單極無弧永磁交流接觸器的製作方法

2023-10-17 14:05:04

專利名稱：單極無弧永磁交流接觸器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種交流接觸器開關，具體是一種單極無弧永磁交流接觸器。
背景技術：
現在被工農業生產廣泛應用的可做遠程控制的低壓開關，可歸納為以下幾大類一、機械式開關各種型式的交流接觸器、繼電器等。其機械結構形式為，在一個操動機構操動下， 由一個連杆拉動三相主觸頭一塊吸合或斷開。因此無法做到每相都在電壓過零時吸合，負 載電流過零時斷開。所以主觸頭動作時起弧是現今機械式開關的致命弱點。在實際應用 中，因為弧光燒蝕作用，不僅使接觸器的電氣壽命與機械壽命成十倍之差，而隨著使用環境 的不同，電氣使用壽命還要大打折扣，可由十幾萬次下降到幾萬次，甚至嚴重到幾千次。更 為嚴重是在弧光作用下，使主觸頭出現焊住而跳不開，引發生產事故，使企業遭受很大的經 濟損失。同時，弧光電流也易對電網造成衝擊，與雜波汙染幹擾其他電器、儀表可靠工作。機械式開關因為主觸頭吸合時為金屬性接觸，電阻很少不耗能，這是其最大優勢。 同時還具有結構簡單、直觀、維修使用方便，價格便宜。儘管存在有起弧的缺陷，但仍被現代 工業企業(包括發達國家)所接受，並繼續大量使用。近十幾年內，國內出現了永磁式交流接觸器，使交流接觸器的使用特性向前推進 了一大步。節能、無噪聲、不受網電壓幹擾，線圈不發熱，主觸頭無抖動現象，吸合開斷迅速 等，但仍未解決主觸頭動作無弧的問題。二、固體開關隨著電力電子的飛速發展，尤其大功率的晶閘管的出現，固體開關應運而生。其結 構形式為三相每相一個或多個組合的晶閘管與同相電壓過零，負載電流過零檢測觸發控 制電路一塊封裝在殼體裡，故被稱為固體開關。使用時，分別與負載串聯於每相電源中，由 於晶閘管開關特性要求，做到在每相電壓為零時觸發導通，在負載電流為零時關斷，以確保 每組晶閘管的安全運行。因為晶閘管的開關特性，是通過其內部的導電層的開通與阻斷而 完成的，故無弧而且動作速度快，一般為幾十ns級，比機械開關一般在幾十 幾百ms級)， 快一個數量級。動作速度快，通斷無弧是固體開關的最大優勢。因此在一些負載電流較大、 動作頻繁、易燃易爆的場所，固體開關採用較多。但因為晶閘管在導通時，自身大約有1.5V 的壓降，其自身能耗等於1.5VX負載電流，電流越大能耗越高，散熱是固體開關不能忽略 的一個大問題。在較大電流場所，要增加一些散熱設施(如強通風冷或水冷)，故給應用帶 來諸多不便。當然可以採用多個晶閘管並聯以減少其壓降，但使開關價格成倍增長，和增加 相應控制難度。另一方面，固體開關關斷時不能徹底切除負載電流(反向洩漏電流)，當系 統接地電阻較大時，就產生對地電壓(幾十伏至上百伏)，人接觸負載時，就會出現麻電感 覺，給人身安全造成影響。三、複合開關即把電流容量相同的機械開關與固體開關並聯起來，再與負載串聯接於三相電源
