節電交流接觸器的電子單元的製作方法
2023-05-21 21:56:06
節電交流接觸器的電子單元的製作方法
【專利摘要】一種節電交流接觸器的電子單元，所述電子單元是四埠網絡,設有第一輸入埠、第二輸入埠、第一輸出埠和第二輸出埠；第一輸入埠、第二輸入埠分別與AC電壓的第一端和第二端連接,第一輸出埠、第二輸出埠分別與勵磁線圈的第一端和第二端連接；附加電子單元的內部設有開關電路和儲能電路；開關電路的一端接第一輸入埠；另一端接第一輸出埠以及儲能電路的一端；儲能電路的另一端接第二輸出埠以及第二輸入埠；其中，開關電路由氣體放電管組成，儲能電路由電容組成。
【專利說明】節電交流接觸器的電子單元
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及低壓電器領域，尤其涉及一種僅用二個電子器件改造而成的「節電交流接觸器的電子單元」。
【背景技術】
[0002]交流接觸器是一種應用非常廣泛的低壓電器，截止2012年，我國在線運行的交流接觸器多達10億隻，而且以每年新增8000萬隻的速度遞增。其工作原理是利用電磁鐵帶動動觸點(動合觸點)與靜觸點(動斷觸點)閉合或分離，達到接通或切斷電路的目的。它適用於起動或控制三相感應電動機和其它用電設備。
[0003]圖1為傳統的交流接觸器的工作原理圖。這種傳統的交流接觸器主要由動鐵芯、靜鐵芯、勵磁線圈、復位彈簧、動斷觸點、動合觸點組成。當勵磁線圈接通AC220V、AC110V或AC380V電壓(以下通稱AC220V、ACllOV或AC380V為AC電壓或勵磁電源)時，動鐵芯受勵磁線圈產生的磁力的作用而與靜鐵芯閉合，與動鐵芯聯動的動合觸點也隨之閉合，外電路便通過此動合觸點而接通；當勵磁線圈上的AC電壓斷開時，動鐵芯失磁並受復位彈簧的作用而與靜鐵芯分離，動合觸點復位斷開，外電路便隨之被切斷。
[0004]綜上所述，這種傳統的交流接觸器的工作過程可分為「吸合」、「吸持」、「復位」三個階段:
[0005]1、吸合:勵磁線圈與AC電壓接通，動、靜鐵芯吸合。在此階段，為克服動鐵芯的慣性和復位彈簧的彈力，勵磁電源必須提供較大的功率(以下稱此功率為「吸合功率」)，動、靜鐵芯才能互相吸合，並且，「吸合功率」越大，吸合越乾脆越快速；
[0006]2、吸持:勵磁線圈繼續與AC電壓接通，動、靜鐵芯繼續保持吸合的狀態。在此階段，勵磁電源只須提供較小的功率(以下稱此功率為「吸持功率」)，動、靜鐵芯也能繼續吸合。若在此階段，勵磁電源提供過大的吸持功率，將造成電能浪費並導致交流接觸器不應有的發熱升溫；
[0007]3、復位:勵磁線圈斷開AC電壓，動、靜鐵芯「復位」分離。
[0008]交流接觸器的用途千差萬別，結構也千差萬別，但它們的工作原理均與圖1相同。
[0009]傳統的交流接觸器由於吸合與吸持階段勵磁線圈中均通以相同的AC電壓，因此存在以下的嚴重缺點:
[0010]1、無謂的耗電:前已述，在吸合和吸持階段，傳統的交流接觸器的勵磁線圈中均通以「相同的」AC電壓，使吸持功率過大，造成了無謂的電能損耗；
[0011]2、發熱:無謂的電能損耗所產生的惡果是「升溫發熱」，嚴重時，甚至會燒毀傳統的交流接觸器的勵磁線圈；
[0012]3、吸合動作的優劣「憑運氣」:在勵磁線圈接通AC電壓的時刻，AC電壓的瞬時值較高時，所述的常規交流接觸器強力吸合；相反，所述的勵磁線圈接通AC電壓的時刻，AC電壓的瞬時值較低時，所述的常規交流接觸器則滯鈍吸合，在此情況下，其動合觸點或動斷觸點就可能因打火嚴重而燒毀；[0013]4、存在煩人的交流噪聲；
[0014]5、功率因素低。
[0015]針對傳統的交流接觸器存在的嚴重缺點，電子、電器行業內的技術人員研究、設計了多種用於改善傳統的交流接觸器性能的「節電線路」、「節電器」、「節能交流接觸器」。中國專利申請號為97216246.1的「高效節能交流接觸器」、申請號為94202133.9的「節能交流接觸器裝置」、申請號為201010144412.4的「一種節能交流接觸器」公開了專利 申請人:各自的研究成果；杭州、常州、珠海等地的院校或廠商也有用於改善常規交流接觸器性能的「節電器」問世。
