CN2297783Y - 限流恒功启动电磁铁控制电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种新的节能电磁铁控制电源,该电源具有限流和恒功启动动能。其方法是在整流启动开关的受控端及主端上直接或间接并联一个带有电阻的电子锁。该锁受控于电流传感器和电压时间变换器。当电流传感器输出信号达到限流值时或电压时间变换器的输出信号达到定压值时,所述电子锁都可触发导通。所述开关在合闸后打开,电子锁导通后关断。电流及电压的反馈控制成功地实现了限流及恒功启动功能。

Description

限流恒功启动电磁铁控制电源

本发明涉及一种电磁铁控制电源。

本发明提出一种新的节能电磁铁控制电源，属于电磁铁及电子技术领域的技术产品。该电源由保持电源、整流启动开关及此开关的控制电路组成，其特征是所述电路包含一个正极串接电阻的电子锁，该锁的正负极与所述开关的受控端和一只主端直接或通过二极管或通过电阻间接相连。所述电子锁的触发极与负极则直接或通过二极管或通过电阻间接与启动电流传感器输出端或电网电压有效值时间变换器输出端相并联。

目前国内外已有多种节能节材电磁铁技术方案，大致分为双直流源法、交流启动直流保持法、双直流线圈法。其中已推向市场的双直流源法最为成功。尤其是ZL9420768.6号专利提出的恒启动电流技术方案，ZL96222856.7号专利提出的衰减启动电流技术方案基本上解决了启动电流的稳定问题，便于在各种变化的工业条件下实际使用。

但是上述专利文献及相关产品的技术方案在实践中出现和存在如下缺点：

1.所述开关工作时处于移相导通状态，产生严重的电压及电流谐波分量，污染了电网，不利于现代工业使用要求。

2.使用比较器必须电源较稳定，当电网电压大幅度变化时，比较器被证明会失效。

3.目前所有双直流源电磁铁在实际应用中都存在低电压例如低于额定值15％时，启动开关控制失灵问题。其中最为严重的现象是该开关关不断，其后果是烧线圈或烧电路。勉强工作时则造成能源浪费，失去节能电磁铁意义。

4.启动时最佳节能状态应是恒功输出即最低功输出。恒流或恒力并非恒功，因而不是最佳节能状态。

为克服上述缺点，为保证所述开关能及时地关断，为启动的最佳节能，本发明提出一种新的限流启动即定流关断启动及启动功近似恒定的电磁铁控制电源。

本发明所述的控制电源由整流启动开关、此开关的控制电路及保持电源组成。其特征在于所述控制电路包含一个正极接有电阻的电子锁，此锁的正负极又分别与所述开关的受控端和主端直接或间接相联。当电磁铁受电启动时所述开关全相角导通避免谐波产生。当所述电子锁被触发时，强迫所述开关关断，启动结束。限流启动时所述开关全相角导通的时间是由启动电流增长的门限决定的，恒功启动则由启动电功限决定。当产品有可能用于过低电压情况下时，应使用定流关断即限流技术避免上述关不断事故；当产品型号是启动功消耗不能忽视类型时，应使用恒功技术避免不必要的电功浪费。

两种技术也可以同时使用，但必须使用隔离二极管来防止两种技术对所述电子锁触发的相互干扰。两种技术同时使用时，通常限流技术为备用。

本发明使用电流传感器去获得启动电流信号，当信号电位达到定值时便触发所述电子锁，电流传感器的输出端直接或通过二极管间接或通过电阻间接与所述电子锁的触发极与负极相并联。

本发明使用交流电压时间变换器去获得电网电压的有效值信号并用这个信号来产生一个启动时间，电压高时时间短，电压低时时间长，因而可得近似恒功的启动。这个随电网电压有效值波动而变化的时间是通过电容充电电路产生的。所述电压信号电位越高，此电容正极达到触发电子锁电位的时间越短，反之则越长。这个所述电压时间变换器输出端即所述电容两端直接或经二极管间接或经电阻间接地与所述电子锁的触发极与负极相并联。

