專利名稱：繼電器、接觸器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電路控制裝置，尤其是根據外界輸入信號來控制電路的接通、關斷或轉換的繼電器、接觸器觸頭系統。
繼電器、接觸器都是根據外界輸入一定的信號通過其執行機構來控制電路的接通、關斷或轉換的裝置，大多數繼電器、接觸器其執行機構是機械式觸頭系統，本發明所述的繼電器、接觸器觸頭系統是指繼電器觸頭系統和接觸器觸頭系統。有一組觸頭的，有多組觸頭的，觸頭型式有常開型(即動合型)、常閉型(即動斷型)或轉換型等，各種觸頭型式均有動觸頭、靜觸頭，每組轉換型觸頭有一個動觸頭、二個靜觸頭，本文為便于說明分別任意稱為第1靜觸頭和第2靜觸頭，本文稱流過觸頭的電流是觸頭的負載電流也是繼電器、接觸器的負載電流，體現了觸頭的負載能力即繼電器、接觸器的負載能力。機械式觸頭系統的致命缺陷是在額定電壓、額定負載條件下動觸頭與靜觸頭接合或分斷時觸頭間產生具有破壞性的電弧，負載電流越大電弧越大，電弧損壞觸頭，嚴重時會發生所謂熔焊事故，電弧使觸頭系統也就是使繼電器、接觸器的負載能力降低了、工作壽命短了、工作可靠性降低了。
本發明的目的是提供一種繼電器、接觸器觸頭系統，它不但能在額定條件下接通、關斷或轉換電路，且能抑制在接通、關斷或轉換電路時觸頭間的電弧，使繼電器、接觸器觸頭系統的負載能力提高、工作壽命長、工作可靠性提高。
本發明的目的是這樣實現的一種根據外界輸入信號來控制電路的接通、關斷或轉換并具有動觸頭、靜觸頭的繼電器、接觸器觸頭系統，設置半導體無觸點開關，半導體無觸點開關兩端分別與靜觸頭、動觸頭電連接，半導體無觸點開關的輔助電子電路與外界輸入信號的電路電連接。本文所述的半導體無觸點開關由半導體開關器件和輔助電子電路組成。一只晶體三極管可作為半導體直流開關器件，雙向晶閘管可作為交流半導體開關器件，隨著半導體技術的發展不斷涌現出各種各樣的半導體開關器件，從單只半導體開關器件發展到集成電路的混合型開關器件，有單極型器件、雙極型器件及混合型器件，例如各種晶閘管、電力晶體管(GTR)、功率場效應晶體管(功率MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、靜電感應晶體管(SIT)、MOS晶閘管(MCT)、……等，器件的耐壓能力、通流能力、通態壓降、小功率驅動、開關速度……等不斷改進，給本發明提供了可供選用的半導體開關器件，輔助電子電路的任務是為不同的半導體開關器件提供不同形式(交流的、直流的、脈沖的、……)的驅動信號驅動半導體開關器件從截止進入導通，由于使用要求的不同，采用的半導體開關器件不同，輔助電子電路的組成千變萬化，輔助電子電路與半導體開關器件的組合形式有多種多樣，驅動方式也多種多樣。沒有輸入信號時，動觸頭保持其與靜觸頭的常開、常閉或與某轉換靜觸頭接通的狀態，外界輸入信號來到時，線圈通電，執行吸合動作，輸入信號消失時，線圈失電，執行釋放動作，繼電器、接觸器觸頭系統的吸合運動過程時間和釋放運動過程時間均為毫秒級，因為輔助電子電路與輸入信號的電路連接，電子電路接收輸入信號并變換產生驅動信號提供給半導體開關器件，在毫秒級的吸合或釋放運動過程時間利用半導體無觸點開關進入導通處于約1伏左右的低導通壓降狀態下動觸頭與靜觸頭接通即觸頭系統實現接通電路，利用半導體無觸點開關在驅動信號的驅動之下即半導體無觸點開關處于導通條件之下動觸頭與靜觸頭分斷即觸頭系統作初步分斷，半導體無觸點開關處于導通條件之下能以微秒級的極短時間內進入導通，電路電流經半導體無觸點開關持續流通，不會產生破壞性電弧，利用半導體無觸點開關截止呈高阻抗狀態下觸頭系統實現關斷電路，不產生破壞性電弧，達到抑制在接通、關斷或轉換電路時觸頭間電弧的目的。
