发表于：2015/3/10 19:18:08
#0楼
一、前言
交流接触器是量大面广的主要控制电器产品，用于控制电动机、变压器、电炉等各种用电设备，涉及到工业、农业、交通运输、商业、人民生活和国民经济各方面。据统计，近年来我国的交流接触器产量一直以较大的幅度增长：2003年为4000万台，2005年为5500万台，2006年为6100万台，2007年为6800万台，2008年为7000万台，2009年为7600万台。随着国民经济需求和电力工业的增长，交流接触器的需求增长仍将持续。本人从事接触器设计与制造几十年。近年来深感我国接触器设计与制造巳经落后，应该创新发展。其发展趋势之一 ─ 智能化。
二、我国交流接触器的现状
我国年产数千万台的交流接触器和在用的超亿台的交流接触器，目前仍然以交流操作为主，特别是６３Ａ及以下的接触器几乎全部采用交流操作。虽然交流操作结构简单，但交流操作存在的问题长期以来困扰着广大用户，一是交流“起动-吸合”的弊病，即不能保证起动-吸合过程中线圈输入的能量与接触器起动-吸合所需要的能量平衡，吸力特性与反力特性难达到良好动态配合。这是因为接触器的“起动-吸合”过程是一个动态过程，其动铁芯的起动-吸合速度与线圈电压、电源合闸相角之间的关系变化复杂。交流起动-吸合是随机的，线圈电压和电源合闸相角都会变化，使吸力特性发生变化，不能与接触器固有的反力特性配合好。当交流操作电压（即线圈电压）持续偏低时，吸力特性偏低，线圈输入的能量虽可使接触器起动、但不能使接触器完全吸合，在吸合的临界状态会出现触头持续“闭合-弹开-闭合-弹开……”的严重故障状态(以下称为“抖动”，或称为“颤动”)，轻者会造成触头非正常磨损及线圈发热严重，重者造成触头烧毁、线圈烧毁、用电设备（例如电动机）烧毁；在释放的临界状态也会出现“抖动”的严重故障状态；而当交流操作电压偏高时，吸力特性偏高,线圈输入的能量大于吸合需要的能量，动铁芯的起动-吸合速度过快、与静铁芯的碰撞能量过大, 不仅加大了铁芯磨损，更为严重的是引起触头严重的二次弹跳、造成触头弹跳时间长达几十甚至上百毫秒，存在十几次甚至几十次触头“闭合-弹开……”的过程，相应造成的电弧不仅加速了触头磨损，而且可能产生触头熔焊，严重影响接触器的工作可靠性和电寿命；即使采用稳压电源稳定线圈电压，电源合闸相角的变化也会使线圈输入的能量偏小或者偏大、吸力特性偏低或者偏高。二是交流吸持的弊病，即交流电压会使电磁系统产生磁滞损耗和涡流损耗，使线圈功率损耗大、浪费电能（有功功率损耗少则几瓦多则几百瓦）、线圈发热严重（温度升高往往超过60K甚至100K）、线圈绝缘易老化、易产生交流噪声（噪声往往超过40分贝，铁芯极面污染或磨损后、或者分磁环断裂后会超过60分贝甚至上百分贝）；在接触器交流吸持接通电路运行的过程中，由于电网故障造成电压瞬间较大幅度波动或者短时断电又恢复的现象称为“晃电”，会使接触器释放产生跳闸停机，对连续生产中要求大量设备在工艺流程上不允许电动机跳闸停机的企业是灾难性的，轻者几十万、上千万经济损失，严重的还会发生火灾、爆炸乃至人身安全。
为消除交流操作存在的弊病，应将交流操作改为直流操作，近年来国内外有四种方案：
（一）上世纪70年代就有接触器外附的无声节电器（如WJD-Ⅱ无声节电器），将交流操作改为直流操作，先用高电压直流 “起动-吸合” 、后用转换电路转换到低电压直流吸持。虽能消除交流吸持的弊病，能够节电、降低线圈温升和噪声，但无智能控制功能，对交流“起动-吸合”的弊病却无能为力，也无抗“晃电”功能，此外转换电路有的还需要占用接触器的常闭辅助触头。由于功能少、性价比不高、转换电路不可靠，应用不广。
