摘 要：环保节能接触器（专利号：97227133.3），是一种新型接触器，是传统接触器、继电器的理想换代产品。本产品以节能、长寿、环保为目的，利用硬磁（永磁）材料能、保持、稳定的磁性特点通过内部相关电路对硬磁铁芯充磁，退磁达到控制触头的通断，与普通接触器相比，节能90%以上。
关键词：节能；节触器
1 绪论
接触器作为构成工业，电力自动控制系统中的主要器件，广泛应用于工矿企业、交通运输、农业及国防工业中，它在电力配送，自动控制，电能的分配与应用中起着开关、控制、保护与调节等作用。在实际运用中主要用于实现远距控制通断或以小电流、低电压对大电流、高电压通道的控制，将微机、可编程控制器的指令转换为对内、外部负载的控制，是现代化工业电气控制系统中必不可少的主要控制器件。
2 节能接触器与普通接触器的性能比较
普通接触器主要由电磁线圈，硅钢片叠装软芯组成，其工作原理是通过对线圈供电，产生磁场，使磁芯吸合带动触头接通或断开。这种方式的缺点是线圈必须长期通电工作，根据控制功率不同，功率消耗通常在8-40瓦左右。不仅耗能大，会产生涡流效应，导致线圈发热，影响使用寿命。
本节能接触器（专利号：97227133.3），是一种新型接触器，是传统接触器、继电器的理想换代产品，其用途广泛，能广泛应用于自动化控制，工农业生产及变，配、送电系统的各个环节。本产品以节能、长寿，环保为目的，利用硬磁（永磁）材料能、保持、稳定的磁性特点通过内部相关电路对硬磁铁芯充磁，退磁达到控制触头的通断。接触器在整个工作过程中，耗电极少，线圈仅在通电的瞬间消耗外部控制电能，且通过储能电容将此充磁后的电能储存，供退磁时使用。在吸合后的保持阶段不消耗电能，铁芯依靠通电时充磁产生的剩磁保持吸合，与普通接触器相比，节能90%以上。节能接触器的线圈每次通电一时间小于1秒，故温升仅为普通产品的一千分之一，没有因发热过流等造成损坏现象线圈寿命比普通产品延长1000倍以上，接近自然氧化的极限值。
控制接线方式与普通接触器一样，在替换时不必改动任何接线，完全兼容国内外现有接触器的安装、使用方式。并且可以采用交流电源控制或直流电源控制的任意方式，适应电压波动范围比普通产品宽15%-20%，无交流噪声与涡流损耗。铁芯采用浇铸成型，减少了制造工艺的复杂性，抗干扰能力强。
3 控制原理分析
节能接触器工作过程包括充磁吸合、保持、退磁复位三个阶段。外部控制电路接通时，由相关控制电路对线圈（1）提供充磁电流（2），硬磁静铁芯（3）被充磁，建立磁场N.S极，动铁芯被吸引带动触头压下复位弹簧吸合，同时，此充磁电能经过线圈后，被储能电容C2、C3储存以供退磁时使用。
当外电路关断时，铁芯退磁，由相关电路的储能、滤波电容C，对线圈提供与充磁电流、电压反相的退磁电流（11），产生与铁芯剩磁场相反的磁场S.N抵消铁芯剩磁、铁芯在磁场消失或减弱的情况下不再吸合，动铁芯在复位弹簧的作用下带动触头断开。
节能接触器内部控制电路，由一个整流电路，一个钳位电路和一个充、退磁电路（含滤波电路）组成。
3.1 电路分析
3.1.1 桥式整流电路分析
其整流情况根据外部控制电源的情况不同，分为三种：（1）外部以交流方式控制时；（2）外部以脉动直流方式控制时；（3）外部以平稳直流方式控制时。当外部以交流电源方式控制时，电源接通后，在交流电正半周时，控制端1为正电压，2端电压为0V。由于整流二极管的单向导通特性D1、D4导通，D2、D3截止，在A、B两端得到上正下负的电压，由D4流到控制端2，在交流电过零时，控制端1、2均为零电压，D1、D2、D3、D4全部截止，无电流通过，要交流电负半周时，控制端1为0电压，控制端2为负电压，D1、D4截止，D2、D3导通，电流经过D3供给后面电路，在AB两端仍然得到上正下负的电压。见图3。
