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接触器 编辑词条词条保护

词条创建者 随风

接触器简介

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接触器(contactor)是在外界输入信号下,利用电磁力使触点打开或闭合,从而自动接通或断开带有负载主电路(如电动机)的自动控制电器。1适用于频繁操作、远距离控制强电流电路,并具有低压释放的保护性能、工作可靠、寿命长和体积小等优点。是继电器接触器控制系统中最重要和常用的元件之一。

接触器由电磁系统、触头系统、灭弧系统、释放弹簧及基座等几部分构成3通常分为交流接触器和直流接触器两种。基本参数有主触点的额定电流、主触点允许切断电流、触点数、线圈电压、操作频率、机械寿命和电寿命等。4广泛应用于航天、航空、兵器、船舶、电子等系统装备中。

接触器工作原理

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接触器的工作原理是利用电磁铁吸力及弹簧反作用力配合动作,使触头接通或断开。当吸引线圈通电时,铁芯被磁化,吸引衔铁向下运动,使得常闭触头断开,常开触头闭合。当线圈断电时,磁力消失,在弹簧反作用力的作用下,衔铁回到原来位置,也就使触头恢复到原来状态。下图为接触器的结构原理图,动断触头(常闭触头)1和动合触头(常开触头)2在通电前在弹簧3作用下,分别处于闭合和打开状态。当线圈5得电后,产生磁场并由静铁芯6将动铁芯(衔铁)4吸住,与动铁芯连接的触头立即进人相反的状态,即常开触头闭合常闭触头断开。

接触器

接触器基本构造

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接触器由电磁系统、触头系统、灭弧系统、释放弹簧及基座等几部分构成,如下图所示。电磁系统包括线圈、静铁芯和动铁芯(衔铁);触头系统包括用于接通、切断主电路的主触头和用于控制电路的辅助触头;灭弧装置用于迅速切断主触头断开时产生的电弧(一个很大的电流),以免使主触头烧毛、熔焊,对于容量较大的交流接触器,常采用灭弧栅灭弧。

接触器

电磁系统

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电磁系统用来操纵触点的闭合与分断,由铁芯、线圈及衔铁三部分组成,铁芯及衔铁形状均为E形,一般由硅钢片叠压后铆成,以减小交变磁场在铁芯中产生的涡流和磁滞损耗,防止铁芯过热。

在实际运行过程中,交流接触器的电磁机构衔铁不仅受释放弹簧及其他机构阻力的作用,还受交流励磁电流过零时的影响,使衔铁振动,发出噪声。消除振动和噪声的措施是在铁芯上加装短路环(又称减振环或分磁环)。加装短路环后,交变磁通Φ1的一部分通过短路环,在短路环中产生感应电流,该电流在短路环中也会产生磁通,使得短路环中的磁通变成Φ2,Φ1与Φ2的相位不同,即Φ1与Φ2,不会同时过零,由它们产生的电磁力F1和F2也不会同时为零,从而使铁芯始终吸引衔铁,振动和噪声会显著减小。

触头系统

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接触器的触头用来接通或断开电路,按其接触情况可以分为点接触式、线接触式和面接触式三种。根据用途不同,触点分为主触点和辅助触点两种。主触点用来接通或断开电流较大的主电路,一般由接触面较大的常开触点组成。辅助触点用来接通或断开小电流的控制电路,由常开和常闭触点成对组成。当接触器未工作时,处于断开状态的触点称为常开(或动合)触点;当接触器未工作时,处于接通状态的触点称为常闭(或动断)触点。

灭弧装置

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交流接触器在分断大电流电路时会在动、静触点之间产生很强的电弧,电弧是触点间气体在强电场作用下产生的放电现象。电弧一方面会烧伤触点,另一方面会使电路的切断时间延长,甚至引起其他事故。因此,灭弧是接触器的主要任务之一。电弧的熄灭方法一般采用双断口结构的电动力灭弧和半封闭式绝缘栅片陶土灭火罩,前者适用于容量较小(10A以下)的接触器,后者适用于容量较大的接触器。

接触器基本分类

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按照流过主触点的电流类型分类

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按照流过主触点的电流类型分类,接触器可分为交流接触器和直流接触器。

