專利名稱：兩步滅弧交流接觸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種提高交流接觸器的接通和分?jǐn)嗄芰Φ姆椒ǎ译妷勖L，節(jié)電，具有體積小，重量輕，可靠性高的特點，機(jī)械工業(yè)部出版社1982年10月出版的《電機(jī)工程手冊》第五卷第30篇第5章公知的交流接觸器使用的交流和直流電磁鐵在閉合狀態(tài)時均有氣隙，因此需要的激磁電流都比較大，鐵芯的線圈較重，此外，觸頭在閉合過程中引起的兩次跳動，第一次跳動是動觸頭與靜觸頭碰撞時的反彈，這次反彈由于電路剛接通，電流瞬時值很小，危害不嚴(yán)重，而第二次跳動是由于鐵芯碰撞時的反彈傳給觸頭的跳動，第二次跳動發(fā)生在交流電流半波峰值附近，因此，觸頭第二次跳動引起的危害比第一次跳動嚴(yán)重得多。跳動時間越長，引起的電磨損越大，嚴(yán)重時造成觸頭熔焊。由于開距大，鐵芯重引起的觸頭第二次跳動，嚴(yán)重影響交流接觸器的電壽命。
本發(fā)明的任務(wù)在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供的一種新型接觸器。由于鐵芯重量輕，閉合無氣隙，接通時避免了觸頭的第二次跳動;由于開距小，動觸頭第一次跳動也大幅度下降，分?jǐn)鄷r燃弧時間短，滅弧可靠，成本低;同時操作過電壓很低，運行時無聲，節(jié)電等優(yōu)點。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的;交流接觸器的電磁鐵用硅鋼片疊成，鐵芯極面磨平，取消閉合時的氣隙和短路環(huán)，交流電源串聯(lián)電容器經(jīng)橋式整流后給電磁鐵線圈提供直流激磁電流，電容器起限制電流的作用，當(dāng)鐵芯閉合過程中的直流激磁電流，使鐵芯的吸力大幅度增加，常閉觸點在鐵芯完全閉合之前打開，利用電磁鐵儲能和動能使鐵芯完全閉合，這樣，線圈通過大電流的時間短，發(fā)熱溫度低，鐵芯碰撞時的動能也小，大幅度降低鐵芯的振動，電磁鐵的吸力特征可以分三段計算。
第一段是常閉觸點打開以前(電容器被短接時)電磁鐵吸力。我們知道，直流電磁鐵吸力為F＝ 1/2 · (B2·S)/(μO) N……(1)B為氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度 Wb/M2
μ0為真空磁導(dǎo)率 1，257×10-6 H/MS為磁極總面積 m2F為鐵芯吸力 單位是牛頓 N這段鐵芯氣隙大于2毫米，鐵芯磁阻只占?xì)庀洞抛璧陌俜种逡韵隆？梢院雎圆挥嫞挥绊懝こ逃嬎愕臏?zhǔn)確性，這使計算大為簡化，只計算氣隙時B＝μ0HH＝1W/2hH為磁場強(qiáng)度，W為線圈匝數(shù)，h為氣隙長度，磁力線兩次穿過氣隙，激磁電流I＝ (V)/(r)r為線圈直流電阻，V為電源電壓故B＝μ0(VW)/(2rh) ……(2) 代入(1)式得F1= (μ0)/8 ( (VW)/(hr) )2……(3)當(dāng)氣隙閉合到很小時，鐵芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到飽合時，記為BM，這時，磁感應(yīng)強(qiáng)度不再增加，電磁鐵吸力記為F2得F2= (B2mS)/(2μO) ……(4)第2段時常閉觸點打開后(這時電容串入電路)到鐵芯完全閉合前，這時，激磁電流經(jīng)常閉觸點間電弧導(dǎo)通，能維持BM不變，故電磁鐵吸力仍滿足(4)式。電源電流過零后電弧熄滅，這時氣隙磁場儲能為W= (B2m)/(μ0) ·S·h動鐵芯儲能為WM＝ 1/2 mV2依靠這部分能量完全可以使鐵芯閉合。
