一種自鎖式低耗能大功率接觸器的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于地面工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種自鎖式低耗能大功率接觸器，其包括電磁自鎖機構(gòu)、接觸器底板支架(16)、鐵芯(18)、勵磁線圈(22)、第二銜鐵(21)、銜鐵固定架(20)、彈簧卡銷(23)和壓縮復位彈簧(19)。借助多種作用力的平衡，實現(xiàn)鎖定線圈的最小耗能的穩(wěn)固設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單可靠，鎖定線圈功率可以是勵磁線圈的5％左右，由此構(gòu)成的節(jié)能型交流接觸器總耗能相對常規(guī)交流接觸器可降低90％以上，同時解決了接觸器發(fā)熱、噪音等問題。
【專利說明】一種自鎖式低耗能大功率接觸器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于地面工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種電磁自鎖式低耗能大功率接觸器。

【背景技術(shù)】
[0002]電氣設(shè)備控制系統(tǒng)中涉及對帶電流負載的線路做分斷隔離控制時，一般采用交流接觸器進行接通和切斷。電磁式自恢復接觸器的工作原理如下:勵磁線圈通電后，在鐵芯中產(chǎn)生磁通及電磁吸力。此電磁吸力克服彈簧反作用力使銜鐵吸合，帶動觸點機構(gòu)動作，主常開觸點閉合，接通線路。勵磁線圈失電時，電磁吸力小于彈簧反向作用力，使得銜鐵釋放，接觸器觸點機構(gòu)復位并分斷開線路的連接。
[0003]由于受觸點端子及配套電磁機構(gòu)等部件體積的限制，對于大電流的分斷所需要的交流接觸器有較大結(jié)構(gòu)空間要求，且相應的勵磁線圈需要足夠的功率以確保電磁機構(gòu)和觸點動作吸合。勵磁線圈需要較高的啟動電流吸合銜鐵，并在勵磁線圈啟動吸合后依靠本線圈持續(xù)加電維持銜鐵吸合。
[0004]大負荷抽油機的電機控制電路一般采用CJ20系列的大功率交流接觸器。該系列通用型號交流接觸器在抽油機配電箱內(nèi)安裝使用中，存在的了大量問題:
[0005]1、勵磁線圈按照大電流啟動高耗模式設(shè)計，在相對維持銜鐵吸合時，耗能相對過剩，嚴重浪費能源，且存在極高的普遍發(fā)熱問題，加速線圈絕緣老化，降低壽命。
[0006]2、CJ20系列交流接觸器應垂直安裝，但我們現(xiàn)場無一例外都是水平安裝，嚴重影響了主要部件的正常工作:
[0007](I)銜鐵屬于懸掛部件，水平安裝后重心偏移，吸合時銜鐵底端的一側(cè)磨損后先行撞擊固定鐵芯，導致兩者接觸端面不平，長時間后銜鐵會產(chǎn)生嚴重低頻震動噪音；
[0008](2)同樣由于上述原因，動觸頭與定觸頭的接觸時間將出現(xiàn)不同步，觸頭接觸端面不能保證均衡壓力及速度，致使觸頭接觸不良、電弧燒傷乃至燒毀。
[0009](3)接觸器動作過程中，整體穩(wěn)定性下降，綜合故障上升。
[0010]由于上述原因，目前抽油機配電箱內(nèi)因損壞而更換量最大的電器設(shè)備就是交流接觸器,每年給企業(yè)增加了極大的維護成本。
