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什么是接觸器

發布時間: 2020-09-10  點擊次數: 1316次

     接觸器廣義上是指工業電中利用線圈流過電流產生磁場,使觸頭閉合,以達到控制負載的電器。接觸器分為交流接觸器(電壓AC)和直流接觸器(電壓DC),它應用于電力、配電與用電場合。

接觸器的裝置作用
       在電工學上,因為可快速切斷交流與直流主回路和可頻繁地接通與關斷大電流控制(達800A)電路的裝置,所以經常運用于電動機做為控制對象﹐也可用作控制工廠設備﹑電熱器﹑工作母機和各樣電力機組等電力負載,接觸器不僅能接通和切斷電路,而且還具有低電壓釋放保護作用。接觸器控制容量大,適用于頻繁操作和遠距離控制,是自動控制系統中的重要元件之一。
       在工業電氣中,接觸器的型號很多,工作電流在5A-1000A的不等,其用處相當廣泛。

接觸器的工作原理
       接觸器的工作原理是:當接觸器線圈通電后,線圈電流會產生磁場,產生的磁場使靜鐵芯產生電磁吸力吸引動鐵芯,并帶動交流接觸器點動作,常閉觸點斷開,常開觸點閉合,兩者是聯動的。當線圈斷電時,電磁吸力消失,銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放,使觸點復原,常開觸點斷開,常閉觸點閉合。直流接觸器的工作原理跟溫度開關的原理有點相似。

接觸器的主要結構
      交流接觸器利用主接點來控制電路,用輔助接點來導通控制回路。
      主接點一般是常開接點,而輔助接點常有兩對常開接點和常閉接點,小型的接觸器也經常作為中間繼電器配合主電路使用。
      交流接觸器的接點,由銀鎢合金制成,具有良好的導電性和耐高溫燒蝕性。
      交流接觸器動作的動力源于交流通過帶鐵芯線圈產生的磁場,電磁鐵芯由兩個「山」字形的幼硅鋼片疊成,其中一個固定鐵芯,套有線圈,工作電壓可多種選擇。為了使磁力穩定,鐵芯的吸合面加上短路環。交流接觸器在失電后,依靠彈簧復位。
      另一半是活動鐵芯,構造和固定鐵芯一樣,用以帶動主接點和輔助接點的閉合斷開。
20A以上的接觸器加有滅弧罩,利用電路斷開時產生的電磁力,快速拉斷電弧,保護接點。
       接觸器可高頻率操作,做為電源開啟與切斷控制時﹐操作頻率可達每小時1200次。
接觸器的使用壽命很高,機械壽命通常為數百萬次至一千萬次,電壽命一般則為數十萬次至數百萬次。

技術發展
      交流接觸器制作為一個整體,外形和性能也在不斷提高,但是功能始終不變。
無論技術的發展到什么程度,普通的交流接觸器還是有其重要的地位。
      空氣式電磁接觸器(英文:MAGNETic Contactor):主要由接點系統、電磁操動系統、支架、輔助接點和外殼(或底架)組成。
      因為交流電磁接觸器的線圈一般采用交流電源供電,在接觸器激磁之后,通常會有一聲高分貝的“咯”的噪音,這也是電磁式接觸器的特色。
      80年代后,各國研究交流接觸器電磁鐵的無聲和節電,基本的可行方案之一是將交流電源用變壓器降壓后,再經內部整流器轉變成直流電源后供電,但此復雜控制方式并不多見。

真空接觸器:真空接觸器是接點系統采用真空消磁室的接觸器。
半導體接觸器:半導體接觸器是一種通過改變電路回路的導通狀態和斷路狀態而完成電流操作的接觸器。
永磁接觸器:永磁交流接觸器是利用磁極的同性相斥、異性相吸的原理,用永磁驅動機構取代傳統的電磁鐵驅動機構而形成的一種微功耗接觸器。

接觸器的主要分類
      按主觸點連接回路的形式分為:直流接觸器、交流接觸器。
      按操作機構分為:電磁式接觸器、永磁式接觸器。
      永磁交流接觸器是利用磁極的同性相斥、用永磁驅動機構取代傳統的電磁鐵驅動機構而形成的一種微功耗接觸器國內成熟的產品型號:CJ20J、NSFC1、NSFC2、NSFC3、NSFC4、NSFC5、NSFC12、NSFC19、CJ40J、NSFMR。

直流接觸器
      直流接觸器國內外的發展狀況
      接觸器總體的發展趨勢將朝著長電氣壽命、高可靠性、多功能、環保型、多規格、智能化、可通信化的方向發展。

