雙穩態雙線圈永磁接觸器性能分析

耿 淬

（常州劉國鈞高等職業技術學校，江蘇 常州 213025）

交流接觸器是低壓電氣系統中使用最廣泛的電器之一，用于頻繁接通或分斷交流電路，配合各類繼電器、按鈕等低壓電器可實現對電動機或其他電力負載定時、聯鎖、順序等控制，并具有控制容量大、可遠距離操控及失壓及欠壓保護等特點。

交流接觸器運行時線圈需通電產生電磁吸力來保持吸合狀態，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，電網電壓降低還會產生觸頭彈跳和噪聲環境污染。

永磁接觸器是一種利用永磁機構工作的新型器件，永磁機構通過將電磁鐵與永久磁鐵有機結合， 實現了傳統機械或電磁機構的全部功能。它采用電磁操動、永磁保持的工作原理，克服了傳統的電磁式接觸器能耗大、工作噪聲大、受電網電壓影響大等缺點，永磁機構在結構上與傳統電磁機構的最大區別在于合閘后線圈無需通電即可實現合閘位置保持功能，可靠性非常高的， 同時所需的操作電能非常小，并可實現免維護運行。

1 雙穩態雙線圈永磁機構的結構分析

永磁接觸器主要由永磁機構、 分合閘傳動機構、 控制電路、 觸頭系統及滅弧裝置等構成。

永磁機構有多種形式，本文說明雙穩態雙線圈永磁操動機構如上圖一（注：請在上圖表明圖一），這種永磁機構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、觸頭彈簧等構成。雙穩態雙線圈永磁機構有如下結構特點：

(1)永久磁鐵與動鐵心固定在一起，并隨之運動，雙線圈雙穩態永磁機構工作過程中動鐵芯有兩種穩定狀態：分閘保持狀態，當操作機構處于分閘狀態時，動鐵芯上方，與靜鐵芯上磁極緊密接觸；合閘保持狀態，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、合閘操作提供驅動力，進行分、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構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構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，節能效果非常明顯，并有效地降低了通電保持而產生的交流噪聲，如永磁機構操作線圈采用直流供電方式，還可實現運行無噪聲。

2 雙穩態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，由反力彈簧來維持這種狀態。

當電磁線圈通電，線圈電流在動靜鐵心的端面產生磁場，使動鐵心從釋放位置快速運動到吸合狀態，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。

當電磁線圈斷電后，吸合位置的保持由永磁體產生的磁場力來實現。在電磁吸合過程中，一方面要完成接觸器由釋放狀態變成吸合狀態的功能，同時，在吸合運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，電磁線圈通電產生與永磁體磁場方向相反的磁場，削弱永磁體產生的永磁力，配合反力彈簧驅使接觸器斷開。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 雙穩態雙線圈永磁接觸器的工作特性

（1）能形成合理的永磁機構磁勢架構體。采用了兩路并聯永久磁鐵構成中部磁路(兩塊磁鐵)，可達到均勻的永磁磁勢，不因線圈磁勢的影響而削弱磁能，實現永磁能持久不變的能量，使吸合保持與分斷保持達到既穩定又相對平衡的維持過程。

（2）兩組線圈構成線圈磁勢的電磁制動，產生強力的吸合分斷兩個過程的電磁磁勢，上下產生的磁勢相應互補 ，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。

（3）導磁回路運用環路密封磁軛，使永磁磁勢的傳導順暢。由于永磁機構設置是恒定的，導磁的軛鐵材料，只要導磁率能得到滿足，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格，所以設計時體積可相應減小，能達到較穩定的性能使接觸器體積小型化。

4 永磁接觸器的節能特色

（1）無噪音、無溫升

傳統電磁式交流接觸器工作狀態下的交變電磁噪音較大，永磁式交流接觸器因為電子模塊內選用的是微功耗電子元件，所以在穩定工作狀態的維持電流一般在微安級，最多達到毫安級。合閘狀態以永磁力保持 ，從而使接觸器靜音。

(2) 節能效果明顯。 依靠永磁力進行合閘保持， 使合閘線圈在接觸器合閘狀態下電流為零 ，比傳統產品節省大量電量。

(3) 不受電網電壓波動干擾 。在臨界電壓下 ， 仍然能可靠吸合，觸頭沒有顫動現象 ， 即使電網瞬間斷電或晃電時， 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，保證設備的穩定運行。

(4) 壽命長。永磁力在接觸器使用壽命時問內幾乎沒有變化 ， 分、合閘速度比傳統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 ，運行可靠性高。

[1]朱勝龍，朱翔，嚴金城. 永磁機構在接觸器中的應用[J].電工電氣，2009（7）.

[2]吳光，雙穩態永磁操動機構在接觸器上的成功實踐[J].電氣開關，2003（3）.

[3]汪先兵，林鶴云，房淑華，金平，毛萬縛永磁接觸器的發展與研究綜述 ，低壓電器， 2009（7）.

[4]陳德桂，劉穎異。討論和分析近期低壓電器的若干新技術（J），低壓電器，2009（3）.

[5]衣懷峰. 永磁交流接觸器技術分析及應用（J），中國化工裝備，2008（3）.