[0016]上述的現有技術的確為改善常規交流接觸器的性能，作出了有益的探索並取得了一定的成就，但普遍存在以下的缺陷:
[0017]1、結構複雜，難以實施；
[0018]2、所用的電子器件太多，電子線路太複雜；採用單片機控制的「交流接觸器節電器」則易受交流接觸器本身或電機等電器的電磁幹擾而導致內部程序執行錯誤、產生「飛跳」誤控一此誤控在某些場合會釀成大禍！
[0019]3、實施生產的產品售價太高，例如廣東省珠海市某有限公司生產的QXJB型交流接觸器節電器的售價高達1500元/臺！小型的交流接觸器的售價才二十多元，中型的交流接觸器的售價也只有幾百元，如此昂貴的「QXJB型交流接觸器節電器」將使用戶寥寥。
[0020]4、由於電子線路複雜，所用的電子器件多，因此，交流接觸器的節電控制部份難以與交流接觸器集成為一體，所述的節電控制部份須另設一個盒子，造成用戶安裝不便、接線麻煩。
[0021]5、由於電子線路複雜，所用的電子器件多，因此，交流接觸器的節電控制部份自身的電耗(AC — DC轉換損耗、IC電耗、執行器電耗等)將增大，有的甚至大到與小型接觸器的吸持功率相比擬的地步。
[0022]正是由於現有技術存在以上缺陷，所以出現了以下的情況:「目前我國節電型交流接觸器已經有一定的市場，但還不夠普及，傳統型交流接觸器目前在用戶使用上佔主導地位。主要原因是節電型接觸器價格較貴，用戶在一次性投入上還不能接受，有待於國家在節能型接觸器的推廣上加大政策力度，促進節能型接觸器的廣泛應用」。(參考文獻1:錢金川等.交流接觸器節能技術綜述.中國電子商情.2011年第4期)
[0023]針對現有技術的現狀，本實用新型要迖到的目標是:秉著「至精必須至簡，唯有簡單實用才能長久流傳」和「沒有最好，只有更好」的宗旨，「應用電子技術，改造傳統產業」，設計一種電子線路儘量簡單的、所用器件儘量少的、價格儘量廉的、性能超過現有技術的，「至精至簡」的「電子型節電交流接觸器」。
實用新型內容
[0024]一種電子型節電交流接觸器，包括附加電子單元與常規交流接觸器兩部份，其特徵在於:
[0025]所述的常規交流接觸器由動斷觸點DD、動合觸點DH、動鐵芯M、靜鐵芯G、復位彈簧F、勵磁線圈L所組成；
[0026]所述的附加電子單元是四埠網絡，設有N1、N2、P1、P2四個埠，埠 N1、N2為其兩個輸入埠，P1、P2為其兩個輸出埠 ；輸入埠 N1、N2分別與AC電壓的S1、S2端連接，輸出埠 P1、P2分別與所述的勵磁線圈L的A1、A2端連接；
[0027]所述的四埠網絡附加電子單元的內部設有開關電路和儲能電路，其連接方式為:所述的開關電路的一端接所述的NI端、另一端接所述的Pl端，所述的儲能電路的一端接所述的Pl端、另一端接所述的P2端，所述的P2端與所述的N2端相連接；或者:所述的開關電路的一端接所述的N2端、另一端接所述的P2端，所述的儲能電路的一端接所述的Pl端、另一端接所述的P2端，所述的Pl端與所述的NI端相連接；
[0028]所述的開關電路由氣體放電管⑶T (gaseous discharge tube)組成,所述的儲能電路由電容C組成；
[0029]所述的氣體放電管GDT、電容C 二隻電子器件組成了所述的四埠附加電子單元；其電路結構和組成方式為:所述的NI端、氣體放電管GDT、P1端、電容C、P2端、N2端依次相串聯即組成為所述的四埠附加電子單元；或者:所述的NI端、Pl端、電容C、P2端、氣體放電管GDT、N2端依次相串聯即組成為所述的四埠附加電子單元；
[0030]所述的氣體放電管⑶T可以用半導體放電管(thyristor surge suppressors)、靜電抑止器(Electro-Static discharge)、瞬態電壓抑制器(Transient VoltageSuppressor)或壓敏電阻器(pressure sensitive resistor)中的任意一種例如半導體放電管替代；