交流接触器

交流接触器用于控制额定电压至660V或1140V、电流至1000A的交流电路,频繁地接通和分断以控制交流电动机等电气设备电路。

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直流接触器

直流接触器主要用于远距离接通和分断直流电路,以及频繁地起动、停止、反转和反接制动直流电动机、也可用于频繁地接通和断开起重电磁铁、电磁阀、离合器的电磁线圈等。

接触器

按操作方式分

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按操作方式分为电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器。

电磁接触器

电磁接触器是在工业控制中应用非常广泛的一种电器。在电力机车上用来频繁地接通或切断带有负载的辅助电路或大容量的控制电路。与其他开关电器相比,它具有可动作频繁,能通断较大电流,可以实现一定距离的控制等特点。

接触器

1-支架;2-调整垫板;3-停挡;4-铁芯;5-衔铁;6-调整螺钉;7-开断弹簧;8、9、11-螺钉;10-导磁体;12-底盘;13-磁轭;14-螺栓;15-绝缘垫片;16-线圈;17-灭弧罩;18透明罩;19-触头支持件;20-垫圈;21-辅助触头;22-主触头;23-灭弧线圈

气动接触器

如果是由压缩空气装置驱动的,则称气动接触器。

电磁气动接触器

如果是通过电磁阀控制压缩空气装置驱动的,则称电气气动接触器。

接触器技术参数

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参数

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接触器的主要技术参数有极数和电流种类、额定工作电压、额定工作电流、约定发热电流、额定通断能力、线圈额定工作电压、允许操作频率、机械寿命和电气寿命、接触器线圈的启动功率和吸持功率、使用类别等。

(1)接触器的极数和电流种类。按接触器接通与断开主电路电流种类不同,分为直流接触器和交流接触器,按接触器主触头的个数不同又分为两极、三极与四极接触器。

(2)额定电压。接触器额定工作电压是指主触头之间的正常工作电压值,也就是指主触头所在电路的电源电压。直流接触器额定电压有:110V、220V、440V、660V;交流接触器额定电压有:127V、220V、380V、500V、660V。

(3)额定工作电流。接触器额定工作电流是指主触头正常工作时通过的电流值。直流接触器的额定工作电流有40A。

(4)约定发热电流。指在规定条件下试验时,电流在8h工作制下,各部分温升不超过极限时接触器所承载的最大电流。对老产品只讲额定工作电流,对新产品则有约定发热电流和额定工作电流之分。

(5)额定通断能力。指接触器主触头在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。在此电流值下接通电路时主触头不应发生熔焊;在此电流下分断电路时,主触头不应发生长时间燃弧。电路中超出此电流值的分断任务,则由熔断器、断路器等承担。

(6)线圈额定工作电压。指接触器电磁吸引线圈正常工作电压值。常用接触器线圈额定电压等级为:对于交流线圈,有220V、380V;对于直流线圈,一般与直流控制电路的电压一致。

(7)允许操作频率。指接触器在每小时内可实现的最高操作次数。交、直流接触器允许操作频率有600次/h、1200次/h。

(8)机械寿命和电气寿命。机械寿命是指接触器在需要修理或更换机构零件前所能承受的无载操作次数。电气寿命是在规定的正常工作条件下,接触器不需修理或更换的有载操作次数。

(9)接触器线圈的启动功率和吸持功率。直流接触器启动功率和吸持功率相等。交流接触器启动视在功率一般为吸持视在功率的5~8倍。而线圈的工作功率是指吸持有功功率。

(10)使用类别。接触器用于不同负载时,其对主触头的接通和分断能力要求不同,按不同使用条件来选用相应使用类别的接触器便能满足其要求。

技术现状

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目前对接触器等有触点开关电器动态检测技术研究主要集中在以下几个方面:

1. 以计算机作为上位机,A/D 采样板或 DSP 作为下位机的触头参数自动检测系统

采用自行研制的继电器电寿命计算机检测与控制装置在继电器电寿命试验的开始、中间、结尾三个不同的时段对过电压信号进行采集。采用自行研制的A/D采样板或以DSP为核心的高速数据采集卡,对触头接触压降、断开触头间电压、主回路电流等触头电气参数进行采样。控制部分采用数字I/O板通过控制固态继电器来驱动接触器或继电器通断。软件方面采用VB编程,中断处理程序实现数据采样、逻辑控制等功能。文献中的数据处理方面主要针对电网频率、功率因数的计算。通过对采集到的电压信号的分析,利用快速傅里叶变换将时域信号变换为频域信号,将变换的结果分别放在实部与虚部的数组中,出现峰值的位置为电网频率,利用公式计算出电网频率。将采集到的数据进行傅里叶变换,将时域信号变换为频域信号,从而计算出电压和电流的相位,进而求得功率因数。11

