一种控制电磁继电器加速切换的装置与方法与流程

本发明涉及电磁继电器，具体地说，涉及一种控制电磁继电器加速切换的装置与方法。

背景技术：

1、在ups(不间断电源)行业中，继电器(主要指电磁继电器)的应用非常普遍，其卓越的快速切换特性使得它在电路开关控制领域发挥着不可或缺的作用。在后备式不间断电源(ups)系统中，继电器作为关键组件，其切换速度对于整体性能至关重要。从开发与设计成本的角度出发，继电器因其可靠性、成本效益和广泛的应用基础，成为不二之选。然而，随着科技的不断进步，某些高端设备对开关切换速度的要求日益严苛，传统的继电器在此时显得力不从心。面对这一挑战，行业内的解决方案往往倾向于选择更高性能的继电器，尽管它们能够满足快速切换的需求，但随之而来的是成本的显著增加。这种权衡在追求性能与成本之间常常让人陷入两难境地。

2、正常情况下，当需要控制继电器进行切换操作时，只需要给继电器的电磁线圈两端施加一定的电压，就会使铁芯产生磁场，从而把衔铁从常闭端吸到常开端，达到切换的目的。但是使铁芯产生足以能把衔铁吸过来的磁力是需要一定时间，这段时间也决定了继电器的切换时间。如何控制铁芯能够更快速地产生磁力是提升电磁继电器性能的关键。鉴于此，我们提出了一种控制电磁继电器加速切换的装置与方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种控制电磁继电器加速切换的装置与方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种控制电磁继电器加速切换的装置，包括电磁继电器本体，所述电磁继电器本体包括线圈；

3、还包括用于发送控制信号的控制信号发射器，所述控制信号发射器的输出端依次电连接有第一电阻、第一三极管和依次与所述线圈电性串联成局部环路的第一二极管、第二二极管、第四电阻、第二三极管、电容；还包括外接于线圈与第二三极管之间的电源、第二三极管与电容之间的接地端和另一个连接于第一三极管的接地端；

4、当所述控制信号发射器输出低电平，电源给电容进行充电并接地，此时所述线圈两端无电流流过；

5、当所述控制信号发射器输出高电平，电源依次经线圈、第一二极管、第一三极管后接地，此时线圈两端有电流流过；

6、同时第二三极管导通且电容停止充电，电源依次经第二三极管、第四电阻第二二极管接入至第一三极管，则施加到线圈两端的电压为电源的输出电压与电容的放电电压之和，实现电磁继电器本体的连接端的快速切换。

7、优选的，所述电磁继电器本体的两相对侧其中一侧设有并排设置的常闭端和常开端、另一侧设有公共端，所述电磁继电器本体内部于常闭端、常开端和公共端之间设有衔铁，所述衔铁靠近所述常开端的一侧外设有铁块，所述线圈设置在所述铁块远离衔铁的一侧外；所述常闭端、所述常开端与所述公共端的端头之间的距离相等，所述衔铁的长度大于或等于所述常闭端到所述公共端的端头之间的距离。

8、优选的，所述衔铁的其中一端始终与所述公共端电连接，所述衔铁可绕着所述公共端的端头转动使得另一端与所述常闭端或所述常开端接触。

9、优选的，所述电磁继电器本体内，线圈在没有通电情况时，所述电磁继电器本体的常闭端与公共端相连接；当给线圈通电施加一定的电压后，基于电生磁原理使得通电导体周围存在磁场，即此时的铁块相当于电磁铁，通电后就会把衔铁吸合到常开端与公共端相连，实现切换；其中，根据欧姆定律i＝u/r，基于安培环路定律的简化形式b∝i可推导出：

10、b∝u/r

11、其中，i表示电流，u表示电压，r表示电阻，b表示磁场强度，∝表示成比例关系；在不考虑几何形状、线圈匝数、阻抗等其他可能的干扰因素的情况下，可得出结论：磁场强度跟线圈两端通电的电压成间接正比关系，在特定时间内，线圈两端的电压越大，产生的磁场强度越强，则衔铁被吸合至常开端的速度就越快。

12、优选的，所述第一三极管为npn型三极管，所述第一三极管的基极与所述第一电阻电连接，所述第一三极管的集电极与第一二极管、第二二极管之间的第二连接相交点电连接，所述第一三极管的发射极与接地端电连接。

13、优选的，所述第一三极管的基极与发射极之间电性并联有第二电阻，所述第一三极管的集电极与发射极之间电性并联有稳压二极管。

14、优选的，所述第二三极管为pnp型三极管，所述第二三极管的基极与所述第四电阻电连接。

15、优选的，所述第二三极管的集电极和电容负极端之间的第一连接相交点处电连接有第三电阻，所述第三电阻的另一端与接地端电连接。

16、优选的，所述第二三极管的发射极电连接有电源，电源与局部环路靠近线圈于所述电容正极端处的第三连接相交点之间还电性并联有第三二极管。

17、本发明的目的之二在于，提供了一种控制电磁继电器加速切换的方法，基于上述的控制电磁继电器加速切换的装置，通过控制线圈两端的电压来控制衔铁吸合的速度；具体包括如下步骤：

18、s1、当控制信号发射器输出一个低电平信号时，第一三极管截止，稳压二极管不导通，又因为第二二极管与第一二极管方向相反，形成不了回路，因此第二三极管也是截止的，所以实际上的回路为电源经过第三二极管，给电容进行充电，最后通过第三电阻回到接地端；也就是说，当控制信号发射器输出低电平时，电路中的其他环路都没有形成回路，线圈两端并没有电流流过，所以电磁继电器本体处于常闭端和公共端相连接；

19、s2、当需要控制电磁继电器本体切换到常开端与公共端相连时，控制信号发射器输出一个高电平信号；控制信号发射器输出高电平后，第一三极管导通，此时形成回路为电源依次经过线圈、第一二极管、第一三极管并回到接地端；其中，稳压二极管的作用是过压保护，当回路中电压突然过高，稳压二极管导通，将引导多余的电流，防止过高的电压到达其他元件；

20、s3、与此同时，由于第二连接相交点与第二三极管的基极存在电势差，所以第二三极管导通，第一连接相交点的电压约等于电源的输出电压(忽略第二三极管的压降)，电容两端的压降几乎为0，所以电容停止充电；此时，瞬间施加到电磁继电器本体的线圈两端的电压由电源的输出电压叠加上电容放电的电压，也就是第三连接相交点的电压，瞬间的叠加电压给到电磁继电器本体的线圈，使得线圈更加快速产生磁场，把衔铁吸合到常开端与公共端相连；

21、s4、当电容电量放完后，此时衔铁已经吸合到常开端了，第三连接相交点的电压恢复到正常，保证衔铁持续吸合在常开端与公共端相连；其中，第三二极管的作用是防止第三连接相交点处于叠加电压时反灌到电源。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果：

23、1.该控制电磁继电器加速切换的装置与方法中，能够在不更换电磁继电器的情况下，通过增加外部硬件控制电路，在电磁继电器切换时，在正常施加给电磁线圈的电压的基础上，通过电容放电方式瞬间叠加两倍的电压，使铁芯更加快速产生磁力，达到快速切换的目的；

24、2.该控制电磁继电器加速切换的装置与方法中，有效地解决了传统电磁继电器切换速度不足的问题，在不更换电磁继电器的前提下，显著提升电磁继电器的切换速度，既满足高端设备对切换速度的要求，又避免因更换高性能电磁继电器而导致的成本大幅增加，实现了性能与成本的良好平衡。