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技術(shù)文章

提高接觸器設(shè)計(jì)及使用的可靠性
DQZHAN訊：提高接觸器設(shè)計(jì)及使用的可靠性

統(tǒng)交流接觸器應(yīng)該是一種很可靠的電器，但使用中也常發(fā)生線圈燒壞、觸頭粘接、鐵芯發(fā)響。

本文針對(duì)國內(nèi)使用已達(dá)到IEC標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，出現(xiàn)不能可靠工作，進(jìn)行了分析，并提出了用擴(kuò)大線圈工作電壓范圍的方法，

設(shè)計(jì)高可靠的交流接觸器，并簡介其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 寬電壓工作 高可靠接觸器

Abstract Traditional AC contactors should be a kind of reliable electric apparatus, but coil

burned, contacts welded and iron core noises may often happen. This article analyzed some of the

domestic manufactured products which are up to the IEC standard but could not normally operate.

It proposed a method of enlarging coil operating voltage range to design high reliable AC contactors

and briefly introduced the Key point of designing.

Key words wide voltage operating, high reliable contactors.


傳統(tǒng)接觸器在使用中常發(fā)生線圈燒壞、觸頭粘接、鐵芯發(fā)響（三大頑癥）。產(chǎn)生的原因有產(chǎn)品本身的原因，也有使用及電網(wǎng)供電方面的原因。如何提高傳統(tǒng)接觸器的設(shè)計(jì)制造水平，滿足在電網(wǎng)電壓變化范圍較大時(shí)，仍能可靠工作是本文論述的目的。

為了設(shè)計(jì)并制造高質(zhì)量的接觸器，首先必須弄清楚傳統(tǒng)接觸器產(chǎn)生三大故障的原因及其解決的途徑。

1． 鐵芯發(fā)響：究其原因，是交流電磁鐵在電流過零時(shí)，吸力減少到小于反力時(shí)，鐵芯吸合不牢，當(dāng)鐵芯極面不平時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生噪聲，這就是鐵芯發(fā)響。在制造廠發(fā)響的鐵芯是不會(huì)出廠的，盡管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定距離1m處，噪聲不得超過40分貝，但出廠的標(biāo)準(zhǔn)往往是靠人工手感來判定，超過“微麻”就判不合格，目前用手感測(cè)鐵芯是否合格，應(yīng)該說是較嚴(yán)的。當(dāng)然不是一個(gè)科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，但是在生產(chǎn)車間環(huán)境噪聲較高，使用分貝儀測(cè)試鑒別的方法也有不便。當(dāng)手感出現(xiàn)分岐時(shí)，有事先存放的樣品作為判據(jù)。在生產(chǎn)廠減少噪聲的方法，將鐵芯鉚牢、磨平，達(dá)到要求即可。在使用中，出現(xiàn)噪聲而停止使用的情況大致有：
1. 極面有污垢物（如鐵芯生銹、油污垢）；
1. 分磁環(huán)斷；
1. 有異物落在極面上（如細(xì)小固態(tài)顆粒）它們都會(huì)使鐵芯產(chǎn)生較強(qiáng)的噪聲。

2． 線圈燒壞的原因較多：

2.1 設(shè)計(jì)裕度不夠：

2.1.1 漆包線的選用不當(dāng)：為了降低成本，選用耐溫130℃以下的漆包線。甚至選用油性漆包線。

2.1.2 線圈溫升：設(shè)計(jì)一般要求60K以下，高強(qiáng)度聚脂漆包線的耐熱一般選用155℃，有的設(shè)計(jì)人員為了降低成本減少線圈匝數(shù)，提高線圈溫升至70K～80K有的甚至達(dá)到90K，使線圈漆包線長期處在高溫下工作，降低了線圈絕緣強(qiáng)度。

2.1.3 吸力、反力配合不完好：電壓低時(shí)，吸合困難，動(dòng)作時(shí)間長，線圈承受起動(dòng)大電流的時(shí)間增加，更加使線圈發(fā)熱電阻增大，又驅(qū)使吸力更明顯欠缺，吸合更加困難，直至不