[0031]所述的附加電子單元與常規交流接觸器按所述的方式相組合，即可組成新型的「電子型節電交流接觸器」。
[0032]所述的附加電子單元對隨機接通的AC電壓具有自動鑑別的功能^AC電壓的瞬時值小於閾值電壓時，電子型節電交流接觸器不吸合；反之，當AC電壓的瞬時值大於閾值電壓、其所提供的吸合功率足夠大時，電子型節電交流接觸器便強力吸合。
[0033]所述的開關電路兩端之電壓大於所述的閾值電壓時，其導通；
[0034]所述的開關電路導通時，所述的儲能電路充電儲能。
[0035]應用本實用新型，可以取得以下有益效果:
[0036]1、價廉:本實用新型中用於改進常規交流接觸器性能的至精至簡的「附加電子單元」，僅有二個電子器件，總成本小於0.3元人民幣。僅花幾角錢，就可使常規交流接觸器提升為優良性能的「電子型節電交流接觸器」，解決了參考文獻I所揭示的問題:「目前我國節電型交流接觸器已經有一定的市場，但還不夠普及，傳統型交流接觸器目前在用戶使用上佔主導地位。主要原因是節電型接觸器價格較貴，用戶在一次性投入上還不能接受，有待於國家在節能型接觸器的推廣上加大政策力度，促進節能型接觸器的廣泛應用」，為節電型交流接觸器大面積推廣創造了條件；
[0037]2、物美:上述二個電子器件的體積均纖小，可將它們集成到常規交流接觸器的內部，製造成一體化的、外觀悅目的電子型節電交流接觸器。這一點，現有技術均望塵莫及、難以做到；
[0038]3、可靠:電子產品的可靠性與所用的電子器件的數量成反比，價格與所用的電子器件的數量成正比。所用的電子器件越多，電子線路越複雜，就意味著可靠性越低、價格越高。本實用新型僅用二個電子器件，而且都是強電用的不怕電磁幹擾的功率型器件，因此，不但成本低，而且可靠性極高；[0039]4、延壽:一臺傳統的CJX2 - 2510交流接觸器、一臺用本實用新型的「附加電子單元」改造的同型號的CJX2 - 2510交流接觸器，在室溫為34°C的同一地點同時運行10小時後，前者表面的溫度已超60°C，摸之燙手；後者，表面的溫度仍為室溫。溫升是電子、電器產品的大敵，溫升越高，產品的使用壽命就越短，反之，使用壽命就可延長。因此，本實用新型具有延長產品使用壽命的「延壽」功能；
[0040]5、快速:本實用新型設有「閾值電壓」，AC電壓大於「閾值電壓」、「吸合功率」足夠大時，交流接觸器才做吸合動作。因此，本實用新型吸合動作強勁有力、聲音清脆、吸合速度快。本實用新型快速吸合的優點，可以減少觸頭的電弧、防止觸頭燒灼失效，對保護觸頭、延長接觸器壽命具有重要的作用。
[0041]6、節電:溫升低，是節電的直觀表現，實測結果也表明，本實用新型具有較高的節電效率。
[0042]為了實測本實用新型的節電效率，便製作了樣機(僅需二個電子器件，樣機很容易做)，用「EPM8200多功能電參數測量儀」分別測量以下兩種交流接觸器的指標:
[0043](I)、未加本實用新型之「附加電子單元」的CJX2 — 2510型常規交流接觸器(以下簡稱常規件);
[0044](2)、按本實用新型所述的方法，所述的CJX2 - 2510型常規交流接觸器加設「附加電子單元」後改造而成的新型的「電子型節電交流接觸器」(以下簡稱新型件)。
[0045]結果如下表 1:
[0046]表1
[0047]
視在功率有功功率
常規件視在功率有功功率輸入電流功率因素
節電率節電率
常規件 10.8va 3.6w 0.049A 0.332------------
新型件 I 8valT2w 0.008A 0.65583%67%
[0048]以上實測結果表明:本實用新型的「有功功率節電率」達67%，「視在功率節電率」達 83%。
[0049]7、靜噪。自從1924年世界第一隻交流接觸器誕生以後，交流噪聲與交流接觸器就「如影相隨」，業內人員對常規交流接觸器的交流噪聲已經達到「司空見慣、見怪不怪」的地步。本實用新型可以做到寂靜無噪聲，即使在夜深人靜的時候，也聽不到噪聲，實令業內觀者稱奇。