一種根據外界輸入信號來控制電路的接通、關斷或轉換并具有轉換型觸頭的繼電器、接觸器觸頭系統，設置半導體無觸點開關，半導體無觸點開關兩端分別與第1靜觸頭、動觸頭電連接，半導體無觸點開關控制端與第2靜觸頭電連接。繼電器、接觸器觸頭系統的吸合運動過程時間和釋放運動過程時間均為毫秒級，利用半導體無觸點開關進入導通處于低導通壓降狀態下動觸頭與靜觸頭接通即觸頭系統實現接通電路，利用半導體無觸點開關處于導通條件之下動觸頭與靜觸頭分斷即觸頭系統作初步分斷，利用半導體無觸點開關截止呈高阻抗狀態下觸頭系統實現關斷電路，不產生破壞性電弧，從而實現本發明的目的。對于作為常開型(動合型)觸頭系統的例子，沒有輸入信號時，電路處于關斷狀態。動觸頭與第2靜觸頭接通，使半導體無觸點開關控制端被短路即驅動信號被短路，半導體無觸點開關因無驅動信號處于截止呈高阻抗狀態。輸入信號來到時，線圈通電，執行吸合動作，動觸頭首先與第2靜觸頭分斷然后再與第1靜觸頭接通，吸合運動過程時間為毫秒級，動觸頭與第2靜觸頭分斷瞬間起半導體無觸點開關控制端被短路的狀況隨即解除，也就是說在動觸頭與第2靜觸頭分斷瞬間的同時半導體無觸點開關就有驅動信號驅動即半導體無觸點開關處于導通條件之下，半導體無觸點開關在驅動信號驅動下能在微秒級的極短時間內進入導通狀態，利用半導體無觸點開關導通處于約1伏左右的低導通壓降狀態下，動觸頭與第1靜觸頭接通即觸頭系統實現接通電路時不會產生破壞性電弧，電路電流經第1靜觸頭、動觸頭而流通，完成“動合”接通電路的任務。輸入信號消失后，線圈失電，執行釋放動作，動觸頭首先與第1靜觸頭分斷，然后再與第2靜觸頭接通，釋放運動過程時間為毫秒級，利用半導體無觸點開關處于導通條件之下動觸頭與第1靜觸頭分斷，半導體無觸點開關處于導通條件之下能在微秒級的極短時間內進入導通狀態使電路電流經半導體無觸點開關持續流通，不會產生破壞性電弧，動觸頭然后與第2靜觸頭接通，半導體無觸點開關控制端被短路，半導體無觸點開關因驅動信號被短路而截止呈高阻抗狀態，觸頭系統實現關斷電路。上述常開型觸頭系統抑制電弧原理也適用于常閉型觸頭系統和轉換型觸頭系統。
現行繼電器、接觸器觸頭系統的觸頭的接觸方式有點接觸、線接觸與面接觸，本發明繼電器、接觸器觸頭系統能抑制觸頭間的電弧使其觸頭可采用的接觸方式更多，其觸頭的接觸方式有點接觸方式、線接觸方式、面接觸方式或刀插入接觸方式。刀插入接觸方式使動觸頭與靜觸頭的接觸面積增大，提高繼電器、接觸器的負載能力。所以本文稱觸頭而不稱接點。
繼電器、接觸器觸頭系統的動觸頭與靜觸頭接合時會因碰撞產生抖動現象，對于現行繼電器、接觸器觸頭系統來說這種抖動使電弧對觸頭的損壞加劇，抖動對負載電路信號(或電流)帶來壞影響，對于本發明繼電器，接觸器觸頭系統來說，半導體無觸點開關處于低導通壓降狀態下，抖動所產生的壞影響被減低到最小，這是本發明技術方案給繼電器、接觸器帶來的好處。
由于采用上述方案，本發明繼電器、接觸器觸頭系統在額定條件下接通、關斷或轉換電路時觸頭間的電弧被明顯地抑制了，繼電器、接觸器觸頭系統的負載能力提高了，工作壽命長了，消除了電弧可能引起的熔焊事故使工作可靠性提高了，還將觸頭抖動的壞影響減低到最小，是以低價的半導體無觸點開關獲取了高的功能價格比。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是半導體無觸點開關部分示例電路原理圖。
圖2是本發明第一個實施例電原理圖。