[0011]目前已有多種節(jié)能型交流接觸器專利，如CN2388703【交流接觸器節(jié)能裝置】系采用傾斜鉤狀結(jié)構(gòu)的二次電磁機械設(shè)計，其結(jié)構(gòu)較復雜，設(shè)計穩(wěn)定性差，缺少成熟性。CN2919508【交流接觸器節(jié)能控制裝置】屬于采用機械自鎖、電磁解鎖方式的設(shè)計，其缺陷為斷開動作滯后，機械結(jié)構(gòu)易卡死等使可靠性差。其它技術(shù)則多側(cè)重電控方式及電路的改進，不適合在高負載、高震動、高塵埃等惡劣環(huán)境使用。CN1107963C【機械自鎖式交流接觸器】屬于采用機械自鎖，機械解鎖方式的設(shè)計，其缺陷是解鎖次數(shù)過多會導致鎖鉤磨損，無法使用。材料選擇使用含有鐵芯的線圈，雖然增大了吸附銜鐵的能力，但是由于晶體管的影響而導致通過線圈的電流為直流電流，時間一長，鐵芯會自帶磁性，導致動銜鐵和靜銜鐵無法分開，使得交流接觸器無法使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提供一種新型的電磁自鎖式低耗能大功率接觸器，采用緊湊結(jié)構(gòu)的電磁鎖定機構(gòu)設(shè)計，著力解決接觸器吸合機構(gòu)的穩(wěn)定二次自鎖，以提聞系統(tǒng)的可罪性。
[0013]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0014]一種自鎖式接觸器，包括電磁自鎖機構(gòu)、接觸器底板支架16、鐵芯18、勵磁線圈22、第二銜鐵21、銜鐵固定架20、彈簧卡銷23和壓縮復位彈簧19 ;電磁自鎖機構(gòu)固定在接觸器底板支架底面上；勵磁線圈22和鐵芯18固定在接觸器底板支架16頂面上；第二銜鐵21與銜鐵固定架20相連接，銜鐵固定架20依靠兩端的彈簧卡銷23與接觸器底板支架16兩側(cè)壁內(nèi)部的壓縮復位彈簧19相接觸；所述勵磁線圈與鎖定線圈二者的磁場方向90°垂直。
[0015]進一步的，電磁自鎖機構(gòu)包括鎖體1、鎖銷桿14、鎖舌3、頂推彈簧11、第一銜鐵6、鎖定線圈5 ;鎖銷桿14的前端有環(huán)狀凹槽；鎖舌3為U型鎖舌，其內(nèi)環(huán)側(cè)能夠與鎖銷桿14的前端環(huán)狀凹槽相配合嵌入；鎖舌3頂端壓入頂推彈簧11后與第一銜鐵6接觸；鎖定線圈定子鐵芯與第一銜鐵6位置水平相對稱匹配；鎖銷桿14穿過接觸器底板支架16、鐵芯18，與第二銜鐵21固定連接
[0016]鎖體1，其上部偏心位置有垂直貫穿孔25，用于穿入鎖銷桿14 ;其左端面有一側(cè)通透水平內(nèi)槽26，水平內(nèi)槽26內(nèi)側(cè)邊線為垂直貫穿孔25的半徑等線位置；在水平內(nèi)槽26的里側(cè)有對稱的2條水平方向平行等徑圓形貫穿孔槽27，用于穿入鎖舌3 ;孔槽27在鎖體外側(cè)方向有彈簧溝槽28，用來安裝頂推彈簧11。
[0017]進一步的，所述鎖體I的垂直貫穿孔25內(nèi)壁有配合間隙良好的耐磨尼龍襯套7，用來調(diào)整鎖銷桿14在貫穿孔25內(nèi)的活動間隙。
[0018]進一步的，所述勵磁線圈與鎖定線圈使用同一供電電源；勵磁線圈22經(jīng)斷電延時繼電器Jl接入；鎖定線圈5直接并聯(lián)接入接觸器電源電路上。
[0019]本實用新型的有益效果為:
[0020]本實用新型借助多種作用力的平衡，實現(xiàn)鎖定線圈的最小耗能的穩(wěn)固設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單可靠，鎖定線圈功率可以是勵磁線圈的5%左右，由此構(gòu)成的節(jié)能型交流接觸器總耗能相對常規(guī)交流接觸器可降低90%以上，同時解決了接觸器發(fā)熱、噪音等問題。
[0021]CJ20系列150A、250A、400A交流接觸器線圈使用380V供電，經(jīng)測量吸合瞬時峰值電流4.1A，靜態(tài)吸合維持電流0.23A(實測值)，即電能消耗計算為:
