專(zhuān)利名稱(chēng)：220v、380v通用節(jié)電長(zhǎng)壽斷相保護(hù)交流接觸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低壓電器領(lǐng)域。
交流接觸器是電機(jī)、電器操作、控制;遠(yuǎn)距離操作、控制;自動(dòng)控制必不可少的最終執(zhí)行元件。但知技術(shù)中的常規(guī)交流接觸器存在著以下幾個(gè)致命的缺陷。
1、線(xiàn)圈額定使用電壓220V、380V不能互換通用。線(xiàn)圈額定電壓為220V的交流接觸器如果接到380V的控制回路中去，很快就要燒毀;而線(xiàn)圈電壓為380V的交流接觸器，如果接到220V的的控制回路中去，根本無(wú)法吸合。不但給用戶(hù)代來(lái)不便，也不可避免出現(xiàn)一些燒毀或影響工作的事故。
2、高的功耗常規(guī)交流接觸器(J10-10A線(xiàn)圈功耗的20W，CJ20-630A級(jí)為500W·CJ10-40A為60W·CJ10-150A約為165WO(均為實(shí)測(cè)值)。
3、線(xiàn)圈、鐵芯較高的溫升線(xiàn)圈有較大的電流通過(guò)，鐵芯有交變磁場(chǎng)所產(chǎn)生的渦流;短路環(huán)所產(chǎn)生的短路電流，都會(huì)產(chǎn)生較高的溫升。散熱條件受到影響時(shí)，線(xiàn)圈極易燒毀。這也是交流接觸器燒毀的主要原因之一。
4、令人心煩的產(chǎn)流噪音，特別是工頻振動(dòng)，是造成彈簧觸橋，金屬結(jié)構(gòu)件過(guò)早的出現(xiàn)金屬疲勞，強(qiáng)度下降甚至斷、裂而致使機(jī)械壽命終結(jié)的根本原因。
5、交流接觸器電壽命的過(guò)早終結(jié)常規(guī)交流接觸器由于用交流吸合及運(yùn)行，50HZ(60HZ)工頻電壓向零過(guò)濾時(shí)接觸器在彈簧的反作用力下向釋放過(guò)濾，雖有短路環(huán)提供的微弱反向電流，能夠克服過(guò)零點(diǎn)。但在整個(gè)交流過(guò)零過(guò)程中，觸頭的壓力逐漸下降，在零點(diǎn)附近時(shí)，已經(jīng)可以被認(rèn)為觸頭處于浮動(dòng)的似接觸，非接觸狀態(tài)。當(dāng)電壓過(guò)零后上升到某一定值時(shí)，才能夠恢復(fù)正常的可靠接觸。如此周而復(fù)始，以每秒50(60)個(gè)循環(huán)。每當(dāng)觸頭在電壓過(guò)零點(diǎn)附近處于似接觸非接觸的浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，觸頭接觸電阻的增加，肉眼所看不到的輕微拉弧等非正?，F(xiàn)象就必然要出現(xiàn)。當(dāng)負(fù)載電流到一定值時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)觸頭的溫升、燒損的必然結(jié)果。這就是電壽命終結(jié)的主要原因。
6、對(duì)電源斷相、交流接觸器自身觸頭燒損接觸不良造成斷相，均無(wú)檢測(cè)控制和保護(hù)功能，導(dǎo)致因此而使被控電機(jī)大量燒損。
目前國(guó)內(nèi)外雖已正在大力推廣流接觸器交流吸合直流運(yùn)行這一節(jié)電新成果，但目前所推廣的節(jié)電器似有以下不足(1)AC·220V·380V均不可通用，(2)為達(dá)節(jié)電目的或者采用雙線(xiàn)圈(吸合線(xiàn)圈、工作線(xiàn)圈)，(3)由于交流吸合向直流保持的過(guò)濾切換，大都采用繼電器或是另外占用交流接觸器常開(kāi)輔助觸頭，(4)有的體積大，造價(jià)高，增加交流接觸器成本，有不少還必須把節(jié)電器作外接處理，(5)均沒(méi)有對(duì)電源斷相，觸頭燒損、接觸斷相的自檢、自測(cè)、自我保護(hù)功能。
如專(zhuān)利號(hào)85202872.5;88205508.9;89204500.0;89221486.4;90204750等等。
本發(fā)明的目的在于1、徹底改變交流接觸器受線(xiàn)圈額定電壓限制的常規(guī)模式，使接觸器可以在交流220V380V工作回路中通用。