4中。利用固體開關不起弧的長處，即在每相電壓過零導通，電流過零阻斷。用機械開關主觸 頭不耗能的優點，克服固體開關自身導通耗能發熱的問題。在動作控制上，固體開關先導通 後，機械開關再閉合；斷開時，機械開關要先斷開，固體開關在負載電流為零時阻斷。複合開關的缺點是不經濟，用兩個開關完成一種控制，尤其固體開關只有在啟動 和斷開的短時間起作用，長時間無用。同時還要增加上述兩個開關協調工作的控制。以上各種開關均不能夠在主觸頭動作無弧、散熱、成本過高、壽命短、汙染性大等 問題以上得到統一解決。而且，現有的各種型號的交流接觸器，都是三相一塊控制，三相主觸頭一塊閉合與 斷開，所以主觸頭動作起弧問題一直是一個難以解決的大問題。由於弧光燒蝕作用的存在， 不僅使交流接觸器的電壽命大為減少，而且由於觸頭有時焊住，切斷不了電源而引發各種 事故，給企業帶來很大的經濟損失。

發明內容
為了克服上述現有技術存在的缺點，本發明的目的在於提供一種主觸頭動作無 弧、散熱好、成本低廉、壽命長、汙染性少的單極無弧永磁交流接觸器。為解決上述問題，本發明採用以下技術方案該單極無弧永磁交流接觸器，由三個 採用單極機械結構和獨立操動機構的單獨的相接觸器組合而成；所述的相接觸器包括殼 體、靜觸頭、動觸頭；殼體2內為上下兩腔，靜觸頭1固設在殼體的上端內部，兩個靜觸頭1 之間的殼體2留有一動觸頭運動通道13 ；殼體的上腔內固設有永磁體8和電子模塊12 ；殼 體的下腔內設置操動機構，所述操動機構包括軟鐵芯4、線圈架5及繞置在線圈架上的操動 機構線圈6，線圈架5套置在軟鐵芯4上且固定於殼體下腔；與所述軟鐵芯對應在殼體內設 有連通上下腔以供軟鐵芯4上下活動的通孔，軟鐵芯4與線圈架5之間設有反力彈簧3 ；軟 鐵芯4的頂端連接一連杆9，該連杆上端設為向上開口的空腔體，所述動觸頭10設置在該空 腔體內；動觸頭10連接一固定銷釘16，連杆9的空腔體上設有與固定銷釘16間隙配合且 對固定銷釘上下移動限位的銷釘活動孔18，動觸頭10與連杆9之間設有超程彈簧11。作為本發明的進一步的技術方案在該單極無弧永磁交流接觸器中，所述電子模塊12在按照輸入的三相交流供電 方式中，取一相設為一個主控制電路模塊，取兩相分別設為一個從屬控制電路模塊；所述從屬控制電路模塊包括低壓穩壓電源、相取「1」信號電路、吸合電路、斷開電 路和對應的操動機構線圈；所述吸合電路包括相電壓取樣電路、電壓過零檢測電路、吸合時 間修正電路、光電耦合電路和吸合開關，用於向對應的操動機構線圈提供正向電流；所述斷 開電路包括相電流取樣電路、電流過零檢測電路、斷開時間修正電路、與門電路、光電耦合 電路和斷開開關，用於向對應的操動機構線圈提供反向電流；所述低壓穩壓電源為上述吸 合電路、斷開電路提供電源，為所述相取「 1，，信號電路提供相信號；所述主控制電路模塊除包括與從屬控制電路模塊電路結構相同的低壓穩壓電源、 相取「1」信號電路、吸合電路、斷開電路、對應的操動機構線圈外，還包括斷相判斷電路、主 穩壓電源、保護跳閘和停止按鈕、啟動按鈕；保護跳閘的常閉接點與停止按鈕常閉接點的 一端與主控制電路模塊的低壓穩壓電源相接，另一端與第一與非門電路輸入端相接；所述 從屬控制電路模塊的相取「 1 」信號電路輸出端、主控制電路模塊的相取「 1 」信號電路輸出端連接所述斷相判斷電路的輸入端；所述斷相判斷電路採用與非門電路記為第二與非門 電路；第一與非門電路、第二與非門電路的輸出端分別接入一或門電路的輸入端；所述或 門電路輸出端連接從屬控制電路模塊的與門電路輸入端、主控制電路模塊的與門電路輸入 端；所述主穩壓電源的輸入端經啟動按鈕接入對應的相電源，輸出端分別連接從屬控制電 路模塊的的吸合開關和斷開開關、主控制電路模塊的吸合開關和斷開開關。