[0050]8、升PF。前已述，實測結果表明:常規交流接觸器的功率因素(Power factor即PF)僅為0.332，而應用本實用新型後，PF升至0.655。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0051]圖1為常規交流接觸器的原理圖；
[0052]圖2為實施例1的原理方框圖；
[0053]圖3為實施例1的電路原理圖；[0054]圖4為AC電壓波形圖；
[0055]圖5為實施例1在t2?t3時域內的工作示意圖:
[0056]圖6為實施例1在t = th時的工作示意圖:
[0057]圖7為實施例1在t = t3時的工作示意圖:
[0058]圖8為實施例1在t3?t4時域內的工作示意圖:
[0059]圖9為實施例1在過渡區域內的工作示意圖:
[0060]圖10為實施例1在t5?t6時域內的工作示意圖:
[0061]圖11為實施例1在t = t6時的工作示意圖:
[0062]圖12為實施例1在t6?t7時域內的工作示意圖；
[0063]圖13為實施例2的原理方框圖:
[0064]圖14為實施例2的電路原理圖；
[0065]圖15為實施例3的電路原理圖；
[0066]圖16為實施例4的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0067]下面結合附圖，說明本實用新型的實施方式。
[0068]圖2為本實用新型之實施例1的原理方框圖，圖3為實施例1的電路原理圖。圖
2、圖3中:L為常規交流接觸器中的勵磁線圈，Al、A2為其之兩個連接埠 ；虛線方框100表示本實用新型的附加電子單元，其為具有兩個輸入端即NI與N2端、兩個輸出端即Pl與P2端的四埠網絡；所述的附加電子單元100中的101為開關電路、102為儲能電路。
[0069]結合圖2與圖3 ;—種電子型節電交流接觸器，包括附加電子單元100與常規交流接觸器兩部份，其特徵在於:
[0070]所述的常規交流接觸器由動斷觸點DD、動合觸點DH、動鐵芯M、靜鐵芯G、復位彈簧F、勵磁線圈L所組成；
[0071]所述的附加電子單元100是四埠網絡，設有N1、N2、P1、P2四個埠，埠 N1、N2為其兩個輸入埠，P1、P2為其兩個輸出埠 ；輸入埠 N1、N2分別與AC電壓的S1、S2端連接，輸出埠 P1、P2分別與所述的勵磁線圈L的A1、A2端連接；
[0072]所述的四埠網絡附加電子單元100的內部設有開關電路101和儲能電路102，其連接方式為:所述的開關電路101的一端接所述的NI端、另一端接所述的Pl端，所述的儲能電路102的一端接所述的Pl端、另一端接所述的P2端，所述的P2端與所述的N2端相連接；
[0073]所述的開關電路101由氣體放電管⑶T組成，所述的儲能電路102由電容C組成；
[0074]所述的氣體放電管GDT、電容C 二隻電子器件組成了所述的四埠附加電子單元100 ；
[0075]所述的四埠附加電子單元100的電路結構和組成方式為:所述的NI端、氣體放電管⑶T、P1端、電容C、P2端、N2端依次相串聯即組成為所述的四埠附加電子單元100。
[0076]所述的附加電子單元100與常規交流接觸器按所述的方式相組合，即可組成新型「電子型節電交流接觸器」。
[0077]結合圖4:從S1、S2端輸入的AC電壓的數學表達式為:[0078]U=Umsin (2 Ji ft + Φ )
[0079]上式中:u為AC電壓的瞬時值，Um為AC電壓的振幅值，f為AC電壓的頻率，Φ為AC電壓的初相角。[0080]為簡便說明，現假設初相角Φ=0，則AC電壓的瞬時值u的表達式為:
[0081]U=Ums?η2 π ft
[0082]其波形如圖4所示。圖中:t表示時間、u表示AC電壓的瞬時值。
[0083]氣體放電管⑶T的工作原理為:當其兩端電壓UT低於其放電電壓Usdc (以下稱此放電電壓Usdc為開關電路閾值電壓簡稱「閾值電壓」)時，所述的氣體放電管GDT是一個絕緣體，呈現高阻抗，近似為開路，即所述的氣體放電管GDT為截止狀態；當其兩端電壓UT大於其放電電壓Usdc時，便產生弧光放電並呈現低阻抗，近似為短路，即所述的氣體放電管⑶T為導通狀態。根據氣體放電管⑶T的上述工作原理，將圖4中的AC電壓分為以下區域:
