摘 要：敘述了無弧分合閘方案，分析了合閘過程方案及分閘過程方案，指出零電流分斷控制技術(shù)存在的問題，并提出了一種具有明顯分斷口的無弧交流接觸器結(jié)構(gòu)，其大大提高了接觸器的電壽命，可靠地實現(xiàn)了電氣隔離。

關(guān)鍵詞：交流接觸器;電壽命;無弧通斷;分斷口

中圖分類號：TM572.2

Study on the Switching Technology and Methods of Arcless AC Contactor

SU Ji-peng

(Xinzhi Coal Mine of Huozhou Coal Electricity Group Co., Ltd. of Shanxi Province, Huozhou 031412, Shanxi, China)

Abstract: Describes an arcless switching program, analyzes the program of closing process and program of opening process, points out the problems of zero-current breaking control technology, and proposes a kind of structure of arcless AC contactor with obvious breaking points, which improves the electrical life of contactor greatly, and realizes electrical isolation reliably.

Keywords: AC contactor; electrical life; arcless switching; breaking points

0引言

隨著新材料新工藝的采用，交流接觸器機械壽命大幅度提高，只有機械壽命1/10的電壽命成為影響交流接觸器發(fā)展的瓶頸。普通交流接觸器分斷過程也會在大分斷電流影響下產(chǎn)生強烈電弧影響，因此對交流接觸器分斷過程智能改造也是非常必需的，使得交流接觸器分斷過程基本實現(xiàn)無弧化，以提高交流接觸器電壽命，最終提高交流接觸器整體性能，這對綠色、安全、節(jié)約型電網(wǎng)建設(shè)有重要的實際作用和意義.

1 無弧分合閘方案

在使用交流接觸器控制電氣設(shè)備的通斷時，觸點間存在很強的飛弧。特別是頻繁啟動和停止設(shè)備時，更易使觸點粘合或燒毀，需頻繁更換觸頭，增加設(shè)備維修工作量和生產(chǎn)成本，更嚴重時會由于觸點飛弧或燒融而導致生產(chǎn)事故[1]。

為能消除或充分減小分合閘過程中產(chǎn)生的電弧，我們嘗試了以下幾種試驗方法：

a) 同步分斷技術(shù)。即控制交流接觸器在電流過零瞬間分開，并以較快速度拉開到足以承受恢復(fù)電壓而不發(fā)生瞬間擊穿的距離，此時觸頭間隙不會產(chǎn)生電弧。事實上要完全實現(xiàn)同步分斷是十分困難的;

b) 觸頭系統(tǒng)改造技術(shù)。使交流接觸器中間相觸頭開距不同于旁邊兩相的開距，中間相觸頭打開后，經(jīng)過小段時間，其余兩相觸頭才打開(見圖1)。通過控制中間相觸頭的分斷時刻，可以達到三相觸頭均在電流過零點前分斷電路，實現(xiàn)三相電路同步分斷。缺陷是觸頭改造系統(tǒng)同樣是結(jié)合電流過零分斷技術(shù)，實施難度比較大;

圖1 觸頭系統(tǒng)改造原理圖

c) 混合式開關(guān)技術(shù)。即在主觸頭兩端并聯(lián)電力電子器件運行期間由主觸頭分擔電流，分斷過程中由電力電子器件分擔電流，實現(xiàn)微弧或無弧分斷，提高接觸器電壽命。這種方法把雙向可控硅與接觸器主觸點相結(jié)合，真正實現(xiàn)了接觸器的無弧通斷功能，且容易實現(xiàn)，無弧通斷效果明顯。

2 合閘過程方案分析

交流接觸器吸合過程是個很復(fù)雜的動態(tài)過程[2]，普通交流接觸器采用交流勵磁，很容易造成交流接觸器出現(xiàn)鐵芯碰撞和觸頭彈跳問題，而鐵芯碰撞是影響交流接觸器機械壽命的重要因素，觸頭彈跳又是影響交流接觸器電壽命的重要影響因素。

分段直流激磁可很好控制激磁能量以便控制動鐵心吸合速度，減少觸頭彈跳幾率;同時，接觸器穩(wěn)定閉合之后采用直流小電壓便可維持運行，從而大大降低了接觸器運行功耗。分段直流激磁控制原理如圖2所示。

圖2 分段激磁原理圖

圖2中，t1為合閘初相角(合閘時刻)，弧度;t2為第一次激磁回路作用時間，弧度;t3為停止激磁時間段，弧度;t4為第二次激磁回路作用時間，弧度。關(guān)斷強激磁控制回路后，重新停止激磁信號，使交流接觸器鐵心在慣性作用下緩慢吸合，最終實現(xiàn)交流接觸器吸合過程所謂的“軟著陸”，這種激磁控制方案可最大限度減小鐵芯碰撞速度，進而減少或消除觸頭的二次彈跳問題。

3 分閘過程方案分析

零電流分斷控制技術(shù)即微電弧能量分斷控制技術(shù)[3]，目標是使接觸器分斷過程盡可能避免電弧產(chǎn)生。交流電弧具有電流過零特性及“零休”現(xiàn)象。零電流分斷技術(shù)便利用交流電弧此特性，使交流接觸器在電流過零前的小段時間分斷，從而將交流電弧消滅在最初階段。零電流分斷控制技術(shù)是對時間控制精度要求非常高的分斷控制方法，在交流接觸器分斷過程起到改進作用，該控制技術(shù)同樣存在缺陷。

