專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于交流接觸器的變頻單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低圧電器領(lǐng)域，尤其涉及一種采用頻率變換技術(shù)、具有節(jié)約電能功能的變頻式節(jié)電交流接觸器中所采用的變頻單元。
背景技術(shù)：
交流接觸器是ー種應(yīng)用非常廣泛的低壓電器。其工作原理是利用電磁鐵帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)(動(dòng)合觸點(diǎn))與靜觸點(diǎn)(動(dòng)斷觸點(diǎn))閉合或分離，達(dá)到接通或切斷電路的目的。它適用于起動(dòng)或控制三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和其它用電設(shè)備。圖I為傳統(tǒng)的交流接觸器的工作原理圖。這種傳統(tǒng)的交流接觸器主要由動(dòng)鐵芯、靜鐵芯、勵(lì)磁線圏、復(fù)位彈簧、動(dòng)斷觸點(diǎn)、動(dòng)合觸點(diǎn)組成。當(dāng)勵(lì)磁線圏接通AC2 20V、AC 110 V或AC380V電壓(以下通稱(chēng)AC220V、AC110V或AC380V為AC電壓或勵(lì)磁電源)吋，動(dòng)鐵芯受勵(lì)磁線圏產(chǎn)生的磁力的作用而與靜鐵芯閉合，與動(dòng)鐵芯聯(lián)動(dòng)的動(dòng)合觸點(diǎn)也隨之閉合，外電路便通過(guò)此動(dòng)合觸點(diǎn)而接通；當(dāng)勵(lì)磁線圏上的AC電壓斷開(kāi)時(shí)，動(dòng)鐵芯失磁并受復(fù)位彈簧的作用而與靜鐵芯分離，動(dòng)合觸點(diǎn)復(fù)位斷開(kāi)，外電路便隨之被切斷。綜上所述，這種傳統(tǒng)的交流接觸器的工作過(guò)程可分為“吸合”、“吸持”、“復(fù)位”三個(gè)階段
1、吸合勵(lì)磁線圏與AC電壓接通，動(dòng)、靜鐵芯吸合。在此階段，為克服動(dòng)鐵芯的慣性和復(fù)位彈簧的彈力，勵(lì)磁電源必須提供較大的功率(以下稱(chēng)此功率為“吸合功率”)，動(dòng)、靜鐵芯才能互相吸合；
2、吸持勵(lì)磁線圏繼續(xù)與AC電壓接通，動(dòng)、靜鐵芯繼續(xù)保持吸合的狀態(tài)。在此階段，勵(lì)磁電源只須提供較小的功率(以下稱(chēng)此功率為“吸持功率”)，動(dòng)、靜鐵芯也能繼續(xù)吸合。若在此階段，勵(lì)磁電源提供過(guò)大的吸持功率，將造成電能浪費(fèi)并導(dǎo)致交流接觸器不應(yīng)有的發(fā)熱升溫；
3、復(fù)位勵(lì)磁線圏斷開(kāi)AC電壓，動(dòng)、靜鐵芯“復(fù)位”分離。交流接觸器的用途千差萬(wàn)別，結(jié)構(gòu)也千差萬(wàn)別，但它們的工作原理均與圖I相同。傳統(tǒng)的交流接觸器由于吸合與吸持階段勵(lì)磁線圏中均通以相同的AC電壓，因此存在以下的嚴(yán)重缺點(diǎn)
1、無(wú)謂的耗電前已述，在吸合和吸持階段，傳統(tǒng)的交流接觸器的勵(lì)磁線圏中均通以“相同的”AC電壓，使吸持功率過(guò)大，造成了無(wú)謂的電能損耗；
2、發(fā)熱無(wú)謂的電能損耗所伴生的惡果是“升溫發(fā)熱”，嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)龤鹘y(tǒng)的交流接觸器的勵(lì)磁線圏；
3、功率因素(Powerfacter)低傳統(tǒng)的交流接觸器的勵(lì)磁線圏與勵(lì)磁電源之間，不可避免地存在電能交換，導(dǎo)致其之功率因素僅O. 5左右；
4、吸合動(dòng)作的優(yōu)劣“憑運(yùn)氣”當(dāng)勵(lì)磁線圏接通AC電壓的時(shí)刻，AC電壓的瞬時(shí)值較高時(shí)，所述的傳統(tǒng)交流接觸器強(qiáng)力吸合；相反，所述的勵(lì)磁線圏接通AC電壓的時(shí)刻，AC電壓的瞬時(shí)值較低時(shí)，所述的傳統(tǒng)交流接觸器則滯鈍吸合，在此情況下，其動(dòng)合觸點(diǎn)或動(dòng)斷觸點(diǎn)就可能因打火嚴(yán)重而燒毀。針對(duì)傳統(tǒng)的交流接觸器存在的嚴(yán)重缺點(diǎn)，電子、電器行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員研究、設(shè)計(jì)了多種用于改善傳統(tǒng)的交流接觸器性能的“節(jié)電線路”、“節(jié)電器”、“節(jié)能交流接觸器”。