雙穩(wěn)態(tài)雙線圈永磁接觸器性能分析

耿 淬

（常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州 213025）

交流接觸器是低壓電氣系統(tǒng)中使用最廣泛的電器之一，用于頻繁接通或分?jǐn)嘟涣麟娐罚浜细黝惱^電器、按鈕等低壓電器可實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)或其他電力負(fù)載定時、聯(lián)鎖、順序等控制，并具有控制容量大、可遠(yuǎn)距離操控及失壓及欠壓保護(hù)等特點(diǎn)。

交流接觸器運(yùn)行時線圈需通電產(chǎn)生電磁吸力來保持吸合狀態(tài)，由于長期通電，線圈的溫度升高會使線圈易燒毀， 同時交流接觸器的長期工作耗能很大，此外，電網(wǎng)電壓降低還會產(chǎn)生觸頭彈跳和噪聲環(huán)境污染。

永磁接觸器是一種利用永磁機(jī)構(gòu)工作的新型器件，永磁機(jī)構(gòu)通過將電磁鐵與永久磁鐵有機(jī)結(jié)合， 實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)機(jī)械或電磁機(jī)構(gòu)的全部功能。它采用電磁操動、永磁保持的工作原理，克服了傳統(tǒng)的電磁式接觸器能耗大、工作噪聲大、受電網(wǎng)電壓影響大等缺點(diǎn)，永磁機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)的最大區(qū)別在于合閘后線圈無需通電即可實(shí)現(xiàn)合閘位置保持功能，可靠性非常高的， 同時所需的操作電能非常小，并可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)運(yùn)行。

1 雙穩(wěn)態(tài)雙線圈永磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

永磁接觸器主要由永磁機(jī)構(gòu)、 分合閘傳動機(jī)構(gòu)、 控制電路、 觸頭系統(tǒng)及滅弧裝置等構(gòu)成。

永磁機(jī)構(gòu)有多種形式，本文說明雙穩(wěn)態(tài)雙線圈永磁操動機(jī)構(gòu)如上圖一（注：請在上圖表明圖一），這種永磁機(jī)構(gòu)利用電磁吸力完成分、合閘操作。它主要由靜動鐵心、分合閘線圈、靜動觸頭、永久磁鐵、觸頭彈簧等構(gòu)成。雙穩(wěn)態(tài)雙線圈永磁機(jī)構(gòu)有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

(1)永久磁鐵與動鐵心固定在一起，并隨之運(yùn)動，雙線圈雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)工作過程中動鐵芯有兩種穩(wěn)定狀態(tài)：分閘保持狀態(tài)，當(dāng)操作機(jī)構(gòu)處于分閘狀態(tài)時，動鐵芯上方，與靜鐵芯上磁極緊密接觸；合閘保持狀態(tài)，動鐵芯處于下最大位移處，與靜鐵芯下磁極緊密接觸。

(2)有兩個靜鐵心和兩個線圈，采用不同的工作磁路分別為分、合閘操作提供驅(qū)動力，進(jìn)行分、合閘操作。依靠永磁力使接觸器的觸頭保持在分閘或合閘極限位置上；合閘是使用合閘線圈的電磁力將機(jī)構(gòu)的鐵心從分閘位置推到合閘位置； 分閘則是使用分閘線圈的電磁力將機(jī)構(gòu)的鐵心從合閘位置推到分閘位置。 無論是合閘還是分閘，線圈產(chǎn)生的磁場方向都與永久磁鐵的方向一致。

(3)由于合閘后動鐵心依靠永久磁鐵提供的磁吸力保持在合閘位置，分合閘線圈中均無電流通過，節(jié)能效果非常明顯，并有效地降低了通電保持而產(chǎn)生的交流噪聲，如永磁機(jī)構(gòu)操作線圈采用直流供電方式，還可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行無噪聲。

2 雙穩(wěn)態(tài)雙線圈永磁式接觸器的工作原理

永磁式接觸器不工作時，動靜鐵心處于釋放狀態(tài)，由反力彈簧來維持這種狀態(tài)。

當(dāng)電磁線圈通電，線圈電流在動靜鐵心的端面產(chǎn)生磁場，使動鐵心從釋放位置快速運(yùn)動到吸合狀態(tài)，由于在吸合過程中，氣隙變小，電磁力變大，吸合速度增加。動鐵芯緊緊的吸在靜鐵芯下磁極上；這種速度特性可以有效減少吸合過程中觸頭的燒損。

