CN201838521U - 单极无弧永磁交流接触器 - Google Patents

Abstract

一种单极无弧永磁交流接触器，它由三个采用单极机械结构和独立的操动机构的单独的相接触器组合而成；相接触器主要由壳体、静触头、动触头、电子模块、操动机构组成。其分相独立的机械结构与操动机构，在配套的电子模块的控制下，完成与相同步、无弧、节能的目的。主要解决了目前各种保护开关所有的主触头动作起弧、散热高、成本过高、寿命短或者污染性大等问题，还提高了交流接触器的电气寿命，减少了运行中事故和对电网冲击与杂波污染，减少运营和生产成本。

Description

单极无弧永磁交流接触器

技术领域

本实用新型涉及一种交流接触器开关，具体是一种单极无弧永磁交流接触器。

背景技术

现在被工农业生产广泛应用的可做远程控制的低压开关，可归纳为以下几大类：

一、机械式开关：

各种型式的交流接触器、继电器等。其机械结构形式为，在一个操动机构操动下，由一个连杆拉动三相主触头一块吸合或断开。因此无法做到每相都在电压过零时吸合，负载电流过零时断开。所以主触头动作时起弧是现今机械式开关的致命弱点。在实际应用中，因为弧光烧蚀作用，不仅使接触器的电气寿命与机械寿命成十倍之差，而随着使用环境的不同，电气使用寿命还要大打折扣，可由十几万次下降到几万次，甚至严重到几千次。更为严重是在弧光作用下，使主触头出现焊住而跳不开，引发生产事故，使企业遭受很大的经济损失。同时，弧光电流也易对电网造成冲击，与杂波污染干扰其他电器、仪表可靠工作。

机械式开关因为主触头吸合时为金属性接触，电阻很少不耗能，这是其最大优势。同时还具有结构简单、直观、维修使用方便，价格便宜。尽管存在有起弧的缺陷，但仍被现代工业企业(包括发达国家)所接受，并继续大量使用。

近十几年内，国内出现了永磁式交流接触器，使交流接触器的使用特性向前推进了一大步。节能、无噪声、不受网电压干扰，线圈不发热，主触头无抖动现象，吸合开断迅速等，但仍未解决主触头动作无弧的问题。

二、固体开关：

随着电力电子的飞速发展，尤其大功率的晶闸管的出现，固体开关应运而生。其结构形式为：三相每相一个或多个组合的晶闸管与同相电压过零，负载电流过零检测触发控制电路一块封装在壳体里，故被称为固体开关。使用时，分别与负载串联于每相电源中，由于晶闸管开关特性要求，做到在每相电压为零时触发导通，在负载电流为零时关断，以确保每组晶闸管的安全运行。因为晶闸管的开关特性，是通过其内部的导电层的开通与阻断而完成的，故无弧而且动作速度快，一般为几十ns级，比机械开关一般在几十～几百ms级)，快一个数量级。动作速度快，通断无弧是固体开关的最大优势。因此在一些负载电流较大、动作频繁、易燃易爆的场所，固体开关采用较多。但因为晶闸管在导通时，自身大约有1.5V的压降，其自身能耗等于1.5V×负载电流，电流越大能耗越高，散热是固体开关不能忽略的一个大问题。在较大电流场所，要增加一些散热设施(如强通风冷或水冷)，故给应用带来诸多不便。当然可以采用多个晶闸管并联以减少其压降，但使开关价格成倍增长，和增加相应控制难度。另一方面，固体开关关断时不能彻底切除负载电流(反向泄漏电流)，当系统接地电阻较大时，就产生对地电压(几十伏至上百伏)，人接触负载时，就会出现麻电感觉，给人身安全造成影响。

三、复合开关：

即把电流容量相同的机械开关与固体开关并联起来，再与负载串联接于三相电源中。利用固体开关不起弧的长处，即在每相电压过零导通，电流过零阻断。用机械开关主触头不耗能的优点，克服固体开关自身导通耗能发热的问题。在动作控制上，固体开关先导通后，机械开关再闭合；断开时，机械开关要先断开，固体开关在负载电流为零时阻断。

