[发明专利]节能快速电磁铁

说明书

本发明涉及电磁铁。

传统电磁铁无论是直流还是交流都毫无例外地存在“吸合时吸收功率越小越好”与“可靠触动和快速性”之间不可调和的矛盾。去磁气隙的存在严重地浪费吸合时的电磁能。

吸合时浪费的能源是以发热方式耗散的，所以这同时又恶化了电磁铁工作环境和增加散热措施的成本。温升严重还直接限制了电磁铁工作频率的提高。为限制过高温升，不得不适当减小安匝值，这反过来又制约了快速性。

现行交流电磁铁功率因数极低，吸合时无功功率高达97～99%。这一缺点不仅降低了能源利用率而且造成无功功率损耗。不仅如此，交流电磁铁电流差不多与气隙大小成正比的特征还导致当衔铁被机械箝卡或反力过载时烧毁线圈。交流电磁铁的涡流与磁滞损耗（铁损）以及单相交流电磁铁分磁环损耗和脉动力最小值（有效值）低于平均值的损耗都是不容忽视的能源浪费。

《低压电器》85年第2期16页文章[交流制动电磁铁改为直流运行]，申请号为90200692.4的中国实用新型专利和公开号为CN1038543A的发明专利提出了一种把交流电磁铁改为直流电磁铁并以双电源分别为启动和吸合两种状态供电的节能途径。但是它们分别存在如下技术缺陷。

1.[交流制动电磁铁改为直流运行]一文和CN1038543A专利的技术方案中启运电源采用半波晶闸管整流和二极管续流，交流分量比全波整流大得多，不利于电磁铁的快速响应。

2.上述文章和CN1038543A专利提出阻容降压方案，阻容本身能耗较大。

3.90200692.4申请及CN1038543A专利采用有触点的继电机械开关控制电源切换缺乏可靠性。一旦开关失灵或电磁铁过载或电磁铁衔铁被机械箝卡就会导致切换失效，使电磁铁线圈始终处于启动电源供电状态，必然导致线圈烧毁。

4.CN1038543A专利还存在下述技术缺陷：

触动到吸合全过程启动电源始终以半波移相整流等电流导通，使衔铁在触动时电流没有给足，快速性较差;而吸合时电流又嫌大，可能产生冲击。要避免撞击就必然要牺牲快速性。这样的技术特性反而不如交流供电自动增加触动功率，气隙越小电流越小的技术特性。

5.上述文章及专利申请共同存在的问题还有：节能技术只限于供电方法，而没有触及电磁铁本身的结构。在降低有功功率来节能的问题上，电磁铁铜铁结构潜力比供电方法要大得多，而降低无功功率节能，传统技术的电容电感平衡法已能解决。

本发明的目的是提供一种新的电磁铁，使上述的一系列问题得到解决，保证电磁铁节能、快速并兼。

本发明提出的电磁铁的技术方案是：

1.最大限度地降低吸合位置的磁路磁阻，努力使在相同吸合点吸合力条件下所需磁势值最小，因而在工艺条件允许情况下使去磁隙为零，或只存在有工艺气隙。对螺管式或甲壳式电磁铁而言，采用封闭平底尾端止座;对拍合式电磁铁而言，取消增加启动力但减小吸合力的磁极帽（极靴）。

2.本发明启动和吸合两电源均采用全桥整流，经电磁铁电感滤波可获得理想的直流供电。目前整流桥集成块价格低廉（1只集成器件价格与一只同样功率的整流二极管价格相当）体积小，总成本不会高于半波整流续流系统。因无续流二极管，可使电磁铁断电响应速度提高，克服控制滞后现象。

选用双向晶闸管作为启动电源开关，实现上述启动电源全桥整流。双向晶闸管与单向晶闸管比较有下述优点：

（1）承受过电压的能力比单向管高，可以不用电压保护装置，降低成本。

（2）正负脉冲均可触发，触发电路选择余地大。

（3）相同规格、功率、电流的器件价格与单向管相同。

3.触发有效期间使晶闸管有360°导通角，也即不用移相触发。它使触动和启动初期有最大可能的磁势（电流最大），因而使电磁铁启动响应速度快并在瞬间使衔铁获得极大的加速度，这是单向晶闸管半波整流加续流供电方案不能比拟的。而小于180°导通角的移相触发技术方案（CN1048543A）则更是无法比拟。

4.本发明特别强调：启动电源供电时间从合闸开始，先于吸合结束。这就是说，双向晶闸管导通时间比电磁铁启动时间短（启动时间是从触动到吸合的一段时间）并始于控制合闸。其优点是：

①与前述文章和两个专利申请中合闸不能立即供电相比，电磁铁触动早，响应快，利于快速。

②在启动电源停止供电到电磁铁吸合之间只有小功率的吸合电源供电，衔铁运动主要依靠的是惯性，只要晶闸管导通时间选择得当，既可避免吸合冲击，又可获得理想的快速性。这样的技术显然优于CN1038543A专利触动到吸合始终导通晶闸管的技术方案。