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?7216246. I的“高效節(jié)能交流接觸器”、申請(qǐng)?zhí)枮?4202133. 9的“節(jié)能交流接觸器裝置”、申請(qǐng)?zhí)枮?01010144412.4的“一種節(jié)能交流接觸器”公開(kāi)了各自專(zhuān)利申請(qǐng)人的研究成果；杭州、常州、珠海等地的院校或廠商也有用于改善傳統(tǒng)交流接觸器性能的“節(jié)電器”問(wèn)世上述的現(xiàn)有技術(shù)的確為改善傳統(tǒng)交流接觸器的性能，作出了有益的探索并取得了一定的成就，但普遍存在以下的缺陷
1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)施；
2、所用的電子器件太多，電子線路太復(fù)雜；采用單片機(jī)控制的“交流接觸器節(jié)電器”則易受交流接觸器本身或電機(jī)等電器的電磁干擾而導(dǎo)致內(nèi)部程序執(zhí)行錯(cuò)誤、產(chǎn)生“飛跳”誤控，此誤控在某些場(chǎng)合會(huì)釀成大禍！
3、實(shí)施生產(chǎn)的產(chǎn)品售價(jià)太高，例如廣東省珠海市某有限公司生產(chǎn)的QXJB型交流接觸器節(jié)電器的售價(jià)高達(dá)1500元/臺(tái)！小型的交流接觸器的售價(jià)才二十多元，中型的交流接觸器的售價(jià)也只有幾百元，如此昂貴的“QXJB型交流接觸器節(jié)電器”將使用戶寥寥。4、由于電子線路復(fù)雜，所用的電子器件多，因此，交流接觸器的節(jié)電控制部份難以與交流接觸器集成為一體，所述的節(jié)電控制部份需另設(shè)ー個(gè)盒子，造成用戶安裝不便、接線麻煩。正是由于現(xiàn)有技術(shù)存在以上缺陷，所以出現(xiàn)了以下的情況“目前我國(guó)節(jié)電型交流接觸器已經(jīng)有一定的市場(chǎng)，但還不夠普及，傳統(tǒng)型交流接觸器目前在用戶使用上占主導(dǎo)地位。主要原因是節(jié)電型接觸器價(jià)格較貴，用戶在一次性投入上還不能接受，有待于國(guó)家在節(jié)能型接觸器的推廣上加大政策力度，促進(jìn)節(jié)能型接觸器的廣泛應(yīng)用”(參考文獻(xiàn)I:錢(qián)金川等，交流接觸器節(jié)能技術(shù)綜述，中國(guó)電子商情，2011年第4期)。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明要迖到的目標(biāo)是
1、秉著“至精必須至簡(jiǎn)，唯有簡(jiǎn)單實(shí)用才能長(zhǎng)久流傳”的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)用電子技術(shù)，設(shè)計(jì)一種電子線路盡量簡(jiǎn)單的、所用器件盡量少的、價(jià)格盡量廉的、性能超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的、“至精至筒”的節(jié)電交流接觸器專(zhuān)用的“變頻単元”;
2、該至精至簡(jiǎn)的“變頻單元”可用于改造在線使用的傳統(tǒng)交流接觸器，使這些交流接觸器升級(jí)成為“變頻式節(jié)電交流接觸器”;
3、該至精至簡(jiǎn)的“變頻單元”也可集成到將要生產(chǎn)的傳統(tǒng)交流接觸器中，使交流接觸器的制造商生產(chǎn)出與“變頻單元” 一體化的新型的“變頻式節(jié)電交流接觸器”。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明公開(kāi)了ー種用于交流接觸器中的變頻單元，其特征在干所述的變頻單元為四端ロ網(wǎng)絡(luò)，其由第一輸入端(NI)、壓控開(kāi)關(guān)電路、第一輸出端(P1)、儲(chǔ)能電路、第二輸出端(P2)、第二輸入端(N2)依次串聯(lián)后組成；所述的變頻單元的第一輸入端(NI)、第二輸入端(N2)分別與AC電壓的第一端(SI)、第二端(S2)相連接,第一輸出端(P1)、第二輸出端(P2)分別與交流接觸器中的勵(lì)磁線圈(L)的第一端(Al)、第二端(A2)相連接；所述變頻単元的所述的第二輸出端(P2)、儲(chǔ)能電路的一端、勵(lì)磁線圈(L)的第ニ端(A2)及第ニ輸入端(N2)還與公共端(E)相連接。所述的AC電壓的第一端(SI)與第二端(S2)可以互易連接端ロ，所述的勵(lì)磁線圈的第一端(Al)與第二端(A2)端可以互易連接端ロ。