在該單極無弧永磁交流接觸器中，靜觸頭與動觸頭兩者相配合的接觸面為45度 角的斜面。在該單極無弧永磁交流接觸器中，所述連杆的空腔體下端外側設有輔助觸點凸頭17。在該單極無弧永磁交流接觸器中，所述永磁體8設置有兩塊，對稱固設在動觸頭 運動通道13的兩側。在該單極無弧永磁交流接觸器中，所述從屬控制電路模塊、主控制電路模塊中分 別設置一閉鎖光耦電路，各閉鎖光耦電路的輸入端均與主控制電路模塊中的或門電路輸 出端連接，從屬控制電路模塊的閉鎖光耦電路輸出端連接從屬控制電路模塊的光電耦合電 路；主控制電路模塊的閉鎖光耦電路輸出端連接主控制電路模塊的光電耦合電路。本發明的工作原理和過程是當相電壓取樣電路取樣後發出吸合指令經電壓過 零檢測電路過零，吸合時間修正電路計算提前操動機構完成所需的時間，然後通過吸合電 路中的光電耦合電路和吸合開關向操動機構線圈送入一個正向電流，使所述軟鐵芯上端感 應磁極與永磁體下表面磁極相反，由於異性相吸，從而軟鐵芯向上運動，帶動動觸頭與靜觸 頭閉合，軟鐵芯並被永磁體吸持住。當相電壓取樣電路取樣後發送斷開指令(包括保護動 作)，再經內部電流過零檢測到過零時，斷開時間修正電路計算提前操動機構完成所需的時 間，然後通過斷開電路中的光電耦合電路和斷開開關向操動機構線圈輸出一個反向電流， 使軟鐵晶片上端磁極與永磁體磁極相同，在同性相斥的作用下，再加上反力彈簧的作用，軟 鐵芯快速向下運動，帶動動觸頭斷開。上述即為該交流接觸器完成無弧吸合與斷開的過程。本發明的有益效果是1、採用了單極機械結構和獨立的操動機構，可做到分相通斷，為組合成多極交流 接觸器的無弧具備了結構基礎。實際應用中，可靈活的組合成單極(相電容投切)、三極(三 相投切)、四極(三相與N同時投切)、五極(電機啟動等)交流接觸器。2、其獨立的相接觸器中的電子模塊，在實際應用中確保開關電壓過零合，在電流 過零斷開。3、動靜觸頭採用45度角斜面接觸，從而增大接觸面，並且結構簡單，有利開合。4、操動機構採用頂壓式運動方式，軟鐵芯動，永磁體保持，使動靜觸頭保持一定的 接觸壓力與接觸面積。它主要消除了交流接觸器主觸頭動作起弧；還提高了交流接觸器的電氣壽命(接 近於機械式開關的壽命)，減少了運行中的事故和對電網的衝擊與雜波汙染，減少了運營和 生產成本，而且安裝便捷。


下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明
附圖1為本發明實施例的機械結構示意圖，附圖2為圖1中連杆部分的結構示意圖，附圖3為本發明實施例的電路原理框圖。圖中1靜觸頭，2殼體，3反力彈簧，4軟鐵芯，5線圈架，6操動機構線圈，8永磁體， 9連杆，10動觸頭，11超程彈簧，12電子模塊，13動觸頭運動通道，16固定銷釘，17輔助觸點 凸頭，18銷釘活動孔，19保護跳閘，20停止按鈕，21啟動按鈕。
