摘 要 傳統(tǒng)交流接觸器應(yīng)該是一種很可靠的電器，但使用中也常發(fā)生線圈燒壞、觸頭粘接、鐵芯發(fā)響。本文針對國內(nèi)使用已達(dá)到IEC標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，出現(xiàn)不能可靠工作，進(jìn)行了分析，并提出了用擴(kuò)大線圈工作電壓范圍的方法，設(shè)計高可靠的交流接觸器，并簡介其設(shè)計要點。 關(guān)鍵詞 寬電壓工作 高可靠接觸器 傳統(tǒng)接觸器在使用中常發(fā)生線圈燒壞、觸頭粘接、鐵芯發(fā)響（三大頑癥）。產(chǎn)生的原因有產(chǎn)品本身的原因，也有使用及電網(wǎng)供電方面的原因。如何提高傳統(tǒng)接觸器的設(shè)計制造水平，滿足在電網(wǎng)電壓變化范圍較大時，仍能可靠工作是本文論述的目的。 為了設(shè)計并制造高質(zhì)量的接觸器，首先必須弄清楚傳統(tǒng)接觸器產(chǎn)生三大故障的原因及其解決的途徑。 1． 鐵芯發(fā)響：究其原因，是交流電磁鐵在電流過零時，吸力減少到小于反力時，鐵芯吸合不牢，當(dāng)鐵芯極面不平時，就會產(chǎn)生噪聲，這就是鐵芯發(fā)響。在制造廠發(fā)響的鐵芯是不會出廠的，盡管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定距離1m處，噪聲不得超過40分貝，但出廠的標(biāo)準(zhǔn)往往是靠人工手感來判定，超過“微麻”就判不合格，目前用手感測鐵芯是否合格，應(yīng)該說是較嚴(yán)的。當(dāng)然不是一個科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，但是在生產(chǎn)車間環(huán)境噪聲較高，使用分貝儀測試鑒別的方法也有不便。當(dāng)手感出現(xiàn)分岐時，有事先存放的樣品作為判據(jù)。在生產(chǎn)廠減少噪聲的方法，將鐵芯鉚牢、磨平，達(dá)到要求即可。在使用中，出現(xiàn)噪聲而停止使用的情況大致有： 1） 極面有污垢物（如鐵芯生銹、油污垢）； 2） 分磁環(huán)斷； 3） 有異物落在極面上（如細(xì)小固態(tài)顆粒）它們都會使鐵芯產(chǎn)生較強的噪聲。 2． 線圈燒壞的原因較多： 2.1 設(shè)計裕度不夠： 2.1.1 漆包線的選用不當(dāng)：為了降低成本，選用耐溫130℃以下的漆包線。甚至選用油性漆包線。 2.1.2 線圈溫升：設(shè)計一般要求60K以下，高強度聚脂漆包線的耐熱一般選用155℃，有的設(shè)計人員為了降低成本減少線圈匝數(shù)，提高線圈溫升至70K～80K有的甚至達(dá)到90K，使線圈漆包線長期處在高溫下工作，降低了線圈絕緣強度。 2.1.3 吸力、反力配合不完好：電壓低時，吸合困難，動作時間長，線圈承受起動大電流的時間增加，更加使線圈發(fā)熱電阻增大，又驅(qū)使吸力更明顯欠缺，吸合更加困難，直至不能吸合。線圈在空心電抗下工作，線圈電流大很快會燒壞。 2.1.4 產(chǎn)品工作電壓范圍不夠?qū)?，電壓低?5%可能出現(xiàn)熱態(tài)不能吸合，電壓高于110%時，線圈過熱燒壞。 2.2 生產(chǎn)過程中控制不嚴(yán)或失控： 2.2.1 進(jìn)廠檢驗不嚴(yán)：漆包線漆膜不勻，局部露裸線存在針孔超標(biāo)。 2.2.2 線圈繞制工藝存在缺陷，無漲力控制或控制不當(dāng)；繞制線圈時，控制繞線漲力，是確保線圈不至繞制太松，更不要太緊，使漆包線拉長，造成絕緣耐壓降低。 2.3. 