所述的變頻單元中的所述壓控開(kāi)關(guān)電路包括單向晶閘管(SCR)及觸發(fā)電阻(R)兩部分，所述觸發(fā)電阻(R)的一端連接單向晶閘管(SCR)的陽(yáng)極(A)，另一端連接單向晶閘管(SCR)的控制極(G);單向晶閘管(SCR)的陽(yáng)極(A)與陰極(K)分別連接第一輸入端(NI)與第一輸出端(Pl);所述儲(chǔ)能電路為儲(chǔ)能電容器(C)，該儲(chǔ)能電容器(C)與勵(lì)磁線圈(L)并聯(lián)連接，其一端接變頻單元的第一輸出端(P1)、另一端接變頻單元的第二輸出端(P2)。所述的單向晶閘管(SCR)可采用BT151-500R、BT151-650R或BT151-800R，所述觸發(fā)電阻(R)為阻值可調(diào)電阻器，其阻值調(diào)節(jié)范圍是33ΚΩ至51ΚΩ;所述儲(chǔ)能電容器(C)為 電容值可調(diào)的電容器，其電容值的調(diào)節(jié)范圍是0. 3μ f至O. 6μ f。所述的變頻單元對(duì)隨機(jī)接通的AC電壓具有自動(dòng)鑒別的功能當(dāng)AC電壓的瞬時(shí)值u=UmSin2 π ft < ul時(shí)，其輸出的電壓U1=O ;當(dāng)AC電壓的瞬時(shí)值u=UmSin2 π ft > ul時(shí),其輸出的電壓％彡ul。所述的單向晶閘管SCR開(kāi)始導(dǎo)通的時(shí)刻tl及導(dǎo)通角Q由觸發(fā)電阻R的阻值決定觸發(fā)電阻R的阻值變小時(shí)，所述的tl提前、所述的導(dǎo)通角Q隨之變大；反之，觸發(fā)電阻R的阻值變大時(shí)，所述的tl推后，所述的導(dǎo)通角Q隨之變小。所述的單向晶閘管SCR開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)的AC電壓的瞬時(shí)值Ul與觸發(fā)電阻R的阻值直接相關(guān)觸發(fā)電阻R的阻值變小時(shí)，所述的AC電壓的瞬時(shí)值ul隨之減??；相反，觸發(fā)電阻R的阻值變大時(shí)，所述的AC電壓的瞬時(shí)值ul隨之變大。所述的單向晶閘管SCR導(dǎo)通時(shí)，所述的儲(chǔ)能電容C、勵(lì)磁線圈L充電儲(chǔ)能；在單向晶閘管SCR關(guān)斷的時(shí)域內(nèi)，儲(chǔ)能電容C、勵(lì)磁線圈L發(fā)生頻率為fb的阻尼振蕩；所述的阻尼振蕩的頻率fb與儲(chǔ)能電容C的電容值直接相關(guān)儲(chǔ)能電容C的電容值增大時(shí)、阻尼振蕩的頻率fb降低；反之，儲(chǔ)能電容C的電容值減小時(shí)、阻尼振蕩的頻率fb升高。所述的阻尼振蕩的包絡(luò)線的斜率與儲(chǔ)能電容C的電容值直接相關(guān)儲(chǔ)能電容C的電容值增大時(shí)，所述的包絡(luò)線的斜率減小；反之，儲(chǔ)能電容C的電容值減小時(shí)，所述的包絡(luò)線的斜率増大。所述的阻尼振蕩在相關(guān)時(shí)域的平均功率與儲(chǔ)能電容C的電容值直接相關(guān)儲(chǔ)能電容C的電容值越大，所述的平均功率也越大；反之，儲(chǔ)能電容C的電容值越小，所述的平均功率也越小。理論分析和實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行結(jié)果(本發(fā)明僅有三個(gè)電子元件，樣機(jī)很容易做)均證明，應(yīng)用本發(fā)明，可以取得以下有益效果
I、價(jià)廉本發(fā)明中用于改進(jìn)傳統(tǒng)交流接觸器性能的至精至簡(jiǎn)的“變頻單元”，僅有單向晶閘管SCR、儲(chǔ)能電容C、觸發(fā)電阻R三個(gè)電子元件，總成本小于O. 8元人民幣。僅花O. 8元錢(qián)，就可使傳統(tǒng)交流接觸器提升為優(yōu)良性能的“變頻式節(jié)電交流接觸器”，解決了參考文獻(xiàn)I所掲示的問(wèn)題“目前我國(guó)節(jié)電型交流接觸器已經(jīng)有一定的市場(chǎng)，但還不夠普及，傳統(tǒng)型交流接觸器目前在用戶使用上占主導(dǎo)地位。主要原因是節(jié)電型接觸器價(jià)格較貴，用戶在一次性投入上還不能接受，有待于國(guó)家在節(jié)能型接觸器的推廣上加大政策力度，促進(jìn)節(jié)能型接觸器的廣泛應(yīng)用”，為節(jié)電型交流接觸器大面積推廣創(chuàng)造了條件；
2、物美上述三個(gè)電子元件的體積均纖小，可將它們集成到傳統(tǒng)交流接觸器的內(nèi)部，制造成一體化的、外觀悅目的節(jié)電型交流接觸器。這一點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)均望塵莫及、難以做到；
