電磁開關控制裝置的制作方法

本發明涉及開關控制技術，特別涉及一種電磁開關控制裝置。

背景技術：

在很多行業標準中，對于重要電路的控制(如：電動機主回路、電動機制動器等)，即使采用了半導體開關器件(如：gto(門極可關斷晶閘管)、gtr(電力晶體管)，mosfet(電力場效應晶體管)、igbt(絕緣柵雙極晶體管)等)關斷后，還會要求用兩個或兩個以上獨立電磁開關觸點串聯，作為冗余保護。保證靜態元件控制失效后，仍然能夠安全關斷負荷電流。

器件正常工作時，冗余保護電磁開關在動作前，負載電流已經被靜態元件關斷。因此實際這些保護電磁開關的觸點在絕大多數情況下均工作在極小負荷下。但是為了保證失控情況下的安全，因此保護電磁開關的選型必須按照額定負載電流選擇。造成了大額定電磁開關長時間工作在極小負荷下，造成了器件的性能浪費。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種電磁開關控制裝置，能保證負載回路的可靠關斷，并且成本低。

為解決上述技術問題，本發明提供的電磁開關控制裝置，其包括一個控制開關、n個電磁開關，n為大于等于2的整數；

每個電磁開關包括有一副線圈及觸點；

n個電磁開關中有m個為大負荷電磁開關,m為小于n的整數；所述大負荷電磁開關的額定電流等于或大于所述負載回路的額定負載電流；其他n-m個電磁開關的額定電流小于所述負載回路的額定負載電流，最大工作電流大于所述負載回路的額定負載電流；

所述n個電磁開關的線圈并聯在控制電源的正負極之間；

所述n個電磁開關的觸點串聯在負載回路中；

m個大負荷電磁開關的線圈接有續流電路；

所述控制開關s1閉合時，各電磁開關的線圈及其所接續流電路接通控制電源；

所述控制開關s1斷開時，各電磁開關的線圈及其所接續流電路斷開控制電源；

所述控制開關s1斷開后，m個大負荷電磁開關的線圈所接續流電路使得m個大負荷電磁開關的觸點早于其他n-m個電磁開關的觸點動作。

較佳的，其他n-m個電磁開關的額定電流小于所述負載回路的額定負載電流的二分之一。

較佳的，其他n-m個電磁開關的額定電流小于所述負載回路的額定負載電流的十分之一。

較佳的，所述電磁開關為接觸器、安全繼電器、功率繼電器或接觸器式繼電器的一種或多種。

較佳的，所述m個大負荷電磁開關的線圈同其他n-m個電磁開關的線圈之間解耦。

較佳的，所述m個大負荷電磁開關的線圈的分別一端接同一個或不同的二極管的負端，另一端接所述控制電源負極；所述二極管的正端接所述控制電源正極；

所述m個大負荷電磁開關的線圈同其他n-m個電磁開關的所述線圈之間通過所述二極管解耦。

較佳的，其他n-m個電磁開關的線圈的一端分別接另外的同一個或不同的二極管的負端，另一端接所述控制電源負極；另外的二極管的正端接所述控制電源正極。

所述m個大負荷電磁開關的線圈同其他n-m個電磁開關的線圈之間通過所述二極管解耦。

較佳的，所述m個大負荷電磁開關的線圈兩端分別接由串聯在一起的電容及電阻組成的續流電路。

較佳的，其他n-m個電磁開關中的一個或多個，其線圈兩端接由串聯在一起的二極管及電阻組成的續流電路。

較佳的，n為2，m為1。

較佳的，所述負載回路中還包括半導體開關器件；

所述半導體開關器件同n個電磁開關的觸點串聯在負載回路中。

較佳的，所述半導體開關器件為gto、gtr、mosfet或igbt。

較佳的，所述負載回路為制動控制回路；

所述制動控制回路中還串聯有制動器電源及制動器線圈。

較佳的，所述負載回路為電機控制回路；

所述電機控制回路中還串聯有曳引機電源及曳引機。

本發明的電磁開關控制裝置，用于控制負載回路的可靠關斷，n個電磁開關的線圈并聯在控制電源的正負極之間，各個電磁開關的觸點串聯在負載回路中，控制開關s1用于接通或斷開控制電源對電磁開關線圈的供電，其中m個電磁開關為大負荷電磁開關，大負荷電磁開關的額定電流等于或大于負載回路的額定負載電流，其余n-m個電磁開關的額定電流小于負載回路的額定負載電流；m個大負荷電磁開關的線圈接有續流電路，使其觸點關斷速度快于其余n-m個電磁開關，從而可以使電磁開關觸點關斷動作有先后順序，可以減小動作較慢電磁開關觸點的額定選型，降低成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面對本發明所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明的電磁開關控制裝置一實施例結構示意圖；