正负两个半周的电压经过二极管D1、D2、D3、D4整流后成为脉动直流电，该脉动直流电将由后面电路的储能滤波电容C2、C3滤波为平稳直流电。
3.1.2外部脉动直流电源控制电路分析。当外部以脉动直流电源方式控制时：a.电源正极接1端，负极接2端；b. 电源正极接2端，负极接1端。
a.电源正极接1端，负极接2端时，在直流脉动电流、电压的脉动期间二极管D2、D3截止，D1、D4导通电流通过D1供给后面电路，在A、B两端形成上正正负的电压。b.电源正极接2端，负极接1端时，在直流脉动电压、电流的脉动期间，二极管D1、D4截止，D2、D3导通，电流通过D2供给后面电路，在A、B两端同样形成上正下负的电压。
3.1.3 外部以平稳直流方式控制时外部以平狠直流方式控制时：a.直流电源正极接1端，负极接2端；b.直流电源正极接2端，负极接1端。a.直流电源正极接1端，负极接2端时，D2、D3截止，D1、D4导通，电流经D1供给后面电路，经D4流回2端，在A、B两端得到平稳直流电。b.直流电源正极接2端，负极接1端时，D2、D3导通，电流经D3供给后面电路，经D2流回1端，在A、B两端得到平稳直流电。
3.2 钳位电路
BG1、R1、C2、C1、R3共同组成钳位电路中；在磁芯充磁及保持阶段时，控制BG2截止，使退磁电路不工作，R1为钳位管BG1提供正向偏置电流，C1消除交流脉冲，直流脉动脉 冲，及各种干扰脉冲对BG1工作状态的干扰，R3、C4使钳位可靠。在保持阶段时，C2、C3同时将脉动直流电滤波为平稳的直流电。（见图5）
在充磁及保持时，A、B两端行到上正下负的电压，该电压经过偏置电阻R1降夺，限流后提供给三极管BG1的基极，BG1饱和导通，电流从BG1的集电极流向发射极，故D点电位降低接近OV，退磁三极管BG2因基极无电压而截止，退磁电路不工作。BG1导通后，C点电位约为0.6V。电阻R3两端会产生电压降，故BG2的基极E点的电位不会高于D点的电位，使钳位可靠。
在电源接通瞬间，控制电压分两路，一路经过二极管D5加在BG2的集电极上，以经过D6、线圈L、电阻R2，加在BG1的集电极上，并通过R3加在BG2的基极上；另一路通过R1加在BG1的基极上，如果不加以控制，将可能出现三种情况：（1）BG1、BG2同时导通，BG1将在BG2尚处于导通后的放大状态阶段将BG2钳位截止；（2）BG2比BG1提前导通，BG1将在BG2处于导通后的放大状态阶段或饱和导通阶段将BG2钳位截止，（3）BG1比BG2提前导通，BG1将在BG2尚未导通的时候将BG2钳位截止。
3.3充、退磁电路部分
BG2、R2、R3、C2、C3、C4、D5、D6及线圈L组成充、退磁电路，当外部控制电源断开时，储能电容C2、C3经D6、R2、R3为BG2提供偏置电压、电流，使E点电位迅速升高，BG2饱和导通，C3在充磁时储存的电能反向流过线圈L，通过BG2释放，线圈产生与充磁时相反的磁场抵消铁芯剩磁。铁芯剩磁迅速减弱及消失，接触器断开。此时D5阻止C3向钳位电路放电，使钳位电路停止工作；D6阻止C2向线圈L放电，为下一次吸合作好准备。
4 制造工艺要求
4.1 因本专利（97 2 27133.3）的主要技术部分在硬磁铁芯、充退线圈、相关控制电路。