混合式直流接觸器
      直流電流與交流電流相比較,不存在周期性的電流數值過零點,因此,傳統接觸器開斷電路時,觸頭之間產生的電弧較為強烈,燃弧時間也比較長,以便充分釋放電路中剩余的能量。電弧的燃燒產生高溫和強光,對觸頭表面有嚴重的燒蝕作用,觸頭材料在多次開斷之后逐漸流失,觸頭電磨損嚴重時,導致直流接觸器報廢,不能開斷電路。 [1] 
電力電子技術得以迅猛發展,人們將電力電子元件應用到直流接觸器中,巧妙的創造出一種混合式直流接觸器,使得直流接觸器向智能化、可控化邁進了新的一步。這種混合式接觸器利用傳統直流接觸器在閉合導通狀態下觸頭接觸電阻小、導通壓降小的優點,將由反并聯晶閘管和控制模塊單元共同組成的無觸點開關并聯在傳統直流接觸器觸頭上。這種無觸點的電力電子開關分斷電路時不產生電弧,這就避免了傳統接觸器中電弧對觸頭材料的電磨損,也就大大增加了觸頭的使用壽命和可靠性。

直流接觸器永磁機構
       直流接觸器作為應用廣泛的電氣開關之一,其生產和需求數量巨大,在正常使用過程中,電磁鐵線圈一直通電工作,產生電磁吸力,保證鐵芯和銜鐵吸合,帶動動、靜觸頭閉合,接通電路。在上述過程中,線圈本身存在電阻,持續消耗電能,這是直流接觸器主要的使用成本之一,浪費了大量的能源和財產,因此,如何降低直流接觸器的工作耗能,是研究直流接觸器的關鍵點和重難點。直流接觸器永磁操動機構是一種在傳統直流接觸器電磁操動機構基礎上發展而來,將電磁操動機構和永磁鐵相結合的混合型操動機構,不單單使用原有的電磁吸力和彈簧反力作為鐵心吸合與分離的動力,而是加入了永磁鐵對鐵心的吸引力,采用儲能電容充放電提供合閘、分閘電力,通常稱之為“電磁操動,永磁保持,電子控制”。在分、合閘運動過程中,電磁吸力,永磁吸力與彈簧作用力共同作用,在穩定工作過程中,采用永磁吸力代替之前的電磁吸力,保持銜鐵與鐵芯心的吸合狀態。一則,永磁操動機構大量節約了保持線圈的電能消耗,環保節能。二則,永磁體保持吸合與電磁吸合相比,噪音低,無污染。三則,永磁操動機構剔除了電磁機構中一系列復雜繁瑣鎖扣保護裝置,大大提高了接觸器操動機構的工作可靠性,降低了生產工序和成本,減小了接觸器的體積。

技術現狀
      接觸器電性能測試技術現狀

      

      對接觸器等有觸點開關電器動態檢測技術研究主要集中在以下幾個方面:

      1.以計算機作為上位機,A/D 采樣板或 DSP 作為下位機的觸頭參數自動檢測系統
      采用自行研制的繼電器電壽命計算機檢測與控制裝置在繼電器電壽命試驗的開始、中間、結尾三個不同的時段對過電壓信號進行采集。采用自行研制的A/D采樣板或以DSP為核心的高速數據采集卡,對觸頭接觸壓降、斷開觸頭間電壓、主回路電流等觸頭電氣參數進行采樣??刂撇糠植捎脭底諭/O板通過控制固態繼電器來驅動接觸器或繼電器通斷。軟件方面采用VB編程,中斷處理程序實現數據采樣、邏輯控制等功能。文獻中的數據處理方面主要針對電網頻率、功率因數的計算。通過對采集到的電壓信號的分析,利用快速傅里葉變換將時域信號變換為頻域信號,將變換的結果分別放在實部與虛部的數組中,出現峰值的位置為電網頻率,利用公式計算出電網頻率。將采集到的數據進行傅里葉變換,將時域信號變換為頻域信號,從而計算出電壓和電流的相位,進而求得功率因數。 
      
      2. 基于單片機控制技術的繼電器參數檢測技術
      隨著電器檢測自動化水平的不斷提高,單片機越來越多的應用到各類電器的檢測與控制中。通過改進傳統交流接觸器接通與分斷實驗裝置,采用單片機作為試驗裝置的控制模塊控制交流接觸器通斷,觸頭電氣參數的檢測主要通過電壓、電流互感器、數據采集卡及PC機完成。該裝置可以實現對接觸器接通與分斷過程觸頭電壓、電流等動態波形進行實時數據采集,相比于傳統的示波器檢測,其觸頭電弧燃弧電壓波形記錄準確。采用Visual C++6.0 軟件開發采集程序與人機界面,數據處理程序可以對數據進行實時自動處理,減小了人工處理波形數據而產生的誤差。該試驗方案簡單可行,能夠實現對交流接觸器接通與分斷動態過程中觸頭電壓、電流波形的分析。文獻中張強等人研制的繼電器電參數測試裝置以增強型 89C51單片機為核心,配置交、直流電壓源及觸點檢測電路可以對多種型號交直流電壓繼電器的動作時間、動作電壓、接觸電阻等電氣參數進行測試。在動作時間的測試上,將被測繼電器的常閉觸點接高電平、常開觸點接地,在檢測線圈的額定電壓的同時啟動計時器開始計時,搭建觸點電平檢測電路實時監測觸點電平的變化。根據觸點電平變化情況判斷觸點動作狀態。當電平由高變為低時立即停止計時,此時可以讀出計時器的計時,此時間即為相應的吸合時間。同理可以得到繼電器的釋放時間。同時試驗裝置還可以監測觸點的接觸電阻。該裝置性價比高,對于本課題試驗裝置的研制具有很重要的參考價值。  