[0084]1、開機拒吸合區域，即圖4中的陰影區。在此區域，AC電壓的瞬時值U=Umsin2 n ft小於氣體放電管⑶T的放電電壓Usdc即:
[0085]U=Ums?η2 π ft < Usdc
[0086]氣體放電管GDT為截止狀態。若在此區域開機接通AC電壓，所述的電子型節電交流接觸器將拒絕吸合。
[0087]2、儲能區域，即圖4中Ql、Q2區域，在此區域，UT > Usdc，氣體放電管⑶T為導通狀態，所述的電容C和勵磁線圈L均充電儲能。
[0088]3、釋能區域，即圖4中t3~t4、t6~t7區域,在此區域，UT < Usdc,氣體放電管GDT為截止狀態，所述的電容C和勵磁線圈L互補放電釋能。
[0089]4、過渡區域，即圖4中t4~t5區域，此區域是很特殊的區域，下面將詳細闡述。
[0090]下面結合附圖闡述本實施例1的工作過程:
[0091]t=tl時(t=tl處於前述的「開機拒吸合區域」內)，AC電壓接通，此時，由於AC電壓接通前，電容C和勵磁線圈L放電均已結束，故電容C兩端的電壓(即附加電子單元100的輸出電壓)UC=O ;在此t=tl時刻，AC電壓的瞬時值:
[0092]ul = Umsin2 π ftl < Usdc
[0093]即氣體放電管⑶T兩端電壓UT小於其放電電壓Usdc，故其為截止狀態，附加電子單元100的輸出電壓uc=o，所述的電子型節電交流接觸器不吸合。
[0094]結合圖1，本專業的技術人員應該清楚:若將t=tl時刻的AC電壓的瞬時值ul =Umsin2 π ftl直接施加至常規交流接觸器的勵磁線圈L上，則可能產生以下之一的不良現象:
[0095]1、ul的值太低，其所產生的磁力小於復位彈簧F的彈力，常規交流接觸器白白地耗電而不吸合；
[0096]2、Ul的值不夠大，其所產生的磁力僅略大於復位彈簧F的彈力，常規交流接觸器勉強而滯鈍地吸合，其觸點因打火時間較長而易遭燒損。
[0097]上述現象，是常規交流接觸器的缺點之一。
[0098]結合圖3、圖4:t=t2時，AC電壓的瞬時值:
[0099]u2 = Umsin2 Ji ft2 > Usdc[0100]氣體放電管⑶T放電導通，近似為短路。再結合圖3、圖4、圖5，由於氣體放電管GDT放電導通，AC電壓便提供的充電電流i23，本實用新型便進入以上所述的「儲能區域」，電容C、勵磁線圈L便分別獲得ic23、iL23的充電電流。
[0101]結合圖4、圖6，至t=th時，AC電壓提供的充電電流為Ih，電容C、勵磁線圈L分別獲得Ich、ILh的充電電流。
[0102]附加電子單元100輸出電壓即電容C或勵磁線圈L兩端的電壓已足夠高，即為:
[0103]Uch ^ uh = Umsin2 π fth
[0104]上式中Uch表示附加電子單元100在t=th時的輸出電壓、uh表示AC電壓在t=th時的瞬時值。
[0105]t=th時，AC電壓已驅使勵磁線圈L獲得了足夠強的充電電流即勵磁電流ILh，在足夠大、足夠強的Uch、ILh所產生的足夠大的吸合功率的作用下，電子型節電交流接觸器便強力吸合併進入吸持狀態。
[0106]分析至此，可以得出結論:附加電子單元100對隨機接通的AC電壓具有自動鑑別的功能^AC電壓的瞬時值U=Umsin2 ft Usdc、氣體放電管GDT放電導通、AC電壓所提供的吸合功率足夠大時，電子型節電交流接觸器便強力吸合。[0107]簡言之:附加電子單元100對隨機接通的AC電壓具有自動鑑別的功能:當AC電壓的瞬時值小於閾值電壓時，電子型節電交流接觸器不吸合；反之，當AC電壓的瞬時值大於閾值電壓Usdc、其所提供的吸合功率足夠大時，電子型節電交流接觸器便強力吸合。
[0108]因此，只要選擇Usdc足夠高的氣體放電管，即可確保電子型節電交流接觸器吸合強勁有力。
[0109]設有閾值電壓，可確保電子型節電交流接觸器吸合強勁有力、聲音清脆、吸合速度快。本實用新型快速吸合的特點，可以減少觸頭的電弧、防止觸頭燒灼失效，對保護觸頭、延長交流接觸器壽命具有重要的作用，乃是本實用新型重要的功能，也是本實用新型顯著的優點之一。