复合开关的缺点是不经济，用两个开关完成一种控制，尤其固体开关只有在启动和断开的短时间起作用，长时间无用。同时还要增加上述两个开关协调工作的控制。

以上各种开关均不能够在主触头动作无弧、散热、成本过高、寿命短、污染性大等问题以上得到统一解决。

而且，现有的各种型号的交流接触器，都是三相一块控制，三相主触头一块闭合与断开，所以主触头动作起弧问题一直是一个难以解决的大问题。由于弧光烧蚀作用的存在，不仅使交流接触器的电寿命大为减少，而且由于触头有时焊住，切断不了电源而引发各种事故，给企业带来很大的经济损失。

实用新型内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本实用新型的目的在于提供一种主触头动作无弧、散热好、成本低廉、寿命长、污染性少的单极无弧永磁交流接触器。

为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：该单极无弧永磁交流接触器，由三个采用单极机械结构和独立操动机构的单独的相接触器组合而成；所述的相接触器包括壳体、静触头、动触头；壳体2内为上下两腔，静触头1固设在壳体的上端内部，两个静触头1之间的壳体2留有一动触头运动通道13；壳体的上腔内固设有永磁体8和电子模块12；壳体的下腔内设置操动机构，所述操动机构包括软铁芯4、线圈架5及绕置在线圈架上的操动机构线圈6，线圈架5套置在软铁芯4上且固定于壳体下腔；与所述软铁芯对应在壳体内设有连通上下腔以供软铁芯4上下活动的通孔，软铁芯4与线圈架5之间设有反力弹簧3；软铁芯4的顶端连接一连杆9，该连杆上端设为向上开口的空腔体，所述动触头10设置在该空腔体内；动触头10连接一固定销钉16，连杆9的空腔体上设有与固定销钉16间隙配合且对固定销钉上下移动限位的销钉活动孔18，动触头10与连杆9之间设有超程弹簧11。

作为本实用新型的进一步的技术方案：

在该单极无弧永磁交流接触器中，所述电子模块12在按照输入的三相交流供电方式中，取一相设为一个主控制电路模块，取两相分别设为一个从属控制电路模块；

所述从属控制电路模块包括低压稳压电源、相取“1”信号电路、吸合电路、断开电路和对应的操动机构线圈；所述吸合电路包括相电压取样电路、电压过零检测电路、吸合时间修正电路、光电耦合电路和吸合开关，用于向对应的操动机构线圈提供正向电流；所述断开电路包括相电流取样电路、电流过零检测电路、断开时间修正电路、与门电路、光电耦合电路和断开开关，用于向对应的操动机构线圈提供反向电流；所述低压稳压电源为上述吸合电路、断开电路提供电源，为所述相取“1”信号电路提供相信号；

所述主控制电路模块除包括与从属控制电路模块电路结构相同的低压稳压电源、相取“1”信号电路、吸合电路、断开电路、对应的操动机构线圈外，还包括断相判断电路、主稳压电源、保护跳闸和停止按钮、启动按钮；保护跳闸的常闭接点与停止按钮常闭接点的一端与主控制电路模块的低压稳压电源相接，另一端与第一与非门电路输入端相接；所述从属控制电路模块的相取“1”信号电路输出端、主控制电路模块的相取“1”信号电路输出端连接所述断相判断电路的输入端；所述断相判断电路采用与非门电路记为第二与非门电路；第一与非门电路、第二与非门电路的输出端分别接入一或门电路的输入端；所述或门电路输出端连接从属控制电路模块的与门电路输入端、主控制电路模块的与门电路输入端；所述主稳压电源的输入端经启动按钮接入对应的相电源，输出端分别连接从属控制电路模块的的吸合开关和断开开关、主控制电路模块的吸合开关和断开开关。

在该单极无弧永磁交流接触器中，静触头与动触头两者相配合的接触面为45度角的斜面。

在该单极无弧永磁交流接触器中，所述连杆的空腔体下端外侧设有辅助触点凸头17。

在该单极无弧永磁交流接触器中，所述永磁体8设置有两块，对称固设在动触头运动通道13的两侧。

在该单极无弧永磁交流接触器中，所述从属控制电路模块、主控制电路模块中分别设置一闭锁光耦电路，各闭锁光耦电路的输入端均与主控制电路模块中的或门电路输出端连接，从属控制电路模块的闭锁光耦电路输出端连接从属控制电路模块的光电耦合电路；主控制电路模块的闭锁光耦电路输出端连接主控制电路模块的光电耦合电路。