      3. 虛擬儀器技術在開關電器參數檢測中的應用
隨著虛擬儀器技術的發展與成熟,虛擬儀器技術越來越多的被應用在繼電器、接觸器等開關電器的測試中。虛擬儀器技術是一種以軟件為中心的新型測量技術,它可以大大降低試驗儀器成本。測量功能主要由軟件編程來實現,在以工控機為核心組成的硬件平臺支持下,通過Lab VIEW軟件開發平臺編程實現儀器的測試功能。Lab VIEW應用庫中加載了很多不同用途的測試與控制模塊,用戶可以在Lab VIEW應用程序下直接調用相關模塊即可實現多種測試功能。與傳統的匯編、VB、VC等文本編程語言相比,Lab VIEW軟件程序的編寫非常簡單。在Lab VIEW環境下安裝數據采集卡的驅動后,即可調用采集卡的功能函數實現對采集卡的控制、數據的采集、處理、顯示等功能。
    
      4. 繼電器時間參數的獲取方法
      繼電器時間參數的檢測主要利用電秒表和光線示波器等模擬試驗的方法得到,傳統檢測方法測量速度慢、誤差大、測量不準確等。隨著計算機技術的發展,越來越多的繼電器檢測裝置應用微處理器,這些檢測裝置其原理大體相同。文獻中提到了一種時間參數檢測電路,該電路主要組成部分為單片機,其檢測原理為:當繼電器觸點閉合時,單片機對應輸入通道電壓為 5V,端口為“1”,當繼電器斷開時,其對應電壓為 0V,I/O端口為“0”。當給繼電器加勵磁電壓時,單片機以足夠小的采樣周期讀取單片機對應的數字I/O端口,經過數據處理,即可計算出相應的時間參數。但是采用此種方法在繼電器接直流負載時基本符合,當接交流負載時,由于交流電壓是交變的,繼電器斷開時時單片機端口電壓的瞬時值也有可能很小或接近于零。因此,在觸點所接回路為交流回路時,利用觸點間電壓瞬時值的大小來判斷觸點的閉合與斷開狀態,誤差就會很大,從而得不到準確的數值。文獻中提到了一種繼電器時間參數的計算機檢測方法,它采用自行研制的采集板卡,其主要由單片機及其外圍電路組成。該方法可以檢測到繼電器動作時間、動作回跳時間、釋放時間、釋放回跳時間等時間參數。單片機接于線圈驅動電路中控制勵磁線圈通電與斷電,采集繼電器閉合與分斷時觸點的狀態,并計算其時間參數。其檢測原理為:當繼電器線圈通電時觸點經過定的動作時間才能夠閉合,因此單片機先采集到數據 0,觸點閉合穩定后采集到 1。在此過程中觸點會產生彈跳,后才能達到穩定狀態,在此期間單片機采集到的數據或為 0 或為 1。設定單片機的采樣周期為 0.01ms,由單片機采集到的數據的地址值乘以采樣周期,即為所求動作時間。 

      5. 接觸器動態性能檢測技術與綜合評判方法
      對電器技術性能的考核主要還是采用型式試驗,該方法側重于考察電器的機械與電氣壽命,并不能對電器的動態特性及其機械電氣壽命的影響進行綜合評估。因此研究基于動態特性檢測的電器性能綜合評估對于電器產品的研制與出廠檢測具有實際指導意義。文獻通過對交流接觸器動態過程進行測試,從觸頭測試波形中提取能夠表征接觸器機械及電氣特性的參數,通過建立接觸器性能綜合評判模型,從而形成接觸器動態性能綜合評判系統。交流接觸器動態測試裝置以DSP為核心,搭建各種信號傳感器,通過RS232 與上位機進行數據通信。該測試裝置可以完成對接觸器勵磁電流、電壓,吸合過程線圈功耗的電氣參數的測量。對本課題試驗裝置的搭建具有實際的指導作用,同時其提出的接觸器性能評判系統對本課題將要研究的接觸器性能退化及可靠性估計具有重要的參考價值。

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