[0110]再結合圖4、圖7，t=t3時，AC電壓處於SI端為高電平、S2端為低電平的正半周，即SI端為正端、S2端為負端，其瞬時值為u3 = Umsin2 ft3 ;此時，電容C兩端的電壓已充至UC3，氣體放電管⑶T兩端的電壓UT為:
[0111]UT = u3 — UC3 = Umsin2 π ft3 — UC3 < Usdc
[0112]氣體放電管⑶T因UT < Usdc而關斷截止，本實用新型便進入以上所述的「釋能區域」。
[0113]再結合圖4、圖8，在t3~t4的時域即以上所述的「釋能區域」內:
[0114]由於氣體放電管⑶T已關斷截止，因此，相當於附加電子單元100與AC電壓已斷開；
[0115]AC電壓斷開之前，電容C與勵磁線圈L均儲有電能；
[0116]在此t3~t4的時域內，電容C放電釋能，其放電電流為ic34 ;因勵磁線圈L上的電流不能突變，故其以電流為iL34 「續流」；電容C的放電電流ic34、勵磁線圈L的續流電流iL34兩者數值相等，方向互補，電子型節電交流接觸器就憑電容C和勵磁線圈L互補放電而繼續保持吸持狀態。
[0117]換言之:在氣體放電管GDT關斷的時域內，電子型節電交流接觸器依靠電容C與勵磁線圈L儲存的電能而維持吸持狀態。
[0118]結合圖4、圖9，t=t4時:
[0119]AC電壓處於S2端為高電平、SI端為低電平的負半周，即S2端為正端、SI端為負端，其瞬時值為u4 = Umsin2 n ft4 ；
[0120]如前所述，在t=t4時刻之前的t3~t4的時域內，電容C對勵磁線圈L放電，放電至t=t4時，由於電容上的電壓不能突變，故電容C尚存Pl端為正、P2端為負的電壓Uc4(此處，稱電壓Uc4為「殘壓」)；
[0121]此時，氣體放電管⑶T兩端的電壓UT為:
[0122]UT = Uc4 + u4 = Uc4 + Umsin2 n ft4 > Usdc
[0123]氣體放電管⑶T放電導通，AC電壓又對電容C充電，充電電流為ic45a ;本實用新型便進入以上所述的「過渡區域」。
[0124]闡述至此，結合圖4，還應強調^AC電壓由正半周向負半周過渡的「過零點」即t3~t4時域內的t=tl0點，AC電壓為零、但電容C尚存Pl端為正、P2端為負的電壓。
[0125]在接近t=t4時刻之時,勵磁線圈L之續流電流為iL45,由於電感上的電流不能突變，故t=t4時刻之後，其仍按原方向續流。根據此時AC電壓的極性，AC電壓輸出的充電電流i45不能提供此續流iL45，而此時電容C上的殘壓Uc4正好可提供所述的續流iL45，故電容C上的殘壓Uc4不是通過⑶T一NI—SI — S2之路徑，即不是通過AC電壓放電(若如此，功率因數將下降)而是通過Pl—L一P2之路徑，以放電電流ic45b = iL45與勵磁線圈L互補放電，使磁線圈L保持「續流`」。這乃是本實用新型的功率因數遠高於常規交流接觸器之功率因數的重要原因。功率因數高，是本實用新型重要的功能，也是本實用新型顯著的優點之一。
[0126]至t=t5時，勵磁線圈L的「續流」電流iL45逐步降至零，本實用新型便進入圖10所表示的狀態-M電壓提供的充電電流i56，電容C、勵磁線圈L分別獲得ic56、iL56的充電電流。
[0127]結合圖4、圖11，t=t6時，AC電壓處於SI端為低電平、S2端為高電平的負半周，即SI端為負端、S2端為正端，其瞬時值為u6 = Umsin2 31 f t6 ;此時，電容C兩端的電壓已充至UC6，氣體放電管⑶T兩端的電壓UT為:
[0128]UT = u6 — UC6 = Umsin2 n ft6 — UC6 < Usdc
[0129]氣體放電管⑶T因UT < Usdc而關斷截止，本實用新型再次進入以上所述的「釋能區域」。
[0130]結合圖4、圖12，在t6~t7的時域即「釋能區域」內:由於氣體放電管⑶T已關斷截止，因此，相當於附加電子單元100與AC電壓斷開；
[0131]AC電壓斷開之前，電容C與勵磁線圈L均儲有電能；