第3段為鐵芯閉合的吸力。這時激磁電流記為Ic，電容阻抗為Zc＝ 1/(2пfc) 故
Ic＝2пfc·V……(5)由于沒有鐵芯氣隙，所以Ic能維持飽合，磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，故電磁鐵吸力能維持(4)式不變。
這種改進(jìn)的電磁鐵與CJ10系列交流接觸器電磁鐵相比，保持吸力不變時，電磁鐵極面積和重量可以減少80%，是原鐵芯重量的四分之一即可，線圈重量可以減少70%，是原線圈的三分之一，線圈溫升還可大幅度降低。又可提高壽命和可靠性，同時節(jié)電95%以上，耗電是cJ10系列接觸器的二十分之一。運行時也無交流聲，鐵芯的吸力特征比較平坦并發(fā)揮到最大程度，這種電磁鐵吸力特性會使觸頭第二次跳動加大，必須與本發(fā)明的第三個特征結(jié)合后，才能顯示出優(yōu)越性，否則有害無益。
本發(fā)明的另一特征是觸頭開距小，1-2毫米時就能滿足滅弧和絕緣的要求，同時觸頭壓力可以降低，每安按5-15克壓力即可。三相交流接觸器每相有兩個串聯(lián)斷口，在其中一個斷口上并聯(lián)二極管，三相開斷時，至少有一相二級管正向?qū)?，該斷口電流?jīng)二級管導(dǎo)通，無電弧，成為絕緣良好的斷口，電源換相后，二級管截止，此斷口承受反向電壓;而串聯(lián)的斷口至少經(jīng)5毫秒后才承受由零開始上升的電壓，又經(jīng)5毫秒后才承受電源電壓峰值。這時，串聯(lián)斷口已經(jīng)恢復(fù)良好的絕緣。其余兩相二級管總有一相處于正向?qū)ǎ瑪嗫诘慕^緣恢復(fù)過程和前面所述過程一樣，只要是三相負(fù)荷中性點不接地時上面所述過程總是成立的。交流接觸器主要是控制電動機(jī)，因此屬于中性點不接地負(fù)荷。故適用兩步滅弧方法，而且滅弧可靠。
本發(fā)明的第三個特征是交流接通過程中，動鐵芯與動觸頭分解為互不聯(lián)系的兩體，動鐵芯的碰撞振動不傳給觸頭，避免了觸頭的第二次跳動，這樣大幅度提高了接觸器的接通能力并降低了觸頭的電磨損，動鐵芯與動觸頭無直接聯(lián)接，接通時，只要使動鐵芯吸開，動觸頭靠彈簧力自然壓緊在靜觸頭上，而彈簧直接固定在接觸器殼體上，與動鐵芯無聯(lián)系，分?jǐn)鄷r，靠反力彈簧壓縮動鐵芯帶動絕緣一起運動而頂開動觸頭，設(shè)分?jǐn)酄顟B(tài)時反力彈簧的壓力為F1a
則F1a＝k1·x1……(6)k1為反力彈簧剛度，x1是反力彈簧分?jǐn)酄顟B(tài)時被壓縮長度。
合閘狀態(tài)時反力彈簧的壓力為F1b則F1b＝K1(x1+l+l1)……(7)l為接觸器的開距，l1為接觸器的超程。
合閘時，主觸頭彈簧壓力為F2a，該力與反力彈簧力方向相反。
則f2a＝k2x2……(8)k2為主觸頭彈簧剛度。x2為主觸頭彈簧被壓縮長度，常閉輔助觸頭彈簧力為f3f3＝k3x3……(9)k3為常閉輔助觸頭彈簧剛度，x3為該彈簧被壓縮長度，分?jǐn)酄顟B(tài)時，主觸頭彈簧力為f2b，l為主觸頭開距。
則f2b＝k2(x2+l)……(10)常分輔助觸頭彈簧力為f4則f4＝k4x4……(11)
