專利名稱：節(jié)能、快速、可調(diào)速電磁鐵電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁鐵的電源傳統(tǒng)交直流電磁鐵均存在吸合時節(jié)能與啟動時快速的矛盾。公開號CN1038543A專利和85年第2期《低壓電器》文章“交流制動電磁鐵改為直流運行”提出了雙直流電源技術(shù)方案，將啟動與吸合供電分開，以利解決上述矛盾，針對上述文獻(xiàn)的技術(shù)方案中的缺點1.供電交流分量太大;2.啟動快速受限;3.可能導(dǎo)致沖擊;4.續(xù)流延緩斷電斷磁;5.鐵芯及銜鐵浪費能源缺點沒有解決，申請?zhí)柗謩e為90108316.X，90109015.8和90223472.2的專利申請文獻(xiàn)提出了全橋整流、雙向晶閘管控制雙直流源、啟動電源供電時間可調(diào)、微分電路觸發(fā)晶閘管以及消除銜鐵與鐵芯去磁隙、減小吸合態(tài)磁阻，采用力矩去磁的一整套全新技術(shù)方案，快速和可調(diào)速得以實現(xiàn)，節(jié)能效果尤其可觀。
上述專利申請文獻(xiàn)所提技術(shù)方案雖然令人滿意，但尚存在如下幾點問題有待解決1.啟動、控制與吸合采用了三只整流橋器件，使供電系統(tǒng)成本較高體積較大;
2.變壓器降壓難以將供電系統(tǒng)集成為一個整體塊，大量電磁鐵使用的小于1瓦的變壓器既不好購又難以加工，采用等于和大于1瓦的變壓器不僅使供電系統(tǒng)體積增大且初級線圈空載消耗電能已相當(dāng)電磁鐵耗能，不利于節(jié)能。另外，變壓器發(fā)熱不利用供電系統(tǒng)可靠性提高。
3.當(dāng)電磁鐵行程較大，啟動過程中銜鐵慣性運行段較長時，顯示出啟動速度不夠穩(wěn)定，其原因是①微分電路的尖脈沖輸出受供電開關(guān)合閘速度、電網(wǎng)供電瞬時變化的影響較大;②尖脈沖電位在下降至臨界觸發(fā)狀態(tài)時，晶閘管觸發(fā)不夠穩(wěn)定，這就使調(diào)速和快速啟動受到限制。
4.雙向晶閘管過零截止有可能受到負(fù)載和電網(wǎng)功率因數(shù)過低的影響出現(xiàn)不準(zhǔn)時截止的誤導(dǎo)通情況。
5.微分電路電容較大時放電時間較長，影響電磁鐵工作頻率的提高。
為了解決上述問題，本發(fā)明提出了新的供電電源技術(shù)方案，借以減少電源電子器件數(shù)量和減小它們的體積，從而有利于集成化、模塊化、商品化，不僅降低成本，并且使啟動速度穩(wěn)定，從而使快速和可調(diào)速更趨可靠，這一方案還力圖去掉變壓器和利用繼電器和接觸器提供的常閉觸點，從而有利于進(jìn)一步節(jié)能、降低成本和減小體積。本發(fā)明的目的還在于使啟動與吸合電源的切換準(zhǔn)確可靠。新發(fā)明的電源又在于提高電磁鐵工作頻率。
本發(fā)明的技術(shù)方案是1.啟動和吸合供電可共用一只整流橋，如

圖1所示開關(guān)4和電容器3變聯(lián)，當(dāng)4接通時3被短路，供電電源處于啟動供電狀態(tài)，交流電通過整流橋2向電磁鐵線圈1供電，當(dāng)開關(guān)4斷開時，供電電源處于吸合供電狀態(tài)，交流電通過電容3降壓再經(jīng)整流橋2向1供電。這樣，一只整流橋為兩個供電態(tài)整流，節(jié)省了一只整流橋，降低了成本減小了體積。
2.采用下降沿較陡的方波或近似方波脈沖觸發(fā)晶閘管，可使其導(dǎo)通時間穩(wěn)定可靠，使調(diào)速性能更好，產(chǎn)生方波和近似方波的辦法很多，例如使用反相器、施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生方波，用開關(guān)三極管和二極管或利用穩(wěn)壓二極管、鉗位二極管削峰產(chǎn)生近似的方波，還可用二極管修陡后沿產(chǎn)生近似方波。上述脈沖的寬度也是晶閘管導(dǎo)通時間，通過脈寬調(diào)節(jié)即可調(diào)節(jié)啟動供電時間從而達(dá)到調(diào)速目的。觸發(fā)脈沖起始于合閘送電瞬間，可實現(xiàn)快速響應(yīng)。