本实用新型的工作原理和过程是：当相电压取样电路取样后发出吸合指令经电压过零检测电路过零，吸合时间修正电路计算提前操动机构完成所需的时间，然后通过吸合电路中的光电耦合电路和吸合开关向操动机构线圈送入一个正向电流，使所述软铁芯上端感应磁极与永磁体下表面磁极相反，由于异性相吸，从而软铁芯向上运动，带动动触头与静触头闭合，软铁芯并被永磁体吸持住。当相电压取样电路取样后发送断开指令(包括保护动作)，再经内部电流过零检测到过零时，断开时间修正电路计算提前操动机构完成所需的时间，然后通过断开电路中的光电耦合电路和断开开关向操动机构线圈输出一个反向电流，使软铁芯片上端磁极与永磁体磁极相同，在同性相斥的作用下，再加上反力弹簧的作用，软铁芯快速向下运动，带动动触头断开。

上述即为该交流接触器完成无弧吸合与断开的过程。

本实用新型的有益效果是：

1、采用了单极机械结构和独立的操动机构，可做到分相通断，为组合成多极交流接触器的无弧具备了结构基础。实际应用中，可灵活的组合成单极(相电容投切)、三极(三相投切)、四极(三相与N同时投切)、五极(电机启动等)交流接触器。

2、其独立的相接触器中的电子模块，在实际应用中确保开关电压过零合，在电流过零断开。

3、动静触头采用45度角斜面接触，从而增大接触面，并且结构简单，有利开合。

4、操动机构采用顶压式运动方式，软铁芯动，永磁体保持，使动静触头保持一定的接触压力与接触面积。

它主要消除了交流接触器主触头动作起弧；还提高了交流接触器的电气寿命(接近于机械式开关的寿命)，减少了运行中的事故和对电网的冲击与杂波污染，减少了运营和生产成本，而且安装便捷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明：

附图1为本实用新型实施例的机械结构示意图，

附图2为图1中连杆部分的结构示意图，

附图3为本实用新型实施例的电路原理框图。

图中：1静触头，2壳体，3反力弹簧，4软铁芯，5线圈架，6操动机构线圈，8永磁体，9连杆，10动触头，11超程弹簧，12电子模块，13动触头运动通道，16固定销钉，17辅助触点凸头，18销钉活动孔，19保护跳闸，20停止按钮，21启动按钮。

具体实施方式

该单极无弧永磁交流接触器由三个采用单极机械结构和独立操动机构的单独的相接触器组合而成。

如图1所示，其相接触器主要包括壳体2、静触头1、动触头10。壳体2内为上下两腔，静触头1固设在壳体的上端内部，两个静触头1之间的壳体2留有一动触头运动通道13。壳体的上腔内固设有永磁体8和电子模块12。永磁体8设置有两块，对称固设在动触头运动通道13的两侧。

壳体的下腔内设置操动机构，操动机构包括软铁芯4、线圈架5及绕置在线圈架上的操动机构线圈6，线圈架5套置在软铁芯4上且固定于壳体下腔。与软铁芯4对应在壳体内设有连通上下腔以供软铁芯4上下活动的通孔，软铁芯4与线圈架5之间设有反力弹簧3。软铁芯4的顶端连接一连杆9，该连杆上端设为向上开口的空腔体，动触头10设置在该空腔体内。如图2所示，动触头10连接一固定销钉16，连杆9的空腔体上设有与固定销钉16间隙配合且对固定销钉上下移动限位的销钉活动孔18，动触头10与连杆9之间设有超程弹簧11。连杆9的空腔体下端外侧设有辅助触点凸头17。

该相接触器中，静触头与动触头两者相配合的接触面为45度角的斜面。从而增大其接触面，并且结构简单，有利开合。

如图3所示，所述电子模块12在按照输入的三相交流供电方式中，取B相所连接的相接触器中的电子模块设为一个主控制电路模块，取A相、C相所连接的相接触器中的电子模块分别设为一个从属控制电路模块。