[0132]電容C放電釋能，其放電電流為ic67 ;因勵磁線圈L上的電流不能突變，故其以電流為iL67 「續流」；電容C的放電電流ic67、勵磁線圈L的續流電流iL67兩者數值相等，方向互補，電子型節電交流接觸器就憑電容C和勵磁線圈L互補放電而繼續保持吸持狀態。
[0133]闡述至此，結合圖4、圖12，還應強調:在AC電壓由負半周向正半周過渡的「過零點」即t6~t7時域內的t=t20點，AC電壓為零、但電容C尚存Pl端為負、P2端為正的電壓。
[0134]至t=t7時，氣體放電管⑶T兩端的電壓UT大於其閾值電壓Usdc，其又擊穿導通，電容C和勵磁線圈L又進入充電儲能的狀態。如此重複循環，可保證電子型節電交流接觸器維持穩定的吸持狀態。
[0135]闡述至此，可總結出本實用新型以下的技術特徵:
[0136]1、所述的開關電路兩端之電壓大於所述的閾值電壓時，其導通；
[0137]2、所述的開關電路導通時，所述的儲能電路充電儲能。
[0138]本實施例與常規交流接觸器的對照分析:
[0139]一、吸合
[0140]本實施例選擇了具有合適的閾值電壓Usdc的氣體放電管GDT，在電容C上電壓足夠高、勵磁線圈L產生的磁力足夠強、足以強有力地快速地吸合動鐵芯時，本實施例才強勁吸合。
[0141]前已述，本實施例的此功能是極重要的，業內人士均周知:動鐵芯吸合越乾脆越快速，觸頭拉電弧放電的時 間就越短、觸頭灼傷的可能性就越小，交流接觸器的使用壽命就越長久。本實施例的此功能對大功率高價位的交流接觸器尤顯珍貴。
[0142]常規交流接觸器則不然，其對隨機接通的AC電壓無鑑別的功能，全憑「運氣」。運氣好，AC電壓在U=Umsin ( ω t + Φ )=Um時接通，則強有力地吸合；而大部份時間則是「運氣不好」。設用於克服復位彈簧彈力的最低勵磁電壓的絕對值(即最低吸合電壓的絕對值)為 I u I = I Umsin ( ω t + Φ ) I =UO 則:
[0143](I)、若在AC電壓的瞬時值I u I = I Umsin ( ω t + Φ ) I = UO時接通，其就勉強而無力地吸合；
[0144](2)、若在AC電壓的瞬時值I u| = | UmsinC ω? + Φ) I < UO時接通，其就白白地耗電而不能吸合，一直耗電至AC電壓的瞬時值上升至|u| = | Umsin (cot + Φ)I = uo時才勉強而無力地吸合。
[0145]這就是常規交流接觸器尤其是大功率高價位的常規交流接觸器的觸頭常燒壞的原因之一，也是常規交流接觸器耗電高、溫升高的原因之一。
[0146]二、噪聲
[0147]常規交流接觸器在吸持階段，輸入到勵磁線圈中的AC電壓在「過零」(AC電壓由正半周向負半周或負半周向正半周過渡的「過零點」)時，零點附近的瞬時電壓
|u| = | UmsinC ω t + Φ ) I U0，於是離 開的動鐵芯重新被磁力拉回、動、靜鐵芯重新吸合。在此過程中，動、靜鐵芯中的矽鋼片會產生頻率為100Hz (50Hz交流電)或120Hz (60Hz交流電)的機械振動噪聲。
[0148]前已述，本實施例在AC電壓「過零」時，電容C尚存一定的電壓，此電壓與勵磁線圈L互補放電，可保證電子型節電交流接觸器保持穩定的吸持狀態。因此不存在上述機械振動噪聲。本實施例的實驗樣機寂靜無噪的運行證明了上述分析的正確性。靜噪運行，是本實用新型的功能之一。[0149]三、耗電
[0150]1、常規交流接觸器在吸持狀態均通有AC電壓(或稱全時域通電)，AC電壓提供的吸持功率過大，造成了電能浪費並導致交流接觸器不應有的發熱升溫；
[0151]2、在本實施例中，AC電壓僅在氣體放電管⑶T放電導通的局部時域，例如t2?t3的時域(即導通角為Ql的時域)、t4?t6的時域(即導通角為Q2的時域)對電容C和勵磁線圈L充電儲能，因此，耗電量遠小於常規交流接觸器。節約電能，是本實用新型最重要的功能。
[0152]四、功率因素
[0153]常規交流接觸器的勵磁線圈為感性器件，功率因素必然低。