圖3是本發明第二個實施例電原理圖。
圖4是本發明實施例構造圖。
圖中u電源y1、y2電源兩端u+直流電源u0外界輸入信號RL負載J繼電器、接觸器線圈K半導體無觸點開關B0、B1、B2、B3、B4半導體無觸點開關控制端M、N半導體無觸點開關兩端圖1中(a)是由半導體開關器件(S)及輔助電子電路(E1)組成的半導體無觸點開關(K)，半導體無觸點開關兩端是M、N，半導體無觸點開關控制端是B0，圖1(b)雙向晶閘管T3作為半導體開關器件，一只電阻R0也可構成輔助電子電路，它可向雙向晶閘管T3提供驅動信號使T3進入導通狀態，T3與R0組成半導體無觸點開關(K)，控制端是B1，若將B1與N端短路則是說半導體無觸點開關的控制端被短路，則驅動信號被短路或說驅動信號消失，半導體無觸點開關因失去驅動信號而截止。圖1(c)的半導體無觸點開關(K)控制端是B2，若將B2與M端接通，則有驅動信號驅動半導體無觸點開關(K)進入導通狀態。圖1(d)是固態半導體無觸點開關，將驅動信號從B3B4送入即可驅動半導體無觸點開關(K)進入導通狀態，有些產品將B3B4短接便可驅動半導體無觸點開關進入導通狀態，電子電路變化萬千，驅動方式也多種多樣，圖1雖然只列出幾種形式的半導體無觸點開關便有B1方式、B2方式、B3B4方式等不同的驅動方式。
圖2中，一種根據外界輸入信號(u0)來控制電路的接通、關斷或轉換并具有動觸頭、靜觸頭的以X0、X1、X2為引出端的繼電器、接觸器觸頭系統，還有半導體無觸點開關(K)，半導體無觸點開關兩端分別與靜觸頭、動觸頭電連接，半導體無觸點開關的輔助電子電路與外界輸入信號(u0)的電路(P5、P6)電連接．圖中各個半導體無觸點開關(K)分別由半導體開關器件K1、K2、K3、K4與其對應的輔助電子電路組成。例如包括三極管T1、電阻R11、R12、電容C1的輔助電子電路與K1組成一個半導體無觸點開關(K)；包括三極管T2、電阻R21、R22、R23、電容C2的輔助電子電路與K2組成另一個半導體無觸點開關(K)，作為轉換型觸頭系統的圖2(a)包含了常開型觸頭系統圖2(b)和常閉型觸頭系統圖2(c)。每個輔助電子電路均與外界輸入信號(u0)的電路(P5、P6)電連接，均接收了輸入信號(u0)并變換分別產生驅動信號u1、u2、u3、u4分別從P1、P2、P3、P4各點提供給半導體開關器件K1、K2、K3、K4，圖2(d)有u0、u1、u2、u3、u4的電壓波形圖，u10、u20、u30、u40分別是K1、K2、K3、K4的最低驅動電平，圖中有半導體開關器件K1、K2、K3、K4處于導通條件的時間區域。圖2(a)中，沒有輸入信號時，靜觸頭(1)、動觸頭(3)將電源(u)接通至負載RL1,t1時刻有輸入信號(u0)，線圈(J)通電，執行吸合動作，吸合動作有吸合運動過程時間，動觸頭(3)在t2時刻與靜觸頭(1)分斷而在t3時刻與靜觸頭(2)接通，圖2(d)可見t2時刻半導體開關器件(K1)處于導通條件之下能在極短時間內進入導通狀態，RL1負載電流經半導體開關器件(K1)持續流通，動觸頭(3)與靜觸頭(1)在t2時刻分斷觸頭(1,3)間不會產生破壞性電弧。t3時刻半導體開關器件(K2)處于導通狀態，M、N兩端處于約1伏左右的低導通壓降狀態，此時動觸頭(3)與靜觸頭(2)接通觸頭(3,2)間不會產生破壞性電弧。動觸頭(3)、靜觸頭(2)將電源(u)接通至負載RL2,t3之后半導體開關器件(K1)因驅動信號(u1)變小而截止，RL1負載處于關斷狀態，完成了電路轉換任務。t4時刻輸入信號(u0)消失，線圈(J)失電，執行釋放動作。