CN1312717C - 永磁式双稳态接触器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁式双稳态接触器的改进，属于开关控制器件技术领域。该接触器主要由外磁轭、线圈、衔铁、永磁体以及脉冲励磁电路组成，其中脉冲励磁电路包括整流电路、触发电路、充放电电路，正反向脉冲励磁回路。其改进之处是，所述脉冲励磁电路还包括取样电路和放大电路，所述整流电路的输出接取样电路，所述取样电路的输出接放大电路三极管的基极，所述放大电路跨接在反向励磁可控硅的负极和触发极之间，所述反向励磁可控硅的输出通过充放电电路的电容和线圈构成反向励磁回路。本发明与现有同类产品相比，可以实现在允许的电压波动范围稳定控制分闸与合闸，并且显著提高了可靠性、稳定性以及磁能利用率，更适合国情，可以推广应用。

Description

永磁式双稳态接触器

技本领域

本发明涉及一种永磁式接触器，尤其是一种永磁式接触器的控制装置改进，属于交直流接触器、继电器、高低压断路器类电路开关控制器件技术领域。

背景技术

永磁式双稳态接触器由于具有故障源少、噪音小、操作能耗低等显著优点，近年来受到普遍关注。其典型结构为：在磁轭构成的壳架中安装永磁体和电磁线圈，线圈中安置可在两个稳定位置间运动的衔铁，通过脉冲励磁电路对可控硅控制电容的充放电，使在电磁线圈上产生正、反电脉冲，进而分别产生与永久磁铁同向或反向的磁场时，衔铁将分别运动到两稳定位置，从而带动执行构件实现所需的电路分、合控制。检索发现，专利号为982329792、名称为《永磁操动机构》的中国专利，以及专利号为992211204、名称为《一种永磁开关操作机构分合闸电源》的中国专利从不同侧面公开了以上内容。

然而，虽然永磁式双稳态接触器理论上具有诸多优点，但据申请人了解，至今未见实际应用。仔细研究分析可以发现，现有技术方案同时或分别存在以下两方面的主要问题：

一是操动机构通常含有两块彼此具有对抗作用的永久磁铁，不仅结构复杂，而且衔铁的结构设计以及与永磁体的衔接关系不够科学，聚磁效果差，使用时的稳定性、可靠性不够理想；永磁体在吸合时直接受到冲击力作用，容易碎裂；漏磁严重，容易吸拾外部铁磁物质。

更主要的是，典型的脉冲励磁电路主要由整流电路、压敏电阻构成的触发电路、电磁线圈与电容串联构成的充放电电路、以及相互钳位的可控硅正向和反向脉冲励磁回路组成，由于没有正、反向脉冲励磁回路的电压波动范围控制环节，因此供电电压略有波动，操动机构便会动作，频繁分闸、合闸，不适合国情，无法普及应用；此外，电路中缺少保护，因此可靠性及抗干扰能力较差，当执行构件的分、合操作频率略快或者电子元件的特性参数略微发生变化时，容易导致两可控硅瞬间同时导通，造成短路烧毁整个线路。

发明内容

本发明的首要目的在于：针对以上现有技术存在的缺陷，提出一种可以根据需要，在允许的电压波动范围内可稳定控制分闸与合闸，正、反电脉冲可控硅可靠互锁的永磁式双稳态接触器，从而为其得到切实推广应用扫平障碍。

