淺談消弧旁路電路在電磁接觸器上的應用

李國強，陳宇江，代茂江

(貴州振華電器群英電器有限公司，貴州貴陽，550018)

1 引言

近年來，隨著我國電磁接觸器行業向高壽命、高可靠性的方向發展，接觸器的滅弧性能提升也在隨之不斷的改進，出現很多的滅弧方式，如氣隙滅弧、磁吹滅弧、充氣滅弧、柵隔滅弧、真空滅弧等，本文根據接觸器的工作特性結合半導體電子器件特性，提出一種旁路消弧電路，使接觸器觸頭在閉合、斷開過程不會產生電弧，以供大家參考。

2 消弧旁路電路構思

電磁接觸器在閉合和釋放時都存在一個時間參數即閉合時間和釋放時間，閉合時間指接觸器線圈加電開始直至接觸器觸點閉合所需的時間；釋放時間指接觸器線圈斷電開始直至接觸器觸點斷開所需的時間。

電子半導體器件導通響應時間迅速，當接觸器電磁線圈和電子半導體器件同時供電，電磁接觸器線圈在上電瞬間觸點還未閉合，電子半導體器件已導通，使觸點短路提前閉合，隨后觸點閉合，電子半導體器件斷開；同樣當電磁接觸器線圈在斷電瞬間觸點還未斷開，電子半導體器件已導通，使觸點提前短路直至接觸器觸點完全分離斷開后，電子半導體器件才斷開，使接觸器觸頭在閉合、斷開時無電弧產生。

3 消弧旁路電路的應用

3.1 消弧旁路電路應用機理

消弧旁路電路與電磁接觸器配套使用為接觸器配套零部件，可以裝配在接觸器內部，如圖1所示(件1為接觸器本體、件2為滅弧旁路)，亦可外置在接觸器外部。

圖1 消弧旁路內置電磁接觸器示意圖

消弧旁路可以分為3個部分，分別由消弧旁路控制輸入端、隔離端、消弧旁路輸出端三部分組成，如圖2所示。其中件1為接觸器電磁線圈，件2為消弧旁路輸入端，件3為消弧旁路隔離端，件4為接觸器消弧旁路輸出端，件5為接觸器觸點。消弧旁路控制輸入端并聯連接在接觸器的線圈兩端；消弧旁路輸出端并聯連接在接觸器的負載觸點兩端；隔離端用于隔離接觸器的線圈與負載觸點。

圖2 消弧旁路示意圖

消弧旁路控制輸入端在接觸器的線圈上電和斷電時產生短時脈沖，通過隔離端將消弧旁路控制輸入端產生的短時脈沖傳遞至消弧旁路輸出端，消弧旁路輸出端瞬時短路負載觸點。接觸器的負載觸點在閉合和斷開瞬間，消弧旁路輸出端將負載觸點進行短時導通，使負載觸點在閉合和斷開瞬間觸點間的電壓被拉低，起到抑制電弧和消弧作用。

接觸器觸點閉合過程，如圖3所示，線圈在上電瞬間，并聯連接的消弧旁路輸入端產生短時脈沖1，通過隔離端將短時脈沖傳遞至消弧旁路輸出端，接觸器負載觸點被消弧旁路輸出端短時短接(短時脈沖1)，接觸器負載觸點閉合波形下降沿2正好落在導通短時脈沖1時間脈寬內，接觸器負載觸點在閉合時，觸點間電壓已經被拉低，觸點閉合時無電弧產生。

圖3 觸點閉合與消弧旁路觸發波形示意圖

接觸器觸點斷開過程，如圖4所示，線圈在斷電瞬間，并聯連接的消弧旁路輸入端產生短時脈沖1，通過隔離端將短時脈沖傳遞至消弧旁路輸出端，接觸器負載觸點被消弧旁路輸出端短時短接(短時脈沖1)，接觸器負載觸點斷開波形上升沿2正好落在導通短時脈沖1時間脈寬內，接觸器負載觸點在斷開時，觸點間電壓已經被拉低，觸點斷開時無電弧產生。

圖4 觸點斷開與消弧旁路觸發波形示意圖

3.2 消弧旁路電路設計

消弧旁路電路如圖5所示。其中，1為接觸器，2為消弧旁路。消弧旁路輸入端4并聯連接線圈3(coil)兩端，消弧旁路輸入端由緩沖電路組成，接觸器線圈在上電時緩沖電路產生瞬時脈沖，接觸器線圈斷電時，線圈與緩沖電路共同作用產生瞬時脈沖；瞬時旁路隔離端5由光耦U1組成將接觸器控制端線圈電源與負載觸點輸出端電源進行隔離，并感應傳遞短時脈沖；消弧旁路輸出端6并聯連接在接觸器負載觸點7(K)，由延時電路、功率器件Q3、限流電阻R、二極管D2以及電容C2組成，消弧旁路輸出端通過延時處理將短時脈沖傳遞使功率器件Q3瞬時導通，短接接觸器負載觸點7(K)，使接觸器負載觸點在閉合和斷開時，觸點間電位差相等起到了抑制滅弧的作用，達到提高接觸器使用壽命目的。

圖5 消弧旁路電路示意圖

3.3 消弧旁路電路與接觸器匹配情況測試

消弧旁路電路與某型號接觸器匹配測試，將消弧旁路的輸入端、輸出端分別并聯在接觸器的線圈輸入端和接觸器觸點輸出端，然后通過雙通道示波器對接觸器觸點輸出以及消弧旁路輸出端進行監測，測試狀態分為接觸器閉合狀態瞬間、接觸器斷開狀態瞬間以及接觸器閉合、斷開運行狀態。

以下為3種狀態測試捕捉波形圖。圖6接觸閉合瞬間測試波形、圖7接觸器斷開瞬間測試波形、圖8接觸器閉合、斷開運行測試波形。

圖6 接觸閉合瞬間測試波形

圖7 接觸器斷開瞬間測試波形圖

圖8 接觸器閉合、斷開運行測試波形

通過消弧旁路電路與某型號接觸器匹配測試，接觸器觸點閉合瞬間的下降沿以及分斷瞬間的上升沿均包絡在消弧旁路產生的短時脈沖內。

3.4 產品壽命試驗驗證

將某型號接觸器270Vd.c.、100A(阻性)產品，并聯連接消弧旁路進行電壽命驗證，電壽命驗證試驗條件如下表1所示。

表1 電壽命驗證試驗條件

接觸器產品在裝配前觀察了觸點狀況，然后將接觸器裝配完后，在接觸器線圈引出端并聯連接消弧旁路控制輸入端，接觸器觸點輸出端并聯連接消弧旁路輸出端，然后按表1試驗條件進行電壽命試驗，產品經10000次壽命試驗后，將接觸器接觸室部分拆開檢查產品觸點狀況，并與試驗前產品觸點狀況進行對比，觸點無燒損與壽命試驗前觸點狀況一致。

通過壽命試驗驗證，消弧旁路應用在接觸器上可以對接觸器觸點閉合、分斷起到電弧抑制和消弧作用。

4 結語

本文針對接觸器電壽命提升，提出了一種消弧旁路電路并聯應用在接觸器上，對接觸器觸點閉合、分斷起到電弧抑制和消弧作用，解決電弧對觸點燒損，提高接觸器電壽命。通過某型號直流接觸器與消弧旁路匹配測試以及壽命試驗，驗證該旁路應用的可行性，為接觸器滅弧設計、壽命提升提供了另一種解決途徑可供參考和借鑒。