能吸合。線圈在空心電抗下工作，線圈電流大很快會(huì)燒壞。


2.1.4 產(chǎn)品工作電壓范圍不夠?qū)挘妷旱陀?5%可能出現(xiàn)熱態(tài)不能吸合，電壓高于110%時(shí)，線圈過熱燒壞。

2.2 生產(chǎn)過程中控制不嚴(yán)或失控：

2.2.1 進(jìn)廠檢驗(yàn)不嚴(yán)：漆包線漆膜不勻，局部露裸線存在針孔超標(biāo)。

2.2.2 線圈繞制工藝存在缺陷，無漲力控制或控制不當(dāng)；繞制線圈時(shí)，控制繞線漲力，是確保線圈不至繞制太松，更不要太緊，使漆包線拉長，造成絕緣耐壓降低。

2.3. 使用中的相關(guān)問題：

2.3.1 控制線圈的電源：由變壓器供電時(shí)，變壓器輸出的電壓，達(dá)不到額定電壓Us的要求值；電壓過高超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2.3.2 控制線圈電壓選用的影響：Us有380V、220V、110V直至12V可供選用，選用的一般原則：

a、Us不宜太高，能用110V不應(yīng)選用380V，因?yàn)楦唠妷涸褦?shù)多，分?jǐn)鄷r(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的過電壓，損壞線圈絕緣，電壓高的線圈，用漆包線更細(xì)一些，細(xì)的漆包線繞制時(shí)漲力控制稍有偏差會(huì)使線圈產(chǎn)生層間、匝間絕緣強(qiáng)度的降低。

b 、Us也不宜太低，能用48V的不宜選12V，因?yàn)楫?dāng)電壓低于20V時(shí)，觸頭接通有時(shí)會(huì)出現(xiàn)接觸不可靠。低電壓線徑較粗，漆包線不會(huì)產(chǎn)生拉伸變細(xì)，但過粗的線徑不便于繞制，尤其是大容量（250A）以上的接觸器，*好不選用Us低于110V的電壓值。

3. 觸頭熔焊產(chǎn)生的原因：

3.1 設(shè)計(jì)選材不合理：有的設(shè)計(jì)人員，認(rèn)為純銀觸頭在25A的電路中耐磨性能不如含銀量低的AgNi10，通過實(shí)踐證明AgNi20在32A電路中，也有較好的耐電磨損性能，為了節(jié)約用銀，有的企業(yè)技術(shù)人員選用含銀量低的AgCdo15觸頭，降低了產(chǎn)品性能。

3.2 生產(chǎn)過程中控制不嚴(yán)或失控：

3.2.1 進(jìn)廠檢驗(yàn)不能控制觸頭質(zhì)量：觸頭制造材料、工藝或成份產(chǎn)生偏差，致使抗熔焊性降低；

3.2.2 為確保觸頭焊接質(zhì)量，對(duì)于焊接的工藝參數(shù)：電流、時(shí)間、壓力等一定要嚴(yán)加控制，否則會(huì)造成觸頭焊接**。

3.2.3 動(dòng)觸頭焊接：因有兩個(gè)觸點(diǎn)，先焊點(diǎn)的熱量，會(huì)影響后焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量，保證后焊點(diǎn)焊接強(qiáng)度的工藝措施尤為重要。

3.3 使用中的相關(guān)問題：

3.3.1 控制線路中的故障（如線圈電路中，常閉觸頭超程小、振動(dòng)時(shí)，觸頭時(shí)通時(shí)斷）

3.3.2 正、反向控制電路設(shè)計(jì)未考慮換接時(shí)的燃弧時(shí)間（尤其是連續(xù)具有反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)的重任務(wù)工作，滅弧室溫升過高，滅弧時(shí)間會(huì)延長。），或由于使用者片面追求快速，將轉(zhuǎn)換延時(shí)單元棄用，而造成電弧短路，使觸頭燒蝕嚴(yán)重直至熔焊而不能分開。

