DQZHAN訊：提高接觸器設計及使用的可靠性
統交流接觸器應該是一種很可靠的電器，但使用中也常發生線圈燒壞、觸頭粘接、鐵芯發響。
本文針對國內使用已達到IEC標準的產品，出現不能可靠工作，進行了分析，并提出了用擴大線圈工作電壓范圍的方法，
設計高可靠的交流接觸器，并簡介其設計要點。
關鍵詞 寬電壓工作 高可靠接觸器
Abstract Traditional AC contactors should be a kind of reliable electric apparatus, but coil
burned, contacts welded and iron core noises may often happen. This article analyzed some of the
domestic manufactured products which are up to the IEC standard but could not normally operate.
It proposed a method of enlarging coil operating voltage range to design high reliable AC contactors
and briefly introduced the Key point of designing.
Key words wide voltage operating, high reliable contactors.
傳統接觸器在使用中常發生線圈燒壞、觸頭粘接、鐵芯發響（三大頑癥）。產生的原因有產品本身的原因，也有使用及電網供電方面的原因。如何提高傳統接觸器的設計制造水平，滿足在電網電壓變化范圍較大時，仍能可靠工作是本文論述的目的。
為了設計并制造高質量的接觸器，首先必須弄清楚傳統接觸器產生三大故障的原因及其解決的途徑。
1． 鐵芯發響：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，當鐵芯極面不平時，就會產生噪聲，這就是鐵芯發響。在制造廠發響的鐵芯是不會出廠的，盡管標準規定距離1m處，噪聲不得超過40分貝，但出廠的標準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，應該說是較嚴的。當然不是一個科學的標準，但是在生產車間環境噪聲較高，使用分貝儀測試鑒別的方法也有不便。當手感出現分岐時，有事先存放的樣品作為判據。在生產廠減少噪聲的方法，將鐵芯鉚牢、磨平，達到要求即可。在使用中，出現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）；
1. 分磁環斷；
1. 有異物落在極面上（如細小固態顆粒）它們都會使鐵芯產生較強的噪聲。
2． 線圈燒壞的原因較多：
2.1 設計裕度不夠：
2.1.1 漆包線的選用不當：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℃，有的設計人員為了降低成本減少線圈匝數，提高線圈溫升至70K～80K有的甚至達到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，更加使線圈發熱電阻增大，又驅使吸力更明顯欠缺，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 產品工作電壓范圍不夠寬，電壓低于85%可能出現熱態不能吸合，電壓高于110%時，線圈過熱燒壞。
2.2 生產過程中控制不嚴或失控：
2.2.1 進廠檢驗不嚴：漆包線漆膜不勻，局部露裸線存在針孔超標。
2.2.2 線圈繞制工藝存在缺陷，無漲力控制或控制不當；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，達不到額定電壓Us的要求值；電壓過高超過標準規定。
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不應選用380V，因為高電壓匝數多，分斷時會產生很高的過電壓，損壞線圈絕緣，電壓高的線圈，用漆包線更細一些，細的漆包線繞制時漲力控制稍有偏差會使線圈產生層間、匝間絕緣強度的降低。
b 、Us也不宜太低，能用48V的不宜選12V，因為當電壓低于20V時，觸頭接通有時會出現接觸不可靠。低電壓線徑較粗，漆包線不會產生拉伸變細，但過粗的線徑不便于繞制，尤其是大容量（250A）以上的接觸器，*好不選用Us低于110V的電壓值。
3. 觸頭熔焊產生的原因：
3.1 設計選材不合理：有的設計人員，認為純銀觸頭在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，為了節約用銀，有的企業技術人員選用含銀量低的AgCdo15觸頭，降低了產品性能。
3.2 生產過程中控制不嚴或失控：
3.2.1 進廠檢驗不能控制觸頭質量：觸頭制造材料、工藝或成份產生偏差，致使抗熔焊性降低；
3.2.2 為確保觸頭焊接質量，對于焊接的工藝參數：電流、時間、壓力等一定要嚴加控制，否則會造成觸頭焊接**。
