[发明专利]采用正温度系数热敏电阻器启动直流电磁铁的方法

说明书

本发明涉及一种采用PTC热敏电阻器启动直流电磁铁的方法。用于直流电磁铁和包含有直流电磁铁的电磁器件。

PTC(Positive temperature Coefficient)热敏电阻器是一种具有正温度系数的半导体陶瓷材料电阻。其电阻——温度特性表现为对PTC热敏电阻器施加电压后，体温度升高，电阻值会产生阶跃增大；其电流—时间特性表现为对PTC热电阻器施加电压后起始电流很大，然后迅速按指数规律减小，几秒种后电流很小且稳定。(参考文献：1.周东祥、龚树萍著，PTC材料及应用，华中理工大学出版社，1989年；2.钟彩霞主编，热敏电阻实用技术(PTC篇)，成都科技大学出版社，1994)。

直流电磁铁是一种利用电磁力实现电能转换成机械能的电磁控制元件。其工作表现为对电磁铁激磁线圈施加电压后产生电磁吸力，使动铁芯克服阻力和气隙运动到与静铁芯吸合。(参考文献：葛伟亮、汪渤编著，电磁控制元件，北京理工大学出版社，1994年)。

根据直流电磁铁的工作原理，直流电磁铁在通电起始时刻，因为要克服反力和气隙，需要提供大电流才能启动吸合，一旦吸合以后，只需要提供小电流即可维持吸合状态。本发明人发现，在直流电磁铁的使用中普遍采用线圈自始至终直接通以额定电压的工作方式，这样作法浪费大量电能。

限据PTC热敏电阻器的电流——时间特性，PTC热敏阻器在通电起始时刻回路电流很大，稳定的后电流很小。本发明人发现这一特性正好与直流电磁铁的工作特性一致。PTC热敏电阻器的电流—时间特性已用于压缩机单相感应电动机的启动，但其原理与直流电磁铁不尽相同。未见PTC热敏电阻器用于直流电磁铁的报道。

本发明的目的就是提供一种采用PTC热敏电阻器启动直流电磁铁的方法。该方法适用于使用直流电磁铁和含有直流电磁铁的电磁器件(如直流继电器、直流接触器、直流电磁阀、电磁离合器等)的各种应用系统中。原则上该方法也适用于经过改造(例如增加整流器)的交流电磁铁和含有交流电磁铁的电磁器件。应用此方法能达到节省电能和防止线圈过热的明显效果。应用本发明的方法，可以推出无数节能型直流电磁器件新产品取代老式产品。由于交流电磁器件存在许多弊端，可以设想，应用本发明的方法和整流技术，可能引发低压交流电磁器件的一场革命。但是由于PTC热敏电阻器本身存在的原因，此方法不适合用于频繁启动场合。

实现本发明采用附图所示的方法：

图中L表示直流电磁铁激磁线圈，RT表示PTC热敏电阻器，V表示直流电压。

实现本发明的关键是根据不同类型结构的直流电磁铁的吸力特性和反力特性，选用合适性能参数的PTC热敏电阻器RT与电磁铁线圈L串联。施加直流电压V的起始时刻，由于RT处于常温状态，电阻值很小，因而回路电流大，使直流电磁铁动铁芯克服反力和气隙运动到与静铁芯吸合。很快(几秒种内)，由于RT通电后体温度升高，达到一定温度后电阻值迅速增大，因而回路电流减小，但此时直流电磁铁已经吸合，只要吸力大于反力，小电流就可以维护吸合状态。由于RT自身功耗很小，总能耗比不用RT小得多，表现出明显的节能效果。此外RT还具有限流作用，可防止线圈L过热烧坏。

为了证实采用PTC热敏阻器启动直流电磁铁的方法确能达到节省电能的明显效果，本发明人做过如下试验：

取一只MFZ1-7YC阀用电磁铁(安阳机床电器厂产品)，施加直流电压24V，电磁铁启动吸合，实测线圈电流1.6A，始终通以额定直流电压，电流保持不变，消耗功率约40W。本发明人用同样电磁铁，选用一只合适参数的PTC热敏电阻器与电磁铁线圈串联，施加直流电压24V，电磁铁启动吸合，实测电流起始1.5A.2秒钟内减小为0.2A，且基本稳定不变，电磁铁仍然保持可靠吸合。启动时刻2秒内消耗功率40W，而后长期保持吸合工作只消耗功率5W，具有明显节能效果。