从属控制电路模块包括低压稳压电源、相取“1”信号电路、吸合电路、断开电路和对应的操动机构线圈。所述吸合电路包括相电压取样电路、电压过零检测电路、吸合时间修正电路、光电耦合电路和吸合开关，用于向各相对应的操动机构线圈提供正向电流。所述断开电路包括相电流取样电路、电流过零检测电路、断开时间修正电路、与门电路、光电耦合电路和断开开关，用于向各相对应的操动机构线圈提供反向电流。所述低压稳压电源为上述吸合电路、断开电路提供电源，为所述相取“1”信号电路提供相信号，该低压稳压电源为12V稳压电源。

主控制电路模块除包括与从属控制电路模块电路结构相同的低压稳压电源、相取“1”信号电路、吸合电路、断开电路、对应的操动机构线圈外，还包括断相判断电路、主稳压电源、保护跳闸19和停止按钮20、启动按钮21。保护跳闸19的常闭接点与停止按钮20的常闭接点的一端与主控制电路模块的低压稳压电源相接，另一端与第一与非门电路输入端相接。两从属控制电路模块的相取“1”信号电路输出端、主控制电路模块的相取“1”信号电路输出端连接所述断相判断电路的输入端。所述断相判断电路采用与非门电路记为第二与非门电路。第一与非门电路、第二与非门电路的输出端分别接入一或门电路的输入端。所述或门电路输出端连接两个从属控制电路模块的与门电路输入端、主控制电路模块的与门电路输入端。所述主稳压电源为200V稳压电源，其输入端经启动按钮接入对应的B相电源，输出端分别连接从属控制电路模块的的吸合开关和断开开关、主控制电路模块的吸合开关和断开开关。

所述主要控制电路模块和从属控制模块之间通过引出到壳体的若干端子进行相互连接。

该单极无弧永磁交流接触器的工作原理如下：

主控制电路模块中，当按下启动按钮(并自保)，主稳压电源有200V电压分别发给三相的吸合开关和断开开关，也相当发给三相吸合指令，经各相电压取样，电压检测过零开始，按动触头动作时间超前修正其触发脉冲，经过光电耦合电路光电隔离后给吸合开关发出修正的触发脉冲，吸合开关导通给所在相的操动机构线圈输出正向电流，使对应的软铁芯上端感应磁极与永磁体下表面磁极相反，由于异性相吸，从而软铁芯向上运动，带动动触头与静触头闭合，软铁芯被永磁体吸持住。即确保动触头和静触头是在相电压过零时吸合。超程弹簧11在动触头10和静触头1闭合时使得动触头10受到向上的压力，这样动触头10和静触头1之间贴合更加紧密。

两从属控制电路模块、及主控制电路模块中分别还设置一闭锁光耦电路，各闭锁光耦电路的输入端均与主控制电路模块中的或门电路输出端连接，从属控制电路模块的闭锁光耦电路输出端连接从属控制电路模块的光电耦合电路；主控制电路模块的闭锁光耦电路输出端连接主控制电路模块的光电耦合电路。设置闭锁光耦电路可进一步保证吸合条件的可靠性。

该单极无弧永磁交流接触器的主控制电路模块、从属控制模块中，断开开关动作，同时需要满足两个条件：一是要满足各相负载电流过零时主触头才能断开，二是需要有不同形式断开指令，如停止、负载保护动作要求切断电源，三相中出现断相，和停电后主触头跳开。而且三相要同步，各种断开指令由主控制电路模块中或门电路发出。

保护跳闸的常闭接点与停止按钮常闭接点一端与主控制电路模块中低压稳压电源相接，另一端与第一与非门电路相接，只要两者有一路断开，第一与非门电路输出为“1”。三相对应的相取“1”电路同时都加在三端输入的第二与非门电路(即断相判断电路)输入端，只要有一根断相，第二与非门就输出“1”信号。两个与非门电路输出信号并接入或门电路两输入端，即不论是断相或是保护跳闸、停止按钮动作，或门都输出“1”信号，并与各相断开电路的与门电路相接。这样完成各相断开信号条件，保证三相同步。满足断开信号条件后，各相的断开信号通过其断开电路中的光电耦合电路和断开开关向对应的操动机构线圈输出一个反向电流，使对应的软铁芯片上端磁极与永磁体磁极相同，在同性相斥的作用下，再加上反力弹簧的作用，软铁芯快速向下运动，带动动触头断开。