3.3.3 由于接線原因，造成接線處溫升過高：過高的熱量傳遞至觸頭系統(tǒng)，使動(dòng)觸頭變軟或影響觸頭壓力變化，造成觸頭接通熔焊。同時(shí)高溫會(huì)使相間絕緣變壞，造成相間短路。

3.3.4 負(fù)載電路出現(xiàn)故障或短路：致使接觸器分開短路電流而造成熔焊或燒毀。

3.3.5 重載起動(dòng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)電壓Us跌落到85%以下，甚至達(dá)到70%使起動(dòng)接觸器不能可靠吸合，產(chǎn)生抖動(dòng)。主觸頭在起動(dòng)電流下連續(xù)通、斷，電弧熔化觸點(diǎn)，直到熔粘焊牢。

3.3.6 連續(xù)頻繁點(diǎn)動(dòng)：點(diǎn)動(dòng)對(duì)于要求運(yùn)動(dòng)機(jī)械產(chǎn)生很小的位移是一種常用的方法，例如，沖壓機(jī)對(duì)模，起重機(jī)械吊起時(shí)或吊重物要求輕放時(shí)。由于點(diǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)只能轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)很小的角度，就立即分?jǐn)?，連續(xù)頻繁的點(diǎn)動(dòng)，使觸點(diǎn)處在大電流燃弧下工作，使觸點(diǎn)熔焊而粘牢，故障立即發(fā)生。

綜上所述，一個(gè)傳統(tǒng)的好接觸器，能保證做到符合GB、IEC、VDE等標(biāo)準(zhǔn)的要求，但仍然有出現(xiàn)故障的可能。因此如何改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品性能，使產(chǎn)品達(dá)到有較高可靠性已是一個(gè)課題。



4. 高可靠接觸器的設(shè)計(jì)

在95年前后，國內(nèi)某空調(diào)大公司，使用近50萬臺(tái)已得到國外大公司許可證的接觸器。有200余臺(tái)產(chǎn)品（萬分之四）出現(xiàn)線圈燒壞，或觸頭熔焊。某空調(diào)大公司進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，證明產(chǎn)品是符合標(biāo)準(zhǔn)的。這就提出了設(shè)計(jì)高可靠產(chǎn)品的必要性。筆者認(rèn)為問題的出現(xiàn)是由于使用環(huán)境電網(wǎng)電壓存在差異所至，并提出以下設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

4.1 線圈設(shè)計(jì)采用直流工作：消除噪聲，減少功耗。

4.2 設(shè)計(jì)具有寬電壓工作特性的接觸器：在傳統(tǒng)接觸器內(nèi)加入一個(gè)寬電壓工作組件，使交流接觸器具有良好的寬電壓工作

特性。其電路原理圖見圖1




4.3 圖解：


4.3.1 從圖中看出,盡管使用交流電源，但線圈工作在直流電路中,電磁鐵不會(huì)發(fā)響.

4.3.2由于直流工作,徹底根除了線圈繞組中短路匝的危害 。

4.3.3由于直流工作,保持吸合所需電壓（以9A接觸器為例）可減少至8V～10V。線圈實(shí)際功耗僅為0.3瓦左右線圈溫升很低, 線圈不會(huì)因過熱燒壞。 由于電容降壓，線圈繞組承受的工作電壓很低，線圈可避免高工作電壓擊穿損壞絕緣。

4.3.4從圖中可看出,當(dāng)產(chǎn)品完成吸合后,自控開關(guān)K分開，使線圈從直流全壓起動(dòng),轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鞯蛪罕３?，這種工作特性，為允許控制線圈電壓范圍增大留下了空間，當(dāng)工作電壓增加至140%時(shí)，線圈的功耗大約接近2瓦。線圈溫升大約40K,比傳統(tǒng)接觸器還要少20%～30%。

