CN1988095A - 永磁无弧交流接触器 - Google Patents

Abstract

一种永磁无弧交流接触器属于低压电器领域，该接触器包括上端盖、可控硅及控制部分、永磁铁、动触头、静触头、主触头端子、活动支架、导电杆、衔铁、铁芯、线圈、外壳及底座；可控硅及控制部分中控制部分又是由控制单元、切换元件、储能元件和IGBT元件组成的，控制单元分别与可控硅、切换元件、储能元件和IGBT元件相连；IGBT元件一端通过线圈连接到三相电压中任意一相，其另一端与三相电压另一相相连；切换元件和储能元件的两端均与线圈相连；接触器的每个触点两端分别并联一对反并联的单向可控硅，再分别与电源和负载连接。本发明具有结构简单、不改变原有接触器外形尺寸，工艺实现容易、无噪音运行、无弧通断等优点，且节电率达90％以上，大大提高了接触器的电寿命。

Description

永磁无弧交流接触器

技术领域

本发明属于低压电器领域，特别涉及一种永磁无弧交流接触器。

背景技术

传统交流接触器工作时，吸合与分断过程中都要产生电弧，并且接触器吸合后要靠线圈一直通电保持接触器吸合状态，存在着线圈耗电大、通电运行时有交流噪音、通断电路时主触头上有强烈的电弧等缺点，这样既造成了大量的电能浪费、污染了周围环境，又大大降低了接触器的电寿命。

多年以来，电器工作者开展了大量的改进接触器各种性能的工作，比如节能方面，有的采用交流吸合，直流保持；有的采用高压直流吸合，低压直流保持等，虽然具有节能功能，但线圈仍然在通电，只不过是电压低的直流而已，线圈仍然有电流，所以还不能完全达到节能目标。

另外，在接触器通断电路产生电弧时，许多研究者采用了多种熄灭电弧的方法，如增加磁场吹弧、采用金属栅片灭弧室等。图1所示为现有交流接触器结构剖面示意图，它包括灭弧罩、灭弧栅片、动触头、静触头、主触头端子、活动支架、导电杆、衔铁、铁芯、线圈、外壳及底座。

上述这些方法都不能从根本上消灭电弧，只是限制和有助于熄灭电弧。目前市场上可见的无触点开关，虽然属于无弧产品，但价格昂贵，且由于没有机械触点，导通损耗高，过载能力差，体积庞大。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种永磁无弧交流接触器。

该接触器结构如图2所示，包括上端盖、可控硅及控制部分、动触头、静触头、主触头端子、活动支架、导电杆、衔铁、铁芯、线圈、永磁铁、外壳及底座，外壳10罩在底座11之上，形成一空腔，  在该空腔中，铁芯8固定在底座11中央，铁芯8成凹型，铁芯底部开有方形槽，放置永磁铁13，凸出的两立柱四周均环绕有线圈9，两立柱顶部与衔铁7形成闭合磁通路，衔铁7与活动支架6固定连接，主触头端子5通过导电杆14与静触头4形成机械连接，动、静触头之间有两个断点，可控硅及控制部分12安装于上端盖15中，形成完整的接触器。

本发明接触器铁芯8底部中央放置有永磁铁，其结构如图3所示。

本发明中可控硅及控制部分替换了现有接触器的灭弧装置，其包括可控硅部分以及控制部分，控制部分又是由控制单元、切换元件、储能元件和IGBT元件组成的，控制单元分别与可控硅部分、切换元件、储能元件和IGBT元件相连；IGBT元件的一端通过线圈连接到三相电压中任意一相，其另一端与三相电压另一相相连；切换元件和储能元件的两端均与线圈相连；接触器的每个触点两端分别并联一对反并联的单向可控硅，再分别与电源和负载连接，如图4所示。

本发明接触器正常工作时，首先按下起动按钮SA1，控制部分开始工作，因为接触器的固有吸合时间为20ms，控制部分在10ms时使可控硅先于接触器触点导通，实现无弧接通；同时控制部分在10ms时使与接触器线圈串联的IGBT元件导通30ms使接触器吸合后关断，线圈中不再有电流通过，此时接触器的保持由改进设计后铁芯中的永磁铁产生的磁通实现，这样就实现了无弧接通及节电无噪音运行功能；当按下停止按钮SA2，接触器线圈断电时，接触器的固有释放时间为15ms，切换元件首先将接触器的线圈切换到储能元件上，利用储能元件的能量对铁芯中的永磁铁进行反向去磁，使接触器开始释放，同时为可控硅提供触发电压持续20ms，这样当将近15ms接触器触头即将打开时，由于接触电阻的急剧增加，当触头两端压降增加到8V左右时(小于生弧电压)，由于触发信号一直存在，可控硅由被触头短路的不工作状态变为导通状态，这个转换过程极短(微秒级)，在触头尚未打开前，流经触头的电流已经转到可控硅上，这样触头几乎是在无载开断情况下打开，即实现无弧分断，直到20ms时可控硅由于触发信号消失而截止。

本发明利用可控硅的截止实现电路的分断，由此实现了无弧通断的功能，同时电路的导通由机械触点承载，克服了无触点开关导通损耗高，过载能力差的缺点。另外本发明接触器线圈只在接触器吸合与释放瞬间(均不超过30ms)有大电流流过，保证接触器的吸合(激磁)与释放(去磁)，接触器吸合后直至释放前，线圈中无电流，因此，改进设计后的线圈无论是匝数还是线径均发生很大变化，节省大量铜材。本发明还具有结构简单、不改变原有接触器外形尺寸，工艺实现容易、无噪音运行等优点，且节电率达90％以上，，大大提高了接触器的电寿命。