在软铁芯4向上运动时反力弹簧3用于向上紧缩使得软铁芯4被施加向下的拉力，这样在动触头10断开时能够使得动触头动作更加迅速。

Claims (6)

1.单极无弧永磁交流接触器，其特征是：由三个采用单极机械结构和独立操动机构的单独的相接触器组合而成；所述的相接触器包括壳体、静触头、动触头；其特征是：壳体(2)内为上下两腔，静触头(1)固设在壳体的上端内部，两个静触头(1)之间的壳体(2)留有一动触头运动通道(13)；壳体的上腔内固设有永磁体(8)和电子模块(12)；壳体的下腔内设置操动机构，所述操动机构包括软铁芯(4)、线圈架(5)及绕置在线圈架上的操动机构线圈(6)，线圈架(5)套置在软铁芯(4)上且固定于壳体下腔；与所述软铁芯对应在壳体内设有连通上下腔以供软铁芯(4)上下活动的通孔，软铁芯(4)与线圈架(5)之间设有反力弹簧(3)；软铁芯(4)的顶端连接一连杆(9)，该连杆上端设为向上开口的空腔体，所述动触头(10)设置在该空腔体内；动触头(10)连接一固定销钉(16)，连杆(9)的空腔体上设有与固定销钉(16)间隙配合且对固定销钉上下移动限位的销钉活动孔(18)，动触头(10)与连杆(9)之间设有超程弹簧(11)。

2.根据权利要求1所述的单极无弧永磁交流接触器，其特征是：所述电子模块(12)在按照输入的三相交流供电方式中，取一相所连接的相接触器中的电子模块设为一个主控制电路模块，取另外两相所连接的相接触器中的电子模块分别设为一个从属控制电路模块；

所述从属控制电路模块包括低压稳压电源、相取“1”信号电路、吸合电路、断开电路和对应的操动机构线圈；所述吸合电路包括相电压取样电路、电压过零检测电路、吸合时间修正电路、光电耦合电路和吸合开关，用于向对应的操动机构线圈提供正向电流；所述断开电路包括相电流取样电路、电流过零检测电路、断开时间修正电路、与门电路、光电耦合电路和断开开关，用于向对应的操动机构线圈提供反向电流；所述低压稳压电源为上述吸合电路、断开电路提供电源，为所述相取“1”信号电路提供相信号；

所述主控制电路模块除包括与从属控制电路模块电路结构相同的低压稳压电源、相取“1”信号电路、吸合电路、断开电路、对应的操动机构线圈外，还包括断相判断电路、主稳压电源、保护跳闸和停止按钮、启动按钮；保护跳闸的常闭接点与停止按钮常闭接点的一端与主控制电路模块的低压稳压电源相接，另一端与第一与非门电路输入端相接；所述从属控制电路模块的相取“1”信号电路输出端、主控制电路模块的相取“1”信号电路输出端连接所述断相判断电路的输入端；所述断相判断电路采用与非门电路记为第二与非门电路；第一与非门电路、第二与非门电路的输出端分别接入一或门电路的输入端；所述或门电路输出端连接从属控制电路模块的与门电路输入端、主控制电路模块的与门电路输入端；所述主稳压电源的输入端经启动按钮接入对应的相电源，输出端分别连接从属控制电路模块的的吸合开关和断开开关、主控制电路模块的吸合开关和断开开关。

3.根据权利要求1所述的单极无弧永磁交流接触器，其特征是：静触头与动触头两者相配合的接触面为45度角的斜面。

4.根据权利要求1所述的单极无弧永磁交流接触器，其特征是：所述连杆的空腔体下端外侧设有辅助触点凸头(17)。

5.根据权利要求1所述的单极无弧永磁交流接触器，其特征是：所述永磁体(8)设置有两块，对称固设在动触头运动通道(13)的两侧。

6.根据权利要求2所述的单极无弧永磁交流接触器，其特征是：所述从属控制电路模块、主控制电路模块中分别设置一闭锁光耦电路，各闭锁光耦电路的输入端均与主控制电路模块中的或门电路输出端连接，从属控制电路模块的闭锁光耦电路输出端连接从属控制电路模块的光电耦合电路；主控制电路模块的闭锁光耦电路输出端连接主控制电路模块的光电耦合电路。

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