圖2是本發明的電磁開關控制裝置一實施例用于制動控制結構示意圖；

圖3是本發明的電磁開關控制裝置一實施例用于電機控制結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發明中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例一

如圖1所示，電磁開關控制裝置包括一個控制開關s1、n個電磁開關，n為大于等于2的整數；

每個電磁開關包括有一副線圈及觸點；

n個電磁開關中有m個為大負荷電磁開關,m為小于n的整數；所述大負荷電磁開關的額定電流等于或大于所述負載回路的額定負載電流；其他n-m個電磁開關的額定電流小于所述負載回路的額定負載電流，最大工作電流大于所述負載回路的額定負載電流；

所述n個電磁開關的線圈并聯在控制電源的正負極之間；

所述n個電磁開關的觸點串聯在負載回路中；

m個大負荷電磁開關的線圈接有續流電路；

所述控制開關s1閉合時，各電磁開關的線圈及其所接續流電路接通控制電源；

所述控制開關s1斷開時，各電磁開關的線圈及其所接續流電路斷開控制電源；

所述控制開關s1斷開后，m個大負荷電磁開關的線圈所接續流電路使得m個大負荷電磁開關的觸點早于其他n-m個電磁開關的觸點動作。

較佳的，其他n-m個電磁開關的額定電流小于所述負載回路的額定負載電流的二分之一。

較佳的，其他n-m個電磁開關的額定電流小于所述負載回路的額定負載電流的十分之一。

較佳的，所述電磁開關為接觸器、安全繼電器、功率繼電器或接觸器式繼電器的一種或多種。

實施例一的電磁開關控制裝置，用于負載回路的可靠關斷，n個電磁開關的線圈并聯在控制電源的正負極之間，各個電磁開關的觸點串聯在負載回路中，控制開關s1用于接通或斷開控制電源對電磁開關線圈的供電，其中m個電磁開關為大負荷電磁開關，大負荷電磁開關的額定電流等于或大于負載回路的額定負載電流，其余n-m個電磁開關的額定電流小于負載回路的額定負載電流；m個大負荷電磁開關的線圈接有續流電路，使其觸點關斷速度快于其余n-m個電磁開關。從而可以使電磁開關觸點關斷動作有先后順序，可以減小動作較慢電磁開關觸點的額定選型，降低成本。

實施例一的電磁開關控制裝置，大負荷電磁開關的線圈所接續流電路，可以采用無續流回路、壓敏二極管、壓敏電阻、電容、電阻及其的混合使用，只要續流電路可以使得大負荷電磁開關保持優先動作即可。

本發明所指的電磁開關控制裝置，可選定一個或多個電磁開關選定為主電磁開關，采用大負荷電磁開關，其續流回路措施可使其快速關斷。其余電磁開關選定為次電磁開關，采用小負荷電磁開關，其續流回路措施可使其慢于主電磁開關關斷，次電磁開關的的額定電流可以小于負載回路的額定負載電流，其最大工作電流大于負載回路的額定負載電流即可。