3、可靠電子產(chǎn)品的可靠性與所用的電子器件的數(shù)量成反比，價(jià)格與所用的電子器件的數(shù)量成正比。所用的電子器件越多，電子線路越復(fù)雜，就意味著可靠性越低、價(jià)格越高。本發(fā)明僅用三個(gè)電子器件，而且都是強(qiáng)電用的不怕電磁干擾的功率型器件，因此，不但成本低，而且可靠性極高；
4、延壽一臺(tái)傳統(tǒng)的CJX2交流接觸器、一臺(tái)用本發(fā)明的“變頻単元”改造的CJX2交流接觸器，在室溫為25° C的同一地點(diǎn)同時(shí)運(yùn)行24小時(shí)后，前者表面的溫度已超60° C，摸之燙手；后者，表面的溫度仍為室溫，手模之甚至有涼的感覺(jué)，使發(fā)明人都感意外。溫升是電子、電器產(chǎn)品的大敵，溫升越高，產(chǎn)品的使用壽命就越短，反之，使用壽命就可延長(zhǎng)。因此，本發(fā)明具有延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命的“延壽”功能；
5、快速本發(fā)明的“觸發(fā)電阻R”強(qiáng)制設(shè)定變頻式節(jié)電交流接觸器較高的“吸合電壓”ul，因此，本發(fā)明吸合動(dòng)作強(qiáng)勁有力、聲音清脆、吸合速度快。本發(fā)明快速吸合的優(yōu)點(diǎn)，可以減少觸頭的電弧、防止觸頭燒灼失效，對(duì)保護(hù)觸頭、延長(zhǎng)接觸器壽命具有重要的作用。7、節(jié)電溫升低，是節(jié)電的直觀表現(xiàn)；在以下的“具體實(shí)施方式
”中，還將在理論上闡述本發(fā)明節(jié)能的原因；實(shí)測(cè)結(jié)果也表明，本發(fā)明視在功率的節(jié)電效率大于85 %。傳統(tǒng)交流接觸器吸持后，根據(jù)大小類(lèi)型每只功耗為十幾到一、二百伏安。一只接觸器的功耗是微不足道的，但是，把全國(guó)在線運(yùn)行的接觸器的功耗加起來(lái)，數(shù)量就驚人了。2010年，全國(guó)銷(xiāo)售交流接觸器約8000萬(wàn)只，至2010年年底，全國(guó)約有8億只交流接觸器在運(yùn)行，按每只交流接觸器每天吸持8小時(shí)、每只的平均吸持功耗20VA、勵(lì)磁線圈的功率因素
O.5計(jì)算,此8億只交流接觸器一天的耗電量達(dá)6400萬(wàn)kwh。如果此8億只交流接觸器均用本發(fā)明改造，性能提升后，即使節(jié)電效率按60 %計(jì)算，改造提升后，一天也可節(jié)電3840萬(wàn)kwh, 一年可節(jié)電140億kh,相當(dāng)于長(zhǎng)江三峽發(fā)電站ー個(gè)季度的發(fā)電量。由此可見(jiàn)，推廣應(yīng)用本發(fā)明，可以產(chǎn)生巨大的節(jié)電效益。


圖I為傳統(tǒng)交流接觸器的工作原理 圖2為本發(fā)明變頻單元的原理方框 圖3為本發(fā)明變頻單元的電路原理 圖4-A為阻尼振蕩之電壓I的波形 圖4-B為AC電壓波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖2為本發(fā)明變頻單元的原理方框圖，圖3本發(fā)明變頻單元的電路原理圖。圖2、圖3中虛線方框100為本發(fā)明的變頻單元，其為具有兩個(gè)輸入端即NI與N2端、兩個(gè)輸出端即Pl與P2端的四端ロ網(wǎng)絡(luò)；所述的變頻單元100中的101為壓控開(kāi)關(guān)電路、102為儲(chǔ)能電路；L為傳統(tǒng)交流接觸器中的勵(lì)磁線圈、A1、A2為其兩個(gè)連接端ロ Jtl為充電電流、E為公、共端。NI端、壓控開(kāi)關(guān)電路101、PI端、儲(chǔ)能電路102、P2端、N2端依次串聯(lián)后組成所述的變頻單元100 ;所述的變頻單元100的輸入端NI、N2端分別與AC電壓的SI、S2端相連接，輸出端P1、P2端分別與傳統(tǒng)交流接觸器中的勵(lì)磁線圈L的A1、A2端相連接；所述的P2端、儲(chǔ)能電路102的一端、A2端、N2端及S2端均與公共端E相連接。所述的AC電壓的SI端、S2端可以互易連接端ロ，所述的勵(lì)磁線圈之Al端、A2端也可以互易連接端ロ。再結(jié)合圖3 :變頻單元100中的壓控開(kāi)關(guān)電路101由單向晶閘管SCR及觸發(fā)電阻R構(gòu)成；儲(chǔ)能電路102由儲(chǔ)能電容C構(gòu)成，并且，觸發(fā)電阻R的一端接單向晶閘管SCR的陽(yáng)極 A，另一端接單向晶閘管SCR的控制極G ;單向晶閘管SCR的陽(yáng)極A接所述的變頻單元100的輸入端NI端、陰極K接變頻單元100的輸出端Pl端；儲(chǔ)能電容C與傳統(tǒng)交流接觸器中的勵(lì)磁線圈L相并聯(lián)，其一端接變頻單元100的輸出端Pl端、另一端接變頻單元100的輸出端P2端。下面結(jié)合附圖闡述本發(fā)明的工作過(guò)程
