CN1664965A

CN1664965A - 电磁铁***控制器

Info

Publication number: CN1664965A
Application number: CN 200510009253
Authority: CN
Inventors: 王有元
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2005-09-07

Abstract

本发明公开了一种电磁铁***控制器，它由降压电容及该电容的短接回路、补偿电路及励磁线圈构成，降压电容器的一端连交流电源的一端，另一端经励磁线圈的整流器、励磁线圈接交流电源的另一端；两个或两个以上补偿电路并联再与整流器并联后接入电源回路中。它采用电解电容器充放电来补偿开关分断后的电磁场能量，同时还可以使转换开关处于无弧状态下分断，因此工作可靠而稳定，电磁铁吸力大，重量变轻，体积缩小，从而动作灵活，使电磁铁响应速度快。加快速释放电路，适合交流接触器的电磁***的释放速度快的要求，对接触器主回路的灭弧非常有利。本***控制器保证励磁线圈温度低，节能。节约成本30％。可以用固体开关代替机械开关，电磁铁的可靠性高。

Description

电磁铁***控制器

技术领域本实用新型涉及一种电磁铁的控制装置，具体说是一种电磁铁***控制器。

由静铁心、动铁心和励磁线圈构成的电磁铁应用范围很广，牵引或制动电磁铁可作为机械设备的驱动装置，它适用于运输、冶金、矿山、建筑及起重设备等领域，同时被低压电器领域中的交流接触器的磁***所采用。

背景技术电磁铁的动铁心行程一般为几厘米，吸合力从几公斤力到数百公斤力不等，其特征是铁心开距大时需要非常大的励磁电流，而铁心吸合后只要几十毫安或几百毫安的励磁电流即可产生足够大的吸合力，作用在动铁心上的负载力大多为弹簧力，弹簧力总是与吸合力方向相反，因此动铁心吸力必须大于弹簧力才能使电磁铁闭合。

目前，交流电磁铁普遍采用交流电励磁，交流电磁铁耗能大，例如MQ1-8N电磁铁吸合过程中消耗最大功率为2.2KVA，保持过程消耗功率为170VA，而且有交流声。吸力随励磁电流过零而下降为零，因此交流电磁铁吸力是脉动的，吸力小，并且体积过大，非常笨重。

交流接触器的磁***已出现节能型磁***，该***的吸合力仍然存在着随机性的缺点，动铁心吸合过程中由整流后的直流高电压励磁，铁心闭合后由开关将高电压断开，转换成为低电压，小电流励磁，因此可以节电，而且无交流声。但是，由于对开关转换时间很难监测，如果开关提前转换会造成动铁心无法闭合的事故，如果开关位置偏离，也有可能出现开关无法关断高电压，而将励磁线圈烧损的事故。开关转换电压出现的偏差使铁心吸力无法充分发挥，因此铁心仍然体积大并且笨重。当采用电子固体开关代替机械开关后，可以延迟转换高电压为低电压，克服吸力的随机性，但是又造成大电流时间过长，使励磁线圈过热，影响分断操作频率。因此机械式开关转换电压时间及时，是其优点；缺点是转换时间会发生偏离，

发明内容本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种电磁铁***控制器，它是在铁心吸合过程中，进行能量补偿及消弧，充分发挥出铁心的吸合力，使铁心小，动作响应快；转换开关工作可靠、稳定，整个装置节能。

本发明的技术方案如下：

本电磁铁***控制器由降压电容器C1及该电容的短接回路、补偿电路及励磁线圈构成，降压电容器的一端连交流电源的一端，另一端经励磁线圈的整流器、励磁线圈接交流电源的另一端；两个或两个以上补偿电路并联再与整流器并联后接入电源回路中。

上述控制器的进一步方案为：由降压电容器C1、及该电容的短路开关K、补偿电路及励磁线圈构成，降压电容器的一端连交流电源的一端，另一端经励磁线圈的整流器Z7～Z10、励磁线圈L接交流电源的另一端；两个补偿电容C2、C3并联，限流电阻R1与二极管Z1并联后接入每个补偿电容，上述并联的补偿电容C1、C2与短路开关K并联后，经另一整流器Z3～Z6与降压电容器再并联。