使用中的相關(guān)問題： 2.3.1 控制線圈的電源：由變壓器供電時，變壓器輸出的電壓，達(dá)不到額定電壓Us的要求值；電壓過高超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 2.3.2 控制線圈電壓選用的影響：Us有380V、220V、110V直至12V可供選用，選用的一般原則： a、Us不宜太高，能用110V不應(yīng)選用380V，因為高電壓匝數(shù)多，分?jǐn)鄷r會產(chǎn)生很高的過電壓，損壞線圈絕緣，電壓高的線圈，用漆包線更細(xì)一些，細(xì)的漆包線繞制時漲力控制稍有偏差會使線圈產(chǎn)生層間、匝間絕緣強度的降低。 b 、Us也不宜太低，能用48V的不宜選12V，因為當(dāng)電壓低于20V時，觸頭接通有時會出現(xiàn)接觸不可靠。低電壓線徑較粗，漆包線不會產(chǎn)生拉伸變細(xì)，但過粗的線徑不便于繞制，尤其是大容量（250A）以上的接觸器，最好不選用Us低于110V的電壓值。 3. 觸頭熔焊產(chǎn)生的原因： 3.1 設(shè)計選材不合理：有的設(shè)計人員，認(rèn)為純銀觸頭在25A的電路中耐磨性能不如含銀量低的AgNi10，通過實踐證明AgNi20在32A電路中，也有較好的耐電磨損性能，為了節(jié)約用銀，有的企業(yè)技術(shù)人員選用含銀量低的AgCdo15觸頭，降低了產(chǎn)品性能。 3.2 生產(chǎn)過程中控制不嚴(yán)或失控： 3.2.1 進(jìn)廠檢驗不能控制觸頭質(zhì)量：觸頭制造材料、工藝或成份產(chǎn)生偏差，致使抗熔焊性降低； 3.2.2 為確保觸頭焊接質(zhì)量，對于焊接的工藝參數(shù)：電流、時間、壓力等一定要嚴(yán)加控制，否則會造成觸頭焊接不良。 3.2.3 動觸頭焊接：因有兩個觸點，先焊點的熱量，會影響后焊點的焊接質(zhì)量，保證后焊點焊接強度的工藝措施尤為重要。 3.3 使用中的相關(guān)問題： 3.3.1 控制線路中的故障（如線圈電路中，常閉觸頭超程小、振動時，觸頭時通時斷） 3.3.2 正、反向控制電路設(shè)計未考慮換接時的燃弧時間（尤其是連續(xù)具有反接制動、能耗制動的重任務(wù)工作，滅弧室溫升過高，滅弧時間會延長。），或由于使用者片面追求快速，將轉(zhuǎn)換延時單元棄用，而造成電弧短路，使觸頭燒蝕嚴(yán)重直至熔焊而不能分開。 3.3.3 由于接線原因，造成接線處溫升過高：過高的熱量傳遞至觸頭系統(tǒng)，使動觸頭變軟或影響觸頭壓力變化，造成觸頭接通熔焊。同時高溫會使相間絕緣變壞，造成相間短路。 3.3.4 負(fù)載電路出現(xiàn)故障或短路：致使接觸器分開短路電流而造成熔焊或燒毀。 3.3.5 重載起動時，網(wǎng)絡(luò)電壓Us跌落到85%以下，甚至達(dá)到70%使起動接觸器不能可靠吸合，產(chǎn)生抖動。主觸頭在起動電流下連續(xù)通、斷，電弧熔化觸點，直到熔粘焊牢。 3.3.6 連續(xù)頻繁點動：點動對于要求運動機(jī)械產(chǎn)生很小的位移是一種常用的方法，例如，沖壓機(jī)對模，起重機(jī)械吊起時或吊重物要求輕放時。由于點動電動機(jī)只能轉(zhuǎn)動一個很小的角度，就立即分?jǐn)?，連續(xù)頻繁的點動，使觸點處在大電流燃弧下工作，使觸點熔焊而粘牢，故障立即發(fā)生。 綜上所述，一個傳統(tǒng)的好接觸器，能保證做到符合GB、IEC、VDE等標(biāo)準(zhǔn)的要求，但仍然有出現(xiàn)故障的可能。因此如何改進(jìn)設(shè)計，提高產(chǎn)品性能，使產(chǎn)品達(dá)到有較高可靠性已是一個課題。 4. 高可靠接觸器的設(shè)計 在95年前后，國內(nèi)某空調(diào)大公司，使用近50萬臺已得到國外大公司許可證的接觸器。有200余臺產(chǎn)品（萬分之四）出現(xiàn)線圈燒壞，或觸頭熔焊。某空調(diào)大公司進(jìn)行了驗證試驗，證明產(chǎn)品是符合標(biāo)準(zhǔn)的。這就提出了設(shè)計高可靠產(chǎn)品的必要性。