CN220553391U - 用于接触器的开关模块及接触器模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于接触器的开关模块及接触器模组，该开关模块包括电压采集单元以及开关执行单元。电压采集单元用于采集电源的第一端和第二端之间的电源电压，开关执行单元与接触器的直流线圈串联连接在第一端和所述第二端之间，用于根据采集到的电源电压执行接通和关断。该接触器模组包括接触器和该开关模块。在断开电源的情况下，该开关模块使得能够一方面在主回路中即时且可靠地断开电网与用电设备的连接，另一方面在二级回路中避免直流线圈因自身电感而导致的与用户侧的功能应用模块的电气连接。

Description

用于接触器的开关模块及接触器模组

技术领域

本实用新型涉及接触器领域，具体涉及用于接触器的开关模块及接触器模组。

背景技术

接触器是一种用于控制大电流电路通断的电磁控制装置，主要完成系统配电、信号传递、电路隔离以及负载切换等功能，是重要的控制节点。作为一种易消耗类电气元件，接触器的及时维护和更替是保证电气系统稳定运行和安全的必要条件。

接触器在结构组成方面包括主触头和线圈。接触器的运行在主回路和二级回路中进行。主回路包括主触头、电网、用电设备，其中，主触头连接在电网与用电设备之间，用于接通和断开电网与用电设备之间的电气连接。二级回路由电源供电并且包括线圈和用户侧的其他功能应用模块，其中，线圈连接在二级回路的电源的第一端和第二端之间，参见图1。

在二级回路电源接通的情况下，线圈吸合，导致连接在主回路中的主触头闭合，从而接通主回路并通过电网为用电设备供电。在希望从电网断开用电设备时，断开二级回路电源，从而断开线圈并因此断开主回路中的主触头。

当接触器线圈是直流线圈时，由于直流线圈的匝数很多、电感很大，在断开二级回路电源时，线圈自身产生大的电动势。而在二级回路中还存在同样连接在电源的第一端和第二端之间的用户侧的功能应用模块。在这种情况下，线圈产生的电动势导致在由线圈和用户侧的功能应用模块组成的回路之间产生电流，使得线圈和功能应用模块都无法正常地断开。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供了用于接触器的开关模块，在断开二级回路电源的情况下，该开关模块使得能够一方面在主回路中即时且可靠地断开电网与用电设备的连接，另一方面在二级回路中避免直流线圈因自身电感而导致的与用户侧的功能应用模块的电气连接。

本实用新型的实施例提供了一种用于接触器的开关模块，包括：

电压采集单元以及开关执行单元；

该电压采集单元用于采集电源的第一端和第二端之间的电源电压；

该开关执行单元与该接触器的直流线圈串联连接在第一端和第二端之间，用于根据采集到的电源电压执行接通和关断。

根据本实用新型的实施例，开关模块还包括电压比较单元，该电压比较单元连接至电压采集单元，用于将电源电压与阈值比较，并且该开关执行单元连接至该电压比较单元，在该电源电压低于阈值的情况下关断。

根据本实用新型的实施例，该阈值位于该电源的正常工作电压的10％至70％之间。

根据本实用新型的实施例，该电压采集单元连接在第一端和第二端之间并且以电阻分压的方式采集电源电压。

根据本实用新型的实施例，该电压比较单元包括比较器。

根据本实用新型的实施例，在电源电压高于阈值的情况下，比较器输出高电平，在电源电压低于阈值的情况下，比较器输出低电平。

根据本实用新型的实施例，该开关执行单元包括固态开关，该固态开关接收电压比较单元的比较输出信号。

根据本实用新型的实施例，该固态开关是IGBT(绝缘栅双极晶体管)或MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。

根据本实用新型的实施例，该开关执行单元包括机械开关。

本实用新型的实施例还提供了一种接触器模组，该接触器模组包括接触器和根据本实用新型的实施例之一所述的开关模块。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施例的技术方案，下面将对实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些示例性实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了接触器在电路中的连接示意图；

图2出了根据本实用新型的实施例的用于接触器的开关模块在电路中的示例性连接示意图；

图3示出了根据本实用新型的实施例的用于接触器的开关模块的组成示意图；

图4示出了根据本实用新型的另一种实施例的用于接触器的开关模块的组成示意图；

图5示出了根据本实用新型的实施例的用于接触器的开关模块的示意性电路拓扑图。

具体实施方式

为了使得本实用新型的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参考附图详细描述根据本实用新型的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是本实用新型的全部实施例，应理解，本实用新型不受这里描述的示例实施例的限制。