上述电磁铁***控制器它的励磁线圈还连快速释放电路，该电路是由励磁线圈L的电路中串接电子开关管G及开关管的***元件构成。

上述电磁铁***控制器，它的又一方案为：降压电容器C1并联短接回路，该短接回路是固体开关，它由单向可控硅G1与全波整流电路Z18～Z21构成；交流电源的另一端经二极管Z16、电阻R9、电容C7、C6、固体开关的二极管Z19与电源形成回路；电容C7经电阻R8、稳压管G2连可控硅G1的控制极；励磁线圈L1并联全波整流器Z7～Z10，它的中间有一抽头，经二极管Z14连并联的补偿电容C2、C3，上述电容与二极管Z1串联，并联的电容C2、C3与Z1串联后与L1并联形成放电回路，二次线圈L2经二极管Z15连电容C6，形成充电回路；C6可给定时器集成电路555提供直流电压，又给可控硅G1提供触发电流；C6经R10给C5充电，定时器555的8、4脚接直流电源，2、6脚连电容C5形成定时转换状态，其3脚输出，经稳压管G2、连可控硅G1的控制极。

交流接触器动铁心行程通常在2厘米之内，因此铁心有两段气隙。而电磁铁的行程可达5厘米甚至于更大，因此铁心气隙为一段，另一段气隙是动铁心与静铁心保持1毫米左右的等距离滑动，因此可视为只有一段气隙。无论铁心结构形式如何不同，本发明是针对铁心吸合过程中，开关转换励磁电压后，进行能量补偿及消弧而设计的一种新型整流补偿励磁电路。它充分发挥出铁心的吸合力，并使铁心重量变轻，体积缩小，从而动作灵活，响应速度快，并保证励磁线卷温度低，及节能等优点。

本发明电磁铁***控制器，其作用是将交流励磁经整流后成为直流励磁，直流励磁电流大小由外电路来控制。本发明采用机械开关或固体开关来转换直流励磁电压的大小，开关分断时由电解电容器充电电流来给磁场补偿能量，开关分断后，电解电容器的充电电流成为励磁电流，继续给磁场补充能量。因此开关的分断电流接近零，开关分断时不燃弧并且不会烧损。这样彻底克服了电磁铁吸合过程中，高电压转换成为低电压时所造成的吸力的随机性。

本发明的另外一个技术特征在于采用限流电阻及二极管并联，来控制电解电容器的冲击电流值不能超过一定的限度。经多年试验，找到了电解电容器耐受冲击电流的能力，只要将冲击电流值限定在一定范围之内，电解电容器就不会因冲击电流，而损坏或降低电容容量。

本发明的优点在于，1、它采用电解电容器充放电来补偿开关分断后的电磁场能量，同时还可以使转换开关K处于无弧状态下分断，因此工作可靠而稳定，开关K触点不烧损，转换电压的时间也不会产生偏离。2、电磁铁吸力大，重量变轻，体积缩小，从而动作灵活，使电磁铁响应速度快。3、加快速释放电路，适合交流接触器的电磁***的释放速度快的要求，对接触器主回路的灭弧非常有利。4、在补偿电路中给电解电容加限流电阻，防止电流过大损坏电容器或使其容量降低，延长元器件的使用寿命，在用固体开关的电路中是励磁线圈L1有个抽头，使电流不致过大，保护补偿电容5、本***控制器保证励磁线圈温度低，节能。6、本装置电磁铁体积小，控制电路简单、可靠，可比现有装置节约成本30％。7、由于机械开关必须有动铁心操动，因此安装位置要求精确，可以用固体开关代替机械开关。由定时器控制固体开关短接降压电容器的时间，给电磁铁励磁线圈提供高电压励磁，当动铁心完全闭合后，定时器将固体开关由合闸状态转变成为分断状态，使降压电容器降压后给励磁线圈提供低电压励磁，维持电磁铁闭合状态。这样电磁铁可大幅度节电，并提高电磁铁的可靠性。

附图说明

图1是现有节能型接触器磁***的电路原理图；

图2是本发明电磁铁***控制器电路原理图；

图3是本发明带快速释放电路的电磁铁***控制器原理图；

图4是本发明电磁铁结构示意图；

图5是本发明带固体开关及定时器的电磁铁***控制器原理图。

具体实施方式

图1是现有的节能型接触器磁***电路图，节能型铁心闭合后励磁电压经电容器C1降压后提供，铁心在闭合前，机械开关K将电容短路，将高电压直接加在整流桥上，整流后提供直流高电压励磁，动铁心吸合过程中，将要闭合前，由动铁心带动绝缘顶杆将开关K顶开，K分断后，将电容器C1串入电路中，使高电压转换为低电压给励磁线圈L提供励磁电流。由于合闸相角的差异，会造成开关K分断时燃弧时间长短的差异，燃弧时间长短的差异必然会造成铁心吸合力的差异，这样铁心的大小就要按吸合最不利的情况来设计，因此铁心体积大并且笨重。

