專利名稱：兩步滅弧交流接觸器的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種提高交流接觸器的接通和分斷能力的方法，而且電壽命長，節電，具有體積小，重量輕，可靠性高的特點，機械工業部出版社1982年10月出版的《電機工程手冊》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重得多。跳動時間越長，引起的電磨損越大，嚴重時造成觸頭熔焊。由于開距大，鐵芯重引起的觸頭第二次跳動，嚴重影響交流接觸器的電壽命。
本發明的任務在于避免上述現有技術中的不足之處，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，分斷時燃弧時間短，滅弧可靠，成本低;同時操作過電壓很低，運行時無聲，節電等優點。
本發明的目的是這樣實現的;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，交流電源串聯電容器經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為氣隙磁感應強度 Wb/M2
μ0為真空磁導率 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，鐵芯磁阻只占氣隙磁阻的百分之五以下。可以忽略不計，而不影響工程計算的準確性，這使計算大為簡化，只計算氣隙時B＝μ0HH＝1W/2hH為磁場強度，W為線圈匝數，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)當氣隙閉合到很小時，鐵芯中磁感應強度達到飽合時，記為BM，這時，磁感應強度不再增加，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，激磁電流經常閉觸點間電弧導通，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，磁感應強度不變，故電磁鐵吸力能維持(4)式不變。
這種改進的電磁鐵與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，必須與本發明的第三個特征結合后，才能顯示出優越性，否則有害無益。
本發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斷口，在其中一個斷口上并聯二極管，三相開斷時，至少有一相二級管正向導通，該斷口電流經二級管導通，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;而串聯的斷口至少經5毫秒后才承受由零開始上升的電壓，又經5毫秒后才承受電源電壓峰值。這時，串聯斷口已經恢復良好的絕緣。其余兩相二級管總有一相處于正向導通，斷口的絕緣恢復過程和前面所述過程一樣，只要是三相負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，因此屬于中性點不接地負荷。故適用兩步滅弧方法，而且滅弧可靠。
本發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，與動鐵芯無聯系，分斷時，靠反力彈簧壓縮動鐵芯帶動絕緣一起運動而頂開動觸頭，設分斷狀態時反力彈簧的壓力為F1a
則F1a＝k1·x1……(6)k1為反力彈簧剛度，x1是反力彈簧分斷狀態時被壓縮長度。
合閘狀態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，分斷狀態時，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，動鐵芯質量為m則動鐵芯受重力為f5＝mg……(12)當忽略摩擦力時，上述各力應有如下關系n1F1a＝n2f2b+n3f3+nF5……(13)n1F1b+n4f4+nf5≤f2……(14)n1是反力彈簧數，n3是常閉輔助觸頭數，n4是常分輔助觸頭數，n是動鐵芯重力倍數，F2是鐵芯吸力，n2是主觸頭極數。
當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，也就是當鐵芯在氣隙比較大時與閉合時的吸力相差不大時才能應用這一方法，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聯。這一發明，使鐵芯吸力發揮到極限程度，交流接觸器的接通能力也提高到最大程度，分斷能力也達到二級管浪涌電流的極限程度，這種接觸器的接通能力達到和空氣開關的接通能力相同的水平。
如下圖1是本發明CJL交流接觸器分斷狀態示意2是本發明CJL交流接觸器接通狀態示意圖本發明下面將結合(附圖)實例作進一步詳細敘述。
使用原CJ10-10交流接觸器的原鐵芯，將短路環及氣隙磨平，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)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，當直流電壓下降85%時的電流維持在1.79安，激磁電流安匝數為5700IW，鐵芯氣隙在3.5毫米之內時，可以使氣隙產生1wb/m2以上的磁感應強度，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為160安匝，所能維持鐵芯飽和磁感應強度，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l＝1.5mm，l1b＝3mm，x1＝40mm則n1f1a= (n1F16.40)/44.5 ＝7.65公斤力設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1千安以上分斷能力在800安以上，按TBJ2455-85部標可以成為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，分斷時，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，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重危害。可以說這種兩步滅弧交流接觸器[CJL型]是機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，分斷時操作過電壓很低，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，使鐵芯吸引力發揮到最大限度。
2.根據權利要求1所述，使鐵芯吸引力發揮到最大限度，激磁電流經橋式整流在交流側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強度，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主觸頭彈簧聯接的方式，而使二者之間沒有任何聯接件，分斷時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，與動鐵芯脫離聯系，徹底避免了觸頭第二次跳動帶來的危害。
5.根據權利要求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系，主觸頭彈簧只和動觸頭有聯系，動鐵芯吸合過程中的振動不傳給觸頭。
全文摘要
本發明提出了一種提高交流接觸器的接通和分斷能力的方法，取消交流接觸器電磁鐵閉合時的工作氣隙和短路環，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難題，采用兩步滅弧方法，開距小，分斷能力強，操作過電壓低，噴弧距離小的交流接觸器，接通能力達到和空氣開關相同的水平。
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 優先權日1991年7月19日
發明者王有元 申請人:王有元