實施例二

基于實施例一的電磁開關控制裝置，所述m個大負荷電磁開關的線圈同其他n-m個電磁開關的線圈之間解耦。

較佳的，所述m個大負荷電磁開關的線圈的一端分別接同一個或不同的二極管的負端，另一端接所述控制電源負極；所述二極管的正端接所述控制電源正極；

所述m個大負荷電磁開關的所述線圈同其他n-m個電磁開關的所述線圈之間通過所述二極管解耦。

較佳的，其他n-m個電磁開關的線圈的一端分別接另外的同一個或不同的二極管的負端，另一端接所述控制電源負極；另外的二極管的正端接所述控制電源正極。

所述m個大負荷電磁開關的線圈同其他n-m個電磁開關的線圈之間通過所述二極管解耦。

實施例二的電磁開關控制裝置，大負荷電磁開關同其他電磁開關的線圈之間采取解耦措施，解耦措施可以為在大負荷電磁開關的線圈與一個二極管串接。

實施例三

基于實施例一的電磁開關控制裝置，所述m個大負荷電磁開關的線圈兩端分別接由串聯在一起的電容及電阻組成的續流電路。

較佳的，其他n-m個電磁開關中的一個或多個，其線圈兩端接由串聯在一起的二極管及電阻組成的續流電路。

較佳的，n為2，m為1。其中一個電磁開關為大負荷電磁開關k1，另一個電磁開關為小負荷電磁開關k2。

實施例三的電磁開關控制裝置，電磁開關正常導通時，控制開關s1閉合，大負荷電磁開關k1線圈流過電流，大負荷電磁開關k1觸點閉合；電磁開關k2線圈流過電流，電磁開關k2觸點閉合；負載回路處于導通狀態，負載回路流過負載電流ia。電磁開關正常切斷時，控制開關s1斷開；電磁開關k1、k2的線圈電流同時開始下降。由于電磁開關線圈為電磁線圈，是儲能元件，在外部電源消失后，線圈會產生反向電動勢，阻礙線圈電流的下降，線圈電流未下降到閾值前，電磁開關觸點不會斷開。大負荷電磁開關k1的線圈并聯的電容c1、電阻r1，電磁開關k2的線圈并聯的二極管d1、電阻r2均為起消耗線圈儲能的續流回路，并且二極管d3、d4保證了線圈釋放儲能時產生的反向電動勢不會互相耦合。由于大負荷電磁開關k1的線圈并聯有由電容c1和電阻r1串聯構成的續流電路,回路上組成了一個二階電路，流過大負荷電磁開關k1的線圈的電流可以快速震蕩至大負荷電磁開關k1的觸點的維持電流以下，電流下降速度快于電磁開關k2的線圈并聯的由二極管d1和電阻r2串聯構成的續流電路。大負荷電磁開關k1的線圈儲能先釋放完，大負荷電磁開關k1的觸點先斷開，大負荷電磁開關k1的觸點切斷負載回路的負載電流ia，電磁開關k2線圈儲能后釋放完，電磁開關k2觸點斷開，由于電磁開關k2觸點斷開前，負載電流ia已經由大負荷電磁開關k1的觸點切斷，因此電磁開關k2的觸點在斷開時，實際是不承受任何負載電流的。

當電磁開關處于故障模式2(大負荷電磁開關k1工作不正常，電磁開關k2工作正常)時。控制開關s1斷開，大負荷電磁開關k1的觸點無法斷開，電磁開關k2的線圈電流開始下降，電磁開關k2的觸點斷開，切斷負載回路的負載電流ia。

故障模式見表一。

表一：

由表一可見，電磁開關k2觸點僅在故障模式2中，切斷負載回路的負載電流ia。

傳統回路設計時，由于電磁開關k1和電磁開關k2的動作順序不確定，并且此種保護回路相關標準一般不允許采用延時裝置。電磁開關k1與電磁開關k2的額定選型均要按照負載電流ia進行。目前市場批產電磁開關在額定容量下，觸點壽命均達到幾十萬次，如果電磁開關k2的觸點按照負載電流ia進行選型，會造成器件性能的大量浪費。

實施例三的電磁開關控制裝置，電磁開關的所述線圈兩端并聯續流回路，續流回路包含電阻、電容、二極管等一種或多種電氣元件的組合。實施例三的電磁開關控制裝置，電磁開關線圈上接續流電路，不同電磁開關線圈上可以采用不同的續流電路，以使不同電磁開關的觸點斷開動作有先后順序。非大負荷電磁開關的額定電流可以小于負載回路的額定負載電流，僅需要保證在少數異常狀況下，非大負荷電磁開關的最大工作電流大于負載回路的額定負載電流即可。

實施例四

基于實施例一的電磁開關控制裝置，所述負載回路中還包括半導體開關器件；

所述半導體開關器件同n個電磁開關的所述觸點串聯在負載回路中。

較佳的，所述半導體開關器件可以為gto(門極可關斷晶閘管)、gtr(電力晶體管)、mosfet(電力場效應晶體管)、igbt(絕緣柵雙極晶體管)等。

實施例五

基于實施例四的電磁開關控制裝置，如圖2所示，所述負載回路為制動控制回路；

所述制動控制回路中還串聯有制動器電源及制動器線圈；制動器電源及制動器線圈與半導體開關器件t1及電磁開關的觸點串聯。

制動控制回路中的半導體開關器件t1用于控制制動線圈電流ia。

電磁開關正常導通時，控制開關s1保持閉合，大負荷電磁開關k1線圈流過電流，大負荷電磁開關k1觸點閉合；電磁開關k2線圈流過電流，電磁開關k2觸點閉合；制動控制回路中的半導體開關器件t1處于導通狀態，制動控制回路中的制動器線圈流過制動線圈電流ia，電機制動器打開。

當半導體開關器件t1正常關斷時，制動線圈電流ia處于關斷狀態，使控制開關s1斷開，大負荷電磁開關k1的線圈儲能釋放完，大負荷電磁開關k1的觸點斷開，電磁開關k2的線圈儲能釋放完，電磁開關k2的觸點斷開。由于控制開關s1開關斷開前，制動線圈電流ia已經由半導體開關器件t1關斷，因此電磁開關k1、k2的觸點在斷開時，實際是不承受任何負載的，電磁開關k1、k2的觸點在此起冗余保護的作用，防止半導體開關器件t1關斷后意外開通，徹底阻斷制動線圈電流ia的流動路徑。