結(jié)合圖3、圖4-A、圖4-B :從SI、S2端輸入的AC電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
U=UmSin (2 Ji ft + Φ )
上式中u為AC電壓的瞬時(shí)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。為簡(jiǎn)便說(shuō)明，現(xiàn)假設(shè)初相角Φ=0，則AC電壓的瞬時(shí)值u的表達(dá)式為
u=UmSin2 Ji ft其波形如圖4-B所示，圖中，T為AC電壓的周期。t=0時(shí)，AC電壓接通，此時(shí)，由于AC電壓接通前，儲(chǔ)能電容C和勵(lì)磁線圈L放電均已結(jié)束，故勵(lì)磁線圈L兩端的電壓(即變頻單元100的輸出電壓)％=0。在O tl的時(shí)域內(nèi)，單向晶閘管SCR截止，等效為開(kāi)路，充電電流Itl = 0，變頻單元100的輸出電壓UfO ；t=tl時(shí)，單向晶閘管SCR導(dǎo)通，等效為近似短路，變頻單元100的輸出電壓 たul=UmSin2 π ftl，該電壓I施加在儲(chǔ)能電容C的兩端，其開(kāi)始充電儲(chǔ)能；結(jié)合圖I、圖3 :由于電壓I作用，勵(lì)磁線圈L產(chǎn)生勵(lì)磁電流し，動(dòng)鐵芯、靜鐵芯吸合，本發(fā)明進(jìn)入“吸持”狀態(tài)；分析至此，可以得出結(jié)論變頻單元100對(duì)隨機(jī)接通的AC電壓具有自動(dòng)鑒別的功能當(dāng)AC電壓的瞬時(shí)值u=UmSin2 π ft < ul時(shí)，所述的變頻單元100輸出的電壓U1=O ；當(dāng)AC電壓的瞬時(shí)值u=UmSin2 π ft彡ul時(shí),其輸出的電壓％彡ul。t=t2時(shí)，由于％ = uLm ^ Um,單向晶閘管SCR陽(yáng)極A、陰極K之間的壓降一0，故充電電流Ici) O、小于單向晶閘管SCR的“維持電流”，導(dǎo)致單向晶閘管SCR關(guān)斷；
由單向晶閘管的工作原理可知
I、觸發(fā)電阻R的阻值既決定了單向晶閘管SCR開(kāi)始導(dǎo)通的時(shí)刻tl，也決定了單向晶閘管SCR的導(dǎo)通角Q，當(dāng)觸發(fā)電阻R的阻值變小吋，tl提前，即單向晶閘管SCR提前導(dǎo)通、其導(dǎo)通角Q隨之變大；反之，當(dāng)觸發(fā)電阻R的阻值變大吋，tl推后，即單向晶閘管SCR推后導(dǎo)通、其導(dǎo)通角Q也隨之變小。2、觸發(fā)電阻R的阻值決定了單向晶閘管SCR開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)的AC電壓的瞬時(shí)值ul，當(dāng)觸發(fā)電阻R的阻值變小時(shí)，所述的AC電壓的瞬時(shí)值ul隨之減小；相反，當(dāng)觸發(fā)電阻R的阻值變大時(shí)，所述的AC電壓的瞬時(shí)值ul也隨之變大。通過(guò)上述分析可以得出結(jié)論調(diào)整觸發(fā)電阻R為合適的阻值，可使本發(fā)明獲得足夠高的、令動(dòng)鐵芯強(qiáng)勁吸合的“吸合電壓”。在t2 t3的時(shí)域內(nèi)，單向晶閘管SCR截止，等效為開(kāi)路。在此t2 t3的時(shí)域內(nèi)，由于儲(chǔ)能電容C和勵(lì)磁線圈L均儲(chǔ)有電能，因此，它們作圖4-A所表示的“阻尼振蕩”(圖中E1、E2為阻尼振蕩的包絡(luò)線)，其周期Tb、頻率fb分別為 Tb = 2 π へ!LCfh=l / T = I/ 2 π れq。一。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
。。。。一。。。。。(I)
本發(fā)明稱(chēng)此由頻率為f的AC電壓轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率為fb阻尼振蕩的過(guò)程為“變頻”過(guò)程。在吸持階段，勵(lì)磁線圈L上的作用電壓即為變頻后的阻尼振蕩電壓(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“變頻吸持電壓”)。時(shí)，單向晶閘管SCR再次導(dǎo)通，AC電壓對(duì)儲(chǔ)能電容C “補(bǔ)能充電”。之后各時(shí)間段，本發(fā)明的工作過(guò)程與此前相應(yīng)時(shí)間段的工作過(guò)程相似，這里不再