3.供電電源可單獨制成一個模塊裝在工作現(xiàn)場的電控柜里，或作為節(jié)能器裝在電磁鐵或交流接觸器的旁邊。引出線是整流橋的直流側(cè)，其雙端子與線圈相連。電磁閥用電磁鐵，模塊裝在外罩殼里，繼電器、接觸器使用時模塊還可以塑封在機(jī)殼內(nèi)或貼在殼體上。
4.采用三極管放大微分電路輸出信號，使該信號有效觸發(fā)寬度大大增加，相同觸發(fā)時間使用的電容容量大大減小，容易提高電磁鐵頻率。
5.為了減少元器件并避免雙向晶閘管可能產(chǎn)生的不準(zhǔn)時截止或者說啟動與吸合電源切換不準(zhǔn)確不可靠現(xiàn)象，可采用兩只單向晶閘管作為切換開關(guān)且與兩只二極管構(gòu)成啟動整流橋而觸發(fā)電路電源的全橋整流也借用這兩只二極管。當(dāng)然還可以用兩只旁路觸發(fā)的單向晶閘管反向并聯(lián)再與降壓電容并聯(lián)成為圖1方案的實施例。
6.晶閘管導(dǎo)通后使觸發(fā)電路中的電容停止充電，可減小電容容量，有利于提高工作頻率。
7.利用上述第5條所述觸發(fā)電路電源向一個移相觸發(fā)的電路供電，這個觸發(fā)電路是在旁路電容全角觸發(fā)完畢后控制所述單向晶閘管的導(dǎo)通角借以降壓整流為吸合態(tài)電磁鐵線圈供電。移相觸發(fā)晶閘管降壓且全波整流為吸合供電的另一個方案是電網(wǎng)交流經(jīng)雙向晶閘管移相觸發(fā)后再全橋整流，啟動供電時則進(jìn)行全相角觸發(fā)。這也是一種啟動吸合共用一只整流橋的方案。該方案既無變壓器也無體積較大的降壓電容，便于模塊化、集成化。
現(xiàn)在結(jié)合實施例來詳細(xì)說明上述發(fā)明的技術(shù)方案。
圖1是吸合與啟動共用一只整流橋的原理圖，而圖2、圖3是其實施例。圖4是上述方案第5條的實施圖，圖5是第2條方案的實施例。圖6是上述方案第5條的第二方案圖。圖7是上述第7條方案實施圖。
圖2中6是電磁鐵供電電閘，合閘后交流電經(jīng)常閉觸點5(常閉開關(guān))和橋2向1供電。其特征是5分?jǐn)嗲坝凶銐虻拈]合時間保證啟動的大電流供電，以獲得快速和可靠啟動，與一般的繼電器、接觸器常閉觸點有重大差別。在保證可靠啟動前提下利用調(diào)節(jié)5的閉合時間或分?jǐn)鄷r刻來達(dá)到調(diào)速目的。一種實現(xiàn)方法是常閉橋上有一段足夠的空行程，銜鐵經(jīng)歷這段行程的時間為啟動供電時間，空行程完后才拉(推)開常閉橋或打開常閉開關(guān)。
圖3是另一個實施例，在這里開關(guān)4是雙向晶閘管7，它接受經(jīng)電阻8分壓(降壓)后的由二極管9、10，電容11、12，電阻13、14、電位器15組成的電路控制。其中8也可以使用無極電容代替或者用電容電阻串聯(lián)代替(阻容降壓)。這個設(shè)計除了實現(xiàn)圖1原理外，尚有幾點突出優(yōu)點①它比前述《低壓電器》中文章的技術(shù)更利于實現(xiàn)快速性、節(jié)能并速度可調(diào)，原因是a.雙向晶閘管全波整流供電，電流大、功率因數(shù)高;b.啟動時間不受正反相位影響，即上述文章技術(shù)中反向電壓時不能合閘即啟動，其延誤時間為10ms左右，而本發(fā)明則正反壓都可觸發(fā)晶閘管啟動，無此弊端;c.15用于調(diào)節(jié)觸發(fā)時間可實現(xiàn)速度可調(diào)，其原理90108316.X、90109015.8申請已述。②當(dāng)7導(dǎo)通時電容11、12幾乎不充電，可使其容量很小，例如0.5～1μF，可使14放電迅速，極利于提高電磁鐵工作頻率。③控制電流有正反兩向才使8有上述兩種代替，給優(yōu)選參數(shù)帶來方便。本實施例中13、15也可不用或改用并接在門極、陰極間的正反向鉗位二極管，當(dāng)然也可以既用13或15也用鉗位二極管。放電電阻14還可改成11、12分別并聯(lián)一只放電電阻如虛線所示。電磁鐵線圈也可并接一只續(xù)流二極管。為了修陡觸發(fā)脈沖后沿13可改用二極管。