本发明的进一步目的在于：提出一种结构紧凑、聚磁效果好的永磁式双稳态接触器。

为了达到以上首要目的，本发明的永磁式双稳态接触器主要由外磁轭、安装在其中的线圈、位于线圈孔中的衔铁、固定在外磁轭内的永磁体以及脉冲励磁电路组成，其中脉冲励磁电路包括整流电路、第一压敏电阻触发电路、线圈电容串联充放电电路、以及可控硅正反向脉冲励磁回路，所述整流电路的输出接触发电路，所述触发电路跨接在正向励磁可控硅的正极和触发极之间，所述正向励磁可控硅的输出通过充放电电路的线圈和电容构成正向励磁回路，其改进之处是，所述脉冲励磁电路还包括第二压敏电阻取样电路和三极管放大电路，所述第二压敏电阻的标定电压小于第一压敏电阻，所述整流电路的输出接取样电路，所述取样电路的输出接放大电路三极管的基极，所述放大电路跨接在反向励磁可控硅的负极和触发极之间，所述反向励磁可控硅的输出通过充放电电路的电容和线圈构成反向励磁回路。

以上进一步的改进是所述衔铁呈T形，活插在线圈孔中，至少一个稳态位置T形衔铁与永磁体吸合，并通过外磁轭构成封闭磁回路。

工作中，当电源电压超过触发电路第一压敏电阻的标定电压时，正向励磁可控硅导通，线圈充电励磁，T形衔铁工作到与永磁体吸合位置，并通过外磁轭构成封闭磁回路，实现所需的电路合闸控制，电容充满后，触发电路失压，正向励磁可控硅截止，停止充电励磁，此时取样电路必然使放大电路导通，从而确保反向励磁可控硅截止，此后即使电源电压在一定范围波动，封闭磁回路也能保持T形衔铁的稳态合闸；当电源电压低于预定值或断电时，取样电路方使放大电路截止，从而使反向励磁可控硅导通，电容放电使线圈反向励磁，T形衔铁运动到另一稳态位置，实现所需的电路分闸控制，此时反正向励磁可控硅必然截止。

上述本发明对现有技术实施的改进，首先，借助取样电路控制的三极管钳位反向励磁可控硅，并巧妙利用第一和第二压敏电阻的差值，因此不仅确保了在执行构件分、合操作中正、反电脉冲的可控硅不会同时导通，而且实现了在允许的电压波动范围稳定控制分闸与合闸，保证了脉冲励磁电路的可靠性及抗干扰能力；其次，通过衔铁、磁轭结构以及运动位置关系的改变，简化了结构，大大提高了磁能利用率，避免了漏磁，保证了操动机构合闸控制位置状态的稳定可靠。因此，取得了理想的改进效果，与现有同类产品相比，可靠性、稳定性显著提高，更适合国情，可以推广应用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1本发明实施例一的操动机构结构示意图。

图2为图1实施例的脉冲励磁电路原理图。

图3为本发明实施例二的操动机构结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例永磁式双稳态接触器的操动机构见参见图1，主要由上磁轭7、侧磁轭3、下磁轭1、线圈2、内磁轭5、永磁体4、T型衔铁6、以及操动杆8组成。上磁轭7、侧磁轭3和下磁轭1相互固连构成一可以形成磁回路的外磁轭。线圈2安装在外磁轭中，上面固定内磁轭5，永磁体4固定在内磁轭5与侧磁轭3之间。内磁轭5用以与T型衔铁6衔接的上端面制成小径向下的坡口内凹面9，该坡口的锥角2α为100°～110°。T型衔铁6插在内磁轭5和电磁线圈2(L)的中心孔中，操动杆8与T型衔铁6顶部固连。下磁轭1上制有一与T型衔铁6芯底部相适配的凸台10。

本实施例的脉冲励磁电路如图2所示，四只二极管D1-D4组成桥式整流电路，整流电路的输出接限流电阻R13与压敏电阻YR1串联构成的触发电路，该触发电路跨接在正向励磁可控硅DG1的正极和触发极之间，该可控硅DG1的输出与串联的线圈L和充放电电容C4、C5构成正向励磁回路。此外，整流电路的输出还接按序串联的压敏电阻YR2、二极管D9、电阻R14构成的取样电路(YR2的标定值小于YR1)，该取样电路的输出接放大电路三极管Q1的基极，该三极管Q1的集电极和发射极跨接在反向励磁可控硅DG2的触发极和负极之间，串联的充放电电容C4、C5和线圈L通过二极管D7、电阻R4、二极管D8以及电阻R5、R6与反向励磁可控硅DG2构成反向励磁回路。