不论是电流传感器作用还是电压时间变换器作用，只要所述电子锁的触发极与负极之间的电位达到定值(例如0.7伏)就能触发导通，其正负极间的导通低压降(例如0.5伏)使所述启动开关关断。所述电子锁的触发极接触发二极管能改善触发信号前沿陡度，这二者构成了一个新的较高触发电位的电子锁，新电子锁的触发极就成了触发二极管的另一端，这一点在下述实施例中予以省略。特此说明。

本发明所述整流启动开关可以是场效应管、开关三极管、双向晶闸管与整流桥串接构成，也可由一对二极管与一对单向晶闸管组桥构成。其受控端分别为场效应管的栅极、NPN三极管的基极、晶闸管的门极，而其所谓主端则是其串接在主回路中的接线端，诸如源极、发射极、阴极、阳极以及启动电流的脉动直流流入或流出端。此外还有交流端。

本发明所述电子锁可以是单向晶体管、开关三极管，也可以是门电路。其触发极分别是晶闸管的门极、三极管的基极及门电路的触发极，而其所谓正负极则是其直接或间接与所述开关的受控端与一个主端联结的两个极，诸如晶闸管的阳极、阴极、三极管的集极射极，门电路的高电平低电平输出极等。

本发明所述电流传感器可以是采样电阻，也可以是电流互感器，所述电压时间变换器可以由一只变压器及整流桥和电压指示电容及其放电电阻构成的电压传感器与阻容变送电路组成，也可以是其它的产生随动直流信号的电网电压有效值传感器或电路及其驱动的阻容变送电路组成。

本发明所述电子锁的电流源可以由变压器、整流桥、滤波电容及其放电电阻(也可加稳压)构成。也可以由主回路的直流分流电阻加滤波获得。所述电子锁及其电流源构成所述控制电路。如果没有稳压器件，则第一种电流源也是所述电压传感器。

本发明的限流及恒功启动技术各自单独使用时可以看作为混合使用的特例。混合使用时限流关断技术是对恒功启动技术的一个备用的可靠性补充。

图1是本发明提出的所述整流启动开关、电子锁、电压传感器、控制电路的解析和定义。

图2是采样电阻为电流传感器而设在主回路中的限流启动电磁铁控制电源原理图，作为第一实施例。

图3是采样电阻为电流传感器而设在续流回路中的限流启动电磁铁控制电源原理图，作为第二实施例。

图4是电流互感器为电流传感器而设在交流回路中的限流启动电磁铁控制电源原理图，作为第三实施例。

图5是控制电路中电流源来自主回路的限流启动电磁铁控制电源原理图，作为第四实施例。

图6是利用电压传感器驱动阻容时间变换电路进行恒功启动的电磁铁控制电路原理图，作为第五实施例。

图7是限流恒功启动混合的电磁铁控制电源原理图，作为第六实施例。

图1给出的是所述整流启动开关、电子锁、电压传感器、控制电路的解析图，分析如下：

图1.1示出一个由整流桥[1]及连在直流端的场效应管[2]构成的整流启动开关[5]。为保护栅极G源S和漏D源S的内部结构，特别在GS间并稳压管[3]，在DS间并压敏电阻[4]。所述开关[5]的交流端用S₁，S₂表示，直流入端出端称主端分别用A，B表示，场效应管[2]的栅极G称受控端用C表示。相似地，图1.2示出一个由整流桥[1]及三极管[6]构成的所述开关[5]。同样地，在三极管[6]的集射极间并有压敏电阻[4]。交直流侧的端子同样分别用S₁，S₂及A，B表示，三极管[6]的基极称受控端用C表示。相似地，图1.3为一个整流桥[1]及与交流侧相接的双向晶闸管[7]构成的所述开关[5]，晶闸管[7]的阴阳极间并有压敏电阻[4]，门极称为受控端用C表示，交直流端子分别用S₁，S₂及A，B表示。仍然相似，图1.4表示由两只单向晶闸管[9]为两臂和两只二极管[10]为两臂，(上下臂位置可变换)构成一个全桥是一种略有差别的所述开关[5]。为提高关断的可靠性，图中每只晶闸管[9]的门极上都接一只二极管[8]，其阳极接在一起引出作为受控端C，交直流端子分别用S₁，S₂及A，B表示。晶闸管[9]并联压敏电阻[4]照例是用于保护。上述场效应管、三极管、晶闸管可统称为开关管。

