：当AC电压的P2端为低电平、P1端为高电平的AC电压正半周时，第七电容(C7)充电；

步骤2：当AC电压的P2端为高电平、P1端为低电平的AC电压负半周时，第七电容(C7)放电、第六电容(C6)充电；

步骤3：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，第六电容(C6)放电、第七电容(C7)再次充电；

所述复位过程为：在t3时刻，AC电压关断，完成复位。

8.一种单个脉冲控制的交流电磁铁的控制方法，包括如权利要求5所述的单个脉冲控制的交流电磁铁，其特征在于：所述控制方法包括单个脉冲控制的交流电磁铁的启动、复位两个过程；

所述启动过程为：在t1～t2时域内，t1时刻，AC电压接通后；集成单脉冲电路(IC1)的第五引脚(5)输出高电平并施加在场效应管FET的栅极(G)，场效应管(FET)导通；励磁线圈(L)上流过启动电流并产生磁力，从而驱动动铁芯(M)与静铁芯(G)吸合，完成启动过程；

所述复位过程为：在t2时刻，AC电压关断，完成复位。

Images