2、大幅度的降低功耗，使維持工作電流下降為原維持工作電流的1/10至1/100，徹底消滅線(xiàn)圈過(guò)熱燒毀的事故。
3、取消鐵芯短路環(huán)，消除交變磁場(chǎng)對(duì)鐵芯引起的渦流，溫升、消除工頻振動(dòng)和噪音有效的延長(zhǎng)交流接觸器的機(jī)械壽命。
4、消除交流接觸器觸頭在交流過(guò)零點(diǎn)附近似接非接浮動(dòng)狀態(tài)下接觸電阻增加形成的觸頭溫升、微弱的工頻拉弧，以延長(zhǎng)交流接觸器的電壽命。
5、使交流接觸器本身具有對(duì)電源斷相、交流接觸器觸頭接觸不良以致斷相的自檢、自測(cè)、自我保護(hù)功能。使交流接觸器向智能化邁進(jìn)一步。


圖1為整體原理方框圖。
圖2為高壓直流起動(dòng)回路A1電氣原理圖。
圖3為交流接觸器吸合、維持線(xiàn)圈A3圖4為低壓直流維持回路A2電氣原理圖。
圖5為故障停機(jī)指令執(zhí)行部分B4電氣原理圖。
圖6為工作電源部分B5電氣原理圖。
圖7為三相電源信號(hào)采樣部分B1電氣原理圖。
圖8為信號(hào)分析處理部分B2電氣原理圖。
圖9為故障確認(rèn)和指令輸出部分B3電氣原理圖。
圖10為總體電氣原理圖。
圖11為A1·A2結(jié)合成220V·380V通用、節(jié)電、長(zhǎng)壽電路塊，作為對(duì)常規(guī)已投運(yùn)的交流接觸進(jìn)行節(jié)電技術(shù)改造時(shí)用的控制線(xiàn)圖。
圖12為多功能電腦板作為對(duì)已投運(yùn)的常規(guī)交流接觸器進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)用的控制接線(xiàn)圖。
現(xiàn)以總體電路圖+對(duì)本發(fā)明的工作原理加以說(shuō)明。
當(dāng)接下起動(dòng)按鈕AN1時(shí)，電源電壓經(jīng)D1～D4二極管整流后以高壓直流加到交流接觸器吸引線(xiàn)圈CJ兩端，接觸器吸合，主回路接通，負(fù)載設(shè)備D投入運(yùn)行。降壓、限流電容C1投入運(yùn)行經(jīng)D1～D4給CJ提供了足夠的保持電流。操作人員釋放AN1后，交流接觸正常運(yùn)行。由于C1提供的保持電源，早于AN1的釋放，從而有效的消除了從吸合向運(yùn)行過(guò)濾的切換空間。
由于直接用高壓直流吸合，使其吸合力增加√3倍，故而保證了380V線(xiàn)圈的交流接觸器在220V時(shí)也能可靠吸合和正常工作。適當(dāng)選取C1的參數(shù)，使其在AC220V時(shí)能可靠提供交流接觸器的正常保持電流，當(dāng)用到380V回路進(jìn)，C2所提供的保持電流僅為220V時(shí)√3倍。如CJ20-63A交流接觸器220V線(xiàn)圈在交流運(yùn)行時(shí)的實(shí)測(cè)保持電流為320MA，通過(guò)C1提供16MA(實(shí)測(cè))保持電流。即可保證可靠工作到180V，功耗僅為原功耗的5%(節(jié)電95%)，將該接觸器運(yùn)行到交流380V時(shí)，C1所提供的保持電流升至28MA，實(shí)測(cè)值線(xiàn)圈實(shí)際所通過(guò)的保持電流，僅為交流220運(yùn)行(320MA)時(shí)的0.0875線(xiàn)圈不可能產(chǎn)生溫升，確保在交流380V時(shí)也能安全可靠運(yùn)行。
三相電源電壓信號(hào)經(jīng)R3、R5、R7、R4、R6、R8構(gòu)成了人為中性點(diǎn)，并分壓;分別經(jīng)D6、D7、D8整流，提供三個(gè)不同級(jí)差的信號(hào)電壓，其中D7輸出相，又經(jīng)R9、R10分壓，提供了第四個(gè)有級(jí)差的信號(hào)電壓。C2·C3·C4為浪涌信號(hào)吸收電容。按照一定比例關(guān)系調(diào)制的這四個(gè)有級(jí)差的信號(hào)電壓，隨著電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，但保持其比例關(guān)系不變，就其電壓值來(lái)說(shuō)是一個(gè)不定值，是浮動(dòng)的，是隨著電網(wǎng)電壓的變化而變化。