专利名称：控制与保护开关电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制与保护开关电器，属于电动机自动控制技术 领域。
背景技术：
在传统的电动机供电回路中，电动机的控制与保护一般采用断路
器(QF) +接触器(KM) +热继电器(KH)实现。在正常情况下，接触 器(KM)实现控制电路的通断，热继电器(KH)实现过负荷保护，断 路器(QF)实现短路保护。在实际使用中，若上述三种分立的元器件 选择不当，再加上电动机工作的环境差，保护功能不完善，每年有大 量的电动机发生过载短路、缺相、接地等故障引起设备严重的恶性事 故，经济损失巨大，不能保证设备的长期稳定、正常的运行。现在市 场上已经集有断路器(QF)、接触器、热继电器功能为一体的控制与保 护开关电器，其结构主要包括底板，基座，前盖和上盖，基座内的主 接触器，基座上的电磁线圈装置、脱扣器、传动机构和控制电路，控 制电路以具有控制电源电路、信号调理处理电路、控制电压采样电路 的CPU主芯片为核心及其外围电路，包括高速CPU、脱扣器输出电路、 三相电流采样电路。电磁线圈装置得电后其直接与臂支座的轴连接的 动磁铁被吸合带动臂支座动作，臂支座又带动主接触器的接触桥使主 接触器接通，这种结构的控制与保护开关电器是依靠电磁力克服弹簧 的反作用力来保持主回路的长期闭合，因此长时间工作时，吸合线圈 必须长时间带电。线圈经过一段时间的运行必然积累一定的热量，造 成温度升高，通常规定线圈工作温度不得超过65。C， 一旦某些外部因 数造成线圈散热不良，则会产生线圈烧毁的现象，而且有噪音污染和 铁心易腐蚀等问题，严重影响环境。
发明内容
本发明的目的是针对现有通过电磁力克服弹簧的反作用力来保持 主回路长期闭合的控制与保护开关电器存在的线圈长时间运行积热造 成温度升高的不足，提供取代传统电磁驱动机构、实现微功耗的一种 控制与保护开关电器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的， 一种控制与保护开关 电器，主要包括底板，基座，上盖，基座上的主接触器、脱扣器、传 动机构和外接电源的控制电路，控制电路以具有控制电源电路、信号
调理处理电路、控制电压釆样电路的CPU主芯片为核心及其外围电路， 以及包括高速CPU、脱扣器输出电路、三相电流采样电路，与高速CPU
连接的固定在上盖上的人机对话键盘液晶操作机构、双向通讯接口， 其特征是基座上设置永磁驱动机构，永磁驱动机构中动铁芯一端的连
接柱连接设置的连接架，臂支座的轴贯穿连接架；控制电路中还增设
了控制永磁驱动机构动作的相适应的电路，永磁驱动机构中的线圈连 接控制电路中的合闸控制电路、分闸控制电路和欠压保护电路。 永磁驱动机构由壳体，壳体一端固定的挡铁，壳体另一端旋接的
挡圈，壳体内置入的线圈，线圈中插入的T型动铁芯，线圈一端的动 铁芯上套置的永磁铁和定铁芯，定铁芯的侧边与壳体内壁连固为一体， 自挡圈外穿过挡圈的中心孔与动铁芯一端旋接的非磁性连接柱构成； 吸合状态下动铁芯一端与挡铁之间、动铁芯另一端内侧与定铁芯之间 具有气隙。
永磁驱动机构中的非磁性连接柱一端为螺纹，非磁性连接柱的螺 纹端穿过挡圈的中心孔与动铁芯一端旋接。
连接架为一侧边开有夹槽的矩形管，矩形管的两端穿过臂支座的 轴，矩形管一侧边的夹槽夹接非磁性连接柱的前端部。
与永磁驱动机构相适应的电路包括开关电源电路、整流电路、欠 压保护电路、合闸控制电路和分闸控制电路，开关电源电路的输出接整流电路，整流电路为各电路提供工作电源；欠压保护电路的判断输 出接合闸控制电路和分闸控制电路中场效应管的控制信号输入端，高 速CPU数字量输出接分闸控制电路前的光电耦合开关。
与永磁驱动机构相适应的电路还包括过压保护电路、控制电压检 测电路和三相电压检测电路；过压保护电路采用压敏电阻，并接在整 流电路的源端，控制电压检测电路的输出接CPU主芯片的控制电源电 路的输入端，三相电压检测电路的取样端接主接触器的源端经光藕隔 离为数字信号，其信号输出接CPU主芯片的控制电压采样电路。