圖4A中6合閘后交流電直接經(jīng)二極管16、17、18、19全橋整流且由電阻22降壓(分壓)后向觸發(fā)電路供電來觸發(fā)單向晶閘管20和21達(dá)到啟動的全橋整流向1供電目的。顯然觸發(fā)電源、啟動電源的整流共用了二極管16和17。27、28分別是保護(hù)單向晶閘管的電容電阻(吸收電路)。26是降壓變壓器，25是吸合整流橋，23是觸發(fā)電容，29是放電電阻，30是產(chǎn)生近似觸發(fā)方波的穩(wěn)壓管，24用于調(diào)速。
圖4B是圖4A技術(shù)方案的一種變化，其中二極管18、19接在晶閘管觸發(fā)極上，觸發(fā)電路是電容23及其放電電阻29，其余號碼所指器件與圖4B中相同。
圖4方案也有圖3方案那樣的晶閘管導(dǎo)通后電容不充電的優(yōu)點，電磁鐵能實現(xiàn)高頻率工作。
圖5A是施密特觸發(fā)器觸發(fā)方案。該觸發(fā)器32的輸入是電容33和可變電阻35構(gòu)成的積分電路，調(diào)節(jié)35可達(dá)到調(diào)節(jié)32輸出方波脈沖的寬度從而調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通時間的目的，實現(xiàn)啟動速度可調(diào)。因施密特觸發(fā)器有很陡的方波輸出，故可實現(xiàn)合閘啟動的快速性和觸發(fā)穩(wěn)定可靠性。31可以是單向或雙向晶閘管，單向晶閘管時電源36負(fù)極改接到陰極上，32的輸出接門極。電源36可由全橋整流濾波產(chǎn)生，它起始于合閘供電、結(jié)束于分閘斷電。
圖5B是另種觸發(fā)設(shè)計。其中開關(guān)三極管37、二極管38代替圖5A中的32。而圖5A中的電容33和可變電阻35在圖5B中交換了位置，即由積分電路改成了微分電路。這一電路輸出近似方波脈沖觸發(fā)晶閘管、前沿與施密特觸發(fā)器相同，二極管是用于修陡脈沖后沿。利用35可調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通時間從而調(diào)速，當(dāng)然也有合閘啟動的快速性和觸發(fā)穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。兩圖中的放電電阻34應(yīng)遠(yuǎn)大于35。如電磁鐵高頻率工作，33應(yīng)盡量小，此設(shè)計37可放大微分電路產(chǎn)生的弱信號，故可使33容量很小而不影響可靠觸發(fā)。31、36情況與圖5A相同。
圖6是圖3方案的替代形式，用兩只反并聯(lián)單向晶閘管39、40替代雙向晶閘管7。其中二極管45、46，電容47、48，降壓電阻41、42，放電電阻43、44成反對稱形式。與圖3方案相同之處是反正壓都可觸發(fā)啟動電源開關(guān)晶閘管、具有快速響應(yīng)特性。不同之處是此方案可完全避免雙向晶閘管的不可靠截止或雙電源切換不準(zhǔn)時問題。為了保護(hù)單向晶閘管，電容3旁可串一只電阻或在線圈1旁并聯(lián)阻容27、28吸收電路。
圖7是上述第7條方案的實施圖。在這里穩(wěn)壓管49是對二極管16、17、18、19構(gòu)成的全橋整流、電阻22與線圖1降壓后的直流源進(jìn)行穩(wěn)壓以便為移相觸發(fā)電路50提供一個同步的直流源。50的S1、S2分別是電源正負(fù)極接線端，0是輸出端。電路50可以是迄今為止可能設(shè)計出的任何一種移相觸發(fā)電路，例如使用同步電源的單結(jié)晶體管電路。利用調(diào)節(jié)這些電路的阻容參數(shù)就可以實現(xiàn)不同的移相觸發(fā)從而實現(xiàn)所需的降壓整流目的。因普通的電工手冊和電工、電子大中專教材中都可找到許多成熟的晶閘管觸發(fā)電路而且已有專門的集成電路出售，故50的細(xì)圖不畫反而有利于普通工程技術(shù)人員靈活運用和廉價實施。圖中51是續(xù)流二極管。啟動時仍用電容23全角觸發(fā)，23充電結(jié)束即換成移相觸發(fā)。其余號碼意義同前。