[0022]0.23A*380V*24h*365d = 765.6kw/h (年)；
[0023]大功率抽油機專用節(jié)能交流接觸器具備極大的應用空間，由于將交流接觸器維持狀態(tài)吸合耗能節(jié)省，主勵磁線圈僅做為瞬時啟動使用，而鎖定線圈耗能僅0.02A，保守測算可降低交流接觸器電能消耗90%以上，同時可提高交流接觸器使用壽命4倍以上，極大降低低壓電器維護成本。按照我廠30%油井使用CJ20系列大功率接觸器計算，推廣后每年可節(jié)約電能超過50萬千瓦時，同時大量降低低壓電器維護成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為電磁自鎖機構(gòu)的俯視剖面圖；
[0025]圖2為鎖體結(jié)構(gòu)的三視圖；
[0026]圖3為電磁自鎖機構(gòu)的平視剖面圖；
[0027]圖4為電磁自鎖機構(gòu)在接觸器主體安裝時的非鎖定狀態(tài)圖；
[0028]圖5為電磁自鎖機構(gòu)在接觸器主體安裝時的鎖定狀態(tài)圖；
[0029]圖6為接觸器勵磁線圈和鎖定線圈的控制時序圖；
[0030]圖7為系統(tǒng)接線原理圖。

【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)進行說明:
[0032]附圖1為電磁自鎖機構(gòu)的俯視剖面圖，如圖所示，電磁自鎖機構(gòu)包括鎖體1、鎖銷桿14、鎖舌3、頂推彈簧11、第一銜鐵6、鎖定線圈5和鎖定線圈支架4。
[0033]其中鎖體I如附圖2所示，為三視結(jié)構(gòu)的一體化金屬部件，其上部偏心位置有垂直貫穿孔25，用于穿入鎖銷桿14 ;其平視方向端面有一側(cè)通透水平內(nèi)槽26，其內(nèi)側(cè)邊線為垂直貫穿孔25的半徑等線位置；在水平內(nèi)槽26的里側(cè)有對稱的2條水平方向平行等徑圓形貫穿孔槽27，用于穿入U型鎖舌3 ;孔槽27在鎖體外側(cè)方向有彈簧溝槽28，用來安裝頂推彈簧11 ;鎖體一端水平方向兩側(cè)各有2組對應固定螺栓12的安裝螺孔29，用來固定鎖定線圈支架4 ;鎖體的上部有對稱的延伸邊條結(jié)構(gòu)，并有4只安裝螺孔2，用于將鎖體I安裝在交流接觸器相應底部；
[0034]如圖1所示，鎖體I的垂直貫穿孔25內(nèi)壁有配合間隙良好的耐磨尼龍襯套7，用來調(diào)整鎖銷桿14在貫穿孔25內(nèi)的活動間隙；鎖銷桿14的前端有環(huán)狀凹槽;U型鎖舌3的頂端由鎖體I的水平內(nèi)槽26側(cè)插入貫穿孔槽27并穿出，U型鎖舌的內(nèi)環(huán)側(cè)可以與鎖銷桿14的前端環(huán)狀凹槽相配合嵌入；在鎖舌3頂端壓入頂推彈簧11后通過螺栓9與銜鐵固定板8緊固；第一銜鐵6為矽鋼片銜鐵，帶有固定耳，通過貫穿銜鐵6的鉚釘13和螺栓9裝配在銜鐵固定板8上；4條固定螺栓12將鎖定線圈支架4與鎖體I固定；鎖定線圈支架4的內(nèi)端有通過螺栓10連接的鎖定線圈5，且線圈的定子鐵芯與第一銜鐵6位置水平相對稱匹配。
[0035]附圖3為電磁自鎖機構(gòu)的鎖定狀態(tài)的平視剖面圖，由此圖可見鎖銷桿14在到達鎖定位置后，鎖銷桿14的前端的環(huán)狀凹槽處在水平內(nèi)槽26的開孔位置，同時與U型鎖舌的內(nèi)環(huán)側(cè)相配合嵌入?’與U型鎖舌相連接的銜鐵9在頂推彈簧11的作用下與鎖定線圈5相接近并達到吸合狀態(tài)的頂點。
[0036]—種自鎖式低耗能大功率接觸器，包括電磁自鎖機構(gòu)、接觸器底板支架16、鐵芯18、勵磁線圈22、第二銜鐵21、銜鐵固定架20、彈簧卡銷23和壓縮復位彈簧19。