但對(duì)其比例關(guān)系說(shuō)，三相電網(wǎng)運(yùn)行正常對(duì)，始終相對(duì)穩(wěn)定，即使某相出現(xiàn)±10%不平衡，也不會(huì)超出比例關(guān)系允許變化范圍。只有當(dāng)斷相故障出現(xiàn)時(shí)，這種比例關(guān)系才會(huì)被破壞。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率在66%時(shí)，人為中性點(diǎn)電壓變化的理論值為1/√3，負(fù)載越重，電壓變化值越大，即使空載時(shí)，變化值也在1/√2。
這四個(gè)有級(jí)差的，浮動(dòng)的電壓信號(hào)，互相配為三組，送入IC1·IC2·IC3進(jìn)行電壓比較處理集城電路IC1·IC2·IC3并不對(duì)每一個(gè)信號(hào)的具體數(shù)值進(jìn)行檢測(cè)，而僅僅檢測(cè)每組信號(hào)的比例關(guān)系，只有當(dāng)信號(hào)比例失調(diào)超出了設(shè)定允許范圍值相對(duì)應(yīng)的集成塊才會(huì)有失調(diào)信號(hào)輸出。經(jīng)D9·D10·D11門(mén)輸出或邏輯，送至由R11·C7和R12·C13共同構(gòu)成的故障確認(rèn)一延時(shí)回路。在設(shè)定的確認(rèn)時(shí)間范圍內(nèi)，故障信號(hào)自動(dòng)消失，則只能被認(rèn)為是線(xiàn)路、電網(wǎng)波動(dòng)所造成的干擾，無(wú)停機(jī)指令輸出。只有當(dāng)故障信號(hào)的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于或等于設(shè)定的時(shí)間，這時(shí)才會(huì)被確認(rèn)為斷相故障出現(xiàn)，而由IC4輸出部停機(jī)指令的開(kāi)關(guān)信號(hào)。此指令觸發(fā)晶閘管了3CT導(dǎo)通，交流接觸器吸引線(xiàn)圈CJ兩端失電而釋放。
由于斷相信號(hào)的取得與負(fù)載無(wú)關(guān)，從而徹底改變國(guó)內(nèi)、外目前對(duì)電機(jī)斷相保護(hù)的信號(hào)采樣和處理是以電流的有無(wú)及其變化的傳統(tǒng)方法，如雙金屬片熱繼電器，互感器或霍爾元件式，都是以對(duì)線(xiàn)電流的有無(wú)和變化為依據(jù)進(jìn)行采樣和處理。熱繼電器則是依靠斷相后電流的升值對(duì)不同澎脹系數(shù)的雙金屬材料進(jìn)行加熱，使其發(fā)生變形、彎曲、達(dá)到分?jǐn)嚯娐返哪康?。因此，必然要受到環(huán)境溫度和散熱條件的影響當(dāng)環(huán)境溫度為+40℃或夏日太陽(yáng)的直射，根本無(wú)法得到額定電流值，雙金屬片就會(huì)發(fā)生變形，彎曲而分?jǐn)嚯娐?而在環(huán)境溫度為-25℃或寒風(fēng)侵襲的北國(guó)冬夜，即使電動(dòng)機(jī)因斷相燒成廢銅爛鐵，雙金屬片也無(wú)法分?jǐn)嚯娐?。幾次起?dòng)大電流的沖擊，就會(huì)使雙金屬片內(nèi)部的金相結(jié)構(gòu)發(fā)生了不可恢復(fù)的變化，再也無(wú)法回到予定的電流值上去。世界一流水平的德國(guó)西門(mén)子公司，BBC公司的產(chǎn)品也同樣難逃此運(yùn)，這就是熱繼電器雖然普遍大量的使用，也無(wú)法抑制電動(dòng)機(jī)因斷相而大量燒損的根本原因。同樣出存著和熱敏電阻式，互感器式，霍爾元件式所共同存在使用不便的致命缺陷-對(duì)不同功率的電機(jī)，必須配用不同型號(hào)的保護(hù)器，而且還要在使用現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)電機(jī)的實(shí)際負(fù)載進(jìn)行整定，整定不當(dāng)則根本不會(huì)起到保護(hù)作用。