4.2 铁芯的材料选择：永磁钢：动、静铁芯材料。铸造工艺成型，采用砂模铸造、金属模铸造失蜡浇铸
4.3 铁芯的尺寸计算：
可靠磁力=（复位弹簧推力+动铁芯重量+连接件重量）×（1.5～10）
磁场吸合面磁场强度=可靠磁力×距离对数
截面积（2）=磁场强度/单位面积确定的磁通量
底部和单边截面积S=中心截面积S/2
4.4 线圈的材料选择与制作：根据在额定控制电压下接触器吸合所需要的可靠吸引力。
4.5 复位弹簧。根据接触器的不同结构，可选用各种不同形状的弹簧作复位用，例如：锥状、柱状、圈状等。
4.6整流二极管。根据额定控制电压剩以1.414为最小电流值选出适用的型号。
4.7 D1-D4及D6，耐压要求较高，以承受C3时的反冲击电压。
4.8 BG1参数确定。根据1.41倍额定控制电压，确定BG1的最小功率的NPN型硅管或锗管。对频率特性。
4.9 抗干扰电容C1、C4。C1的时间常数应小于C4的时间常数，考虑到通断瞬间的脉冲电压影响，建议按额定控制电压值确定C1、C4的耐压值。
4.10 R1、R2的阻值可取20K～300K左右，在控制电压为220VAC时，R1取170～200K，R2取170K～200K，R3取500K～10K，的固定电阻，有碳膜电阻、碳质电阻、金属膜电阻、线绕电阻等，一般选择1/2W-1W的普通碳膜色环电阻即可。
作者简介：蔡斌（1964.6-）男，云南人，昭通市烟草公司，研究方向：环保。
在电源接通瞬间，控制电压分两路，一路经过二极管D5加在BG2的集电极上，以经过D6、线圈L、电阻R2，加在BG1的集电极上，并通过R3加在BG2的基极上；另一路通过R1加在BG1的基极上，如果不加以控制，将可能出现三种情况：（1）BG1、BG2同时导通，BG1将在BG2尚处于导通后的放大状态阶段将BG2钳位截止；（2）BG2比BG1提前导通，BG1将在BG2处于导通后的放大状态阶段或饱和导通阶段将BG2钳位截止，（3）BG1比BG2提前导通，BG1将在BG2尚未导通的时候将BG2钳位截止。
3.3充、退磁电路部分
BG2、R2、R3、C2、C3、C4、D5、D6及线圈L组成充、退磁电路，当外部控制电源断开时，储能电容C2、C3经D6、R2、R3为BG2提供偏置电压、电流，使E点电位迅速升高，BG2饱和导通，C3在充磁时储存的电能反向流过线圈L，通过BG2释放，线圈产生与充磁时相反的磁场抵消铁芯剩磁。铁芯剩磁迅速减弱及消失，接触器断开。此时D5阻止C3向钳位电路放电，使钳位电路停止工作；D6阻止C2向线圈L放电，为下一次吸合作好准备。
4 制造工艺要求
4.1 因本专利（97 2 27133.3）的主要技术部分在硬磁铁芯、充退线圈、相关控制电路。
4.2 铁芯的材料选择：永磁钢：动、静铁芯材料。铸造工艺成型，采用砂模铸造、金属模铸造失蜡浇铸
4.3 铁芯的尺寸计算：
可靠磁力=（复位弹簧推力+动铁芯重量+连接件重量）×（1.5～10）
磁场吸合面磁场强度=可靠磁力×距离对数
截面积（2）=磁场强度/单位面积确定的磁通量
底部和单边截面积S=中心截面积S/2
4.4 线圈的材料选择与制作：根据在额定控制电压下接触器吸合所需要的可靠吸引力。
4.5 复位弹簧。根据接触器的不同结构，可选用各种不同形状的弹簧作复位用，例如：锥状、柱状、圈状等。
4.6整流二极管。根据额定控制电压剩以1.414为最小电流值选出适用的型号。