具體實施例方式該單極無弧永磁交流接觸器由三個採用單極機械結構和獨立操動機構的單獨的 相接觸器組合而成。如圖1所示，其相接觸器主要包括殼體2、靜觸頭1、動觸頭10。殼體2內為上下 兩腔，靜觸頭1固設在殼體的上端內部，兩個靜觸頭1之間的殼體2留有一動觸頭運動通道 13。殼體的上腔內固設有永磁體8和電子模塊12。永磁體8設置有兩塊，對稱固設在動觸 頭運動通道13的兩側。殼體的下腔內設置操動機構，操動機構包括軟鐵芯4、線圈架5及繞置在線圈架上 的操動機構線圈6，線圈架5套置在軟鐵芯4上且固定於殼體下腔。與軟鐵芯4對應在殼體 內設有連通上下腔以供軟鐵芯4上下活動的通孔，軟鐵芯4與線圈架5之間設有反力彈簧 3。軟鐵芯4的頂端連接一連杆9，該連杆上端設為向上開口的空腔體，動觸頭10設置在該 空腔體內。如圖2所示，動觸頭10連接一固定銷釘16，連杆9的空腔體上設有與固定銷釘 16間隙配合且對固定銷釘上下移動限位的銷釘活動孔18，動觸頭10與連杆9之間設有超 程彈簧11。連杆9的空腔體下端外側設有輔助觸點凸頭17。該相接觸器中，靜觸頭與動觸頭兩者相配合的接觸面為45度角的斜面。從而增大 其接觸面，並且結構簡單，有利開合。如圖3所示，所述電子模塊12在按照輸入的三相交流供電方式中，取B相所連接 的相接觸器中的電子模塊設為一個主控制電路模塊，取A相、C相所連接的相接觸器中的電 子模塊分別設為一個從屬控制電路模塊。從屬控制電路模塊包括低壓穩壓電源、相取「 1，，信號電路、吸合電路、斷開電路和 對應的操動機構線圈。所述吸合電路包括相電壓取樣電路、電壓過零檢測電路、吸合時間修 正電路、光電耦合電路和吸合開關，用於向各相對應的操動機構線圈提供正向電流。所述斷 開電路包括相電流取樣電路、電流過零檢測電路、斷開時間修正電路、與門電路、光電耦合 電路和斷開開關，用於向各相對應的操動機構線圈提供反向電流。所述低壓穩壓電源為上 述吸合電路、斷開電路提供電源，為所述相取「 1，，信號電路提供相信號，該低壓穩壓電源為 12V穩壓電源。主控制電路模塊除包括與從屬控制電路模塊電路結構相同的低壓穩壓電源、相取 「1」信號電路、吸合電路、斷開電路、對應的操動機構線圈外，還包括斷相判斷電路、主穩壓 電源、保護跳閘19和停止按鈕20、啟動按鈕21。保護跳閘19的常閉接點與停止按鈕20的 常閉接點的一端與主控制電路模塊的低壓穩壓電源相接，另一端與第一與非門電路輸入端 相接。兩從屬控制電路模塊的相取「 1 」信號電路輸出端、主控制電路模塊的相取「 1 」信號電 路輸出端連接所述斷相判斷電路的輸入端。所述斷相判斷電路採用與非門電路記為第二與非門電路。第一與非門電路、第二與非門電路的輸出端分別接入一或門電路的輸入端。所述 或門電路輸出端連接兩個從屬控制電路模塊的與門電路輸入端、主控制電路模塊的與門電 路輸入端。所述主穩壓電源為200V穩壓電源，其輸入端經啟動按鈕接入對應的B相電源， 輸出端分別連接從屬控制電路模塊的的吸合開關和斷開開關、主控制電路模塊的吸合開關 和斷開開關。所述主要控制電路模塊和從屬控制模塊之間通過引出到殼體的若干端子進行相 互連接。該單極無弧永磁交流接觸器的工作原理如下主控制電路模塊中，當按下啟動按鈕(並自保)，主穩壓電源有200V電壓分別發 給三相的吸合開關和斷開開關，也相當發給三相吸合指令，經各相電壓取樣，電壓檢測過零 開始，按動觸頭動作時間超前修正其觸發脈衝，經過光電耦合電路光電隔離後給吸合開關 發出修正的觸發脈衝，吸合開關導通給所在相的操動機構線圈輸出正向電流，使對應的軟 鐵芯上端感應磁極與永磁體下表面磁極相反，由於異性相吸，從而軟鐵芯向上運動，帶動動 觸頭與靜觸頭閉合，軟鐵芯被永磁體吸持住。