釋放動作有釋放運動過程時間，t5時刻動觸頭(3)與靜觸頭(2)分斷，此時半導體開關器件(K2)處于導通條件之下，能以極短時間進入導通狀態，RL2負載電流經半導體開關器件(K2)持續流通，觸頭(3,2)間不會產生破壞性電弧。t6時刻動觸頭(3)與靜觸頭(1)接通，此時u1為高電位驅動半導體開關器件(K1)已進入導通處于低導通壓降狀態，觸頭(3,1)間不會產生破壞性電弧。t6之后半導體開關器件(K2)因驅動信號(u2)變小而截止呈高阻抗狀態，負載RL2處于關斷狀態，動觸頭(3)、靜觸頭(1)把電源u接通至負載RL1，又完成一次轉換任務回復到t1前的狀態。圖2中，輔助電子電路與負載電路共地(y2)，實際使用可采用隔離耦合方式將輔助電子電路與負載電路隔離。圖2中，電子電路接收輸入信號(u0)后可進入一系列的變換，可利用u0的上升沿觸發單穩態電路(A)產生如u5所示的脈沖(1)，利用u5的脈沖(1)的下降沿觸發單穩態電路(B)產生如u6所示的脈沖(1)，利用u0的下降沿觸發單穩態電路(B)產生如u6所示的脈沖(2)，利用u6的脈沖(2)的下降沿觸發單穩態電路(A)產生如u5所示的脈沖(2)。顯然，u5、u6可以作為脈沖式驅動信號取代u1、u2驅動K1、K2實現本發明的目的，u5、u6又可作為控制信號，控制各種方式的驅動信號在u5的脈沖的時刻內驅動K1，在u6的脈沖的時刻內驅動K2，達到實現本發明的目的。我們發現，u5、u6的脈沖在時間上不重疊，在轉換電路過程中使K1、K2的導通在時間上也不重疊，可適用于要求嚴格的電路轉換，u5u6的引入使本實施例中有更多的實施方法實現本發明的目的，電子電路變化萬千，可采用不同的半導體開關器件，可采用不同的驅動方式，也可采用不同的電連接方法均可利用半導體無觸點開關進入導通處于低導通壓降狀態下動觸頭與靜觸頭接通即觸頭系統實現接通電路，均可利用半導體無觸點開關處于導通條件之下動觸頭與靜觸頭分斷即觸頭系統作初步分斷，均可利用半導體無觸點開關截止呈高阻抗狀態下觸頭系統實現關斷電路，不產生破壞性電弧，實現本發明的目的。
圖3中，一種根據外界輸入信號來控制電路的接通、關斷或轉換并具有轉換型觸頭的以X0、X1、X2為引出端的繼電器、接觸器觸頭系統，還有半導體無觸點開關(K)，半導體無觸點開關兩端(M、N)分別與第1靜觸頭(1)、動觸頭(3)電連接，半導體無觸點開關控制端(B1)與第2靜觸頭(2)電連接。圖3(a)是常開型，動觸頭(3)與第2靜觸頭(2)接通，半導體無觸點開關控制端(B1)被短路，半導體無觸點開關處于截止呈高阻抗狀態，負載RL電路處于關斷狀態。輸入信號(u0)來到時，線圈(J)通電，執行吸合動作，動觸頭(3)首先與第2靜觸頭(2)分斷然后再與第1靜觸頭(1)接通，觸頭(3,2)分斷瞬間半導體無觸點開關控制端(B1)被短路的狀況隨即解除半導體無觸點開關隨即處于導通條件之下，半導體無觸點開關能以極短的時間內進入導通狀態，利用半導體無觸點開關進入導通處于低導通壓降狀態下，動觸頭(3)與第1靜觸頭(1)接通即觸頭系統實現接通電路，觸頭(3,1)間不會產生破壞性電弧。動觸頭(3)、第1靜觸頭(1)將電源u接通至負載RL，完成“動合”接通電路任務。輸入信號(u0)消失時，線圈(J)失電，執行釋放動作，利用半導體無觸點開關處于導通條件之下動觸頭(3)與第1靜觸頭(1)分斷即觸頭系統作初步分斷，此時半導體無觸點開關處于導通條件之下能在極短時間之內進入導通狀態，負載電流經半導體無觸點開關(K)持續流通，觸頭(3,1)分斷時不會產生破壞性電弧。