图1.5示为电子锁[11]，它分别由单向晶闸管、三极管、IC门电路构成。晶闸管的阳、阴、门极，NPN三极管的集、射、基极，IC门电路的高电平、低电平、触发极分别作为电子锁[11]的正、负、触发极并分别用P、N、T表示。

图1.6示为交流电网电压有效值传感器[16]的一种方案。其中变压器[12]的原级为交流端S₁，S₂，次级接整流桥[13]，该桥直流侧并有电压指示电容[14]及其放电电阻[15]。在下述实施例中，电阻[15]可用一只继电器的线圈[20]代替，一举两得颇为有效。应指出，所述电压传感器[16]也可以作为所述控制电路中的电流源[17]，此时还可以加进稳压装置例如三端稳压器或稳压二极管。本说明书所述实施例中没有加稳压装置，被证明没有产生什么问题。但是，一旦加了稳压装置就只能作为电流源用而不能作为电压传感器用。这是因为作为所述传感器[16]的+，-输出端的直流电压信号是随电网电压即S₁S₂间交流电压的有效值变化而成比例地变化的，而加了稳压装置便失去了这一个重要作用。

图1.7示为所述控制电路[19]，它含有一个电阻[18]与所述电子锁[11]的正端P相串联的电路，该电路并联于电流源[17]的直流输出端。电阻[18]作用是防止在电子锁[11]导通时电流源[17]被短路。

图1.8示为所述控制电源的一种电磁铁保持电源[21]，它由变压器[22]及其副边相联接的整流桥[23]构成，其交直流端分别为S₁，S₂和D、E，D为流入端E为流出端。变压器[22]与变压器[12]可共用一只铁芯和初级线圈。

为了清晰简洁，在其它实施例图中涉及上述图示内容时将把虚线框改为实线框，框内内容予以省略，且将相应的序号写在实框中，框外引出端及符号仍保留。正如图1.7引用图1.6所示的电流源[17]那样。

图2所示的是一种限流启动技术电磁铁控制电源，电流传感器采用主回路中的采样电阻作为第一实施例加以阐述。

上述的整流启动开关[5]、控制电路[19]、保持电源[21]的交流端子S₁S₂受电闸K控制，K合闸后串接在电磁铁线圈[29]一端的一只继电器的一对常开触点[28](用固体继电器时为无触点开关)，随控制电路[19]得电亦即线圈[20]得电而闭合(用固体继电器时也可由控制电路[19]提供触发信号)。同时，与所述启动开关[5]的受控端C相连接的所述控制电路[19]含有的电子锁[11]正极P通过电阻[18]从电流源[17]那里得到能使所述启动开关[5]导通的电位。该电位施加在所述开关[5]的受控端C与串接在其主端B上的电流采样电阻[24]的另一接点也即N点之间。控制电流的走向如实箭头所示。所述启动开关[5]导通后因线圈[29]为感性负载的缘故，流过电阻[24]的电流逐步增加。与电子锁[11]触发极T、负极N相并联的电阻[24]两端压降也随之增加。该压降达到某值时，电子锁[11]必然导通，其触发电流走向如虚箭头所示。电子锁[11]导通后，P、N点电位突然降低(例如0.5V，0.3V等)。这个低电位保证了所述开关[5]的C，B之间电压达不到再使所述开关[5]导通的临界条件，故能可靠关断。所述开关[5]关断后，线圈[29]仍由保持电源[21]继续供电直至闸K断开。在所述开关主端A，B之间并接一只续流二极管[27]，所述电源[21]的直流端D、E并接在继电器触点[28]与线圈[29]的串联电路两端。电阻[24]的两端还并接有电阻[26]电容[25]串联吸收电路，当然也可以不要这个电路。另外，二极管[27]的阴极还可接在电阻[24]的另一端，还可以用压敏电阻对其进行过压保护。另外，T、B之间可加进二极管或分流电阻以提高门限。闸K分断后，所述继电器线圈[20]失电，触点[28]分断，切断续流，电磁铁衔铁及时释放。因继电器线圈阻值不大，电容[14]容量不大，故滞后可忽略。