本發(fā)明首次提出電磁鐵吸合直流源使用移相觸發(fā)晶閘管方案，同變壓器和電容降壓方案比，它有適用面寬、負(fù)載能力強(qiáng)、體積小、成本低、易于模塊化、商品化的優(yōu)點。因而上述實施例是本發(fā)明的一個最佳實施例，使用結(jié)果穩(wěn)定可靠節(jié)能95%左右。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能、快速、可調(diào)速電磁鐵電源，包括啟動電源和吸合電源兩部分，其特征是啟動電源開關(guān)與吸合電源降壓電容并聯(lián)且共接一只整流橋，啟動電源開關(guān)可以是受控晶閘管，亦可是一付常閉觸點，還可用移相觸發(fā)晶閘管方式降壓并全波整流構(gòu)成吸合電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源，其特征是所述電源可制成一個模塊，此模塊可與電磁鐵的本體分離，也可以封裝在電磁鐵或接觸器、繼電器的殼體內(nèi)或貼在殼體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源，其特征是所述常閉觸點在結(jié)構(gòu)上能實現(xiàn)合閘送電銜鐵動作后延遲一段時間才分?jǐn)啵@段時間能使銜鐵可靠啟動，可用空行程法實現(xiàn)這一結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源，其特征是所述晶閘管采用正反壓雙向觸發(fā)方式，其結(jié)構(gòu)包括電阻或電容或阻容降壓、雙二極管整流、雙電容充電、單或雙電阻放電、門陰極串并電阻且并阻可調(diào)或并接鉗位二極管，晶閘管可以是雙向管也可以是反并聯(lián)的單向管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源，其特征是兩只單向晶閘管與兩只二極管構(gòu)成啟動電源的全橋，觸發(fā)電源全橋也借用這兩只二極管，兩只晶閘管同時受一只電容觸發(fā)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源，其特征是所述晶閘管用起始于合閘送電瞬時的方波或近似方波脈沖觸發(fā)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述電源，其特征是所述脈沖可以由反相器、施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生，也可以由三極管及二極管電路或穩(wěn)壓二極管、鉗位二極管削峰產(chǎn)生，削峰脈沖可再用二極管修陡后沿。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述電源，其特征是所述脈沖發(fā)生電路的輸入信號可以是積分電路也可是微分電路產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述電源，其特征是所述觸發(fā)電源全橋提供一個直流源，這個直流源為一個移相觸發(fā)電路供電，該移相觸發(fā)電路是在所述電容全角觸發(fā)完畢后控制所述單向晶閘管的導(dǎo)通相角以便降壓整流為吸合供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新的電磁鐵節(jié)能、快速和可調(diào)速供電電源。該電源將啟動供電開關(guān)與降壓電容并聯(lián)來實現(xiàn)雙電源供電，使雙電源共用一只整流橋；該電源利用方波或近似方波來觸發(fā)晶閘管，從而保證快速與可調(diào)速的穩(wěn)定可靠，對繼電器或接觸器來說，利用常閉觸點來作為啟動供電的開關(guān)。本發(fā)明還給出了特殊的雙單向晶閘管電源及其控制電路。
文檔編號H01F7/18GK1068908SQ91104978
公開日1993年2月10日 申請日期1991年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月23日
發(fā)明者蔡禮君, 鄧警玲 申請人:蔡禮君, 鄧警玲