當電磁開關控制裝置處于故障模式2(半導體開關器件t1工作不正常，電磁開關k1、k2工作正常)時。半導體開關器件t1無法關斷，導致制動線圈電流ia在第一時間無法切斷，電機制動器無法制動。使控制開關s1斷開，電磁開關k1、k2的線圈電流同時開始下降，由于電磁開關線圈為電磁線圈，是儲能元件，在外部電源消失后，線圈會產生反向電動勢，阻礙線圈電流的下降，線圈電流未下降到閾值前，電磁開關的觸點不會斷開，大負荷電磁開關k1的線圈并聯的電容c1、電阻r1，電磁開關k2的線圈并聯的二極管d1、電阻r2均為起消耗線圈儲能的續流回路，并且二極管d3、d4保證了線圈儲能釋放時產生的反向電動勢不會互相耦合。由于大負荷電磁開關k1的線圈并聯有由電容c1和電阻r1串聯構成的續流電路,回路上組成了一個二階電路，流過大負荷電磁開關k1的線圈的電流可以快速震蕩至大負荷電磁開關k1的觸點的維持電流以下，電流下降速度快于電磁開關k2的線圈并聯的由二極管d1和電阻r2串聯構成的續流電路。因此在控制開關s1開關斷開后，大負荷電磁開關k1的線圈儲能先釋放完，大負荷電磁開關k1的觸點先斷開，大負荷電磁開關k1的觸點切斷制動控制回路的制動線圈電流ia，電機制動器制動。電磁開關k2線圈儲能后釋放完，電磁開關k2觸點后斷開，由于電磁開關k2的觸點斷開前，制動線圈電流ia已經由大負荷電磁開關k1的觸點切斷，因此電磁開關k2的觸點在斷開時，實際是不承受任何負載電流的。

當電磁開關控制裝置處于故障模式6(半導體開關器件t1工作不正常，大負荷電磁開關k1工作不正常，電磁開關k2工作正常)時。半導體開關器件t1無法關斷，導致制動線圈電流ia在第一時間無法切斷，電機制動器無法制動。使控制開關s1斷開，大負荷電磁開關k1的觸點無法斷開，電磁開關k2的線圈電流開始下降，電磁開關k2的觸點斷開，切斷制動線圈電流ia，電機制動器制動。

當電磁開關控制裝置處于故障模式5(半導體開關器件t1工作正常，大負荷電磁開關k1工作不正常，電磁開關k2工作正常)時。控制開關s1保持閉合，半導體開關器件t1關斷時，制動線圈電流ia處于關斷狀態。使控制開關s1斷開，大負荷電磁開關k1的觸點無法斷開，電磁開關k2的線圈電流開始下降，電磁開關k2的觸點斷開，電磁開關k2的觸點實際未承擔負載。

故障模式見表二。

表二：

由表二可見，電磁開關k2的觸點承受負載的情況僅1種故障模式，并且必須要是半導體開關器件t1和大負荷電磁開關k1均故障時，這種情況在整個產品生命周期中很罕見。

傳統回路設計時，由于電磁開關k1和k2的動作順序不確定，并且此種保護回路相關標準一般不允許采用延時裝置。電磁開關k1和k2的額定選型均要按照制動線圈電流ia進行。目前市場批產電磁開關在額定容量下，觸點壽命均達到幾十萬次，如果電磁開關k2的觸點按照制動線圈電流ia進行選型，會器件性能的大量浪費。

電磁開關續流電路不被認為是延時裝置。實施例五中，可以差異化搭配不同種類續流電路，電磁開關k2的額定電流可以小于制動線圈電流ia，僅需要保證在極少數異常狀況下，電磁開關k2的最大工作電流大于制動線圈電流ia即可，此時電磁開關k2觸點的壽命較低，但是因為半導體開關器件t1和大負荷電磁開關k1均故障的情況在整個產品生命周期中很罕見，并不會降低產品的可靠性。例如，當制動器維持電流為15a時，選定大負荷電磁開關k1為三菱接觸器sd-t20，主觸點額定電流為18a，電氣壽命50萬次，選定電磁開關k2為三菱接觸器sd-t10，主觸點額定電流為11a，電氣壽命50萬次。僅需試驗驗證sd-t10接觸器能夠在1000次內開斷15a電流，即可滿足產品生命周期的需求，降低了電磁開關k2的選型容量，既能保證電路的安全性能不變，又能有效的降低電磁開關k2的觸點的額定負載，提高了整個系統的利用率。

實施例六

基于實施例四的電磁開關控制裝置，如圖3所示，所述負載回路為電機控制回路；

所述電機控制回路中還串聯有曳引機電源及曳引機；曳引機電源及曳引機與半導體開關器件t1及電磁開關的觸點串聯。

以上僅為本申請的優選實施例，并不用于限定本申請。對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。