图3所示为第二种限流启动技术电磁铁控制电源，其采样电阻设在续流回路中作为第二实施例。该例与第一实施例不同之处是采样电阻[24]接在续流二极管[27]与所述开关[5]的主端B之间，而所述控制电路[19]中电子锁[11]的负极N也接在B点上。当然，阻容吸收电路[25][26]也随电阻[24]并行移动过来。启动电流与启动时的续流变化趋势相同，电阻[24]阻值增大后可得相同结果。

图4所述的第三种限流启动技术，电流传感器采用电流互感器，在此作为第三实施例加以描述。该例与第一、二例不同处在于电流传感器采用了电流互感器[30]设在所述启动开关[5]的交流侧，其一端与整流二极管[31]串接后再接到所述电子锁[11]的T极，其另一端则接在N极，N极仍接在主端B上。电流互感器[30]输出信号通常进行滤波处理等，这属于常识不予展开，其余内容与一、二例相同不累述了。

图5所述为第四种限流启动技术，为第四实施例，其特征是所述控制电路[19]的电流源来自于主回路。在这里所述的开关[5]又被分解开描述。所述整流桥[1]的正端与电子锁[11]的正极之间接一个分流电阻[32]，P与C之间还可以串进二极管[35]或电阻，B与N照例相接，开关管[6]的集射极(对管[2]来说是漏源极)之间加并一个滤波阻[34]容[33]电路，以使电阻[32]中电流稳定。 K合闸后，桥[1]整流经分流电阻[32]的电流使管[6](对场效应管来说是管[2])导通。开始电子锁[11]截止，待启动电流大到某值时，互感器[30]经二极管[31]和T极触发电子锁[11]导通使管[6]关断完成限流启动过程。实际上这里控制电路的电流源是桥[1]及阻[34]容[33]滤波电路提供的。这里触点[28]闭合仍与K合闸同步，但相应继电器的线圈电源则来自另外的途径，因属常识不予展开。

根据不同电流反馈方法和不同结构的整流启动开关还会有类似的多种限流启动实施例，图5示的是其中一种而已。例1到例4，无论怎样变化，总存在一个正极P串接电阻[18]或[32]的电子锁[11]，它的正极P、负极N分别与所述开关的受控端C、主端B直接或通过二极管或通过电阻间接相并联。

图6所示的是电压传感器[16]构成的恒功启动电磁铁控制电源作为第五个实施例的图解。本实施例显著不同点是电压传感器[16]的+，-输出端不仅并接有前述的电阻[18]与电子锁[11]的串联电路，还并接有电阻[37]与电容[38]的串联电路，电容[38]正极直接或通过二极管[36]间接与电子锁[11]的触发极T相接，该锁的正极P直接或通过二极管[40]间接与所述开关[5]的受控端C相联。同样地，B与N相接。当所述传感器[16]输出+端电位随电网电压有效值升高时，电容[38]正端达到某定值电位的时间变短，反之变长。该定值电位是触发电子锁[11]的界值。二极管[36]的加入可提高这个界值，此时应减小电阻[37]电阻值或减小电容[38]电容值。由此可见电网电压高时所述启动开关[5]导通时间短，反之则长，这就达到近似恒功启动的目的。

图6中电阻[37]可并接一只二极管[39]，当闸K分断时，它将电阻[37]短路，加速电容[38]经电阻[37]和电阻[15]的放电速度。还可以在电容[38]侧并放电电阻来解决快速放电问题，但此放电电阻选择不当时会干扰电子锁[11]的准时触发。在这里电压传感器[16]与其所驱动的阻[37]容[38]变送电路构成所述电网电压有效值时间变换器[42]，其输出端即电容[38]两端。