重復(fù)敘述。勵(lì)磁線圈L的電感量確定后，由(I)式可知儲(chǔ)能電容C的電容值既決定了所述的阻尼振蕩的頻率fb也決定了其包絡(luò)線的斜率，當(dāng)儲(chǔ)能電容C的電容值增大時(shí)、阻尼振蕩的頻率fb降低、但其包絡(luò)線的斜率減??；反之，當(dāng)儲(chǔ)能電容C的電容值減小時(shí)、阻尼振蕩的頻率fb升高、其包絡(luò)線的斜率増大。再結(jié)合圖4-A，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不難理解
1、阻尼振蕩之包絡(luò)線的斜率決定了所述的阻尼振蕩在相關(guān)的時(shí)域(即t2 t3時(shí)域)的平均功率，包絡(luò)線的斜率越大，所述的平均功率越??；
2、勵(lì)磁線圈L的電感量確定后，儲(chǔ)能電容C的電容值決定了阻尼振蕩之包絡(luò)線的斜率，儲(chǔ)能電容C的電容值越小，所述的包絡(luò)線的斜率越大。3、綜合調(diào)整儲(chǔ)能電容C為合適的電容值，可使本發(fā)明獲得“平均功率及包絡(luò)線斜率”均合適的、既能“可靠吸持”又能節(jié)約電能的阻尼振蕩電壓即“變頻吸持電壓”。綜上所述，可得出本發(fā)明的以下特征
I、所述的變頻單元對(duì)隨機(jī)接通的AC電壓具有自動(dòng)鑒別的功能當(dāng)AC電壓的瞬時(shí)值u=UmSin2 π ft < ul時(shí)，其輸出的電壓U1=O ;當(dāng)AC電壓的瞬時(shí)值u=UmSin2 π ft > ul時(shí),其輸出的電壓％彡ul。2、所述的單向晶閘管SCR開(kāi)始導(dǎo)通的時(shí)刻tl及導(dǎo)通角Q由觸發(fā)電阻R的阻值決定觸發(fā)電阻R的阻值變小時(shí)，所述的tl提前、所述的導(dǎo)通角Q隨之變大；反之，觸發(fā)電阻R的阻值變大時(shí)，所述的tl推后，所述的導(dǎo)通角Q也隨之變小。3、所述的單向晶閘管SCR開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)的AC電壓的瞬時(shí)值ul與觸發(fā)電阻R的阻值直接相關(guān)觸發(fā)電阻R的阻值變小時(shí)，所述的AC電壓的瞬時(shí)值ul隨之減??；相反，觸發(fā)電阻R的阻值變大時(shí)，所述的AC電壓的瞬時(shí)值ul隨之變大。4、所述的單向晶閘管SCR導(dǎo)通時(shí)，所述的儲(chǔ)能電容C、勵(lì)磁線圈L充電儲(chǔ)能；
5、在單向晶閘管SCR關(guān)斷的時(shí)域內(nèi)，儲(chǔ)能電容C、勵(lì)磁線圈L發(fā)生頻率為fb的阻尼振
蕩;6、所述的阻尼振蕩的頻率fb與儲(chǔ)能電容C的電容值直接相關(guān)儲(chǔ)能電容C的電容值增大時(shí)、阻尼振蕩的頻率fb降低；反之，儲(chǔ)能電容C的電容值減小時(shí)、阻尼振蕩的頻率fb升聞。7、所述的阻尼振蕩的包絡(luò)線的斜率與儲(chǔ)能電容C的電容值直接相關(guān)儲(chǔ)能電容C的電容值增大時(shí)，所述的包絡(luò)線的斜率減??；反之，儲(chǔ)能電容C的電容值減小時(shí)，所述的包絡(luò)線的斜率増大。8、所述的阻尼振蕩在相關(guān)時(shí)域的平均功率與儲(chǔ)能電容C的電容值直接相關(guān)儲(chǔ)能電容C的電容值越大，所述的平均功率也越大；反之，儲(chǔ)能電容C的電容值越小，所述的平均功率也越小。
本發(fā)明與傳統(tǒng)交流接觸器的對(duì)照分析
一、 吸合
I、本發(fā)明選擇了具有合適阻值的觸發(fā)電阻R，使t=tl時(shí)刻，即輸入電壓ul足夠高、勵(lì)磁線圈L產(chǎn)生的磁力足夠強(qiáng)、足以強(qiáng)有力地快速地吸合鐵芯時(shí)，單向晶閘管SCR才導(dǎo)通，否則就拒絕工作而作等待，直到輸入電壓的值升至設(shè)定值ul時(shí)，本發(fā)明才猛烈地吸合鐵芯。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是如前所述，其變頻單元100對(duì)隨機(jī)接通的AC電壓具有自動(dòng)鑒別的功能當(dāng)AC電壓的瞬時(shí)值u=UmSin2 π ft < ul時(shí)，其輸出的電壓U1=O ;當(dāng)AC電壓的瞬時(shí)值u=UmSin2Jift彡ul時(shí)，其輸出的電壓％彡ul、換言之，無(wú)論AC電壓何時(shí)接通，本發(fā)明的吸合電壓均> ul,即均可保證接觸器強(qiáng)有力地快速地吸合。