浅谈消弧旁路电路在电磁接触器上的应用

李国强，陈宇江，代茂江

(贵州振华电器群英电器有限公司，贵州贵阳，550018)

1 引言

近年来，随着我国电磁接触器行业向高寿命、高可靠性的方向发展，接触器的灭弧性能提升也在随之不断的改进，出现很多的灭弧方式，如气隙灭弧、磁吹灭弧、充气灭弧、栅隔灭弧、真空灭弧等，本文根据接触器的工作特性结合半导体电子器件特性，提出一种旁路消弧电路，使接触器触头在闭合、断开过程不会产生电弧，以供大家参考。

2 消弧旁路电路构思

电磁接触器在闭合和释放时都存在一个时间参数即闭合时间和释放时间，闭合时间指接触器线圈加电开始直至接触器触点闭合所需的时间；释放时间指接触器线圈断电开始直至接触器触点断开所需的时间。

电子半导体器件导通响应时间迅速，当接触器电磁线圈和电子半导体器件同时供电，电磁接触器线圈在上电瞬间触点还未闭合，电子半导体器件已导通，使触点短路提前闭合，随后触点闭合，电子半导体器件断开；同样当电磁接触器线圈在断电瞬间触点还未断开，电子半导体器件已导通，使触点提前短路直至接触器触点完全分离断开后，电子半导体器件才断开，使接触器触头在闭合、断开时无电弧产生。

3 消弧旁路电路的应用

3.1 消弧旁路电路应用机理

消弧旁路电路与电磁接触器配套使用为接触器配套零部件，可以装配在接触器内部，如图1所示(件1为接触器本体、件2为灭弧旁路)，亦可外置在接触器外部。

图1 消弧旁路内置电磁接触器示意图

消弧旁路可以分为3个部分，分别由消弧旁路控制输入端、隔离端、消弧旁路输出端三部分组成，如图2所示。其中件1为接触器电磁线圈，件2为消弧旁路输入端，件3为消弧旁路隔离端，件4为接触器消弧旁路输出端，件5为接触器触点。消弧旁路控制输入端并联连接在接触器的线圈两端；消弧旁路输出端并联连接在接触器的负载触点两端；隔离端用于隔离接触器的线圈与负载触点。

图2 消弧旁路示意图

消弧旁路控制输入端在接触器的线圈上电和断电时产生短时脉冲，通过隔离端将消弧旁路控制输入端产生的短时脉冲传递至消弧旁路输出端，消弧旁路输出端瞬时短路负载触点。接触器的负载触点在闭合和断开瞬间，消弧旁路输出端将负载触点进行短时导通，使负载触点在闭合和断开瞬间触点间的电压被拉低，起到抑制电弧和消弧作用。

接触器触点闭合过程，如图3所示，线圈在上电瞬间，并联连接的消弧旁路输入端产生短时脉冲1，通过隔离端将短时脉冲传递至消弧旁路输出端，接触器负载触点被消弧旁路输出端短时短接(短时脉冲1)，接触器负载触点闭合波形下降沿2正好落在导通短时脉冲1时间脉宽内，接触器负载触点在闭合时，触点间电压已经被拉低，触点闭合时无电弧产生。

图3 触点闭合与消弧旁路触发波形示意图

接触器触点断开过程，如图4所示，线圈在断电瞬间，并联连接的消弧旁路输入端产生短时脉冲1，通过隔离端将短时脉冲传递至消弧旁路输出端，接触器负载触点被消弧旁路输出端短时短接(短时脉冲1)，接触器负载触点断开波形上升沿2正好落在导通短时脉冲1时间脉宽内，接触器负载触点在断开时，触点间电压已经被拉低，触点断开时无电弧产生。

图4 触点断开与消弧旁路触发波形示意图

3.2 消弧旁路电路设计

消弧旁路电路如图5所示。其中，1为接触器，2为消弧旁路。消弧旁路输入端4并联连接线圈3(coil)两端，消弧旁路输入端由缓冲电路组成，接触器线圈在上电时缓冲电路产生瞬时脉冲，接触器线圈断电时，线圈与缓冲电路共同作用产生瞬时脉冲；瞬时旁路隔离端5由光耦U1组成将接触器控制端线圈电源与负载触点输出端电源进行隔离，并感应传递短时脉冲；消弧旁路输出端6并联连接在接触器负载触点7(K)，由延时电路、功率器件Q3、限流电阻R、二极管D2以及电容C2组成，消弧旁路输出端通过延时处理将短时脉冲传递使功率器件Q3瞬时导通，短接接触器负载触点7(K)，使接触器负载触点在闭合和断开时，触点间电位差相等起到了抑制灭弧的作用，达到提高接触器使用寿命目的。

图5 消弧旁路电路示意图

3.3 消弧旁路电路与接触器匹配情况测试

消弧旁路电路与某型号接触器匹配测试，将消弧旁路的输入端、输出端分别并联在接触器的线圈输入端和接触器触点输出端，然后通过双通道示波器对接触器触点输出以及消弧旁路输出端进行监测，测试状态分为接触器闭合状态瞬间、接触器断开状态瞬间以及接触器闭合、断开运行状态。

以下为3种状态测试捕捉波形图。图6接触闭合瞬间测试波形、图7接触器断开瞬间测试波形、图8接触器闭合、断开运行测试波形。

图6 接触闭合瞬间测试波形

图7 接触器断开瞬间测试波形图

图8 接触器闭合、断开运行测试波形

通过消弧旁路电路与某型号接触器匹配测试，接触器触点闭合瞬间的下降沿以及分断瞬间的上升沿均包络在消弧旁路产生的短时脉冲内。

3.4 产品寿命试验验证

将某型号接触器270Vd.c.、100A(阻性)产品，并联连接消弧旁路进行电寿命验证，电寿命验证试验条件如下表1所示。

表1 电寿命验证试验条件

接触器产品在装配前观察了触点状况，然后将接触器装配完后，在接触器线圈引出端并联连接消弧旁路控制输入端，接触器触点输出端并联连接消弧旁路输出端，然后按表1试验条件进行电寿命试验，产品经10000次寿命试验后，将接触器接触室部分拆开检查产品触点状况，并与试验前产品触点状况进行对比，触点无烧损与寿命试验前触点状况一致。

通过寿命试验验证，消弧旁路应用在接触器上可以对接触器触点闭合、分断起到电弧抑制和消弧作用。

4 结语

本文针对接触器电寿命提升，提出了一种消弧旁路电路并联应用在接触器上，对接触器触点闭合、分断起到电弧抑制和消弧作用，解决电弧对触点烧损，提高接触器电寿命。通过某型号直流接触器与消弧旁路匹配测试以及寿命试验，验证该旁路应用的可行性，为接触器灭弧设计、寿命提升提供了另一种解决途径可供参考和借鉴。