（二）上世纪90年代日本富士电机公司推出了“超级电磁系统”（日本富士电机公司ＳＣ系列接触器）,采用专用集成电路控制接触器电磁系统, 将交流操作改为直流操作，用高电压直流 “起动-吸合”并自动转换到低电压直流吸持，能判别吸合门槛电压, 当交流电压低于吸合门槛电压时，线圈无起动-吸合电压，接触器静止不动；当交流电压高于门槛吸合电压时，线圈有起动-吸合电压，接触器起动-吸合并吸持。既能消除交流吸持的弊病，又能消除交流电压偏低导致吸力特性偏低的弊病（抖动），但智能控制功能不全对交流电压偏高导致吸力特性偏高的弊病还无能为力。
（三）美国西屋公司推出的A系列智能化电磁接触器和电磁起动器，将交流操作改为智能控制的直流操作，其核心是带微处理器的ＳURＥ线路板，与接触器组成智能式电磁系统，实现了电磁系统的能量平衡（线圈输入的能量与接触器起动-吸合的能量平衡）和线圈功率的智能化功率控制（无论线圈电压如何变化线圈功率均保持恒定值）。其智能控制功能完全解决了接触器操作存在的问题，使动态吸力特性与反力特性配合良好，触头弹跳时间不超过2毫秒，此外还增加了双向通讯功能和多种保护功能。据称耗费66000个工时才研制成功，其价值不菲、售价高因成本原因在我国应用少。
（四）国内不断有人研究采用单片机系统的智能接触器，也是将交流操作改为智能控制的直流操作，与美国西屋公司推出的Advantage智能化电磁接触器大同小异，智能接触器的核心是由单片机系统与传统接触器组合而成的智能式电磁系统, 其智能控制的基本功能是:（1）能检测并判别正常门槛吸合电压,使电磁系统从电源吸收足够大的功率以克服初始反力,保证可靠吸合。（2）根据电压值变化自动选择最佳合闸相角合闸，实现电磁系统的能量平衡和线圈功率的智能化功率控制，实现动态吸力与反力特性的最佳配合，消除触头的二次弹跳。（3）触头闭合后，自动转换到低电压和续流环节控制，给电磁系统提供一很小的功率输入，使衔铁（即接触器的动铁芯）维持吸合状态，实现最佳节能运行。此外还可增加双向通讯功能和多种保护功能，是接触器操作智能控制高档产品的发展方向。但该单片机系统或微处理器为数字信号控制，与模拟信号控制相比较，需要增加模-数转换、数据存贮、程序存贮、数字运算、数-模转换、外接辅助电源等电路单元 ，不仅使成本增加（增加的成本往往超过所控制的接触器），还存在电磁干扰，接触器往往运行于有各种干扰源的恶劣的工作环境中，虽采取多种抗干扰措施也难确保可靠性。特别是针对不同型号、不同规格的接触器需要设计不同的程序软件(因为接触器的型号不同、规格不同，起动-吸合和保持所需的参数不相同)、并存贮固化，用户使用时难变更，因而不能制成通用型的智能无声节电器产品，不能供用户与不同型号、不同规格的接触器配用，这些都限止了它的应用，既有技术原因，更有成本原因使其无产品面市。
上述四种方案都不能改变我国的交流接触器以交流操作为主的现状。
本人认为只有采用一种简单的模拟控制电路制成智能无声节电器，同样是将交流操作改为智能控制的直流操作，只是将数字信号控制改成模拟信号控制，它能够让与之匹配使用的接触器具有智能控制的基本功能。它应具有电路简单、成本低、性价比高、工作可靠、通用性强等优点。才能得到广泛应用，来改变我国的交流接触器以交流操作为主的现状，才能使我国的交流接触器产品智能化。
产品智能化，要求交流接触器产品具有高可靠性、高抗干扰性，还要求触头断开时不能干扰电子电路的正常运行。对交流接触器器提出了高性能、智能化的要求，并要求产品具有保护、监测、试验、自诊断、显示等功能。相比于断路器和空气开关，交流接触器的智能化已落后，既有技术原因，更有成本原因。但交流接触器的进一步发展，必须依靠智能化来实现。