此外，以上电路还具有如下特点：

1、取样电路输入端与地之间接串联电阻R1、R2构成的吸收电网干扰杂波电路，用于吸收电网干扰杂波，从而增强整个电路的抗干扰能力；

2、在正向励磁可控硅DG1的负极和触发极之间接二极管D6、D7，因此在电容放电反向励磁时，可以在正向励磁可控硅DG1因其负极和触发极之间有一反偏电压而进一步保证截止；

3、线圈L两端并联第三压敏电阻YR3，可以防止因正向励磁可控硅DG1快速截止而产生在线圈两端的过电压损坏电子元件；

4、在充放电电容C4、C5旁各并联一只电阻R11、R12，以避免电容均压不等而导致其中之一过电压；

5、正向励磁可控硅DG1与线圈L旁并联阻值较大的电阻R3，可以弥补损耗，保持电容C4、C5具有足够的放电电压。

工作中，当控制电压高于预定值(例如为150V)时，YR1被击穿，触发电流从图2中A→D5→R13→YR1→DG1触发极，使正向励磁可控硅DG1导通，正向励磁电流通过A点→D6→L→C4→C5→B点，结果脉冲励磁电路将图1中线圈2加正向励磁电流，T型衔铁6下端的磁场极性为S极，由于在其下端的永磁体2上端磁极为N极的，因此两者互相吸引，T型衔铁6受磁力作用向下运动，直至T型衔铁6下端面与下磁轭1凸台10上端面相接触，此后DG1因C4、C5充满电而快速截止，由永磁体4的N极→侧磁轭3→下磁轭1→T型衔铁6→内磁轭5→永磁体4的S极构成了一闭合磁路，从而保持稳定的吸合状态，受操动杆8的作用，接触器的动触头支架保持处于吸合位置。以上过程中，由于YR2先击穿，因此通过三极管Q1保证反向励磁可控硅DG2可靠截止。

当控制电压低于标定值(例如为100V)或为零时，YR2不击穿，Q1因无基极电流而迅速进入截止状态，C4、C5两端电压加到DG2上，使反向励磁可控硅DG2导通，反向励磁电流从图2中C4→L→D7→D8→R5→R6→DG2→C5→C4，向图1中线圈2加反向脉冲电流，使T型衔铁6下端的磁场极性为N极，由于与其下端相接触的下磁轭1凸台10上端面上的磁场极性也为N极，因此，两者相互排斥，T型衔铁6受磁力推动向上运动、直至T型衔铁6上端部与上磁轭7相接触。此时，由永磁体4的N极→侧磁轭3→上磁轭7→T型衔铁6→内磁轭5→永磁体4的S极形成闭合磁路，从而形成分断时的稳定状态，受操动杆8的作用，接触器的动触头支架保持处于分断位置。以上过程中，正向励磁可控硅DG1始终保持截止状态。

本实施例用一块永磁体与外磁轭巧妙构成两个稳定状态的闭合磁路，结构简单紧凑，聚磁效果很好，工作稳定可靠，具有明显的节能效果。

实施例二

本实施例永磁式双稳态接触器的脉冲励磁电路与实施例一类似。其操动机构如图3所示，由上磁轭7、侧磁轭3、下磁轭1，骨架线圈2、T型衔铁6、永磁体和分闸弹簧11组成。上磁轭7、侧磁轭3和下磁轭1相互固连构成形成磁回路的外磁轭，骨架线圈2安装在外磁轭内，T型衔铁6插在骨架线圈2中，分闸弹簧11为塔形弹簧，套装在T型衔铁6颈根部位，其两端分别与T型衔铁6上部的下侧面和骨架线圈2的上端面衔接。永磁体4同T型衔铁6的芯底相适配，并固定在下磁轭1上，成伸入线圈2的凸台状。