4.4寬電壓工作特性：

寬電壓工作體現(xiàn)在允許線圈工作電壓從傳統(tǒng)接觸器的85%～110%擴(kuò)大到70%～130%。上限到130%主要為確保網(wǎng)絡(luò)電壓偏高時(shí)線圈不燒毀。下限到70%為了確保當(dāng)控制線圈電壓突然跌落至70%時(shí)，產(chǎn)品也能正常工作，根除傳統(tǒng)接觸器在這時(shí)出現(xiàn)的抖動(dòng)吸合，使主電路不會(huì)在6倍起動(dòng)電流時(shí)接通分?jǐn)嚯娐?，避免造成觸點(diǎn)熔焊。設(shè)計(jì)寬電壓工作特性的關(guān)鍵是：

4.4.1吸合電壓：設(shè)計(jì)調(diào)整線徑、匝數(shù)，增加啟動(dòng)安匝數(shù)。必須達(dá)到65%～68%確保線圈在熱態(tài)下不出現(xiàn)抖動(dòng)吸合。

4.4.2釋放電壓：在本設(shè)計(jì)中要求釋放電壓精選較低值，接近標(biāo)準(zhǔn)值(大于0.1Us)，這樣，可獲得較好的釋放特性（一放到底）。釋放電壓的設(shè)計(jì),主要根據(jù)自控開關(guān)的開距以及降壓電容器的容量大小來確定，自控開關(guān)開距大，降壓電容器的容量小，可獲得較高的釋放電壓，自控開關(guān)開距小，降壓電容器的容量大，可獲得較低的釋放電壓值。

4.4.3自控開關(guān)的分?jǐn)鄷r(shí)機(jī)：自控開關(guān)的分?jǐn)鄳?yīng)設(shè)計(jì)在主觸頭接通的前后，對(duì)于主觸頭開距大，動(dòng)觸頭支持件及銜鐵運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的慣量大時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)在主觸頭接通前分?jǐn)?，?duì)于運(yùn)動(dòng)慣量小的系統(tǒng)，只能設(shè)計(jì)在主觸頭接通后斷開或同時(shí)完成。在同一系統(tǒng)中自控開關(guān)在主觸頭接通前分?jǐn)啵冗x擇在主觸頭接通后分?jǐn)嗪?，磁鐵系統(tǒng)的剩余沖擊能量要小些，對(duì)于觸頭產(chǎn)生振動(dòng)小，有益于產(chǎn)品提高機(jī)械壽命和電氣壽命。

5.性能對(duì)比：


以國內(nèi)、外有名的傳統(tǒng)交流接觸器3TF40、3TF51、LC1-09、LC1-150F為例，和已采用寬電壓工作的接觸器BC98-9、BC98-140進(jìn)行對(duì)比：(見表1)



表1



對(duì)比產(chǎn)品型號(hào)


3TF40～3TF51


LC1-9～LC1150F


BC98-9～140




容許線圈工作電壓變化范圍

0.8～1.1Us

0.8～1.1Us

0.7～1.3Us



欠壓吸合抖動(dòng)導(dǎo)致觸頭熔焊

有

有

少（低于0.7Us）



線圈過電壓抑制

無

無

有



磁鐵噪聲

有

有

無



線圈功耗（9A）

2.9W

2.4W

0.3W



線圈功耗（140A）

9.4W

14W

1.2W



線圈溫升（9A）

60K

60K

25K



線圈溫升（140A）

60K

60K

28K



過電壓燒線圈

有

有

無



欠電壓燒線圈

有

有

少（低于0.7Us）




從以上對(duì)比情況可以看出：在傳統(tǒng)交流接觸器內(nèi)安裝有寬電壓工作節(jié)能組件的BC98-交流接觸器，各項(xiàng)對(duì)比項(xiàng)目明顯高于國內(nèi)、外有名的傳統(tǒng)交流接觸器。新一代BC98-交流接觸器克服了傳統(tǒng)交流接觸器容易燒線圈，容易造成觸頭接通熔焊，以及鐵芯發(fā)響等弊病，為提高交流接觸器的可靠性,開辟了一條新路。

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