[0037]附圖4為電磁自鎖機構(gòu)在接觸器主體安裝后的非鎖定狀態(tài)圖，螺栓15通過鎖體I上的螺孔2將其固定在接觸器的相應垂直底部；勵磁線圈(主啟動線圈)22和鐵芯(定子)18通過螺釘17固定在接觸器底板支架16內(nèi)部；鐵芯(定子)18中心點有貫穿孔，用來穿過鎖銷桿14，且鎖銷桿14通過此孔與第二銜鐵21經(jīng)螺紋固定連接；銜鐵固定架20的頂部有用于同觸點機構(gòu)連接的固定桿銷24 ;上部的第二銜鐵21與銜鐵固定架20相連接，銜鐵固定架20依靠兩端的彈簧卡銷23與壓縮復位彈簧19相接觸，并依靠其產(chǎn)生的釋放作用力維持鐵芯18與第二銜鐵21的分離狀態(tài)；在分離狀態(tài)下，依靠壓縮復位彈簧19支撐銜鐵21向上移動，與勵磁線圈(主啟動線圈)22和鐵芯(定子)18分開，并牽拉鎖銷桿14上移脫出U型鎖舌3的束縛，U型鎖舌3則被擠出鎖銷桿14的凹槽開口范圍。
[0038]附圖5為電磁自鎖機構(gòu)在接觸器主體安裝后的鎖定狀態(tài)圖，上部的第二銜鐵21受到勵磁線圈22上電后產(chǎn)生的吸力影響，超過壓縮復位彈簧19提供的反向作用力，向下移動牽拉銜鐵固定架20及觸點機構(gòu)到達行程下死點，同時推動鎖銷桿14下移并使凹槽區(qū)域進入U型鎖舌3的內(nèi)環(huán)對應區(qū)間，U型鎖舌3被頂推彈簧11拉動進入鎖銷桿14的凹槽區(qū)，并使U型鎖舌另一端安裝的第一銜鐵6與鎖定線圈5接近到有效吸合動作距離。
[0039]附圖6為接觸器勵磁線圈和鎖定線圈的控制時序圖，附圖7為系統(tǒng)接線原理圖。在交流接觸器通電時，勵磁線圈22 (LI)經(jīng)斷電延時繼電器Jl接入；鎖定線圈5(L2)直接并聯(lián)接入接觸器電源電路上；兩組線圈使用同一供電電源；接觸器送電吸合時，主勵磁線圈22和鎖定線圈5加電吸合；鎖銷桿14受頂推彈簧11的作用力，直接進至鎖銷桿14的凹槽區(qū)，鎖定線圈5加電吸合第一銜鐵6確保U型鎖舌3在鎖銷桿14的環(huán)狀槽內(nèi)保持狀態(tài)；通過預先設(shè)定延時斷電繼電器LI斷電時間達到主勵磁線圈22斷電，機械結(jié)構(gòu)部分被鎖定線圈5通過鎖銷桿14鎖定；通過時序圖可看到，維持系統(tǒng)運行的同步控制方式是鎖定線圈5的加電工作時間等于接觸器主觸點吸合運行時間。
[0040]綜合上述結(jié)構(gòu)，結(jié)合附圖對本實用新型設(shè)計原理做進一步說明:
[0041]U型鎖舌3通過頂推彈簧11的拉動作用力F2，保持了向鎖銷桿14垂直方向的壓迫力F1，即表現(xiàn)為Fl = F2 ;鎖銷桿14的環(huán)狀凹槽表面結(jié)構(gòu)與U型鎖舌3之間存在有表面接觸摩擦力f6，能對Fl產(chǎn)生阻礙影響；鎖銷桿14向上的作用力即壓縮復位彈簧19提供的反向拉力F3在非鎖定狀態(tài)下可將鎖銷桿14拉出至上死點，即F3 > Fl+f6 ;在接觸器工作時，勵磁線圈22加電對第二銜鐵21產(chǎn)生啟動吸合力F4，F(xiàn)4-(Fl+f6) > F3時則第二銜鐵21帶動整套觸點機構(gòu)在擠壓壓縮復位彈簧19后到達鎖銷桿14行程下死點；由于鎖定線圈5獲得了與勵磁線圈22同步的加電過程，但其產(chǎn)生得吸力F5對第一銜鐵6做用距離較弱，不足以使U型鎖舌3阻擋鎖銷桿14的移動；U型鎖舌3通過頂推彈簧11的F2拉動作用滑入鎖銷桿14對應的環(huán)狀凹槽內(nèi)，同時其前端連接的第一銜鐵6與鎖定線圈5接近后形成有效吸合力F5，即達到F5+F2+f6 (環(huán)狀凹槽表面摩擦力)> F3 ;經(jīng)若干秒延時后勵磁線圈22被延時斷電繼電器Jl控制失電，F(xiàn)4作用力消失，鎖定線圈5繼續(xù)維持通電吸合狀態(tài)，即F5保持存在，依靠F5+F2+f6 > F3的做用，整個二次電磁鎖定機構(gòu)維持對鎖銷桿14的穩(wěn)固鎖定，實現(xiàn)了以鎖定線圈5的低電能消耗代替勵磁線圈22的高電能消耗維持接觸器吸合的工作目的。