从分断状态到吸合时，脉冲励磁电路向线圈2加反向励磁电流，使T型衔铁6下端的磁场极性为S极，由于在其下端的永磁体4上端磁极为N极，因此两者互相吸引，T型衔铁6受磁力作用并同时克服分闸弹簧11的推力向下运动，直至芯底面与永磁体4上端面相接触。此时接触器的动触头支架处在吸合位置；由永磁体4的N极→T型衔铁6→上磁轭7→侧磁轭3→下磁轭1→永磁体4的S极构成了一闭合磁路，即使励磁电流消失后，也能克服分闸弹簧7的作用力，保持稳定的吸合状态。

从吸合状态到分断状态时，脉冲励磁电路向线圈2加反向励磁电流，使T型衔铁6下端的磁场极性为N极，由于与其下端相接触的永磁体4上的磁场极性也为N极，因此两者相互排斥，T型衔铁6受磁力并同时受分闸弹簧11的推力向上运动，接触器的动触头支架处在分断位置。励磁电流消失后，T型衔铁6则靠分闸弹簧11的支撑，使接触器的动触头支架稳定在分断位置。

实践证明，本实施例不仅具有结构简单、体积小、造价低的优点，而且工作可靠，特别适合于在小型永磁式交、直流接触器上应用。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (15)

1.一种永磁式双稳态接触器，主要由外磁轭、安装在其中的线圈、位于线圈孔中的衔铁、固定在外磁轭内的永磁体以及脉冲励磁电路组成，其中脉冲励磁电路包括整流电路、第一压敏电阻触发电路、线圈电容串联充放电电路、以及可控硅正反向励磁回路，所述整流电路的输出接触发电路，所述触发电路跨接在正向励磁可控硅的正极和触发极之间，所述正向励磁可控硅的输出通过充放电电路的线圈和电容构成正向励磁回路，其特征在于：所述脉冲励磁电路还包括第二压敏电阻取样电路和三极管放大电路，所述第二压敏电阻的标定电压小于第一压敏电阻，所述整流电路的输出接取样电路，所述取样电路的输出接放大电路三极管的基极，所述放大电路跨接在反向励磁可控硅的负极和触发极之间，所述反向励磁可控硅的输出通过充放电电路的电容和线圈构成反向励磁回路。

2.根据权利要求1所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述衔铁呈T形，活插在线圈孔中，在至少一个稳态位置T形衔铁与永磁体吸合，并通过外磁轭构成封闭磁回路。

3.根据权利要求2所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述取样电路输入端与地之间接电阻构成的吸收电网干扰杂波电路。

4.根据权利要求3所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述正向励磁可控硅的负极和触发极之间接反向偏压二极管。

5.根据权利要求4所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述正向励磁可控硅与线圈旁并联用以保持放电电压的电阻。

6.根据权利要求5所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述线圈两端并联第三压敏电阻。

7.根据权利要求6所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述两充放电电容旁各并联一只电阻。

8.根据权利要求7所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述外磁轭由可以形成磁回路的上磁轭、侧磁轭和下磁轭相互固连构成。

9.根据权利要求2至8任一所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述线圈上面固定内磁轭，所述永磁体固定在内磁轭与侧磁轭之间。

10.根据权利要求9所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述内磁轭用以与T型衔铁衔接的上端面制成小径向下的坡口内凹面。

11.根据权利要求10所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述坡口的锥角2α为100°～110°。

12.根据权利要求11所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述下磁轭上制有一与T型衔铁底部相适配的凸台。

13.根据权利要求2至8任一所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述永磁体固定在外磁轭的底面上，成伸入电磁线圈、可以与衔铁底接触的凸台状。

14.根据权利要求13所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述线圈上端面和T型衔铁下端面之间装有分闸弹簧。

15.根据权利要求14所述永磁式双稳态接触器，其特征在于：所述分闸弹簧为塔形。

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