4.7 D1-D4及D6，耐压要求较高，以承受C3时的反冲击电压。
4.8 BG1参数确定。根据1.41倍额定控制电压，确定BG1的最小功率的NPN型硅管或锗管。对频率特性。
4.9 抗干扰电容C1、C4。C1的时间常数应小于C4的时间常数，考虑到通断瞬间的脉冲电压影响，建议按额定控制电压值确定C1、C4的耐压值。
4.10 R1、R2的阻值可取20K～300K左右，在控制电压为220VAC时，R1取170～200K，R2取170K～200K，R3取500K～10K，的固定电阻，有碳膜电阻、碳质电阻、金属膜电阻、线绕电阻等，一般选择1/2W-1W的普通碳膜色环电阻即可。
作者简介：蔡斌（1964.6-）男，云南人，昭通市烟草公司，研究方向：环保。
在电源接通瞬间，控制电压分两路，一路经过二极管D5加在BG2的集电极上，以经过D6、线圈L、电阻R2，加在BG1的集电极上，并通过R3加在BG2的基极上；另一路通过R1加在BG1的基极上，如果不加以控制，将可能出现三种情况：（1）BG1、BG2同时导通，BG1将在BG2尚处于导通后的放大状态阶段将BG2钳位截止；（2）BG2比BG1提前导通，BG1将在BG2处于导通后的放大状态阶段或饱和导通阶段将BG2钳位截止，（3）BG1比BG2提前导通，BG1将在BG2尚未导通的时候将BG2钳位截止。
3.3充、退磁电路部分
BG2、R2、R3、C2、C3、C4、D5、D6及线圈L组成充、退磁电路，当外部控制电源断开时，储能电容C2、C3经D6、R2、R3为BG2提供偏置电压、电流，使E点电位迅速升高，BG2饱和导通，C3在充磁时储存的电能反向流过线圈L，通过BG2释放，线圈产生与充磁时相反的磁场抵消铁芯剩磁。铁芯剩磁迅速减弱及消失，接触器断开。此时D5阻止C3向钳位电路放电，使钳位电路停止工作；D6阻止C2向线圈L放电，为下一次吸合作好准备。
4 制造工艺要求
4.1 因本专利（97 2 27133.3）的主要技术部分在硬磁铁芯、充退线圈、相关控制电路。
4.2 铁芯的材料选择：永磁钢：动、静铁芯材料。铸造工艺成型，采用砂模铸造、金属模铸造失蜡浇铸
4.3 铁芯的尺寸计算：
可靠磁力=（复位弹簧推力+动铁芯重量+连接件重量）×（1.5～10）
磁场吸合面磁场强度=可靠磁力×距离对数
截面积（2）=磁场强度/单位面积确定的磁通量
底部和单边截面积S=中心截面积S/2
4.4 线圈的材料选择与制作：根据在额定控制电压下接触器吸合所需要的可靠吸引力。
4.5 复位弹簧。根据接触器的不同结构，可选用各种不同形状的弹簧作复位用，例如：锥状、柱状、圈状等。
4.6整流二极管。根据额定控制电压剩以1.414为最小电流值选出适用的型号。
4.7 D1-D4及D6，耐压要求较高，以承受C3时的反冲击电压。
4.8 BG1参数确定。根据1.41倍额定控制电压，确定BG1的最小功率的NPN型硅管或锗管。对频率特性。
4.9 抗干扰电容C1、C4。C1的时间常数应小于C4的时间常数，考虑到通断瞬间的脉冲电压影响，建议按额定控制电压值确定C1、C4的耐压值。
4.10 R1、R2的阻值可取20K～300K左右，在控制电压为220VAC时，R1取170～200K，R2取170K～200K，R3取500K～10K，的固定电阻，有碳膜电阻、碳质电阻、金属膜电阻、线绕电阻等，一般选择1/2W-1W的普通碳膜色环电阻即可。
作者简介：蔡斌（1964.6-）男，云南人，昭通市烟草公司，研究方向：环保。
