接觸器磁吹滅弧技術分析

賈國淵

摘 要：接觸器是利用電磁機構的動作來接通或者斷開電路的自動控制電器，可用于較大電流的頻繁操作。接觸器中滅弧裝置主要是用來保證當觸頭斷開電路時產生的電弧可靠的熄滅，減少電弧對觸頭的破壞作用，保證電氣的可靠工作。本文主要以專利數據庫中的檢索結果為分析樣本，從專利文獻的視角對接觸器磁吹滅弧技術的發展進行了全面的分析，總結了與接觸器磁吹滅弧相關的國內外專利的申請趨勢。

關鍵詞：接觸器；滅弧；磁吹滅弧

中圖分類號：U239 文獻標識碼：A

在電工學上，接觸器因可快速切斷交流與直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制電路的特點，固常用于與電動機作為控制對象，也可用作控制工廠設備和各樣電力機組等電力負載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護作用。接觸器的工作原理是：當接觸器線圈通電后，線圈電流會產生磁場，產生的磁場是經鐵芯產生電磁吸力吸引動鐵芯，并帶動交流接觸器點動作，常閉觸點斷開，常開觸點閉合，兩者是聯動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點復原，常開觸點斷開，常閉觸點閉合。然而，在線圈斷電時，觸點之間會產生電弧，電弧會燒蝕觸頭，這極大的損壞了觸頭，具有一定的危害性。因此，如何快速的滅弧成為了接觸器使用的重要難題。

一、接觸器磁吹滅弧技術的發展分析

1 電弧產生的原因及接觸器的滅弧裝置

當接觸器切斷電路時，如果電路電壓不小于10V～12V、電流不小于80mA～100mA時，在觸頭間隙中的自由電子以及觸及陽極表面上所跑出來的電子（陽極高溫產生熱電子發射），因受到觸頭間強電場強度的電場作用，而以高速向陽極方向移動。在電弧間隙中，不斷地與氣體中的原子撞擊，使分離成新的自由電子和正離子，它們在電場及熱運動的作用下，又撞擊其它原子形成電離，這就是電弧間隙中的撞擊電離，不斷撞擊電離的結果使觸頭間隙中大量電子在電場作用下流向陽極，這就是電弧產生和維持的原因。電弧一方面燒蝕觸頭，另一方面使切斷時間延長，因此，在開閉的過程中一定要及時消滅電弧。在接觸器中滅弧裝置主要是用來保證當觸頭斷開電路時產生的電弧可靠的熄滅，減少電弧對觸頭的破壞作用，保證電氣的可靠工作。通常滅弧裝置采用的滅弧方式有：（1）利用觸頭的回路本身電動力滅弧；（2）磁吹滅弧；（3）狹縫滅弧；（4）滅弧柵片滅弧；（5）多斷口滅弧。

2 磁吹滅弧

磁吹滅弧的原理在于電弧在磁場的作用下受力而產生運動，電弧被迅速冷卻，介質強度迅速恢復，從而使電弧熄滅。磁吹滅弧裝置中獲得激磁的方法有兩種：一種是通過磁吹線圈滅弧，一種是通過永久磁鐵滅弧，而磁吹線圈又分為串接激磁和并接激磁兩種。

串接激磁法：主要有磁吹線圈、磁吹鐵芯、導磁極板和滅弧角等組成。磁吹線圈串聯在觸頭回路中，通過線圈的電流就是電弧電流，線圈電流產生磁通，經鐵芯、導磁極板兩出頭件形成回路，在兩觸頭件產生較強的磁通，電弧在磁場中受力而運動，很快離開觸頭而導致在滅弧角上拉長和冷卻，迫使電弧熄滅。其優點是磁吸力的方向不隨電流的方便改變而改變，磁吹的作用力更大；但為了得到一定的磁吹力，就必須增加滅弧線圈的匝數，加大觸頭開距，結果是增加了銅線的消耗和增大了電器的尺寸。

并接激磁法：它的滅弧磁場強度是有獨立的并激線圈產生的，并激線圈內的電流和觸頭上的電弧電流無關，優點在于能得到恒定的磁場強度，因而無論在斷開大電流或小電流都沒有串激磁吹力的過多與不足；缺點是具有方向性，即觸頭上的電流反方向時，磁吹力的方向也相反，往往引起熄滅的困難和灼傷電氣零件。

永久磁鐵產生滅弧磁場法，其工作原理和并接激磁法相同，其主要缺點是具有方向性，但同時具有更多的優越性：（1）無需為裝置滅弧線圈而使結構復雜，滅弧系統的機構可以簡化；（2）不受網絡電壓波動而影響滅弧的磁場強度；（3）沒有電能損耗；（4）在某些結構中可以縮小觸頭的開距。

二、與接觸器磁吹滅弧相關的國內外專利的申請趨勢

1 國外磁吹滅弧的發展

1970年以前美國和德國的磁吹滅弧方式發展比較迅速，專利庫中專利申請量也明顯高于別的國家；在1977年至2006年之間，關于接觸器中磁吹滅弧的專利申請量和申請人數量呈現跨越式增長，成為了磁吹滅弧專利的增長期。進入增長期后美國的申請量開始下降，而日本卻在此期間的申請量實現突增。隨后，由于磁鐵優良的滅弧特性，松下電工株式會社、歐姆龍株式會社、安電株式會社等日本申請人紛紛采用利用永磁體的磁力實現吹弧，其研究重點也從永磁體代替線圈滅弧變換到永磁體的設置位置、永磁體磁性材料的選取等方面，尤其是隨著鋇鐵氧體、稀土鈷永磁的出現，降低了永磁體的成本，為磁吹滅弧方式的發展起到了推動的作用。2006年至今成為了磁吹滅弧方式的成熟期，越來越多的申請人將磁吹滅弧與別的滅弧方式共同作用或者減小方向對永磁滅弧的影響，縮短滅弧時間，保證了滅弧效果。

2 中國磁吹滅弧的發展

在接觸器滅弧技術領域中，中國申請相對較少起步較晚，但是進入21世紀后，尤其是近幾年，國內開關電器企業對磁吹滅弧技術的研發投入，其專利申請量開始逐年增加。可見雖然國內的磁場觸頭技術起步較晚，但與國外的技術差距卻在逐漸縮小。在2002年～2006年之間突飛猛進，同時，國外來華申請量也在激增。專利申請中磁吹滅弧的改進分為了三類，第一類是對永久磁鐵的改進，第二類是對線圈的改進，第三類是將磁吹滅弧與其它滅弧形式相結合。

結語

從國外磁吹滅弧的專利技術發展來看，該技術領域的技術成熟度已經非常高，對于國內的申請人來說，想要繞開國外公司的專利壁壘，開辟新的途徑是比較困難的。畢竟國外的磁吹滅弧技術發展經歷了一個多世紀的漫長發展周期，而國內發展的時期都非常短，國內與國外在該項技術上的存在一定差異。但今后該技術的發展可與其它滅弧方式共同作用。

參考文獻

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