本發(fā)明的斷相保護(hù)功能不受線(xiàn)電流的影響，當(dāng)負(fù)載電流從零至交流接觸器額定通、斷容量范圍內(nèi)、不需接線(xiàn)、不需調(diào)整、不受環(huán)境溫度、散熱條件的影響均能得到可靠的保護(hù)。
至此已經(jīng)說(shuō)明依照本發(fā)明制作的交流接觸器，由于采用了高壓直流吸合，使其吸合力增加√3倍，而保證了380線(xiàn)圈的接觸器能夠可靠的工作到220V控制回路中去;由于采用直流低壓小電流保持使通過(guò)線(xiàn)圈的保持電流降為原交流運(yùn)行時(shí)的1/10以下，因此，即使220V電壓線(xiàn)圈運(yùn)行在380回路件其保持電流僅為原線(xiàn)電流的1/10左右，足以保證線(xiàn)圈不會(huì)產(chǎn)生溫升或燒毀。保證了220V、380V通用、節(jié)電;消除了鐵芯渦流，取消了鐵芯的短路環(huán)，鐵芯的溫升噪音已不復(fù)存。消除了工頻振動(dòng)，使彈簧、觸橋、金屬結(jié)構(gòu)件的機(jī)械壽命達(dá)到很大的延長(zhǎng);交流工頻電壓過(guò)零點(diǎn)附近觸頭似接非接浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)接觸電阻的增加，輕微的工頻拉弧現(xiàn)象得到了有效的壓制，使交流接觸器的電壽命得到了延長(zhǎng)。尤其是本身對(duì)電源斷相、觸頭接觸斷相具有自檢、自測(cè)、自我保護(hù)功能。徹底擺脫了交流接觸器只能受控于外來(lái)指令的傳統(tǒng)觀(guān)念，向具備有自檢、自測(cè)、自我判斷，發(fā)出和執(zhí)行指令的智能方向邁進(jìn)了一大步。
為了便于現(xiàn)已投運(yùn)的常規(guī)交流接觸器進(jìn)行技術(shù)改造，可將A1和A2結(jié)合在一起制成220V、380V通用、節(jié)電、長(zhǎng)壽電路塊，按圖十一的控制接線(xiàn)圈外接，即可達(dá)到通用、節(jié)電、長(zhǎng)壽的目的。也可將A1、A2、B1、B2、B3、B4、B5共同組合在一起，構(gòu)成多功能電腦板，對(duì)照電腦板上多孔插頭付上的序號(hào)按圖十二的接線(xiàn)聯(lián)接，作為對(duì)現(xiàn)已投運(yùn)的常規(guī)交流接觸器的改造，將插頭插入電腦板的插座上，即可得到220V、380V通用、節(jié)電、長(zhǎng)壽、斷相自動(dòng)保護(hù)功能的目的。圖11、圖12中的1～5和1～7序號(hào)和圖10中的序號(hào)相對(duì)應(yīng)。所有附圖中的元件編號(hào)均與圖10中的元件編號(hào)對(duì)應(yīng)。
依照本發(fā)明制作的交流接觸器，所增加的電子器件成本，40A以上等級(jí)的可以從節(jié)省的短路環(huán)、線(xiàn)圈、鐵芯等材料及其加工費(fèi)中得到回報(bào)。150A以上等級(jí)的還可以使交流接觸器的制作成本因此而下降。
依照本發(fā)明制作的交流接觸器整個(gè)電子線(xiàn)路部分，沒(méi)有功率元件、沒(méi)有溫升器件、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，沒(méi)有繼電器、觸頭全為固態(tài)器件，因此改變相應(yīng)元件的參數(shù)和進(jìn)行相應(yīng)的密封處理，即可應(yīng)用到各種不同的電壓，電流等級(jí)和船用，礦用、防爆等各個(gè)領(lǐng)域的交流接觸器中去。為保證電路的功能均得以充分的實(shí)現(xiàn)并考慮到用戶(hù)的配套、整定、制作安裝能力，應(yīng)以制作廠(chǎng)家生產(chǎn)出完整的新型的具有“220V、380V通用節(jié)電長(zhǎng)壽斷相保護(hù)交流接觸器”最為理想。
權(quán)利要求