[0154]本實施例在勵磁線圈L的兩端並接了電容C，感性的勵磁線圈L和容性的電容C互相補償，功率因素必然提高。
[0155]功率因素高，也是本實用新型的功能之一。
[0156]圖13為實施例2的原理方框圖，圖14為實施例2的電路原理圖。
[0157]結合圖13，圖14:一種電子型節電交流接觸器，包括附加電子單元100與常規交流接觸器兩部份，其特徵在於:
[0158]所述的常規交流接觸器由動斷觸點DD、動合觸點DH、動鐵芯M、靜鐵芯G、復位彈簧F、勵磁線圈L所組成；
[0159]所述的附加電子單元100是四埠網絡，設有N1、N2、P1、P2四個埠，埠 N1、N2為其兩個輸入埠，P1、P2為其兩個輸出埠 ；輸入埠 N1、N2分別與AC電壓的S1、S2端連接，輸出埠 P1、P2分別與所述的勵磁線圈L的A1、A2端連接；
[0160]所述的四埠網絡附加電子單元100的內部設有開關電路101和儲能電路102，其連接方式為:所述的開關電路101的一端接所述的N2端、另一端接所述的P2端，所述的儲能電路102的一端接所述的Pl端、另一端接所述的P2端，所述的Pl端與所述的NI端相連接；
[0161]所述的開關電路101由氣體放電管⑶T組成，所述的儲能電路102由電容C組成；
[0162]所述的氣體放電管GDT、電容C 二隻電子器件組成了所述的四埠附加電子單元100 ；
[0163]所述的四埠附加電子單元100的電路結構和組成方式為:所述的NI端、Pl端、電容C、P2端、氣體放電管GDT、N2端依次相串聯即組成為所述的四埠附加電子單元100。
[0164]與實施例1的電路結構相比較，雖然氣體放電管GDT在本實施例2中的位置作了變動，但本實施例2的工作原理、工作過程仍與實施例1相同，此處不再重述。
[0165]圖15為實施例3的電路原理圖，其電路結構為:N1端、半導體放電管(固體放電管)TSS、P1端、電容C、P2端、N2端依次相串聯即組成所述的附加電子單元100 ；
[0166]本實施例3用半導體放電管(固體放電管)TSS替代了實施例1中的氣體放電管⑶T，其工作原理、工作過程與實施例1相似，此處不再重述。
[0167]圖16為實施例4的電路原理圖，其電路結構為:所述的附加電子單元100由NI端、Pl端、電容C、P2端、靜電抑制器ESD、N2端依次相串聯組成。
[0168]本實施例4用靜電抑制器ESD替代了實施例1中的氣體放電管⑶T，其工作原理、工作過程與實施例1相同，此處不再重述。[0169]以上公開了本實用新型的技術方案，並通過上述實施例進行了說明。本領域技術人員應當理解:上述實施例只是本實用新型的舉例說明，並非局限本實用新型於上述實施例所描述的範圍內，一切根據本實用新型的教導所作的變型、修改或替代，都應在本實用新型《權利要求書》所界定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種節電交流接觸器的電子單元,其特徵在於: 所述電子單元是四埠網絡，設有第一輸入埠(NI)、第二輸入埠(N2)、第一輸出埠(Pl)和第二輸出埠(P2);第一輸入埠(NI)、第二輸入埠(N2)分別與AC電壓的第一端(SI)和第二端(S2)連接，第一輸出埠(P1)、第二輸出埠(P2)分別與勵磁線圈(L)的第一端(Al)和第二端(A2)連接； 所述電子單元的內部設有開關電路和儲能電路；所述的開關電路的一端接所述的第一輸入埠(NI)、另一端接所述的第一輸出埠(Pl)以及所述儲能電路的一端；所述儲能電路的另一端接第二輸出埠(P2)以及第二輸入埠(N2)； 其中，所述的開關電路由氣體放電管組成，所述的儲能電路由電容組成。
2.如權利要求1所述的節電交流接觸器的電子單元，其特徵在於: 所述的氣體放電管用半導體放電管、靜電抑止器、瞬態電壓抑制器或壓敏電阻器中的任意一種替代。
【文檔編號】H01H47/02GK203503557SQ201320573743
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】汪孟金 申請人:寧波市鎮海華泰電器廠