筆者認(rèn)為問題的出現(xiàn)是由于使用環(huán)境電網(wǎng)電壓存在差異所至，并提出以下設(shè)計要點： 4.1 線圈設(shè)計采用直流工作：消除噪聲，減少功耗。 4.2 設(shè)計具有寬電壓工作特性的接觸器：在傳統(tǒng)接觸器內(nèi)加入一個寬電壓工作組件，使交流接觸器具有良好的寬電壓工作特性。其電路原理圖見圖1 4.3 圖解： 4.3.1 從圖中看出,盡管使用交流電源，但線圈工作在直流電路中,電磁鐵不會發(fā)響. 4.3.2由于直流工作,徹底根除了線圈繞組中短路匝的危害 。 4.3.3由于直流工作,保持吸合所需電壓（以9A接觸器為例）可減少至8V～10V。線圈實際功耗僅為0.3瓦左右線圈溫升很低, 線圈不會因過熱燒壞。 由于電容降壓，線圈繞組承受的工作電壓很低，線圈可避免高工作電壓擊穿損壞絕緣。 4.3.4從圖中可看出,當(dāng)產(chǎn)品完成吸合后,自控開關(guān)K分開，使線圈從直流全壓起動,轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鞯蛪罕３郑@種工作特性，為允許控制線圈電壓范圍增大留下了空間，當(dāng)工作電壓增加至140%時，線圈的功耗大約接近2瓦。線圈溫升大約40K,比傳統(tǒng)接觸器還要少20%～30%。 4.4寬電壓工作特性： 寬電壓工作體現(xiàn)在允許線圈工作電壓從傳統(tǒng)接觸器的85%～110%擴(kuò)大到70%～130%。上限到130%主要為確保網(wǎng)絡(luò)電壓偏高時線圈不燒毀。下限到70%為了確保當(dāng)控制線圈電壓突然跌落至70%時，產(chǎn)品也能正常工作，根除傳統(tǒng)接觸器在這時出現(xiàn)的抖動吸合，使主電路不會在6倍起動電流時接通分?jǐn)嚯娐?，避免造成觸點熔焊。設(shè)計寬電壓工作特性的關(guān)鍵是： 4.4.1吸合電壓：設(shè)計調(diào)整線徑、匝數(shù)，增加啟動安匝數(shù)。必須達(dá)到65%～68%確保線圈在熱態(tài)下不出現(xiàn)抖動吸合。 4.4.2釋放電壓：在本設(shè)計中要求釋放電壓精選較低值，接近標(biāo)準(zhǔn)值（大于0.1Us），這樣，可獲得較好的釋放特性（一放到底）。釋放電壓的設(shè)計,主要根據(jù)自控開關(guān)的開距以及降壓電容器的容量大小來確定，自控開關(guān)開距大，降壓電容器的容量小，可獲得較高的釋放電壓，自控開關(guān)開距小，降壓電容器的容量大，可獲得較低的釋放電壓值。 4.4.3自控開關(guān)的分?jǐn)鄷r機(jī)：自控開關(guān)的分?jǐn)鄳?yīng)設(shè)計在主觸頭接通的前后，對于主觸頭開距大，動觸頭支持件及銜鐵運動系統(tǒng)的慣量大時，應(yīng)設(shè)計在主觸頭接通前分?jǐn)啵瑢τ谶\動慣量小的系統(tǒng)，只能設(shè)計在主觸頭接通后斷開或同時完成。在同一系統(tǒng)中自控開關(guān)在主觸頭接通前分?jǐn)?，比選擇在主觸頭接通后分?jǐn)嗪茫盆F系統(tǒng)的剩余沖擊能量要小些，對于觸頭產(chǎn)生振動小，有益于產(chǎn)品提高機(jī)械壽命和電氣壽命。 5.性能對比： 以國內(nèi)、外著名的傳統(tǒng)交流接觸器3TF40、3TF51、LC1-09、LC1-150F為例，和已采用寬電壓工作的接觸器BC98-9、BC98-140進(jìn)行對比：（見表1） 表1 從以上對比情況可以看出：在傳統(tǒng)交流接觸器內(nèi)安裝有寬電壓工作節(jié)能組件的BC98-交流接觸器，各項對比項目明顯高于國內(nèi)、外著名的傳統(tǒng)交流接觸器。新一代BC98-交流接觸器克服了傳統(tǒng)交流接觸器容易燒線圈，容易造成觸頭接通熔焊，以及鐵芯發(fā)響等弊病，為提高交流接觸器的可靠性,開辟了一條新路。