2. 基于单片机控制技术的继电器参数检测技术

随着电器检测自动化水平的不断提高,单片机越来越多的应用到各类电器的检测与控制中。通过改进传统交流接触器接通与分断实验装置,采用单片机作为试验装置的控制模块控制交流接触器通断,触头电气参数的检测主要通过电压、电流互感器、数据采集卡及PC机完成。该装置可以实现对接触器接通与分断过程触头电压、电流等动态波形进行实时数据采集,相比于传统的示波器检测,其触头电弧燃弧电压波形记录准确。采用Visual C++6.0 软件开发采集程序与人机界面,数据处理程序可以对数据进行实时自动处理,减小了人工处理波形数据而产生的误差。该试验方案简单可行,能够实现对交流接触器接通与分断动态过程中触头电压、电流波形的分析。文献中张强等人研制的继电器电参数测试装置以增强型 89C51 单片机为核心,配置交、直流电压源及触点检测电路可以对多种型号交直流电压继电器的动作时间、动作电压、接触电阻等电气参数进行测试。在动作时间的测试上,将被测继电器的常闭触点接高电平、常开触点接地,在检测线圈的额定电压的同时启动计时器开始计时,搭建触点电平检测电路实时监测触点电平的变化。根据触点电平变化情况判断触点动作状态。当电平由高变为低时立即停止计时,此时可以读出计时器的计时,此时间即为相应的吸合时间。同理可以得到继电器的释放时间。同时试验装置还可以监测触点的接触电阻。该装置性价比高,对于本课题试验装置的研制具有很重要的参考价值。11

3. 虚拟仪器技术在开关电器参数检测中的应用

随着虚拟仪器技术的发展与成熟,虚拟仪器技术越来越多的被应用在继电器、接触器等开关电器的测试中。虚拟仪器技术是一种以软件为中心的新型测量技术,它可以大大降低试验仪器成本。测量功能主要由软件编程来实现,在以工控机为核心组成的硬件平台支持下,通过LabVIEW软件开发平台编程实现仪器的测试功能。LabVIEW应用库中加载了很多不同用途的测试与控制模块,用户可以在LabVIEW应用程序下直接调用相关模块即可实现多种测试功能。与传统的汇编、VB、VC等文本编程语言相比,LabVIEW软件程序的编写非常简单。在LabVIEW环境下安装数据采集卡的驱动后,即可调用采集卡的功能函数实现对采集卡的控制、数据的采集、处理、显示等功能。11

4. 继电器时间参数的获取方法

继电器时间参数的检测主要利用电秒表和光线示波器等模拟试验的方法得到,传统检测方法测量速度慢、误差大、测量不准确等。随着计算机技术的发展,越来越多的继电器检测装置应用微处理器,这些检测装置其原理大体相同。杜太行等人提出一种交流继电器动作时间检测技术,它利用计算机数据处理技术,通过编写交流电压瞬时值快速估算算法对每一个触点电压采样值时进行求导,由触点电压瞬时值推算出交流电压峰值。通过峰值的变化判定触点状态即而计算出继电器动作、释放的时间参数。11

5. 接触器动态性能检测技术与综合评判方法

目前对电器技术性能的考核主要还是采用型式试验,该方法侧重于考察电器的机械与电气寿命,并不能对电器的动态特性对其机械电气寿命的影响进行综合评估]。因此研究基于动态特性检测的电器性能综合评估对于电器产品的研制与出厂检测具有实际指导意义。通过对交流接触器动态过程进行测试,从触头测试波形中提取能够表征接触器机械及电气特性的参数,通过建立接触器性能综合评判模型形成接触器动态性能综合评判系统。交流接触器动态测试装置以DSP为核心,搭建各种信号传感器,通过RS232 与上位机进行数据通信。该测试装置可以完成对接触器励磁电流、电压,吸合过程线圈功耗的电气参数的测量。对本课题试验装置的搭建具有实际的指导作用,同时其提出的接触器性能评判系统对本课题将要研究的接触器性能退化及可靠性估计具有重要的参考价值。11