即確保動觸頭和靜觸頭是在相電壓過零時吸 合。超程彈簧11在動觸頭10和靜觸頭1閉合時使得動觸頭10受到向上的壓力，這樣動觸 頭10和靜觸頭1之間貼合更加緊密。兩從屬控制電路模塊、及主控制電路模塊中分別還設置一閉鎖光耦電路，各閉鎖 光耦電路的輸入端均與主控制電路模塊中的或門電路輸出端連接，從屬控制電路模塊的閉 鎖光耦電路輸出端連接從屬控制電路模塊的光電耦合電路；主控制電路模塊的閉鎖光耦電 路輸出端連接主控制電路模塊的光電耦合電路。設置閉鎖光耦電路可進一步保證吸合條件 的可靠性。該單極無弧永磁交流接觸器的主控制電路模塊、從屬控制模塊中，斷開開關動作， 同時需要滿足兩個條件一是要滿足各相負載電流過零時主觸頭才能斷開，二是需要有不 同形式斷開指令，如停止、負載保護動作要求切斷電源，三相中出現斷相，和停電後主觸頭 跳開。而且三相要同步，各種斷開指令由主控制電路模塊中或門電路發出。保護跳閘的常閉接點與停止按鈕常閉接點一端與主控制電路模塊中低壓穩壓電 源相接，另一端與第一與非門電路相接，只要兩者有一路斷開，第一與非門電路輸出為「 1 」。 三相對應的相取「1」電路同時都加在三端輸入的第二與非門電路(即斷相判斷電路)輸入 端，只要有一根斷相，第二與非門就輸出「1」信號。兩個與非門電路輸出信號並接入或門電 路兩輸入端，即不論是斷相或是保護跳閘、停止按鈕動作，或門都輸出「1」信號，並與各相斷 開電路的與門電路相接。這樣完成各相斷開信號條件，保證三相同步。滿足斷開信號條件 後，各相的斷開信號通過其斷開電路中的光電耦合電路和斷開開關向對應的操動機構線圈 輸出一個反向電流，使對應的軟鐵晶片上端磁極與永磁體磁極相同，在同性相斥的作用下， 再加上反力彈簧的作用，軟鐵芯快速向下運動，帶動動觸頭斷開。在軟鐵芯4向上運動時反力彈簧3用於向上緊縮使得軟鐵芯4被施加向下的拉 力，這樣在動觸頭10斷開時能夠使得動觸頭動作更加迅速。
權利要求
單極無弧永磁交流接觸器，其特徵是由三個採用單極機械結構和獨立操動機構的單獨的相接觸器組合而成；所述的相接觸器包括殼體、靜觸頭、動觸頭；其特徵是殼體(2)內為上下兩腔，靜觸頭(1)固設在殼體的上端內部，兩個靜觸頭(1)之間的殼體(2)留有一動觸頭運動通道(13)；殼體的上腔內固設有永磁體(8)和電子模塊(12)；殼體的下腔內設置操動機構，所述操動機構包括軟鐵芯(4)、線圈架(5)及繞置在線圈架上的操動機構線圈(6)，線圈架(5)套置在軟鐵芯(4)上且固定於殼體下腔；與所述軟鐵芯對應在殼體內設有連通上下腔以供軟鐵芯(4)上下活動的通孔，軟鐵芯(4)與線圈架(5)之間設有反力彈簧(3)；軟鐵芯(4)的頂端連接一連杆(9)，該連杆上端設為向上開口的空腔體，所述動觸頭(10)設置在該空腔體內；動觸頭(10)連接一固定銷釘(16)，連杆(9)的空腔體上設有與固定銷釘(16)間隙配合且對固定銷釘上下移動限位的銷釘活動孔(18)，動觸頭(10)與連杆(9)之間設有超程彈簧(11)。
