提高交流接触器可靠性及电气寿命的探讨

于兴桥，江洪

(1.河北金牛化工股份有限公司，河北 沧州 061000;2.河北工程技术高等专科学校电气系，河北 沧州 061000)

1引言

交流接触器主要用于低压配电系统中远距离控制，操作交流控制电路中的控制设备。随着工业化程度的不断提高，对交流接触器的工作可靠性及电寿命也提出了更高的要求。接触器的工作原理是，当电磁系统的线圈通电时，动铁芯由于电磁吸力，克服了机械反力而吸合。通过与动铁芯的机械连接带动动触头与静触头而闭合，这时反力弹簧受到压缩，储存能，进而为接触器开断做好准备。当线圈断电时，电磁吸力小于储存在弹簧中的机械反力，动铁芯返回到原来的位置，触头断开。接触器在通断进程中会产生大量的电弧，这些电弧的产生不但会影响使用寿命，而且还会对设备的可靠性造成影响。消除的这些因素应注意以下几个方面。

2 提高触头灭弧装置的可靠性

触头是接触器通断作用的执行元件，触头的工作性能与其结构形式、参数、材料、灭弧装置及反特性的配合密切相关。如何正确选择触头参数，不仅影响接触器的动作可靠性、机械寿命、电寿命、通断能力、温升等技术性能，在很大程度上决定了磁系统的尺寸。如果触头压力取得过高则会引起磁系统和整个接触器尺寸的增加。在电弧的高温作用下，触头很容易被熔化和汽化，进而降低接触器的使用寿命。在触头的结构设计，触头参数和触头材料选择上，应根据负荷条件选择触头参数。从抗熔焊能力及承受短路电流容量看，单位电流压力随电流增加而加大，因此大容量接触器应选择较大的触头压力。在选材上，必须选用耐磨损，耐电弧，高硬度和高熔点的触头材料。改善吸反特性的配合，减少吸合时冲击力，尽量减轻触头闭合时的弹跳时间。另外在主触头回路的设计上，触头布置为强磁吹回路，静触头上增设较长得弧角，其边缘位于纵缝的中心，以利于电弧迅速进入纵缝，考虑到电弧弧根的运动规律并为了提高电寿命，回路用具有良好的导磁导弧的铁板，并增加铁弧角和增磁板，这样有利于加速主、弧触头间的电流电弧的转换和熄灭。缩短电弧的燃烧时间。从而延长触头的使用寿命。

3 提高电磁系统的电气寿命

3.1 吸合电压

交流接触器的吸合过程是一个动态过程，电磁系统的吸力特性和反力特性的配合对提高接触器机械寿命和电寿命是很重要的，良好的特性配合是在保证可靠动作的条件下，尽可能减少运动部件碰撞的剩余能量。依据大量的动态特性计算可知，衔铁闭合末速度是随电源电压和合闸相角的变化呈多峰曲线，变化规律极其复杂。如图1所示，电磁铁在衔铁打开位置的吸力必须大于A点的反力。吸力随工作气隙变化的固有规律使得在衔铁吸合位置时可获得电磁吸力B比C大得多。使接触器在闭合中产生强烈的触头弹跳和机械磨损。电磁铁可设计成在闭合位置有较低的吸力并使吸合过程碰撞动能减小。因为电磁铁在吸合位置时，磁系统的电感比在打开位置时的电感大得多，所以交流电磁铁能自动调节器它的线圈电流。因此，在设计交流电磁系统时，要想保证电磁系统的可靠工作，交流接触器必须要有较低的吸合电压。吸合电压是指衔铁从打开位置开始吸动时线圈所施加电压，主要取决于衔铁打开位置反力的大小。当吸动电压小于吸合电压时就可使衔铁吸动后运动到接触器主触头刚到接触位置时被卡住，导致触头熔焊，当吸动电压等于吸合电压时就不会出现吸合中被卡现象。这将严重地影响接触器工作的可靠性，因此在设计对必须要考虑吸合电压值，吸合电压的设计值与标准规定值之间要留有一定的安全裕度。

图1 接触器闭合过程中所需的静态吸力和存在的反力

3.2 释放电压

接触器可靠的释放要求低的释放电压上限值和高的释放电压下限值。如果接触器不能正常释放，应适当加大衔铁闭合位置的反力，在衔铁位于闭合的位置时，磁系统应当有足够的消磁材料，导轨与触头支架间的配合间隙应合理。

释放电压的下限值必须注意控制系统的分布电容对接触器释放特性的影响，如图1所示，开关K断开后，接触器线圈中的电流仍通过分布电容C形成回路，当电流大于吸持电流是，接触器就不释放。

图2 控制线路的分布电容C对接触器释放特性的影响

3.3 消除电磁噪声

合理的设计分磁环，有利于消除噪音。接触器噪声形成的原因有很多，主要是铁磁材料在变磁场作用下产生磁滞而引起振动。这种声源是电磁吸力脉动的最小值小于系统的反力导致衔铁周期振动，因此在设计电磁铁结构时应布置合理，对材料尺寸严加控制。

4 结论

综上所述，提高交流接触器的可靠性是十分重要的。可靠性的提高所涉及的方面很广，这就需要设计人员在材料的选择、优化设计等方面做到安全可靠，从而达到提高接触器的使用寿命和工作的可靠性的目的。