本发明是对现有采用电磁驱动机构的控制与保护开关电器结构的 改进，在基座上设置永磁驱动机构及与永磁驱动机构相适应的控制电 路，工作合闸时电源通过整流及电子控制电路使永磁驱动机构中的线 圈获得一个直流脉冲电流，脉冲产生的磁力及在动铁芯上产生的电动 力使动铁芯运动并与定铁芯吸合构成闭合磁路，同时，动铁芯的运动 带动臂支座动作使主接触器接通，闭合后控制电路自动断开线圈的电 源，靠永磁铁的磁力保持开关的吸合。断电时控制电路向线圈发出一 个反向磁力及在动铁芯上产生的反向电动力抵消永磁铁的吸合力，在 分闸拉簧的作用下使主接触器快速断开。本发明因线圈不用长时间通 电工作而高效节能，线圈不发热，分断速度快，触头不粘连，无临界 弹跳，可有效提高触头的寿命，本发明具有很强的实用性，是现有采 用电磁驱动机构的控制与保护开关电器的更新换代产品，可广泛应用 于电动机供电回路中。
图1为本发明在不包括上盖以及部分器件下的主视结构示意图； 图2为本发明中控制电路框图3为本发明中具有控制电源电路、信号调理处理电路、控制电 压采样电路的CPU主芯片为核心及其外围电路；
图4为本发明中适应永磁驱动机构设置的部分电路图；图5为本发明中包含三相电压检测电路的电路图。
图中，l分闸拉簧，2线圈，3动铁芯，4底铁，5铁扼，6永磁铁，
7定铁芯，8挡圈，9连接架，IO传动机构，ll脱扣器，12臂支座，
13主接触器，14基座，电子元器件若干。
具体实施例方式
结合附图和实施例进一步说明本发明，如图1所示，本发明是在 现有控制与保护开关电器结构基础上的改进，包括底板，基座14，上 盖，基座14上的主接触器13，基座14上的脱扣器11、传动机构IO、 控制电路、永磁驱动机构及与永磁驱动机构相适应的电路；永磁驱动 机构中的动铁芯3 —端旋接设置的非磁性连接柱，非磁性连接柱的一 端与连接架9夹接，臂支座12的轴贯穿连接架9，连接架9为一侧边 开有夹槽的矩形管，矩形管的两端穿过臂支座12的轴，矩形管一侧边 的夹槽夹接动铁芯3前端部的非磁性连接柱。
永磁驱动机构由壳体，壳体一端固定的挡铁4，壳体另一端旋接 的挡圈8，壳体内置入的线圈2，线圈2中插入的T型动铁芯3，线圈 2 —端的动铁芯3上套置的永磁铁6和定铁芯7，定铁芯7的侧边与壳 体内壁连固为一体，自挡圈8外穿过挡圈8的中心孔与动铁芯3 —端 旋接的非磁性连接柱构成；吸合状态下动铁芯3 —端与挡铁4之间、 动铁芯3另一端内侧与定铁芯7之间具有间隙。
如图2所示，本发明的控制电路以具有控制电源电路、信号调理 处理电路、控制电压采样电路的CPU主芯片为核心及其外围电路，以 及包括高速CPU、脱扣器输出电路、三相电流采样电路，设置的与永 磁驱动机构相适应的开关电源电路、整流电路、欠压保护电路、合闸 控制电路和分闸控制电路；永磁驱动机构中的线圈连接控制电路中的 合闸控制电路、分闸控制电路和欠压保护电路；开关电源电路的输出
接整流电路的源端；整流电路为各电路提供工作电源；欠压保护电路 的作用是对整流电路的监测，如果欠电压将对线圈进行保护，而另加CPU主芯片的数字电路软件快速分闸在此的目的在于故障时在脱扣器
电路动作的同时另控制其效应管进行永磁线圈动作，进行双重保护， 更可靠安全，欠压保护电路的判断信号输出接合闸控制电路和分闸控
制电路中场效应管的控制信号输入端，高速CPU数字量输出接分闸控
制电路前的光电耦合开关。
与永磁驱动机构相适应的电路还包括过压保护电路、控制电压检 测电路和三相电压检测电路，过压保护电路采用压敏电阻，并接在整 流电路的源端，控制电压检测电路的源端接整流电路，控制电压检测
电路的输出接CPU主芯片的控制电源电路的输入端，三相电压检测电
路的取样端接主接触器的源端经光藕隔离为数字信号，其信号输出接
CPU主芯片的控制电压采样电路。