接触器应用领域

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作为一个大功率开关器件,广泛应用于航天、航空、兵器、船舶、电子等系统装备中,其控制的负载电流大于25A,电压为28VDC;115VAC、400Hz;380VAC、50Hz,在装备中主要作为配电开关进行电源控制或者控制大功率电机的启停控制等,是装备中的一个关键器件,起着重要的作用。

接触器

接触器发展趋势

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小型化、轻量化方向发展

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小型化、轻量化一直是接触器的基本要求,现在随着装备的发展,对小型化、轻量化的要求愈来愈显得重要,特别是航空及无人装备方面把接触器的体积小、重量轻作为使用选型的首要指标。

智能型方向发展

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目前,传统结构型式的接触器仅具备电气开断功能,负载电流、电压检测及过流、过压保护、短路保护等功能由用户在整机上完成。现在,随着装备小型化发展要求,这些功能必须进行集成,减少装备体积,因此,这些保护功能最好和接触器集成在一起,由接触器来完成,从而有效减少整机体积,达到装备小型化目的。因此,接触器今后必定向智能型方向发展,即除具备基本的负载开断功能外,还应具备负载电流、电压检测及过流、过压保护、负载短路保护、I2t反时限保护,总线控制等功能。由于接触器附加的这些保护功能对于不同的用户都有差异,因此,智能型接触器将基本上不会有货架产品,大多数会成为定制专用产品。

开断的负载电压向直流高压方向发展

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以前,传统结构型式的接触器的开断的电压、电流一般为28VDC,1000A;115VAC、400Hz、420A;380VAC、50Hz、100A,属于低电压、大电流范围。近几年,随着装备系统电压向高压直流方向的应用,对配电系统的接触器提出了新的要求,要求能开断270VDC系列(包含400VDC、500VDC、600VDC)直流电压,称为“高压接触器”。

长寿命方向发展

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低压下的寿命要求

接触器开断的负载电压为28VDC;115VAC、400Hz;380VAC、50Hz,我们称为低压负载,产品寿命一般不超过50000次,有些甚至不到10000次,这在以前的武器装备中可以满足寿命要求,但现在随着装备要求的提高,在一些应用领域已不能满足寿命要求,特别是兵器工业方面要求装备要终生服役,因此,现在接触器的寿命需大幅提高。

高压下的寿命要求

装备的系统电压提高到270VDC以上已成趋势,使用的高压接触器采用真空技术,其寿命包含两个方面,第一是负载开断次数要求,现在新能源汽车配电控制及充电开关的大功率高压接触器的寿命只有几千次,例如TECO公司的EV500接触器在270VDC、600A时只有200次寿命,900VDC、100A时只有1000次寿命。装备中使用的高压接触器寿命在开断270VDC、600A;900VDC、100A时要远远大于EV500的寿命。第二是时间寿命要求,高压接触器的触点密封在真空室内,真空密封不能达到绝对的密封,肯定有慢性漏气,即使产品开断负载次数很少,储存到一定的时间时,由于慢性漏气使真空室真空度下降,达不到灭弧要求,产品就会失效。

防水、防沙尘方面发展

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现在,随着无人装备的发展,要求作为配电及控制的接触器要满足恶劣的环境适应要求,如水下工作、恶劣的沙尘环境下长期工作等。传统结构型式的接触器一般是封闭式结构,不能防水,也不能长期在恶劣的沙尘环境下长期工作,因此,要求接触器要达到防水的密封要求,相应也满足了防沙尘要求。但密封结构对于接触器自身散热是不利因素,对其负载能力、寿命都有影响,需全面考虑。

其它问题

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接触器由于其开断的负载电流较大,触点间能可靠接通和断开,在装备中出现失效的次数很少,用户很少有反映。但有一个问题要引起重视,就是接触器因为开断的负载电流较大时,带螺纹的触点引出端基本都采用铜材料,优点是导通电阻小、散热效果好,缺点是机械强度小。在多个用户使用中已出现接线时引出端接线柱断裂现象,现在已有产品开始进行改进,就是把触点部分分为两部分,接线柱螺纹部分用不锈钢材料,两部分进行牢固的焊接。这样既保证了触点部分导通电阻小、散热效果好,又确保了接线端子的机械强度,满足了用户要求。

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