本發(fā)明的此特性是極重要的。業(yè)內(nèi)人士均周知?jiǎng)予F芯吸合越干脆越快速，觸頭拉電弧放電的時(shí)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(zhǎng)久。此特性對(duì)大功率高價(jià)位的交流接觸器尤顯珍貴。2、嚴(yán)格地講，本發(fā)明與傳統(tǒng)交流接觸器的吸合電壓都是隨機(jī)的，隨AC電壓接通時(shí)刻的交流瞬時(shí)值不同而不同。前已述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是其變頻單元100對(duì)對(duì)隨機(jī)接通的AC電壓具有自動(dòng)鑒別的功能^AC電壓的瞬時(shí)值u=UmSin2 π ft < ul時(shí)，其輸出的電壓UfO ；當(dāng)AC電壓的瞬時(shí)值u=UmSin2Jift ^ ul時(shí)，其輸出的電壓彡ul、換言之，無(wú)論AC電壓何時(shí)接通，本發(fā)明的吸合電壓均> ul,即均可保證接觸器強(qiáng)有力地快速地吸合。傳統(tǒng)交流接觸器則不然，其對(duì)隨機(jī)接通的AC電壓無(wú)鑒別的功能，全憑“運(yùn)氣”。運(yùn)氣好，AC電壓在u=UmSin2 3ift=Um時(shí)接通，則強(qiáng)有力地吸合；而大部份時(shí)間則是“運(yùn)氣不好，，。設(shè)用于克服復(fù)位彈簧彈カ的最低勵(lì)磁電壓(即最低吸合電壓)為u=UmSin2 π ft=uO則
(1)、若AC電壓在u=uO時(shí)接通，其就勉強(qiáng)而無(wú)カ地吸合；
(2)、若AC電壓在u< uO時(shí)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(shí)值上升至u=uO時(shí)才勉強(qiáng)而無(wú)力地吸合。這就是傳統(tǒng)交流接觸器尤其是大功率高價(jià)位的傳統(tǒng)交流接觸器的觸頭常燒壞的原因之一，也是傳統(tǒng)交流接觸器耗電高、溫升高的原因之一。ニ、噪聲
I、傳統(tǒng)交流接觸器在吸持階段，輸入到勵(lì)磁線圏中的AC電壓在“過(guò)零”(AC電壓由正半周向負(fù)半周或負(fù)半周向正半周過(guò)渡的“過(guò)零點(diǎn)”)時(shí)，零點(diǎn)附近的瞬時(shí)電壓u < uO (前已述uO為用于克服復(fù)位彈簧彈カ的最低勵(lì)磁電壓)，且勵(lì)磁線圈儲(chǔ)存的電能耗盡、勵(lì)磁電流換向時(shí)，磁力小于復(fù)位彈簧的弾力，動(dòng)鐵芯將離開(kāi)靜鐵芯，但其剛離開(kāi)很小的一段距離吋，AC電壓的瞬時(shí)值U已上升為u > uO,于是離開(kāi)的動(dòng)鐵芯重新被磁力拉回、動(dòng)、靜鐵芯重新吸合。在此過(guò)程中，動(dòng)、靜鐵芯中的硅鋼片會(huì)產(chǎn)生頻率為100Hz (50Hz交流電)或120Hz (60Hz交流電)的機(jī)械振動(dòng)噪聲。本發(fā)明在吸持階段的作用電壓為阻尼振蕩電壓(即前述的“變頻吸持電壓”)，由于所述的變頻吸持電壓之周期Tb較短、頻率fb較高，因此，其“過(guò)零”的時(shí)間較短。而動(dòng)鐵芯由于有慣性，在變頻吸持電壓較短的“過(guò)零”時(shí)間內(nèi)，其來(lái)不及離開(kāi)靜鐵芯，其還未離開(kāi)靜鐵芯，阻尼振蕩電壓又施加在勵(lì)磁線圈L上了，故“來(lái)不及”產(chǎn)生“過(guò)零”機(jī)械振動(dòng)噪聲。簡(jiǎn)言之既由于阻尼振蕩電壓的頻率較高也由于動(dòng)鐵芯有慣性，因此，本發(fā)明的機(jī)械振動(dòng)噪聲較小。三、耗電
UAC電壓在傳統(tǒng)交流接觸器中，其全時(shí)域均通電；本發(fā)明則為
(I)、在AC電壓的負(fù)半周，由于單向晶閘管SCR處于關(guān)斷狀態(tài)，故等效為AC電壓被關(guān)斷而不通電。(2)、結(jié)合圖4-A、圖4-B :在AC電壓的正半周，本發(fā)明的導(dǎo)通角Q小于90°，使本發(fā)明更進(jìn)ー步地省電；
2、傳統(tǒng)交流接觸器的勵(lì)磁線圈為感性器件，功率因素低，有附加的線路損耗。本發(fā)明在導(dǎo)通角之外的時(shí)域，單向晶閘管SCR均截止，儲(chǔ)能電容C和勵(lì)磁線圈L充電時(shí)所得的能量全被“鎖”在內(nèi)部，與AC電源間無(wú)能量交換，功率因素一1，因此，不存在因功率因素低而附加的線路損耗。3、傳統(tǒng)交流接觸器以AC電壓為吸持電源，吸持功率相對(duì)較大；本發(fā)明則以阻尼振蕩電壓為吸持電壓，吸持功率相對(duì)較小。下面，以觸發(fā)電阻R取43K Ω、單向晶閘管SCR取BT151-500R、儲(chǔ)能電容C取