由于零電流分斷控制技術(shù)存在缺陷，提出了無觸點分斷控制技術(shù)，主要做法為在每相主觸頭兩端并聯(lián)1個雙向可控硅，使得分斷瞬間可由雙向可控硅實現(xiàn)分流操作，達到無弧分閘的目的，如圖3所示。相對于零電流分斷控制技術(shù)，無觸點分斷控制技術(shù)可從根本上杜絕電弧產(chǎn)生，實現(xiàn)真正無弧化。無觸點分斷控制技術(shù)對外圍硬件要求不是很高，降低了操作難度。雙向可控硅只是在分斷過程中導通幾毫秒，所以降低了浪涌電流的沖擊影響。

圖3 無觸點無弧分斷控制原理圖

4 存在的問題

零電流分斷控制技術(shù)主要有以下幾點技術(shù)上的不足：

a) 設(shè)計相應(yīng)的過零采樣電路，使每相觸頭輪流在零點進行分斷操作，缺陷是這種控制方法每次操作過程只有1/3概率實現(xiàn)零電流分斷;

b) 由于交流接觸器制造工藝及機構(gòu)之間的差別，交流接觸器每次分斷過程很難保證時間穩(wěn)定，呈現(xiàn)出很大分散性，這也就使得準確控制交流接觸器在某一確定時刻分斷存在很大技術(shù)難度;

c) 零電流分斷是在電流過零之前很小的一段時間動作，附加條件是提高交流接觸器動作速度，這同樣會增加交流接觸器動作機構(gòu)的負擔，給分斷過程造成一定困難;

d) 復(fù)雜的現(xiàn)場情況使得非自適應(yīng)的控制策略顯得乏力，這也進一步增加了交流接觸器控制系統(tǒng)的實現(xiàn)難度。

對于無觸點無弧通斷方法，在接觸器主觸點并聯(lián)雙向可控硅后，會造成接觸器兩端無可見分斷點，沒有實現(xiàn)電氣徹底隔離，一旦可控硅出現(xiàn)故障，可能會把電源與負載端直接連通，造成嚴重后果。

5 新型結(jié)構(gòu)方案

針對無觸點無弧通斷方法存在潛在危險，提出一種具有明顯分斷口的無弧交流接觸器結(jié)構(gòu)。這種新結(jié)構(gòu)里包括2個電磁線圈，2套觸點組，圖4為新型無觸點無弧接觸器的內(nèi)部立體結(jié)構(gòu)示意圖。在第一觸點組兩端并聯(lián)雙向可控硅，以實現(xiàn)無弧通斷;當接觸器處于斷開狀態(tài)時，第二觸點組斷開，用來把電源和負載完全隔離開。這種新型接觸器結(jié)構(gòu)，既保證了電路安全，又實現(xiàn)了無弧通斷。

1.靜鐵芯;2.線圈;3.動鐵芯;4.彈簧;5.支架;6.第一觸點組;7.第二觸點組;8.可控硅導電連接片;9.雙向可控硅模塊

圖4 新型無弧接觸器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

由于這種新型接觸器結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生電弧，因而對接觸器觸頭具有良好保護作用，使接觸器壽命大大提高，而其中的2個線圈不強調(diào)分開或閉合的速度，所以只需要較小功率損耗，達到了節(jié)能降耗目的。

6 結(jié)語

采用在主觸點兩端并聯(lián)雙向可控硅的方法實現(xiàn)接觸器無弧通斷是最優(yōu)方法，但這種方法存在危險，所以提出了一種新型的無弧接觸器結(jié)構(gòu)[4]，實驗表明，這種結(jié)構(gòu)的無弧通斷效果非常好。

這種無弧交流接觸器與常規(guī)交流接觸器使用方法和外觀完全一樣，替換方便，且具有無弧通斷功能，大大提高了接觸器電壽命，取消了特殊材料觸頭的制作并避免了所有因開斷電弧產(chǎn)生的電磁干擾和火災(zāi)風險[5]。在斷開接觸器后，電源側(cè)與負載側(cè)具有明顯分斷口，可靠地實現(xiàn)了電氣隔離，這一點又與常規(guī)接觸器的特性完全一致。

參考文獻：

[1] 許志紅,張培銘.我國低壓電器的發(fā)展與展望[J].電工技術(shù)雜志,2002(5):1-4.

[2] 陳德桂.低壓電器最新技術(shù)發(fā)展動態(tài)[G]//中國電工技術(shù)學會低壓電器專業(yè)委員會.第十二屆全國學術(shù)年會論文集.廣東:中國電工技術(shù)學會低壓電器專業(yè)委員會,2005:1-6.

[3] 許志紅,費鴻俊.低壓電器控制新技術(shù)探討[J].電氣時代,2003(3):64-67.

[4] 陳德桂.交流接觸器技術(shù)發(fā)展動態(tài)[J].低壓電器,2003,46(4):8-12.

[5] 余鐵輝,林文生,翟國富,等.接觸器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢探討[J].機電元件,2006(6):38-45.

原標題:無弧交流接觸器開關(guān)技術(shù)與方法的研究