別墅電梯控制系統用交流接觸器問題解決方案*

李 懂，王有萍，米 亮

(天水二一三電器集團有限公司，甘肅 天水 741000)

0 引 言

在國外，別墅內和自建房內安裝一部別墅電梯是比較普遍的，在我國，別墅電梯發展速度迅猛，消費者對別墅電梯的認識和需求也不斷上升，電梯對于別墅來說已是一個必備的家用設備，現代別墅電梯的設計遵從了以安全性為基礎、從個性化出發、以節能環保為核心的設計理念，對其配套使用的交流接觸器提出更高的要求?，F階段，國內所配套別墅電梯控制系統的交流接觸器主要為額定工作電壓AC380V、額定工作電流09～63A的傳統交流接觸器，該類接觸器在電梯行業中主要用于有機房電梯，其對交流接觸器的體積、噪音等問題要求較低，但別墅電梯為無機房電梯，其電控柜安裝在空間狹小的電梯井道內，因此接觸器的體積要盡可能小，且工作時需要無噪音、節能、過壓保護等，為住戶創造安靜、舒適、節能、安全可靠的居住環境，傳統交流接觸器已不適用。

筆者通過重點分析傳統交流接觸器在別墅電梯控制系統中應用和選型所存在的問題，以筆者公司設計開發的GSF5系列交流接觸器為例，介紹了通過模數化設計、觸頭的多樣化設計、內置整流和過壓保護功能的直流雙線圈電磁系統設計、封星方案的優化設計、抱閘回路接觸器的應用和選型方案優化，解決了傳統交流接觸器在別墅電梯應用中遇到的體積大、噪音大、線圈無過壓保護、封星觸點易粘連、抱閘回路接觸器觸點易燒損、信號檢測回饋不可靠等問題，滿足了別墅電梯的特殊要求，實現對別墅電梯的可靠控制，對設備的穩定運行和高效管理有著重要的意義。

1 傳統交流接觸器在別墅電梯控制系統的應用中存在的問題

交流接觸器在別墅電梯的控制系統中主要用于主驅動回路控制、封星回路控制、制動抱閘回路的控制、控制檢測回路，傳統交流接觸器在選型和使用中存在的問題概括如下。

1.1 噪音大、體積大的問題

因別墅電梯均為無機房電梯，對其主驅動回路、制動抱閘回路、封星回路等用的接觸器都要求具有靜音功能，同時體積越小越好；但是目前市場上體積小的無靜音功能，有靜音功能的體積較大，很多別墅電梯生產廠家采用的是線圈交流控制的交流接觸器，雖然解決了體積大的問題，但接觸器在吸合瞬間的明顯撞擊聲和工作中因交流電產生的低頻嗡嗡聲無法消除，經常受到消費者的投訴。

1.2 線圈斷電時產生過電壓燒損主控板繼電器觸點的問題

由于接觸器的控制線圈有電感，線圈突然斷電時，由于電感的電流突變，線圈會產生反電勢，該電勢最大可達線圈工作電壓的8倍左右，極易燒損周圍的小型繼電器和主控板上的電子元器件，同時也會使接觸器的銜鐵產生較強的剩磁，由于銜鐵剩磁的作用，可能導致觸頭不能及時分斷。

1.3 繼電器封星時觸點易粘連

不同電梯廠家的封星方案各不相同，基本分為輔助觸頭組封星、接觸器式繼電器封星(見圖1)、兩開兩閉的接觸器或者三常閉的接觸器封星(見圖2)、封星接觸器封星(見圖3)。

圖1 接觸器式繼電器封星方案

圖2 兩開兩閉的接觸器封星方案

圖3 封星接觸器封星方案

目前無機房的客梯和貨梯中，應用最多的是專用的封星接觸器封星或者是兩開兩閉的接觸器封星方案；在別墅電梯中多用接觸器式繼電器封星，這種方案成本不高，從運行接觸器斷開到封星接觸器式繼電器接通，直流線圈轉換時差一般在85 ms左右，交流線圈轉換時差一般在25 ms左右(實測數據)，因此不會發生變頻器輸出短路，該類接觸器觸點的約定發熱電流為10A，在AC-15/AC380V時，其額定工作電流為0.95A，承載電流能力不夠，在0速0流的情況下封星沒有問題，但在急?；蛘咄蝗粩嚯姷忍厥馇闆r封星時，風險較大，同時封星連線比較復雜。

1.4 制動抱閘回路接觸器選型不當容易造成觸點燒損

電梯的制動回路是通過制動器實現電梯的松閘啟動和抱閘停止，制動器的抱閘線圈電磁鐵可以等同于一個RL器件，屬于直流感性負載(DC-3)，由于制動器的功率小(一般為500 W/DC110V)，因此目前普遍用交流接觸器來控制直流回路，而交流接觸器通常是在AC-3使用類別下工作，因此，在選型時應降容使用，如果選型不當，則容易造成觸電燒損，接觸器使用壽命減少。

1.5 控制檢測回路中的信號回饋不可靠問題

在運行、抱閘、門開關、安全、封星以及救援等控制回路中，回饋信號如果沒有有效傳遞，電梯就會報相應的故障。目前，電梯中接觸器產品回饋信號的觸點為本體自帶的輔助觸點或加掛的輔助觸點，該觸點能夠可靠接通的最小負載容量為24V/10mA，而電梯控制回路反饋信號容量為5V/10mA，甚至更低。

2 解決方案

通過以上分析，別墅電梯接觸器選型和應用的制約因素，主要是由于市場上暫無一款小型化、無噪音、節能、有過壓保護、觸頭型式多樣、觸點容量大的接觸器，來滿足別墅電梯的特殊需求。天水二一三電器集團有限公司針對別墅電梯行業的特殊需求，設計開發出GSF5系列微型接觸器可完全解決以上問題。

