新型無弧交流接觸器的設計

1 概述
　　本文著重介紹了一種能實現無弧開斷的新型交流接觸器。接觸器是屬于長期工作制的、用途最為廣泛的低壓電器之一，但一般的交流接觸器其觸頭滅弧系統（動、靜觸頭及滅弧罩等）都存在常規設計所不能克服的缺點。其觸頭在開斷電路電流時，不可避免地會產生電弧，而交流接觸器的電壽命之所以遠遠低于其機械壽命，主要就是因為開斷過程中電弧的存在，在強力熄弧、無弧分斷方面以往也同樣在這方面有很多研究成果，同樣由于可靠性、成本、方案復雜等原因，市場上成型產品也不多見。基于上面的問題，本文針對觸頭滅弧系統提出了一種簡單易行、可靠性高、成本低、性能優的解決方案。該方案保留了原接觸器的優點，消除了其在開關過程中產生的火花與電弧，克服了它對電網的污染和對無線電的干憂，避免了感性負載在分斷時產生的過壓沖擊，提高了交流接觸器的工作頻率，使交流接觸器的壽命提高了數十倍，為各種電子控制系統和動力配電系統提供了高可靠元件。詳細介紹了各自的工作原理、設計分析及試驗結論，并已有樣機在運行。
2 無弧分斷的工作原理
　　隨著低壓電器技術的不斷進步，如今交流接觸器的機械壽命已達1000-1500萬次以上，而電壽命卻只有其機械壽命的十分之一左右，這其中的原因主要是電弧對觸頭的燒蝕導致的，傳統的方法一般多在熄弧能力上進行改進，但都無法徹底消除電弧，即不能實現無弧分斷1本方法采用電力電子器件與接觸器主觸頭并聯，通過簡單可靠的控制電路對可控硅的導通和截止時間與接觸器的固有通斷時間精確配合進行控制，實現主電路的無觸點通斷，也就是實現無弧通斷。同時在主電路的正常接通期間，電力電子器件可控硅不工作，仍由接觸器的觸點保持電路的接通狀態，這樣就克服了單純采用無觸點開關抗浪涌電流能力差的缺陷。
其工作原理如圖1所示。

　　這里以CJ20-315A交流接觸器為例，圖中交流接觸器的每相觸點并聯一個雙向可控硅模塊，接觸器的固有動作參數為：吸合時間18ms，釋放時間12ms；圖中的觸發控制電路是與接觸器線圈同時得電和失電的，當給接觸器線圈通電時，該觸發控制電路可在得電后10ms時給出觸發信號，使三對雙向可控硅瞬間導通，經過8ms后，即18ms時，接觸器的三對常開觸點閉合，此時盡管仍有觸發信號加在可控硅的觸發端，由于接觸器閉合的觸點將可控硅的陰陽極短路，所以可控硅處于不工作狀態，即可控硅只在電路接通的瞬間工作幾個ms，其后的電路接通工作由接觸器的觸點來完成；當接觸器要開斷電路時，即接觸器線圈斷電時，在接觸器觸點完全打開之前，由于觸點間接觸電阻的急劇增加，觸點兩端壓降也急劇上升，當此壓降僅達到8-10V左右時，由于圖中的觸發控制電路在失電后可保持15ms之內一直給出觸發信號（依靠電容儲能），這樣與觸點并聯的可控硅在其兩端壓降達到8-12V時，就足以使可控硅轉變成導通工作狀態，隨著接觸器觸點的即將打開，流經觸點的電流由于觸點的接觸電阻急劇增大而轉移到與之并聯已變成導通工作狀態的可控硅上，在12ms時，接觸器的觸點率先打開，由于幾乎沒有電流通過觸點（電流已幾乎全部轉移到可控硅上），打開時不會產生電弧，經過3ms后，即15ms時，觸發控制電路停止給出觸發信號，可控硅截止，從而實現無弧開斷電路，這樣就實現了對電路的無弧分斷。
　　以上無弧分斷方案已經在做出的樣機上通過了機械和電壽命試驗，具有安全、可靠、簡單易行的突出特點，將其應用于現大量使用的普通接觸器上，可實現接觸器革命性的變化。
3 工藝實現
　　考慮到現有普通接觸器的工藝已基本穩定，只須對其電磁5觸頭滅弧系統進行簡單改造即可實現無弧分斷功能。
　　對于觸頭滅弧系統，因為已實現無弧分斷，故滅弧罩失去原來的作用，可將其用一個由耐高溫絕緣材料制成的外殼代替，外殼內的空間恰好將三個雙向可控硅及其控制電路置于其中，這樣保證改造后的接觸器與原來的接觸器外型尺寸一致，并且接線方式等一切外特性均保持不變。這對大量推廣、使用該技術是十分有益的。
4 結論
　　將電力電子器件應用于接觸器領域，在觸頭滅弧系統采用電力電子器件雙向可控硅與接觸器觸頭并聯，通過一定的控制電路使電路的接通與分斷均實現無弧通斷，這種新方法減少了接觸器開斷電路時觸頭的電磨損，大大提高了交流接觸器的電壽命。同時，因其實現了無弧分斷功能，在石化5礦井等易燃易爆場合也可獲得廣泛應用。
參考文獻
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