本发明工作中，控制电源通过整流及电子控制电路使线圈2 (即 附图3中线圈L7)获得一个直流脉冲电流，该脉冲产生的磁力及在动 铁芯3上产生的电动力使动铁芯3运动，带动连接架9运动，同时拉 动臂支座12，分闸拉簧1被拉伸，此时主接触器13接通，动铁芯3 与永磁铁6吸合经铁扼5构成闭合磁路，闭合后控制电路自动断开线 圈2的电源，靠永磁铁6的磁力经定铁芯7吸合动铁芯3保持开关的 吸合。断电时控制电路中通过电容释放一反向脉冲电流使线圈2产生 一个反向磁力及在动铁芯3上产生的反向电动力抵消永磁铁6的吸合 力，同时动铁芯3推动连接架9在分闸拉簧1的作用下使动铁芯3顶 开臂支座12，使开关快速断开分断。
本发明中，CPU主芯片可采用C8051F410，开关电源电路、整流 电路、欠压保护电路、合闸控制电路和分闸控制电路、控制电压检测 电路和三相电压检测电路均可采用现有成熟技术和相关电路。
8
权利要求
1、一种控制与保护开关电器，主要包括底板，基座，上盖，基座上的主接触器、脱扣器、传动机构和外接电源的控制电路，控制电路以具有控制电源电路、信号调理处理电路、控制电压采样电路的CPU主芯片为核心及其外围电路，以及包括高速CPU、脱扣器输出电路、三相电流采样电路，与高速CPU连接的固定在上盖上的人机对话键盘液晶操作机构、双向通讯接口，其特征是基座上设置永磁驱动机构，永磁驱动机构中动铁芯一端的连接柱连接设置的连接架，臂支座的轴贯穿连接架；控制电路中还增设了控制永磁驱动机构动作的相适应的电路，永磁驱动机构中的线圈连接控制电路中的合闸控制电路、分闸控制电路和欠压保护电路。
2、 根据权利要求1所述的控制与保护开关电器，其特征是永磁 驱动机构由壳体，壳体一端固定的挡铁，壳体另一端旋接的挡圈，壳 体内置入的线圈，线圈中插入的T型动铁芯，线圈一端的动铁芯上套 置的永磁铁和定铁芯，定铁芯的侧边与壳体内壁连固为一体，自挡圈 外穿过挡圈的中心孔与动铁芯一端旋接的非磁性连接柱构成；吸合状 态下动铁芯一端与挡铁之间、动铁芯另一端内侧与定铁芯之间具有气 隙。
3、 根据权利要求1或2所述的控制与保护开关电器，其特征是 永磁驱动机构中的非磁性连接柱一端为螺纹，非磁性连接柱的螺纹端 穿过挡圈的中心孔与动铁芯一端旋接。
4、 根据权利要求1所述的控制与保护开关电器，其特征是连接 架为一侧边开有夹槽的矩形管，矩形管的两端穿过臂支座的轴，矩形 管一侧边的夹槽夹接非磁性连接柱的前端部。
5、 根据权利要求1所述的控制与保护开关电器，其特征是与永磁驱动机构相适应的电路包括开关电源电路、整流电路、欠压保护电 路、合闸控制电路和分闸控制电路，开关电源电路的输出接整流电路， 整流电路为各电路提供工作电源；欠压保护电路的判断输出接合闸控 制电路和分闸控制电路中场效应管的控制信号输入端，高速CPU数字 量输出接分闸控制电路前的光电耦合开关。
6、根据权利要求1或3所述的控制与保护开关电器，其特征是 与永磁驱动机构相适应的电路还包括过压保护电路、控制电压检测电 路和三相电压检测电路；过压保护电路采用压敏电阻，并接在整流电 路的源端，控制电压检测电路的输出接CPU主芯片的控制电源电路的 输入端，三相电压检测电路的取样端接主接触器的源端经光藕隔离为 数字信号，其信号输出接CPU主芯片的控制电压采样电路。
全文摘要
本发明涉及一种控制与保护开关电器，属于电动机自动控制技术领域，主要特点是在基座上设置永磁驱动机构及与永磁驱动机构相适应的控制电路，工作合闸时脉冲产生的磁力及在动铁芯上产生的电动力使动铁芯运动并与定铁芯吸合构成闭合磁路，同时使主接触器接通，闭合后靠永磁铁的磁力保持开关的吸合，断电时反向磁力及在动铁芯上产生的反向电动力抵消永磁铁的吸合力，在分闸拉簧的作用下使主接触器快速断开。本发明因线圈不用长时间通电工作而高效节能，线圈不发热，分断速度快，触头不粘连，无临界弹跳，可有效提高触头的寿命。本发明具有很强的实用性，是现有采用电磁驱动机构的控制与保护开关电器的更新换代产品，可广泛应用于电动机供电回路中。
文档编号H01H89/00GK101459018SQ20081012306
公开日2009年6月17日 申请日期2008年6月20日 优先权日2008年6月20日
发明者荣 周 申请人:扬州新菱电器有限公司