其它内容与前述实施例相同不再累述。

图7显示了一种限流和恒功启动混合技术，作为第六个实施例描述：

在图6的基础上，加进一个电流传感器，例如象图2那样接采样电阻[24]就构成了既有恒功启动功能又有限流功能的电磁铁电源。此时应防止两种信号对电子锁触发的干扰，故必须加二极管[36]和二极管[41]，后者串接在B、T之间，二者的阴极相接于T极。另外，为保证恒功启动，限流技术只能是作为备用手段，在电网电压太低时恒功技术失灵时或发生故障电流突然增大时使用。一般情况下限流功能不发生作用。

采用排列组合法可以得许多类似实施例，在此不一一展开了。

凡是利用本发明基本原理所组成的双直流源电磁铁控制电源均属本发明描述范围，特此说明。

实践证明本发明提出的技术是准确有效的，为节能电磁铁在更广泛的情况下使用开辟了新路。

本发明中所述整流启动开关[5]在启动完毕后完全关闭保持时用另外的保持电源供电。如果某些电磁铁保持电流需求很少，则开关管[2]和开关管[6]可以设计成保持时不完全关闭状态而省去专门的保持电源。但此时往往管子发热，故通常不采用这种方法，在此加以说明。

Claims (12)

1.一种限流、恒功启动电磁铁控制电源，包括保持电源、整流启动开关及其控制电路，其特征是：所述控制电路中包含一个正极串接电阻的电子锁，该锁的正负极与所述开关的受控端及一只主端直接或间接相联，所述电子锁的触发极与负极则直接或通过二极管、电阻间接与启动电流传感器的输出端或电网电压有效值时间变换器输出端相并联。

2.根据权利要求1所述电磁铁控制电源，其特征是：所述电子锁是由单向晶闸管或三极管或门电路构成。

3.根据权利要求1所述电磁铁控制电源，其特征是：所述整流启动开关是由整流桥和开关管构成或由二极管与开关管组成的整流桥构成。

4.根据权利要求1或3所述电磁铁控制电源，其特征是：所述开关管是场效应管或三极管或晶闸管。

5.根据权利要求1所述电磁铁控制电源，其特征是：所述启动电流传感器是电流采样电阻或电流互感器。

6.根据要求1或5所述电磁铁控制电源，其特征是：所述电流采样电阻可设在所述整流启动开关的主端旁的主回路中，也可设在续流回路中，交流互感器则设在交流回路中。

7.根据权利要求1所述电磁铁控制电源，其特征是：所述控制电路是由电流源和所述串有电阻的电子锁并联构成，所述电流源可由主回路的分流电阻及滤波电路组成，也可以由变压器、整流桥、滤波电路组成或变压器、整流桥、滤波稳压电路组成。

8.根据权利要求1所述电磁铁控制电源，其特征是：所述电网电压有效值时间变换器是由电网电压有效值传感器及其驱动的阻容变送电路构成，且该电路的电阻可并一只放电二极管。

9.根据权利要求1或7或8所述电磁铁控制电源，其特征是：所述电网电压有效值传感器是由变压器或整流桥及电压指示电容构成，它同时也构成了一种所述电流源。

10.根据权利要求1或7或8所述电磁铁控制电源，其特征是：所述电流源中的滤波电容的放电电阻或所述电网电压有效值传感器中的电压指示电容的放电电阻可以是切断续流回路继电器的线圈。

11.根据权利要求1所述电磁铁控制电源，其特征是：所述继电器的一对常开触点串接在电磁铁线圈的一端。

12.根据权利要求1所述电磁铁控制电源，其特征是：所述电子锁的触发极接有两只二极管的阴极，这两只二极管的阳极则分别接在所述电流传感器的一端和所述电网电压有效值时间变换器的阻容变送电路的电容的正极上。

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