附图说明

图1为现有交流接触器结构剖面示意图；

图2为本发明接触器结构剖面示意图；

图3为本发明接触器装有永磁铁的磁系统结构示意图；

图4为本发明电路原理框图；

图5为本发明具体实施方式的电路原理图，

(a)为具体实施方式中控制部分电路原理图，

(b)为具体实施方式中可控硅部分电路原理图。

图中1——灭弧罩、2——灭弧栅片、3——动触头、4——静触头、5——主触头端子、6——活动支架、7——衔铁、8——铁芯、9——线圈、10——外壳、11——底座、12——可控硅及控制部分、13——永磁铁、14——导电杆、15——上端盖、16——控制部分。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图2所示为本实施方式结构剖面示意图，它包括上端盖、可控硅及控制部分、动触头、静触头、主触头端子、活动支架、导电杆、衔铁、铁芯、线圈、永磁铁、外壳及底座，其中可控硅及控制模块替换了现有接触器的灭弧部分，并在铁芯底部增加了永磁铁。外壳10罩在底座11之上，形成一空腔，  在该空腔中，铁芯8固定在底座11中央，铁芯8成凹型，铁芯底部开有方形槽，放置永磁铁13，凸出的两立柱四周均环绕有线圈9，两立柱顶部与衔铁7形成闭合磁通路，衔铁7与活动支架6固定连接，主触头端子5通过导电杆14与静触头4形成机械连接，动、静触头之间有两个断点，可控硅及控制部分12安装于上端盖15中，形成完整的接触器。

图3为本实施方式中磁系统结构示意图。

图5(a)所示为本实施方式控制模块电路原理图，图中两个继电器KA1、KA2实现切换功能，电容器C3、D6实现储能功能，IGBT、YMDZ实现IGBT功能，U1A、U1B及其外围电路实现控制功能，其中继电器KA1的线圈直接与12V电源相连，其一对常开触点分别与380V脉动直流电源和IGBT的集电极相连，而一对常闭触点则与接触器线圈相连；继电器KA2的线圈一端与12V电源相连，另一端与三极管Q1的集电极相连，其两个常开触点分别与交流380V电源和串有二极管D6的电容C3相连；电压比较器UIA的输出端通过电阻R8与IGBT的基极相连，两个输入端分别与R5、R6、R7与D6、C2相连；电压比较器UIB的输出端通过电阻R4与三极管Q1的基极相连，UIB的输出端同时还通过二极管D3与电容C2相连，两个输入端分别与R1、R2、R3与C1、D1相连；IGBT的基极通过电阻R8连到电压比较器UIA的输出端，集电极通过二极管D6与380V脉动直流电源相连，发射极与地相连，发射极与集电极之间并联一个压敏电阻YMDZ；12V电源与地之间接有二极管D1，a、b端分别与图5(b)中的a’、b’端相连。

图5(b)所示为本实施方式中可控硅部分电路原理图，采用了常规可控硅控制电路，图中每相触头KM两端都并联了一对反并联的可控硅SCR，当接触器线圈通电时，接触器的固有吸合时间为20ms左右，图中的触发电路在10ms时使三对反并联的可控硅导通，这样可控硅已经先于接触器的触头将电路接通，到20ms触头闭合时，触头只是将可控硅短路，由于可控硅的管压降不足以产生电弧，故实现了无弧接通功能。当线圈断电时，该接触器的固有释放时间为15ms左右，而可控硅触发电路由于有储能电容C1释放出的电流使触发电路直到20ms之前一直保持触发状态，这样当将近15ms接触器触头即将打开时，由于接触电阻的急剧增加，当触头两端压降增加到8V左右时(小于生弧电压)，由于触发信号一直存在，可控硅由被触头短路的不工作状态变为导通状态，这个转换过程极短(微秒级)，在触头尚未打开前，流经触头的电流已经转到可控硅上，这样触头几乎是在无载开断情况下打开，直到20ms时可控硅由于触发信号消失而截止，从而使电路实现无弧开断。

Claims (2)

1.一种永磁无弧交流接触器，包括上端盖、动触头、静触头、主触头端子、活动支架、导电杆、衔铁、铁芯、线圈、外壳及底座，其特征在于还包括可控硅及控制部分、永磁铁，铁芯成凹型，铁芯底部开有方形槽，放置永磁铁，可控硅及控制部分安装于上端盖中；可控硅及控制部分中控制部分由控制单元、切换元件、储能元件和IGBT元件组成，控制单元分别与可控硅部分、切换元件、储能元件和IGBT元件相连；IGBT元件一端通过线圈连接到三相电压中任意一相，其另一端与三相电压另一相相连；切换元件和储能元件的两端均与线圈相连；接触器的每个触点两端分别并联一对反并联的单向可控硅，再分别与电源和负载连接。

2.如权利要求1所述的一种永磁无弧交流接触器，其特征在于所述的控制部分电路中一个继电器的线圈直接与直流电源相连，其一对常开触点分别与脉动直流电源和IGBT的集电极相连，而一对常闭触点则与接触器线圈相连；另一个继电器的线圈一端与直流电源相连，另一端与三极管的集电极相连，其两个常开触点分别与交流电源和串有二极管的电容相连；一个电压比较器的输出端通过电阻与IGBT的基极相连，两个输入端分别与电阻、电容与二极管相连；另一电压比较器的输出端通过电阻与三极管的基极相连，其输出端同时还通过二极管与电容相连，两个输入端分别与电阻、电容与二极管相连；IGBT的基极通过电阻连到第一个电压比较器的输出端，集电极通过二极管与脉动直流电源相连，发射极与地相连，发射极与集电极之间并联一个压敏电阻；直流电源与地之间接有二极管，控制部分电路中a、b端分别与可控硅部分电路的a’、b’端相连。