提高交流接觸器可靠性及電氣壽命的探討

于興橋，江洪

(1.河北金牛化工股份有限公司，河北 滄州 061000;2.河北工程技術高等專科學校電氣系，河北 滄州 061000)

1引言

交流接觸器主要用于低壓配電系統中遠距離控制，操作交流控制電路中的控制設備。隨著工業化程度的不斷提高，對交流接觸器的工作可靠性及電壽命也提出了更高的要求。接觸器的工作原理是，當電磁系統的線圈通電時，動鐵芯由于電磁吸力，克服了機械反力而吸合。通過與動鐵芯的機械連接帶動動觸頭與靜觸頭而閉合，這時反力彈簧受到壓縮，儲存能，進而為接觸器開斷做好準備。當線圈斷電時，電磁吸力小于儲存在彈簧中的機械反力，動鐵芯返回到原來的位置，觸頭斷開。接觸器在通斷進程中會產生大量的電弧，這些電弧的產生不但會影響使用壽命，而且還會對設備的可靠性造成影響。消除的這些因素應注意以下幾個方面。

2 提高觸頭滅弧裝置的可靠性

觸頭是接觸器通斷作用的執行元件，觸頭的工作性能與其結構形式、參數、材料、滅弧裝置及反特性的配合密切相關。如何正確選擇觸頭參數，不僅影響接觸器的動作可靠性、機械壽命、電壽命、通斷能力、溫升等技術性能，在很大程度上決定了磁系統的尺寸。如果觸頭壓力取得過高則會引起磁系統和整個接觸器尺寸的增加。在電弧的高溫作用下，觸頭很容易被熔化和汽化，進而降低接觸器的使用壽命。在觸頭的結構設計，觸頭參數和觸頭材料選擇上，應根據負荷條件選擇觸頭參數。從抗熔焊能力及承受短路電流容量看，單位電流壓力隨電流增加而加大，因此大容量接觸器應選擇較大的觸頭壓力。在選材上，必須選用耐磨損，耐電弧，高硬度和高熔點的觸頭材料。改善吸反特性的配合，減少吸合時沖擊力，盡量減輕觸頭閉合時的彈跳時間。另外在主觸頭回路的設計上，觸頭布置為強磁吹回路，靜觸頭上增設較長得弧角，其邊緣位于縱縫的中心，以利于電弧迅速進入縱縫，考慮到電弧弧根的運動規律并為了提高電壽命，回路用具有良好的導磁導弧的鐵板，并增加鐵弧角和增磁板，這樣有利于加速主、弧觸頭間的電流電弧的轉換和熄滅。縮短電弧的燃燒時間。從而延長觸頭的使用壽命。

3 提高電磁系統的電氣壽命

3.1 吸合電壓

交流接觸器的吸合過程是一個動態過程，電磁系統的吸力特性和反力特性的配合對提高接觸器機械壽命和電壽命是很重要的，良好的特性配合是在保證可靠動作的條件下，盡可能減少運動部件碰撞的剩余能量。依據大量的動態特性計算可知，銜鐵閉合末速度是隨電源電壓和合閘相角的變化呈多峰曲線，變化規律極其復雜。如圖1所示，電磁鐵在銜鐵打開位置的吸力必須大于A點的反力。吸力隨工作氣隙變化的固有規律使得在銜鐵吸合位置時可獲得電磁吸力B比C大得多。使接觸器在閉合中產生強烈的觸頭彈跳和機械磨損。電磁鐵可設計成在閉合位置有較低的吸力并使吸合過程碰撞動能減小。因為電磁鐵在吸合位置時，磁系統的電感比在打開位置時的電感大得多，所以交流電磁鐵能自動調節器它的線圈電流。因此，在設計交流電磁系統時，要想保證電磁系統的可靠工作，交流接觸器必須要有較低的吸合電壓。吸合電壓是指銜鐵從打開位置開始吸動時線圈所施加電壓，主要取決于銜鐵打開位置反力的大小。當吸動電壓小于吸合電壓時就可使銜鐵吸動后運動到接觸器主觸頭剛到接觸位置時被卡住，導致觸頭熔焊，當吸動電壓等于吸合電壓時就不會出現吸合中被卡現象。這將嚴重地影響接觸器工作的可靠性，因此在設計對必須要考慮吸合電壓值，吸合電壓的設計值與標準規定值之間要留有一定的安全裕度。

圖1 接觸器閉合過程中所需的靜態吸力和存在的反力

3.2 釋放電壓

接觸器可靠的釋放要求低的釋放電壓上限值和高的釋放電壓下限值。如果接觸器不能正常釋放，應適當加大銜鐵閉合位置的反力，在銜鐵位于閉合的位置時，磁系統應當有足夠的消磁材料，導軌與觸頭支架間的配合間隙應合理。

釋放電壓的下限值必須注意控制系統的分布電容對接觸器釋放特性的影響，如圖1所示，開關K斷開后，接觸器線圈中的電流仍通過分布電容C形成回路，當電流大于吸持電流是，接觸器就不釋放。

圖2 控制線路的分布電容C對接觸器釋放特性的影響

3.3 消除電磁噪聲

合理的設計分磁環，有利于消除噪音。接觸器噪聲形成的原因有很多，主要是鐵磁材料在變磁場作用下產生磁滯而引起振動。這種聲源是電磁吸力脈動的最小值小于系統的反力導致銜鐵周期振動，因此在設計電磁鐵結構時應布置合理，對材料尺寸嚴加控制。

4 結論

綜上所述，提高交流接觸器的可靠性是十分重要的。可靠性的提高所涉及的方面很廣，這就需要設計人員在材料的選擇、優化設計等方面做到安全可靠，從而達到提高接觸器的使用壽命和工作的可靠性的目的。