在本说明书和附图中，具有基本上相同或相似步骤和元素用相同或相似的附图标记来表示，且对这些步骤和元素的重复描述将被省略。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或排序。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本实用新型实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。

图1示出了接触器在电路中的连接示意图。

如图1所示，接触器J的运行在主回路C1和二级回路C2或者说控制回路中进行。接触器J在结构组成方面包括触头系统和电磁系统。

主回路C1包括触头系统、电网、用电设备。触头系统包括接触器主触头KM1、KM2、KM3，其分别连接在电网的三个线L1、L2、L3与用电设备R之间，用于接通和断开电网与用电设备R之间的电气连接。

二级回路C2可以由电源P供电并且可以包括电源开关S、接触器J的电磁系统和用户侧的其他功能应用模块G1、G2。

电源P例如可以是基于电网的电源，或者可以是诸如蓄电池或UPS后备电源之类的独立电源，用于二级回路中的供电。

电磁系统包括接触器的直流线圈L，其连接在电源P的第一端A1和第二端A2之间。

在电源开关S闭合并且电源P接通的情况下，直流线圈L吸合，具体的，线圈L在通电后产生很强的磁场，该磁场使铁心产生电磁吸力吸引衔铁，导致连接在主回路C1中的主触头KM1、KM2、KM3闭合，并且在电网的三个线L1、L2、L3与用电设备R之间建立起电气连接，实现通过电网为用电设备R供电。

在此，直流线圈L与主触头KM1、KM2、KM3之间没有直接的物理连接，主触头的接通与断开由线圈产生的电磁场进行控制。

基于相同的原理，当希望从电网断开用电设备R时，例如通过断开电源开关S来断开电源P与直流线圈L之间的电气连接，直流线圈L不再吸合，主触头KM1、KM2、KM3断开。

由此，借助二级回路实现对用于用电设备的主回路的控制。

用户侧的其他功能应用模块根据用户的需求而定，因为用户在实际使用中常常借助电源P连接特定于应用情况的部件，其不属于接触器的组成部分。在图1中示意性地示出两个功能应用模块G1、G2。其例如涉及电力电子器件。在电力电子器件的情况下，电压波动是不期望的，因为存在诸如击穿之类的失效风险。

从图1中可以看出，在断开电源开关S的情况下，电源P与直流线圈L之间的电气连接、电源P与功能应用模块G1、G2之间的电气连接被切断。然而，在直流线圈L和功能应用模块G1、G2之间可能存在回路。

直流线圈L的匝数很多、电感很大，使得在断开电源开关S时，直流线圈L自身会产生大的电动势。而在直流线圈L和功能应用模块G1、G2之间存在回路的情况下，该电动势导致在回路中产生电流，使得直流线圈L和功能应用模块G1、G2实际上并未即时地正常断电。

直流线圈L在未正常断电的情况下，导致无法准确地控制主回路，严重时可能导致主回路无法即时断开，造成用电设备损失。此外，由于线圈的断开在时间上变久，其可能在物理结构上失效、例如发生熔焊。

功能应用模块G1、G2在未正常断电的情况下，可能导致用户侧的应用情况受到影响，或者可能导致布置在其中的电力电子器件损坏等。

图2出了根据本实用新型的实施例的用于接触器的开关模块在电路中的示例连接示意图。

从图2中可以看出，根据本实用新型的实施例，设置用于接触器J的开关模块M。该开关模块M与直流线圈L串联连接在电源P的第一端A1和第二端A2之间。

在需要断开直流线圈L时，首先关断开关模块M，使得在直流线圈L与功能应用模块G1、G2之间不再存在可能载流的回路。直流线圈L因自身电感产生的电动势无法引起电流。

以这种方式，在电源P断开之后，直流线圈L和功能应用模块G1、G2都能够实现正常地断开。

图3示出了根据本实用新型的实施例的用于接触器的开关模块的组成示意图。

根据图3描述根据本实用新型的实施例的开关模块M的组成细节，其中，开关模块M、直流线圈L和功能应用模块在电路中的连接关系与图2中相同。

从图3中可以看出，开关模块包括电压采集单元D以及开关执行单元Z。

电压采集单元D用于采集电源P(未示出)的第一端A1和第二端A2之间的电源电压。

电压采集单元D例如可以实现为电压传感器或分压电阻，其例如可以连接在第一端A1和第二端A2之间。

开关执行单元Z与接触器的直流线圈L串联连接在第一端A1和第二端A2之间，用于根据采集到的电源电压执行接通和断开。

例如，当根据采集到的电源电压判断二级回路的电源接通时，开关执行单元Z接通，使得开关模块M接通。当根据采集到的电源电压判断该电源已经断开时，开关执行单元Z关断，使得开关模块M关断。