k4是常分輔助觸頭彈簧剛度，x4為該彈簧被壓縮長度，動鐵芯質(zhì)量為m則動鐵芯受重力為f5＝mg……(12)當(dāng)忽略摩擦力時，上述各力應(yīng)有如下關(guān)系n1F1a＝n2f2b+n3f3+nF5……(13)n1F1b+n4f4+nf5≤f2……(14)n1是反力彈簧數(shù)，n3是常閉輔助觸頭數(shù)，n4是常分輔助觸頭數(shù)，n是動鐵芯重力倍數(shù)，F(xiàn)2是鐵芯吸力，n2是主觸頭極數(shù)。
當(dāng)主觸頭合閘壓力保持不變時，該型接觸器的鐵芯吸力浪費n2k2l+n1k1(l+l1)……(15)l是主觸頭開距，l1是超程只有開距很小時才能使鐵芯吸力浪費不多，否則得不償失，另外，鐵芯吸力特性比較平坦時，也就是當(dāng)鐵芯在氣隙比較大時與閉合時的吸力相差不大時才能應(yīng)用這一方法，否則，這一方法也不適用。由于動鐵芯碰撞的振動不傳給觸頭，徹底避免了觸頭的第二次跳動，才能使用具有吸力特性比較平坦的電磁鐵，否則將使接觸器接通能力降低。
由此知道前面所述的三個特征互相關(guān)聯(lián)。這一發(fā)明，使鐵芯吸力發(fā)揮到極限程度，交流接觸器的接通能力也提高到最大程度，分?jǐn)嗄芰σ策_(dá)到二級管浪涌電流的極限程度，這種接觸器的接通能力達(dá)到和空氣開關(guān)的接通能力相同的水平。


如下圖1是本發(fā)明CJL交流接觸器分?jǐn)酄顟B(tài)示意2是本發(fā)明CJL交流接觸器接通狀態(tài)示意圖本發(fā)明下面將結(jié)合(附圖)實例作進(jìn)一步詳細(xì)敘述。
使用原CJ10-10交流接觸器的原鐵芯，將短路環(huán)及氣隙磨平，該鐵芯中心柱截面積為1.1×1.2×0.9＝1.18cm2，(0.9為鐵芯疊加時壓不緊系數(shù))重量為120克，激磁線圈用0.18漆包線3200匝，電阻為180歐姆，電源電壓用380伏，串0.5uF電容后經(jīng)橋式整流后給激磁線圈提直流電流，鐵芯閉合前電容被短接，這時激磁電流為( 380/180 )2.11安直流，當(dāng)直流電壓下降85%時的電流維持在1.79安，激磁電流安匝數(shù)為5700IW，鐵芯氣隙在3.5毫米之內(nèi)時，可以使氣隙產(chǎn)生1wb/m2以上的磁感應(yīng)強(qiáng)度，所以鐵芯吸力為F2= (Bm2)/(n0) ·S＝9.3牛頓(Bm＝1wb/m2)鐵芯閉合后，激磁電流為I＝2πfcv＝0.059(安)，電流電壓下降85%時，該激磁電流能維持0.05安，這時激磁電流安匝數(shù)為160安匝，所能維持鐵芯飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，鐵芯吸力是93牛頓(等于9.5公斤力)，為了使鐵芯閉合后不在再彈開，取反力彈簧加F1b為8.5公斤力。
設(shè)l＝1.5mm，l1b＝3mm，x1＝40mm則n1f1a= (n1F16.40)/44.5 ＝7.65公斤力設(shè)X2＝15mm則觸頭閉合時壓力為2公斤，三相n3＝3
n2f2b＝ (3×2×16.5)/15 ＝6.6公斤力2個常閉輔助觸頭n3f3＝0.25公斤力動鐵芯及其聯(lián)接件重為0.1kgnF5＝0.8公斤力，動鐵芯可以承受8倍重力加速度振動力。該接觸器接通能力在1千安以上分?jǐn)嗄芰υ?00安以上，按TBJ2455-85部標(biāo)可以成為100安交流接觸器。