當(dāng)電磁線圈斷電后，吸合位置的保持由永磁體產(chǎn)生的磁場力來實(shí)現(xiàn)。在電磁吸合過程中，一方面要完成接觸器由釋放狀態(tài)變成吸合狀態(tài)的功能，同時，在吸合運(yùn)動過程中電磁力和永磁力合力還為接觸器的反力彈簧儲能，以備接觸器的釋放。接觸器釋放時，電磁線圈通電產(chǎn)生與永磁體磁場方向相反的磁場，削弱永磁體產(chǎn)生的永磁力，配合反力彈簧驅(qū)使接觸器斷開。釋放速度快，有效減少釋放期間觸頭電弧的燃燒時間，提高可靠性并減小觸頭的燒損。

3 雙穩(wěn)態(tài)雙線圈永磁接觸器的工作特性

（1）能形成合理的永磁機(jī)構(gòu)磁勢架構(gòu)體。采用了兩路并聯(lián)永久磁鐵構(gòu)成中部磁路(兩塊磁鐵)，可達(dá)到均勻的永磁磁勢，不因線圈磁勢的影響而削弱磁能，實(shí)現(xiàn)永磁能持久不變的能量，使吸合保持與分?jǐn)啾３诌_(dá)到既穩(wěn)定又相對平衡的維持過程。

（2）兩組線圈構(gòu)成線圈磁勢的電磁制動，產(chǎn)生強(qiáng)力的吸合分?jǐn)鄡蓚€過程的電磁磁勢，上下產(chǎn)生的磁勢相應(yīng)互補(bǔ) ，使銜鐵在上下移動的過程減少阻力，降低功耗，并有效回避了反磁勢，削弱永磁磁勢的弱點(diǎn)。

（3）導(dǎo)磁回路運(yùn)用環(huán)路密封磁軛，使永磁磁勢的傳導(dǎo)順暢。由于永磁機(jī)構(gòu)設(shè)置是恒定的，導(dǎo)磁的軛鐵材料，只要導(dǎo)磁率能得到滿足，材料的選擇可以放寬，以降低單位成本。

（4）永磁鐵采用釹鐵硼永磁材料，這種材料的磁能積高，被稱為“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料：磁化曲線是線性的，高剩磁、高矯頑力、高磁能積、高性價比，容易加工各種尺寸及最小規(guī)格，所以設(shè)計時體積可相應(yīng)減小，能達(dá)到較穩(wěn)定的性能使接觸器體積小型化。

4 永磁接觸器的節(jié)能特色

（1）無噪音、無溫升

傳統(tǒng)電磁式交流接觸器工作狀態(tài)下的交變電磁噪音較大，永磁式交流接觸器因?yàn)殡娮幽K內(nèi)選用的是微功耗電子元件，所以在穩(wěn)定工作狀態(tài)的維持電流一般在微安級，最多達(dá)到毫安級。合閘狀態(tài)以永磁力保持 ，從而使接觸器靜音。

(2) 節(jié)能效果明顯。 依靠永磁力進(jìn)行合閘保持， 使合閘線圈在接觸器合閘狀態(tài)下電流為零 ，比傳統(tǒng)產(chǎn)品節(jié)省大量電量。

(3) 不受電網(wǎng)電壓波動干擾 。在臨界電壓下 ， 仍然能可靠吸合，觸頭沒有顫動現(xiàn)象 ， 即使電網(wǎng)瞬間斷電或晃電時， 接觸器能延時 1 ～ 3 S斷開， 能夠可靠躲開瞬間斷電或晃電的影響，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

(4) 壽命長。永磁力在接觸器使用壽命時問內(nèi)幾乎沒有變化 ， 分、合閘速度比傳統(tǒng)的電磁式交流接觸器快 3 ～ 5倍 。 燃弧時間短，觸頭燒蝕小，由于長時間合閘狀態(tài)線圈不耗電. 因而線圈不會被燒毀 ，延長了使用壽命，減少了維修工作量。

(5) 可靠性高。 采用智能式電子模塊控制，分合閘集永磁力、 電磁力共同完成 ， 觸頭不粘連 ，運(yùn)行可靠性高。

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