开关执行单元Z例如可以是固态开关、例如晶体管，优选地是IGBT、MOSFET等。

固态开关的开关速度快，能够实现迅速响应。此外，固态开关具有紧凑的尺寸，能够以节省空间的方式设计在开关模块M上。

开关执行单元Z例如还可以是机械开关，例如继电器。

机械开关具有可靠的物理隔离，使得断开的安全性更高。此外，机械开关不需要可能的附加保护装置、例如防浪涌元件，不会受到电路中电压的干扰。

在开关执行单元Z关断的情况下，由直流线圈L、开关执行单元Z和功能应用模块G形成的回路断开，使得无法形成流动电流。实现了直流线圈L和功能应用模块G的即时的正常断开。

图4示出了根据本实用新型的另一种实施例的用于接触器的开关模块的组成示意图。

从图4中可以看出，开关模块例如可以可选地包括电压比较单元K。

电压比较单元K连接至该电压采集单元D，接收由电压采集单元D输出的电源电压信号，并且将该电源电压与预设定的阈值进行比较。开关执行单元连接至该电压比较单元，并且在电源电压低于阈值的情况下关断。

预设定的阈值例如可以位于电源的正常工作电压的10％至70％之间、优选地30％、50％、60％。

不将该阈值设置得过高，以防止电源电压波动造成误判。不将该阈值设置得过低，从而能够更迅速地判断电源断开并且引发开关模块M后面的动作。

电压比较单元K例如可以包括比较器。

图5示出了根据本实用新型的实施例的用于接触器的开关模块的示意性电路拓扑图。

从图5中可以看出，开关模块中的电压采集单元例如借助分压电阻R1、R2实现，开关执行单元例如借助IGBT元件Q1实现，可选的电压比较单元例如借助比较器V实现。

分压电阻R1、R2连接在电源的第一端A1和第二端A2之间。

在实际的电路实现中，可能还需要连接放大器等电气元件以获得真正的电源电压，应当理解，此处示出的电路拓扑图仅用于示意性地表示电压采集单元可以以电阻分压的方式实现。

比较器V连接在分压电阻R1、R2和IGBT元件Q1之间。

比较器V的第一输入端输入由分压电阻R1、R2采集到的电源电压U1，第二输入端输入预设定的阈值U2、例如电源的正常工作电压的50％，输出端与IGBT元件Q1连接。替换地，比较器V的第一输入端输入与电源电压成比例的比较电压，而第二端输入与该阈值成比例的比较阈值。应当理解，进行比较的实际值可以根据需要设置，目的在于比较电源电压和阈值，以便判断电源是否断开。

在电源电压U1高于阈值U2的情况下，比较器V例如可以输出高电平，在电源电压U1低于阈值U2的情况下，比较器V例如可以输出低电平。

IGBT元件Q1连接在比较器V、接触器的直流线圈L和电源的一端、在本示例中为第二端A2之间，具体的，其栅极与比较器V的输出端连接，发射极和集电极分别与直流线圈L和第二端A2连接。

当IGBT元件Q1的栅极接收到高电平时，IGBT元件Q1表现为低电阻并且导通。当IGBT元件Q1的栅极接收到低电平时，IGBT元件Q1表现为高电阻并且断开。

相应地，在可选地由分阻电压R1、R2采集到的电源电压U1高于阈值U2的情况下、即在判断电源未断开的情况下，比较器V例如可以输出高电平，IGBT元件Q1导通，由电源、直流线圈L和IGBT元件Q1形成的电路接通。直流线圈L吸合，导致接触器J的主触头KM1、KM2、KM3(未示出)闭合，用电设备R由电网供电。其中，直流线圈L和功能应用模块G由电源供电。

相应地，在可选地由分阻电压R1、R2采集到的电源电压U1低于阈值U2的情况下、即在判断电源断开的情况下，比较器V例如可以输出低电平，IGBT元件Q1断开，由电源、直流线圈L和IGBT元件Q1形成的电路断开。此外，由于IGBT元件Q1的断开，由直流线圈L、IGBT元件Q1和功能应用模块G形成的回路也相应地断开，使得无法流过电流。在这种情况下，直流线圈L不再吸合，导致接触器J的主触头KM1、KM2、KM3断开，用电设备R从电网断开。功能应用模块G也不再承受电压。