O.47 μ f、傳統(tǒng)交流接觸器取CJX2為例，并按圖3的電路結(jié)構(gòu)來(lái)制成實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，采用本發(fā)明的變頻單元的變頻式節(jié)能接觸器的實(shí)測(cè)功耗為I. 54w ;而改造前的傳統(tǒng)交流接觸器CJX2的功耗為10. 45w。按此計(jì)算，本發(fā)明的節(jié)電效率達(dá)85. 2 %。綜上所述，本發(fā)明中單向晶閘管SCR、觸發(fā)電阻R、儲(chǔ)能電容C三只元件巧妙地、協(xié)調(diào)一致地工作，使本發(fā)明用以下簡(jiǎn)單方法實(shí)現(xiàn)了以下的重要功能
1、調(diào)整觸發(fā)電阻R的值，獲得足夠高的“吸合電壓ul”，使本發(fā)明“強(qiáng)力吸合”；
2、調(diào)整儲(chǔ)能電容C的值，獲得合適的“變頻吸持電壓”，使本發(fā)明既“可靠吸持”又節(jié)電 。以上闡述了本發(fā)明的技術(shù)方案，一切不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案之實(shí)質(zhì)的技術(shù)替代，都應(yīng)在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于交流接觸器的變頻單元，其特征在于所述的變頻單元為四端ロ網(wǎng)絡(luò)，其由第一輸入端(NI)、壓控開(kāi)關(guān)電路、第一輸出端(Pl)、儲(chǔ)能電路、第二輸出端(P2)、第二輸入端(N2)依次串聯(lián)后組成；所述的變頻單元的第一輸入端(NI)、第二輸入端(N2)分別與AC電壓的第一端(SI)、第二端(S2)相連接，第一輸出端(P1)、第二輸出端(P2)分別與交流接觸器中的勵(lì)磁線圈(L)的第一端(Al)、第二端(A2)相連接；所述變頻単元的所述的第二輸出端(P2)、儲(chǔ)能電路的一端、勵(lì)磁線圈(L)的第二端(A2)及第ニ輸入端(N2)還與公共端(E)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變頻單元，其特征在于所述壓控開(kāi)關(guān)電路包括單向晶閘管(SCR)及觸發(fā)電阻(R)兩部分，所述觸發(fā)電阻(R)的一端連接單向晶閘管(SCR)的陽(yáng)極(A)，另一端連接單向晶閘管(SCR)的控制極(G);單向晶閘管(SCR)的陽(yáng)極(A)與陰極(K)分別 連接第一輸入端(NI)與第一輸出端(Pl);所述儲(chǔ)能電路為儲(chǔ)能電容器(C)，該儲(chǔ)能電容器(C)與勵(lì)磁線圈(L)并聯(lián)連接，其一端接變頻單元的第一輸出端(P1)、另一端接變頻單元的第二輸出端(P2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變頻單元，其特征在于所述觸發(fā)電阻(R)可以是阻值可調(diào)的電阻器，所述儲(chǔ)能電容器(C)可以是電容值可調(diào)的電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變頻單元，其特征在于所述的AC電壓的第一端(SI)與第二端(S2)可以互易連接端ロ，所述的勵(lì)磁線圈的第一端(Al)與第二端(A2)端可以互易連接端ロ。
全文摘要
一種用于交流接觸器的變頻單元，其特征在于所述的變頻單元為四端口網(wǎng)絡(luò)，其由第一輸入端(N1)、壓控開(kāi)關(guān)電路、第一輸出端(P1)、儲(chǔ)能電路、第二輸出端(P2)、第二輸入端(N2)依次串聯(lián)后組成；所述的變頻單元的第一輸入端(N1)、第二輸入端(N2)分別與AC電壓的第一端(S1)、第二端(S2)相連接,第一輸出端(P1)、第二輸出端(P2)分別與交流接觸器中的勵(lì)磁線圈(L)的第一端(A1)、第二端(A2)相連接；所述變頻單元的所述的第二輸出端(P2)、儲(chǔ)能電路的一端、勵(lì)磁線圈(L)的第二端(A2)及第二輸入端(N2)還與公共端(E)相連接。
文檔編號(hào)H01H47/02GK102637554SQ20121013825
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者汪孟金 申請(qǐng)人:寧波市鎮(zhèn)海華泰電器廠