图2是本发明电磁铁***控制器电路原理图，图中C1为降压电容器，K是为了短路电容器而设置的机械开关，但开关K并不是直接与电容器C1并联，而是经整流桥Z3～Z6将交流整流为直流后接在直流侧，由两路电解电容器C2及C3与K并联，电解电容器C2及C3分别串联限流电阻R1及R2，R1及R2又分别与二极管Z1及Z2并联，整流桥的作用是保证电解电容器单方向充放电。交流电又经第二个整流桥Z7～Z10整流后给励磁线圈L提供直流励磁电流。

电解电容器C2及C3有两个作用，其一是当机械开关K分断后提供足够大的电流通道，保证K分断时不燃弧。另外一个作用是K分断后，C2及C3分别充电达到峰值电压，因此充电的电量是固定值，充电电流仅由励磁线圈阻抗来决定，不受外界干扰，因此彻底克服了因交流电合闸相角的随机性而产生的不利影响，这样K分断后继续有足够大的充电电流，补偿足够大的能量使动铁心顺利闭合，并经受住因动铁心的冲撞引起的震动，使之保持稳定闭合状态。充电结束后降压电容器C1将高电压降为低电压维持铁心闭合后的小电流励磁，保证铁心工作稳定、可靠。

电解电容器C2及C3只能工作在直流电路中，因此与K并联后经整流桥才能接于交流电路，这样就可以采用电解电容器对交流电路给予一次性能量补偿，从而产生较大的充电电流，电解电容器多路并联就可以提高耐受冲击电流的能力。

控制电源断电后，动铁心由闭合状态复位，带动K闭合，如附图4所示状态。电容器C2及C3经限流电阻R1及R2放电，限流电阻的作用是防止放电电流过大而损坏电容器或使电容器容量降低，经多年试验证明，10μF电解电容器充放电电流不超过4A时，电解电容器充放电1千万次以上不会损坏及降低容量，电磁铁的操作频率每秒1次不会造成电解电容器发热。与限流电阻并联的二极管Z1及Z2的作用是在动铁心闭合过程中带动K分断时电容器C2及C3快速充电，由于二极管的管压降较低，使K分断瞬间电压上升较慢，因此K不会起弧，电容器C2及C3这时的充电电流由励磁线圈L来限流，不会产生过大的冲击电流。之所以要两路或多路电容器并联，就是能提供更大的充放电电流，两路10μF电解电容器充放电电流达8A，不会造成电容器损坏及降容。

由图4可以看到，3是动铁心，5是静铁心，4是励磁线圈，2是转换开关，1是绝缘顶杆。

由图3可以看到带快速释放电路的电磁铁***控制器原理图，电磁铁断电释放时，由于整流桥成为励磁电流的续流通道，续流过大时电磁铁释放时间可延长150毫秒以上，使电磁铁响应速度过低，为此在励磁线圈L通路中串入场效应管G，G作为开关使用，当电源断电后，G关断续流回路使电磁铁立刻释放，能大幅度提高动铁心的释放速度。

开关管G的栅极电压由C4提供，但电压必须经Z12和R4降压后供给，稳压管Z12作用是控制电源断电后，能迅速关断G的栅极电压，G的栅极并联稳压管Z13及R5，Z13的作用是将栅极电压稳定在一定的限度内，防止栅极电压过高而损坏开关管G。R5的作用是断电时迅速泻放G的栅极电荷，使G迅速关断。R6是C4的放电电阻，R3是限流电阻，防止C4充电电流过大，二极管Z11的作用是使C4单方向充电，阻止C4向励磁线圈L放电，使C4保持高电压状态，给G提供稳定的栅极电压。

图3中其他元器件作用与图2相同，不复述了。增加快速释放电路后，电磁铁控制电源断电后释放时间短，动铁心释放速度快，更加符合交流接触器的电磁***的释放速度快的要求，对接触器主回路的灭弧非常有利。

图5是本发明带固体开关及定时器的电磁铁***控制器原理图，交流电源经降压电容C1接全波整流器Z7-Z10，该整流器接励磁线圈L1；降压电容C1的两端并联固体开关，它由单向可控硅G1与全波整流器Z18-Z21构成；交流电源的另一端经二极管Z16、电阻R9、电容C7、C6、固体开关的二极管Z19与电源形成回路；电容C7经电阻R8、稳压管G2连可控硅G1的控制极；励磁线圈L1的中间有一抽头，经二极管Z14连并联的补偿电容C2、C3，上述电容与二极管Z1串联，并联的C2、C3与Z1串联后与L1并联形成放电回路，二次线圈L2经Z15连电容C6，形成充电回路；C6可给定时器集成电路555提供直流电压，又给可控硅G1提供触发电流；C6经R10给C5充电，定时器555的8、4脚接直流电源，2、6脚连电容C5形成定时转换状态，其3脚输出，经稳压管G2、连可控硅G1的控制极。