圖1中，1為主觸頭彈簧，2為動觸頭，3為靜觸頭，4為絕緣支塊，5為動鐵芯，6為反力彈簧，7為激磁線圈，8為靜鐵芯，9為二極管，分?jǐn)鄷r，反力彈簧6將鐵芯5頂開，通過絕緣支塊將動觸頭1頂開，絕緣支塊頂開動觸頭，斷口開距為1-2mm，這時主觸頭彈簧1被壓縮到了最小距離。
圖2是交流接觸器接通狀態(tài)，這時激磁線圈通電，動鐵芯5與靜鐵芯8閉合，將反力彈簧6壓縮到最小距離，動觸頭2由主觸頭彈簧1壓緊在靜觸頭上，很明顯，這種接觸器接通過程中，由于動鐵芯與動觸頭間無直接聯(lián)系，故徹底避免了觸頭的第二次跳動，徹底避免了觸頭第二次跳動帶來的嚴(yán)重危害?？梢哉f這種兩步滅弧交流接觸器[CJL型]是機(jī)械式交流接觸器中體積最小、重量最輕。壽命最長的交流接觸器。而且線圈本身耗電最省，它運行時無交流聲，分?jǐn)鄷r操作過電壓很低，幾乎沒有操作過電壓。同時，噴弧距離也很小，安全可靠。
權(quán)利要求
1.一種兩步滅弧交流接觸器，其特征在于電磁鐵用硅鋼片疊成，取消短路環(huán)及閉合時的工作氣隙，需要的激磁電流小，改為直流激磁，使鐵芯吸引力發(fā)揮到最大限度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，使鐵芯吸引力發(fā)揮到最大限度，激磁電流經(jīng)橋式整流在交流側(cè)串限流電容器接到交流電源上，鐵芯閉合前用常閉觸點使電容器短路，鐵芯閉合過程中常閉觸點打開后，電容器起限流作用，直流激磁電流始終維持鐵芯飽合磁感應(yīng)強(qiáng)度，吸力始終為最大限度。
3.兩步滅弧交流接觸器使用兩步滅弧方法，其特征在于觸頭開距小，(1-2毫米即可)同時，觸頭壓力可以降低到每安5-15克壓力，就能保證接觸器安全可靠工作。
4.兩步滅弧交流接觸器大幅度提高接通能力，其特征在于取消動鐵芯與動觸頭之間經(jīng)主觸頭彈簧聯(lián)接的方式，而使二者之間沒有任何聯(lián)接件，分?jǐn)鄷r反力彈簧壓縮動鐵芯運動，動鐵芯通過絕緣支塊將動觸頭壓開，接通時，動鐵芯吸離動觸頭后，動觸頭靠主觸頭彈簧力壓緊在靜觸頭上，與動鐵芯脫離聯(lián)系，徹底避免了觸頭第二次跳動帶來的危害。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述，反力彈簧和主觸頭彈簧分別頂于殼體上，彈力方向相反，而反力彈簧只和動鐵芯有聯(lián)系，主觸頭彈簧只和動觸頭有聯(lián)系，動鐵芯吸合過程中的振動不傳給觸頭。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種提高交流接觸器的接通和分?jǐn)嗄芰Φ姆椒?，取消交流接觸器電磁鐵閉合時的工作氣隙和短路環(huán)，改為直流運行，避免了接觸器觸頭第二次跳動，因此解決了接觸器接通能力低的技術(shù)難題，采用兩步滅弧方法，開距小，分?jǐn)嗄芰?qiáng)，操作過電壓低，噴弧距離小的交流接觸器，接通能力達(dá)到和空氣開關(guān)相同的水平。
文檔編號H01H50/56GK1058290SQ9110495
公開日1992年1月29日 申請日期1991年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月19日
發(fā)明者王有元 申請人:王有元