[0042]在接觸器需要做切斷操作時，接觸器控制電源輸入的中斷導致鎖定線圈5失電，其吸合作用力F5消失，則Fl (F2)+f6 < F3 ；U型鎖舌3脫出鎖銷桿14的環(huán)狀凹槽，鎖銷桿14在F3作用力下迅速向上移動至行程上死點，接觸器觸點機構(gòu)完成分離切斷操作。
[0043]由于鎖銷桿14是在勵磁線圈22與第二銜鐵21構(gòu)成的磁場中，故在材料選擇上要采用無磁不銹鋼加工，以減少吸合磁通量損耗和影響。2組電磁線圈由于金屬底板的隔離和二者的磁場方向90°垂直而幾乎不產(chǎn)生影響。
[0044]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的原理和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自鎖式接觸器，其特征在于:包括電磁自鎖機構(gòu)、接觸器底板支架(16)、鐵芯(18)、勵磁線圈(22)、第二銜鐵(21)、銜鐵固定架(20)、彈簧卡銷(23)和壓縮復位彈簧(19);電磁自鎖機構(gòu)固定在接觸器底板支架底面上；勵磁線圈(22)和鐵芯(18)固定在接觸器底板支架(16)頂面上；第二銜鐵(21)與銜鐵固定架(20)相連接，銜鐵固定架(20)依靠兩端的彈簧卡銷(23)與接觸器底板支架(16)兩側(cè)壁內(nèi)部的壓縮復位彈簧(19)相接觸；所述勵磁線圈與鎖定線圈二者的磁場方向90°垂直。
2.如權(quán)利要求1所述的自鎖式接觸器，電磁自鎖機構(gòu)包括鎖體(I)、鎖銷桿(14)、鎖舌(3)、頂推彈簧(11)、第一銜鐵(6)、鎖定線圈(5);鎖銷桿(14)的前端有環(huán)狀凹槽；鎖舌(3)為U型鎖舌，其內(nèi)環(huán)側(cè)能夠與鎖銷桿(14)的前端環(huán)狀凹槽相配合嵌入；鎖舌(3)頂端壓入頂推彈簧(11)后與第一銜鐵(6)接觸；鎖定線圈(5)與第一銜鐵(6)位置水平相對稱匹配；鎖銷桿(14)穿過接觸器底板支架(16)、鐵芯(18)，與第二銜鐵(21)固定連接；鎖體(1)，其上部偏心位置有垂直貫穿孔(25)，用于穿入鎖銷桿(14);其左端面有一側(cè)通透水平內(nèi)槽(26)，水平內(nèi)槽(26)內(nèi)側(cè)邊線為垂直貫穿孔(25)的半徑等線位置；在水平內(nèi)槽(26)的里側(cè)有對稱的2條水平方向平行等徑圓形貫穿孔槽(27)，用于穿入鎖舌(3);孔槽(27)在鎖體外側(cè)方向有彈簧溝槽(28)，用來安裝頂推彈簧(11)。
3.如權(quán)利要求2所述的自鎖式接觸器，所述鎖體(I)的垂直貫穿孔(25)內(nèi)壁有配合間隙良好的耐磨尼龍襯套(7)，用來調(diào)整鎖銷桿(14)在貫穿孔(25)內(nèi)的活動間隙。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的自鎖式接觸器，所述勵磁線圈與鎖定線圈使用同一供電電源；勵磁線圈(22)經(jīng)斷電延時繼電器Jl接入；鎖定線圈(5)直接并聯(lián)接入接觸器電源電路上。
【文檔編號】H01H50/16GK203950746SQ201420329766
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】柏明星, 宋考平, 張繼成, 楊二龍, 單五一, 王胡振 申請人:東北石油大學