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、反向控制電路設計未考慮換接時的燃弧時間（尤其是連續具有反接制動、能耗制動的重任務工作，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，將轉換延時單元棄用，而造成電弧短路，使觸頭燒蝕嚴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，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 負載電路出現故障或短路：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，網絡電壓Us跌落到85%以下，甚至達到70%使起動接觸器不能可靠吸合，產生抖動。主觸頭在起動電流下連續通、斷，電弧熔化觸點，直到熔粘焊牢。
3.3.6 連續頻繁點動：點動對于要求運動機械產生很小的位移是一種常用的方法，例如，沖壓機對模，起重機械吊起時或吊重物要求輕放時。由于點動電動機只能轉動一個很小的角度，就立即分斷，連續頻繁的點動，使觸點處在大電流燃弧下工作，使觸點熔焊而粘牢，故障立即發生。
綜上所述，一個傳統的好接觸器，能保證做到符合GB、IEC、VDE等標準的要求，但仍然有出現故障的可能。因此如何改進設計，提高產品性能，使產品達到有較高可靠性已是一個課題。
4. 高可靠接觸器的設計
在95年前后，國內某空調大公司，使用近50萬臺已得到國外大公司許可證的接觸器。有200余臺產品（萬分之四）出現線圈燒壞，或觸頭熔焊。某空調大公司進行了驗證試驗，證明產品是符合標準的。這就提出了設計高可靠產品的必要性。筆者認為問題的出現是由于使用環境電網電壓存在差異所至，并提出以下設計要點：
4.1 線圈設計采用直流工作：消除噪聲，減少功耗。
4.2 設計具有寬電壓工作特性的接觸器：在傳統接觸器內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,當產品完成吸合后,自控開關K分開，使線圈從直流全壓起動,轉變為直流低壓保持，這種工作特性，為允許控制線圈電壓范圍增大留下了空間，當工作電壓增加至140%時，線圈的功耗大約接近2瓦。線圈溫升大約40K,比傳統接觸器還要少20%～30%。
4.4寬電壓工作特性：
寬電壓工作體現在允許線圈工作電壓從傳統接觸器的85%～110%擴大到70%～130%。上限到130%主要為確保網絡電壓偏高時線圈不燒毀。下限到70%為了確保當控制線圈電壓突然跌落至70%時，產品也能正常工作，根除傳統接觸器在這時出現的抖動吸合，使主電路不會在6倍起動電流時接通分斷電路，避免造成觸點熔焊。設計寬電壓工作特性的關鍵是：
4.4.1吸合電壓：設計調整線徑、匝數，增加啟動安匝數。必須達到65%～68%確保線圈在熱態下不出現抖動吸合。
4.4.2釋放電壓：在本設計中要求釋放電壓精選較低值，接近標準值(大于0.1Us)，這樣，可獲得較好的釋放特性（一放到底）。釋放電壓的設計,主要根據自控開關的開距以及降壓電容器的容量大小來確定，自控開關開距大，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自控開關的分斷時機：自控開關的分斷應設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的慣量大時，應設計在主觸頭接通前分斷，對于運動慣量小的系統，只能設計在主觸頭接通后斷開或同時完成。在同一系統中自控開關在主觸頭接通前分斷，比選擇在主觸頭接通后分斷好，磁鐵系統的剩余沖擊能量要小些，對于觸頭產生振動小，有益于產品提高機械壽命和電氣壽命。
5.性能對比：
以國內、外有名的傳統交流接觸器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進行對比：(見表1)
表1
對比產品型號
3TF40～3TF51
LC1-9～LC1150F
BC98-9～140
容許線圈工作電壓變化范圍
0.8～1.1Us
0.8～1.1Us
0.7～1.3Us
欠壓吸合抖動導致觸頭熔焊
有
有
少（低于0.7Us）
線圈過電壓抑制
無
無
有
磁鐵噪聲
有
有
無
線圈功耗（9A）
2.9W
2.4W
0.3W
線圈功耗（140A）
9.4W
14W
1.2W
線圈溫升（9A）
60K
60K
25K
線圈溫升（140A）
60K
60K
28K
過電壓燒線圈
有
有
無
欠電壓燒線圈
有
有
少（低于0.7Us）
從以上對比情況可以看出：在傳統交流接觸器內安裝有寬電壓工作節能組件的BC98-交流接觸器，各項對比項目明顯高于國內、外有名的傳統交流接觸器。新一代BC98-交流接觸器克服了傳統交流接觸器容易燒線圈，容易造成觸頭接通熔焊，以及鐵芯發響等弊病，為提高交流接觸器的可靠性,開辟了一條新路。
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