1.一種“220V380V通用、節(jié)電、長(zhǎng)壽、斷相自動(dòng)保護(hù)交流接觸器”其特征在于由高壓直流起動(dòng)部分傷A1；接觸器的吸合運(yùn)行部分A3；限流、降壓部分A2；斷相信號(hào)隨機(jī)采樣部分B1；信號(hào)比較處理部分B2；故障復(fù)查、確認(rèn)部分B2；指令執(zhí)行部分B4；工作電源部分B5組成一個(gè)有機(jī)聯(lián)系但相應(yīng)部分和功能又可獨(dú)立的有機(jī)整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流接觸器其特征在于由電阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、共同構(gòu)成三相電路人為中性點(diǎn)，并分壓后取出了三相有級(jí)差的電壓信號(hào);經(jīng)D7、D8、D9、整流輸出其中一相再經(jīng)R9、R10分壓;提供了第四個(gè)有級(jí)差的分壓信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流接觸器其特征在于四個(gè)具有級(jí)差的能隨電網(wǎng)電壓變化而變化且不會(huì)破壞相互間比例關(guān)系的浮點(diǎn)運(yùn)行的電壓信號(hào)，互相配為三組送入IC1、IC2、IC3進(jìn)行比較處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流接觸器其特征在于經(jīng)處理后的故障輸出信號(hào)由D9、D10、D11構(gòu)成的或邏輯門(mén)，送至R11、C7、R12、R13構(gòu)成的故障確認(rèn)電路，經(jīng)確認(rèn)無(wú)誤后，由IC4將信號(hào)變?yōu)殚_(kāi)關(guān)指令輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流接觸器其特征在于故障指令的執(zhí)行是由3CT、R2、C5組成的無(wú)繼電器、無(wú)觸頭、無(wú)活動(dòng)部件的固態(tài)系統(tǒng)完成。
6.根據(jù)權(quán)利要求、所述的交流接觸器，其特征在于保持交流接觸器正常工作的電流，僅由C1一個(gè)元件提供，且疊加在C1～D4的高壓直流起動(dòng)回路上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流接觸器，其特征在于由C1和D1～D4構(gòu)成的具有220V，380V通用、節(jié)電、長(zhǎng)壽功能電路，不但可以單獨(dú)取出作為已投運(yùn)的常規(guī)交流接觸器的節(jié)能技術(shù)改造使用，還可以節(jié)省常規(guī)接觸器控制接線(xiàn)中必不可少的常開(kāi)閉鎖輔助觸頭付。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流接觸器，其特征在于整個(gè)電腦板，既可在生產(chǎn)時(shí)制作到交流接觸器內(nèi)部，又可外接作為對(duì)現(xiàn)已投運(yùn)的交流接觸器作技術(shù)改造之用。
全文摘要
一種新型交流接觸器，控制接線(xiàn)更為簡(jiǎn)單，安裝現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需調(diào)整，即能自動(dòng)適應(yīng)220V、380V工作回路，且功耗甚微。徹底消除交流過(guò)零點(diǎn)時(shí)接觸電阻增大和輕微拉弧。具備對(duì)斷相自檢、自測(cè)、判斷、發(fā)出和執(zhí)行停機(jī)指令，保護(hù)范圍從零至接觸器額定容量，無(wú)需接線(xiàn)、穿芯、整定，全自動(dòng)跟蹤保護(hù)。對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)自動(dòng)判斷和適應(yīng)。改變相應(yīng)元件參數(shù)和進(jìn)行相應(yīng)的密處理，即可應(yīng)用到不同電壓、電流等級(jí)和船用、礦用、防爆等各個(gè)領(lǐng)域中去。
文檔編號(hào)H02H3/253GK1110837SQ9410348
公開(kāi)日1995年10月25日 申請(qǐng)日期1994年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月18日
發(fā)明者闞武 申請(qǐng)人:闞武