動觸頭(3)然后與第2靜觸頭(2)接通，半導體無觸點開關控制端(B1)被短路，半導體無觸點開關截止呈高阻抗狀態觸頭系統實現關斷電路，不會產生電弧，RL負載電路回復關斷狀態。圖3(b)是常閉型，動觸頭(3)與第1靜觸頭(1)接通將電源(u)接通至負載RL，輸入信號(u0)來到時，線圈(J)通電，執行吸合動作，利用半導體無觸點開關處于導通條件之下動觸頭(3)與第1靜觸頭(1)分斷，此時半導體無觸點開關(K)處于導通條件之下能在極短時間內進入導通狀態使負載電流經半導體無觸點開關(K)持續流通，觸頭(3,1)間不會產生破壞性電弧，然后動觸頭(3)與第2靜觸頭(2)接通，半導體無觸點開關控制端(B1)被短路，半導體無觸點開關(K)因無驅動信號而截止呈高阻抗狀態觸頭系統實現關斷電路，不產生電弧，負載RL電路處于關斷狀態，完成“動斷”任務。輸入信號消失后，線圈(J)失電，執行釋放動作，動觸頭(3)與第2靜觸頭(2)分斷，分斷瞬間半導體無觸點開關控制端(B1)被短路的狀況隨即解除，半導體無觸點開關(K)處于導通條件之下能以極短時間內進入導通狀態，利用半導體無觸點開關進入導通處于低導通壓降狀態下，動觸頭(3)與第1靜觸頭(1)接通即觸頭系統實現接通電路，觸頭(3,1)間不會產生破壞性電弧。動觸頭(3)、第1靜觸頭(1)將電源(u)接通至負載R1。圖3(c)為轉換型，采用二只半導體無觸點開關(K)，采用具有兩組同步轉換型觸頭，其抑制電弧原理與圖3(a)(b)相同。由于電子電路變化萬千，可采用不同的半導體開關器件，采用不同的驅動方式也可采用不同的電連接方法，所以本實施例也有多種實施方法，均能利用半導體無觸點開關進入導通處于低導通壓降狀態下動觸頭與靜觸頭接通即觸頭系統實現接通電路，均能利用半導體無觸點開關處于導通條件之下動觸頭與靜觸頭分斷即觸頭系統作初步分斷，利用半導體無觸點開關截止呈高阻抗狀態下觸頭系統實現關斷電路，不產生破壞性電弧。達到實現本發明的目的。
圖4中，圖4(a)是與圖3(a)對應的構造圖，圖4(b)是與圖2(b)對應的構造圖，半導體無觸點開關(K)體積小，可以安裝于絕緣板(4)上。圖4(c)所示繼電器、接觸器觸頭系統的觸頭采用刀插入的結構形式，觸頭接觸方式是刀插入式。圖4(d)(e)是圖4(c)中觸頭(1,3)的H向視圖局部放大示意圖，圖4(d)是動觸頭(3)與靜觸頭(1)處于分斷狀態，圖4(e)是動觸頭(3)與靜觸頭(1)處于接通狀態，其接觸面積大，負載能力提高。
權利要求
1．一種根據外界輸入信號來控制電路的接通、關斷或轉換并具有動觸頭、靜觸頭的繼電器、接觸器觸頭系統，其特征是還有半導體無觸點開關，半導體無觸點開關兩端分別與靜觸頭、動觸頭電連接，半導體無觸點開關的輔助電子電路與外界輸入信號的電路電連接。
2．一種根據外界輸入信號來控制電路的接通、關斷或轉換并具有轉換型觸頭的繼電器、接觸器觸頭系統，其特征是還有半導體無觸點開關，半導體無觸點開關兩端分別與第1靜觸頭、動觸頭電連接，半導體無觸點開關控制端與第2靜觸頭電連接。
3．根據權利要求1或2所述的繼電器、接觸器觸頭系統，其特征是觸頭的接觸方式還有刀插入接觸方式。
全文摘要
一種根據外界輸入信號來控制電路的接通、關斷或轉換并具有動觸頭、靜觸頭的繼電器、接觸器觸頭系統,采用半導體無觸點開關作為過渡性輔助部件,利用半導體無觸點開關的導通、截止特性抑制觸頭系統在接通、關斷或轉換電路時觸頭間的電弧,使繼電器、接觸器觸頭系統的負載能力提高、工作壽命長、工作可靠性提高。
文檔編號H01H50/00GK1306292SQ9911617
公開日2001年8月1日 申請日期1999年5月6日 優先權日1999年3月15日
發明者羅宏基 申請人:羅宏基