2.1 解決噪音大、體積大、節能等問題

(1)GSF5系列接觸器屬于微型接觸器，外形尺寸與微型斷路器一致(18 mm倍數)，相比傳統的接觸器體積減小30%，外形尺寸詳見表1。

表1 GSF5交流接觸器與傳統接觸器外形尺寸對比

(2)GSF5系列產品采用旋轉拍合式、直流電磁系統設計，線圈內置了整流模塊，可交直流通用，消除了傳統接觸器交流磁系統在吸合瞬間的明顯撞擊聲和工作中的低頻嗡嗡聲，工作時聲音更小，更適用于超靜音環境。電磁系統結構如圖4、5所示。

圖4 傳統交流磁系統 圖5 拍合式直流磁系統

(3)接觸器在正常工作狀態下，需長時間通電保持線圈吸合，在此過程中將會消耗大量電能，一般9-32A電流規格的傳統接觸器，其線圈保持功耗范圍為10～11VA；GSF5系列產品線圈采用KM1與KM2雙線圈組合結構的設計，即線圈通電后先由KM1線圈吸合，之后由KM1和KM2雙線圈串聯保持，大幅減小了產品體積，產品功耗最高為4VA/W，相比同規格的傳統接觸器功耗低60%。

2.2 解決線圈斷電時產生過電壓燒損主控板繼電器觸點的問題

通常情況下，解決接觸器線圈斷電所產生的過電壓影響，常規辦法是在線圈兩端加裝過壓抑制模塊，但因此不僅造成產品體積增大，同時成本增加。GSF5系列產品線圈內置了過壓保護、浪涌抑制保護功能芯片，產品體積無變化，可解決線圈斷電產生過壓對主控系統的影響，同時線圈中內置的浪涌保護電阻，可防止線路中產生的浪涌電流對控制線路板燒損。工作原理如圖6所示。

圖6 線圈工作原理圖

2.3 解決繼電器封星時觸點易粘連、信號回饋不可靠的問題

在別墅電梯中，一般封星回路需要至少一開三閉的觸頭組合，其中兩個常閉觸頭作為封星觸點、一個常閉觸點用于回饋信號的檢測回路、一個常開觸點用于線圈控制回路(見圖7)；由于傳統接觸器觸頭型式單一、數量不夠，多數用戶用二開二閉的接觸器或繼電器加掛輔助觸頭組作為封星和信號反饋之用，但在電梯急?；蛲ｋ娗闆r下，由于輔助觸點觸點容量低，出現封星時觸點粘連的風險較大。為此，我們設計開發的GSF5-2513接觸器，能滿足一開三閉主觸頭數量，且產品觸點容量為30A，遠大于輔助觸點10A的容量，同時其外掛的輔助觸點，采用了彈片直動式雙觸點結構設計，最小接通負載為5V/10mA，能滿足別墅電梯弱信號接通要求。

圖7 別墅梯主控回路、封星回路、控制回路接觸器工作原理圖

2.4 解決制動抱閘回路接觸器選型不當的問題

電梯的制動抱閘回路一般為DC110V/4A的直流回路，控制制動器的接觸器最好選用直流接觸器，但目前市場上的直流接觸器體積大、價格高，電梯用戶一般不選用，通常的做法是選用交流接觸器降容使用來控制直流負載，但由于用戶接觸器選型不當，容易造成設備故障報警。在這里為用戶介紹一種使用和選型方案。

(1)交流接觸器的觸頭串聯。一般抱閘回路選用的交流接觸器均為三極或四極，在觸頭接線時，按照圖8的方式串聯接線，需要注意的是最好將負極兩極串聯，正極一極接線，原因是反向自感電動勢電流最先流向負極。在條件許可的情況下，盡可能多的串聯主觸頭極數，是降低拉弧故障的有效措施。

圖8 觸頭串聯方式

試驗驗證：使用一只中間繼電器來控制一臺接觸器的直流線圈(此時中間繼電器模擬抱閘接觸器，接觸器電感線圈模擬抱閘電磁鐵)，繼電器觸頭通過串聯來驗證觸頭拉弧的情況如下：①用繼電器的單極觸點控制電感線圈，在斷電瞬間，繼電器觸點拉弧明顯，弧光呈藍紫色；②用繼電器的兩極觸點串聯控制電感線圈，在斷電瞬間，繼電器觸點依然存在拉弧，但弧光較第一種明顯減弱，呈白色；③用繼電器的三極觸點串聯控制電感線圈，在斷電瞬間，繼電器觸點無拉弧，在頻繁斷電時偶爾可見及弱的弧光。

結論：對控制電感線圈的觸點串聯的數量越多，消弧的效果越明顯，從電弧的顏色可見，電弧的能量也依次減小，電弧對繼電器觸點的燒灼損傷也大大降低。

(2)交流接觸器控制直流負載的選型。在不同的使用類別和額定工作電壓下，主觸頭為單極、雙極、三極串聯時，其最大的工作電流各不相同，詳見表2。

表2 GSF5系列交流接觸器主觸頭分斷直流負載技術數據

別墅電梯的抱閘回路額定工作電壓為DC110V，額定工作電流為4A，因此在選接觸器時，從表2中提供的技術數據作為依據，可選擇GSF5-25/4P產品，并且采用觸頭雙極串聯的型式即可。

3 結 語

別墅電梯在設計中，接觸器被廣泛用于電梯控制回路、抱閘制動回路、封星回路，本文重點分析了別墅電梯對接觸器的特殊要求及接觸器存在的問題，并提出了相應的解決措施；同時，在配置選擇接觸器時，還應結合負載屬性、容量以及實際工況，考慮降容以降低接觸器觸點熔焊風險，延長接觸器的使用壽命。