可选地，例如通过MOSFET元件替换IGBT元件Q1。在这种情况下，MOSFET元件的栅极与比较器V的输出端连接，源极和漏极分别与直流线圈L和第二端A2连接。

可选地，例如通过继电器替换IGBT元件Q1。在这种情况下，继电器的驱动模组与比较器V的输出端连接，继电器的机械开关模组连接在直流线圈L和第二端A2之间。

可选地，在本实用新型的实施例中，用于接触器的开关模组被构造为用于已经成品的接触器。对于早已应用在电气设备中的接触器，该开关模组使得能够结构简单、复杂程度低、成本低廉地改进接触器在系统中的应用情况。

此外，本实用新型的实施例提供一种接触器模组，其中，该接触器模组包括接触器和根据上述实施例之一所述的开关模块。该接触器模组例如可以是集成有该开关模组的接触器。以这种方式，提供具有根据本实用新型的实施例所述的开关模组的优势的接触器。

在接触器的实际应用中，连接在二级回路中的功能应用模块往往根据用户侧的使用需求而种类繁多。对于电路连接情况可能不了解的用户而言，很容易在二级回路中使接触器线圈与功能应用模块形成可能承载电流的回路，导致接触器线圈与功能应用模块的非正常断开。然而，排查哪个功能应用模块出现错误连接或对功能应用模块进行改造、例如添加特定的开关装置，是复杂程度高且成本高昂的。

根据本实用新型的实施例的用于接触器的开关模块包括电压采集单元和开关执行单元，通过串联在接触器的直流线圈和二级回路电源端之间，根据采集到的电源电压执行接通和关断，在判断电源断开的情况下，借助开关执行单元的关断或者说开关模块的关断以简单的方式控制直流线圈与电源断开，并且避免了直流线圈与二级回路中的其他功能应用模块可能形成回路，同时实现了对主回路和二级回路中的电气连接的即时的、可靠的控制。

此外，根据本实用新型的实施例的用于接触器的开关模块无需对用户侧的功能应用模块进行排查或改造，使得用户侧在无需改变功能应用设计的情况下即可获得成本低廉且可靠的解决方案。

一般而言，本实用新型的各种示例实施例可以在硬件或专用电路、软件、固件、逻辑，或其任何组合中实施。某些方面可以在硬件中实施，而其他方面可以在可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件中实施。当本实用新型的实施例的各方面被图示或描述为框图、流程图或使用某些其他图形表示时，将理解此处描述的方框、装置、系统、技术或方法可以作为非限制性的示例在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备，或其某些组合中实施。

在上面详细描述的本实用新型的示例实施例仅仅是说明性的，而不是限制性的。本领域技术人员应该理解，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，可对这些实施例或其特征进行各种修改和组合，这样的修改应落入本实用新型的范围内。

Claims (10)

1.一种用于接触器的开关模块，其特征在于，

所述开关模块包括电压采集单元以及开关执行单元；

所述电压采集单元用于采集电源的第一端和第二端之间的电源电压；

所述开关执行单元与所述接触器的直流线圈串联连接在所述第一端和所述第二端之间，用于根据采集到的电源电压执行接通和关断。

2.根据权利要求1所述的开关模块，其特征在于，

所述开关模块还包括电压比较单元，

所述电压比较单元连接至所述电压采集单元，用于将所述电源电压与阈值比较，并且

所述开关执行单元连接至所述电压比较单元，在所述电源电压低于所述阈值的情况下关断。

3.根据权利要求2所述的开关模块，其特征在于，所述阈值位于所述电源的正常工作电压的10％至70％之间。

4.根据权利要求1所述的开关模块，其特征在于，所述电压采集单元连接在所述第一端和所述第二端之间并且以电阻分压的方式采集所述电源电压。

5.根据权利要求2所述的开关模块，其特征在于，所述电压比较单元包括比较器。

6.根据权利要求5所述的开关模块，其特征在于，在所述电源电压高于所述阈值的情况下，所述比较器输出高电平，在所述电源电压低于所述阈值的情况下，所述比较器输出低电平。

7.根据权利要求2所述的开关模块，其特征在于，所述开关执行单元包括固态开关，所述固态开关接收所述电压比较单元的比较输出信号。

8.根据权利要求7所述的开关模块，其特征在于，所述固态开关是IGBT或MOSFET。

9.根据权利要求1所述的开关模块，其特征在于，所述开关执行单元包括机械开关。

10.一种接触器模组，其特征在于，所述接触器模组包括接触器和根据权利要求1至9中任一项所述的开关模块。