2.根據權利要求1所述的單極無弧永磁交流接觸器，其特徵是所述電子模塊(12)在 按照輸入的三相交流供電方式中，取一相所連接的相接觸器中的電子模塊設為一個主控制 電路模塊，取另外兩相所連接的相接觸器中的電子模塊分別設為一個從屬控制電路模塊；所述從屬控制電路模塊包括低壓穩壓電源、相取「 1」信號電路、吸合電路、斷開電路和 對應的操動機構線圈；所述吸合電路包括相電壓取樣電路、電壓過零檢測電路、吸合時間修 正電路、光電耦合電路和吸合開關，用於向對應的操動機構線圈提供正向電流；所述斷開電 路包括相電流取樣電路、電流過零檢測電路、斷開時間修正電路、與門電路、光電耦合電路 和斷開開關，用於向對應的操動機構線圈提供反向電流；所述低壓穩壓電源為上述吸合電 路、斷開電路提供電源，為所述相取「 1，，信號電路提供相信號；所述主控制電路模塊除包括與從屬控制電路模塊電路結構相同的低壓穩壓電源、相取 「1」信號電路、吸合電路、斷開電路、對應的操動機構線圈外，還包括斷相判斷電路、主穩壓 電源、保護跳閘和停止按鈕、啟動按鈕；保護跳閘的常閉接點與停止按鈕常閉接點的一端與 主控制電路模塊的低壓穩壓電源相接，另一端與第一與非門電路輸入端相接；所述從屬控 制電路模塊的相取「 1，，信號電路輸出端、主控制電路模塊的相取「 1，，信號電路輸出端連接 所述斷相判斷電路的輸入端；所述斷相判斷電路採用與非門電路記為第二與非門電路；第 一與非門電路、第二與非門電路的輸出端分別接入一或門電路的輸入端；所述或門電路輸 出端連接從屬控制電路模塊的與門電路輸入端、主控制電路模塊的與門電路輸入端；所述 主穩壓電源的輸入端經啟動按鈕接入對應的相電源，輸出端分別連接從屬控制電路模塊的 的吸合開關和斷開開關、主控制電路模塊的吸合開關和斷開開關。
3.根據權利要求1所述的單極無弧永磁交流接觸器，其特徵是靜觸頭與動觸頭兩者 相配合的接觸面為45度角的斜面。
4.根據權利要求1所述的單極無弧永磁交流接觸器，其特徵是所述連杆的空腔體下 端外側設有輔助觸點凸頭(17)。
5.根據權利要求1所述的單極無弧永磁交流接觸器，其特徵是所述永磁體(8)設置 有兩塊，對稱固設在動觸頭運動通道(13)的兩側。
6.根據權利要求2所述的單極無弧永磁交流接觸器，其特徵是所述從屬控制電路模 塊、主控制電路模塊中分別設置一閉鎖光耦電路，各閉鎖光耦電路的輸入端均與主控制電 路模塊中的或門電路輸出端連接，從屬控制電路模塊的閉鎖光耦電路輸出端連接從屬控制電路模塊的光電耦合電路；主控制電路模塊的閉鎖光耦電路輸出端連接主控制電路模塊的 光電耦合電路。
全文摘要
一種單極無弧永磁交流接觸器，它由三個採用單極機械結構和獨立的操動機構的單獨的相接觸器組合而成；相接觸器主要由殼體、靜觸頭、動觸頭、電子模塊、操動機構組成。其分相獨立的機械結構與操動機構，在配套的電子模塊的控制下，完成與相同步、無弧、節能的目的。主要解決了目前各種保護開關所有的主觸頭動作起弧、散熱高、成本過高、壽命短或者汙染性大等問題，還提高了交流接觸器的電氣壽命，減少了運行中事故和對電網衝擊與雜波汙染，減少運營和生產成本。
文檔編號H01H51/01GK101976638SQ20101053223
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月5日 優先權日2010年11月5日
發明者劉樹典 申請人:濟南華辰電子研究所