交流电源经降压电容C1给电磁铁提供维持电流，当电磁铁吸合时，需要大电流励磁，由固体开关将电容C1短接，动铁心完全闭合后，由定时器555将G1的触发信号短路掉，使励磁线圈在低电压下维持电磁铁可靠闭合。电磁铁刚一启动时，也就是交流电源刚一合闸后，由电容器C7经二极管Z16半波整流后，再由限流电阻R9限流后向电容C6充电，该电容的电压大于稳压管G2的稳压值后给可控硅提供触发信号，使G1导通，给励磁线圈L1提供高电压、大电流励磁。

由于电容C7电压达到交流峰值后不再充电，因此电容C6只能提供一次触发电流，但励磁线圈L1加上高压后，二次线圈L2感应起高电压，经二极管Z17继续给C6充电，这样该电容可以保持恒定的触发电流。L2的电压始终保持交流全波整流后的电压波形，因此，可以不断给C6提供充电电流，使该电容维持触发电流，G1处于导通状态。

励磁线圈L1中间抽头经二极管Z14向电容器C2、C3充电，电源电压是整流后的正半波，形状不变，将负半波反向，由峰值下降后小于C2、C3充电电压时，C2、C3经二极管Z1向L1放电，L1的励磁电流由C2、C3提供，电源电流下降为零，因此G1导通的电流也为零。如果没有触发信号，G1能可靠关断。所以C2、C3的作用是保证G1能在大电感电路中可靠关断电路。

当电磁铁完全闭合后，集成电路555的控制脚2、6所接的电容C5经电阻R10充电到给定转换电压值时，使3脚对地短接，将触发电流短路掉，这样G1没有触发电流就会关断。L1没有高电压，L2也没有高电压，不再给C6充电，G1没触发电流不再导通，励磁线圈L1运行在低电压、小电流状态而节电。电容C5经二极管Z17放电，为下一次启动电磁铁而准备定时，电阻R11将电容C7电压释放掉，为电磁铁下一次启动提供第一次触发信号作准备，这样电磁铁就可反复启动而正常工作了。电阻R7是电容C6、C5的放电电阻。

Claims

1、一种电磁铁***控制器，其特征在于：它由降压电容器C1、及该电容的短接回路、补偿电路及励磁线圈构成，降压电容器的一端连交流电源的一端，另一端经励磁线圈的整流器、励磁线圈接交流电源的另一端；两个或两个以上补偿电路并联再与整流器并联后接入电源回路中。

2、根据权利要求1所述的电磁铁***控制器，其特征在于：它由降压电容器C1及该电容的短路开关K、补偿电路及励磁线圈构成，降压电容器的一端连交流电源的一端，另一端经励磁线圈的整流器、励磁线圈接交流电源的另一端；两个补偿电容C2、C3并联，限流电阻R1与二极管Z1并联后接入每个补偿电容，上述并联的补偿电容C1、C2与短路开关K并联后，经另一整流器Z3～Z6与降压电容器再并联。

3、根据权利要求1所述电磁铁***控制器，其特征在于：它的励磁线圈还连快速释放电路，该电路是由励磁线圈L的电路中串接电子开关管G及开关管的***元件构成。

4、根据权利要求1所述电磁铁***控制器，其特征在于：它的降压电容器C1并联短接回路，该短接回路是固体开关，它由单向可控硅G1与全波整流电路Z18～Z21构成；交流电源的另一端经二极管Z16、电阻R9、电容C7、C6、固体开关的二极管Z19与电源形成回路；电容C7经电阻R8、稳压管G2连可控硅G1的控制极；励磁线圈L1并联全波整流器Z7～Z10，它的中间有一抽头，经二极管Z14连并联的补偿电容C2、C3，上述电容与二极管Z1串联，并联的电容C2、C3与二极管Z1串联后与L1并联形成放电回路，二次线圈L2经二极管Z15连电容C6，形成充电回路；C6可给定时器集成电路555提供直流电压，又给可控硅G1提供触发电流；C6经电阻R10给电容C5充电，定时器555的8、4脚接直流电源，2、6脚连电容C5形成定时转换状态，其3脚输出，经稳压管G2、连可控硅G1的控制极。