新型無弧交流接觸器的設(shè)計(jì)

1 概述
　　本文著重介紹了一種能實(shí)現(xiàn)無弧開斷的新型交流接觸器。接觸器是屬于長(zhǎng)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(tǒng)（動(dòng)、靜觸頭及滅弧罩等）都存在常規(guī)設(shè)計(jì)所不能克服的缺點(diǎn)。其觸頭在開斷電路電流時(shí)，不可避免地會(huì)產(chǎn)生電弧，而交流接觸器的電壽命之所以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其機(jī)械壽命，主要就是因?yàn)殚_斷過程中電弧的存在，在強(qiáng)力熄弧、無弧分?jǐn)喾矫嬉酝餐瑯釉谶@方面有很多研究成果，同樣由于可靠性、成本、方案復(fù)雜等原因，市場(chǎng)上成型產(chǎn)品也不多見。基于上面的問題，本文針對(duì)觸頭滅弧系統(tǒng)提出了一種簡(jiǎn)單易行、可靠性高、成本低、性能優(yōu)的解決方案。該方案保留了原接觸器的優(yōu)點(diǎn)，消除了其在開關(guān)過程中產(chǎn)生的火花與電弧，克服了它對(duì)電網(wǎng)的污染和對(duì)無線電的干憂，避免了感性負(fù)載在分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)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(shù)十倍，為各種電子控制系統(tǒng)和動(dòng)力配電系統(tǒng)提供了高可靠元件。詳細(xì)介紹了各自的工作原理、設(shè)計(jì)分析及試驗(yàn)結(jié)論，并已有樣機(jī)在運(yùn)行。
2 無弧分?jǐn)嗟墓ぷ髟?/STRONG>
　　隨著低壓電器技術(shù)的不斷進(jìn)步，如今交流接觸器的機(jī)械壽命已達(dá)1000-1500萬次以上，而電壽命卻只有其機(jī)械壽命的十分之一左右，這其中的原因主要是電弧對(duì)觸頭的燒蝕導(dǎo)致的，傳統(tǒng)的方法一般多在熄弧能力上進(jìn)行改進(jìn)，但都無法徹底消除電弧，即不能實(shí)現(xiàn)無弧分?jǐn)?本方法采用電力電子器件與接觸器主觸頭并聯(lián)，通過簡(jiǎn)單可靠的控制電路對(duì)可控硅的導(dǎo)通和截止時(shí)間與接觸器的固有通斷時(shí)間精確配合進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)主電路的無觸點(diǎn)通斷，也就是實(shí)現(xiàn)無弧通斷。同時(shí)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(diǎn)保持電路的接通狀態(tài)，這樣就克服了單純采用無觸點(diǎn)開關(guān)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(diǎn)并聯(lián)一個(gè)雙向可控硅模塊，接觸器的固有動(dòng)作參數(shù)為：吸合時(shí)間18ms，釋放時(shí)間12ms；圖中的觸發(fā)控制電路是與接觸器線圈同時(shí)得電和失電的，當(dāng)給接觸器線圈通電時(shí)，該觸發(fā)控制電路可在得電后10ms時(shí)給出觸發(fā)信號(hào)，使三對(duì)雙向可控硅瞬間導(dǎo)通，經(jīng)過8ms后，即18ms時(shí)，接觸器的三對(duì)常開觸點(diǎn)閉合，此時(shí)盡管仍有觸發(fā)信號(hào)加在可控硅的觸發(fā)端，由于接觸器閉合的觸點(diǎn)將可控硅的陰陽極短路，所以可控硅處于不工作狀態(tài)，即可控硅只在電路接通的瞬間工作幾個(gè)ms，其后的電路接通工作由接觸器的觸點(diǎn)來完成；當(dāng)接觸器要開斷電路時(shí)，即接觸器線圈斷電時(shí)，在接觸器觸點(diǎn)完全打開之前，由于觸點(diǎn)間接觸電阻的急劇增加，觸點(diǎn)兩端壓降也急劇上升，當(dāng)此壓降僅達(dá)到8-10V左右時(shí)，由于圖中的觸發(fā)控制電路在失電后可保持15ms之內(nèi)一直給出觸發(fā)信號(hào)（依靠電容儲(chǔ)能），這樣與觸點(diǎn)并聯(lián)的可控硅在其兩端壓降達(dá)到8-12V時(shí)，就足以使可控硅轉(zhuǎn)變成導(dǎo)通工作狀態(tài)，隨著接觸器觸點(diǎn)的即將打開，流經(jīng)觸點(diǎn)的電流由于觸點(diǎn)的接觸電阻急劇增大而轉(zhuǎn)移到與之并聯(lián)已變成導(dǎo)通工作狀態(tài)的可控硅上，在12ms時(shí)，接觸器的觸點(diǎn)率先打開，由于幾乎沒有電流通過觸點(diǎn)（電流已幾乎全部轉(zhuǎn)移到可控硅上），打開時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電弧，經(jīng)過3ms后，即15ms時(shí)，觸發(fā)控制電路停止給出觸發(fā)信號(hào)，可控硅截止，從而實(shí)現(xiàn)無弧開斷電路，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電路的無弧分?jǐn)唷?
　　以上無弧分?jǐn)喾桨敢呀?jīng)在做出的樣機(jī)上通過了機(jī)械和電壽命試驗(yàn)，具有安全、可靠、簡(jiǎn)單易行的突出特點(diǎn)，將其應(yīng)用于現(xiàn)大量使用的普通接觸器上，可實(shí)現(xiàn)接觸器革命性的變化。
3 工藝實(shí)現(xiàn)
　　考慮到現(xiàn)有普通接觸器的工藝已基本穩(wěn)定，只須對(duì)其電磁5觸頭滅弧系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單改造即可實(shí)現(xiàn)無弧分?jǐn)喙δ堋?
　　對(duì)于觸頭滅弧系統(tǒng)，因?yàn)橐褜?shí)現(xiàn)無弧分?jǐn)啵蕼缁≌质ピ瓉淼淖饔茫蓪⑵溆靡粋€(gè)由耐高溫絕緣材料制成的外殼代替，外殼內(nèi)的空間恰好將三個(gè)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(duì)大量推廣、使用該技術(shù)是十分有益的。
4 結(jié)論
　　將電力電子器件應(yīng)用于接觸器領(lǐng)域，在觸頭滅弧系統(tǒng)采用電力電子器件雙向可控硅與接觸器觸頭并聯(lián)，通過一定的控制電路使電路的接通與分?jǐn)嗑鶎?shí)現(xiàn)無弧通斷，這種新方法減少了接觸器開斷電路時(shí)觸頭的電磨損，大大提高了交流接觸器的電壽命。同時(shí)，因其實(shí)現(xiàn)了無弧分?jǐn)喙δ埽谑?礦井等易燃易爆場(chǎng)合也可獲得廣泛應(yīng)用。
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