交流接触器的智能化功能主要以提高可靠性、寿命、节电和自保护方面。其内容包括：
（一）智能控制电磁系统选相合闸。检测控制电源电压、选相、合闸，使吸反力特性良好配合，既使触头可靠闭合，又降低衔铁撞击能量，减少触头弹跳，提高机、电寿命。
（二）合闸运行时智能控制电磁系统应节电运行并具有抗“晃电”功能。
（三）自保护功能。一是交流接触器吸合故障保护 — 当交流接触器因卡滞或其它机械故障不能吸合时，智能控制电磁系统会快速降低线圈电流至安全值（即使在故障下持续通电也不会损坏交流接触器的线圈），排除故障后线圈和控制电磁系统都可正常工作；二是操作过速保护 — 操作频率过快（例如停止操作后立即再起动，又如采用继电器控制时其触点非正常频繁的通断）, 智能控制电磁系统将拒绝执行过快的“起动-吸合”指令, 确保交流接触器断电操作后触头和灭弧装置有足够长的冷却恢复时间；三是智能控制电磁系统应有通电延时起动-吸合功能，在可逆交流接触器和“Ｙ－△”转换器中，可防止正反转接触器转换时和Ｙ起动-△运行交流接触器转换时发生电源相间电弧短路故障。
罗时旺
地址:广西桂林市龙船坪路1号9-1-3-1
邮编:541002 )
手机：13978393498
E-mail：13978393498@163.com
交流接触器是量大面广的主要控制电器产品，用于控制电动机、变压器、电炉等各种用电设备，涉及到工业、农业、交通运输、商业、人民生活和国民经济各方面。据统计，近年来我国的交流接触器产量一直以较大的幅度增长：2003年为4000万台，2005年为5500万台，2006年为6100万台，2007年为6800万台，2008年为7000万台，2009年为7600万台。随着国民经济需求和电力工业的增长，交流接触器的需求增长仍将持续。本人从事接触器设计与制造几十年。近年来深感我国接触器设计与制造巳经落后，应该创新发展。其发展趋势之一 ─ 智能化。
二、我国交流接触器的现状
我国年产数千万台的交流接触器和在用的超亿台的交流接触器，目前仍然以交流操作为主，特别是６３Ａ及以下的接触器几乎全部采用交流操作。虽然交流操作结构简单，但交流操作存在的问题长期以来困扰着广大用户，一是交流“起动-吸合”的弊病，即不能保证起动-吸合过程中线圈输入的能量与接触器起动-吸合所需要的能量平衡，吸力特性与反力特性难达到良好动态配合。这是因为接触器的“起动-吸合”过程是一个动态过程，其动铁芯的起动-吸合速度与线圈电压、电源合闸相角之间的关系变化复杂。交流起动-吸合是随机的，线圈电压和电源合闸相角都会变化，使吸力特性发生变化，不能与接触器固有的反力特性配合好。当交流操作电压（即线圈电压）持续偏低时，吸力特性偏低，线圈输入的能量虽可使接触器起动、但不能使接触器完全吸合，在吸合的临界状态会出现触头持续“闭合-弹开-闭合-弹开……”的严重故障状态(以下称为“抖动”，或称为“颤动”)，轻者会造成触头非正常磨损及线圈发热严重，重者造成触头烧毁、线圈烧毁、用电设备（例如电动机）烧毁；在释放的临界状态也会出现“抖动”的严重故障状态；而当交流操作电压偏高时，吸力特性偏高,线圈输入的能量大于吸合需要的能量，动铁芯的起动-吸合速度过快、与静铁芯的碰撞能量过大, 不仅加大了铁芯磨损，更为严重的是引起触头严重的二次弹跳、造成触头弹跳时间长达几十甚至上百毫秒，存在十几次甚至几十次触头“闭合-弹开……”的过程，相应造成的电弧不仅加速了触头磨损，而且可能产生触头熔焊，严重影响接触器的工作可靠性和电寿命；即使采用稳压电源稳定线圈电压，电源合闸相角的变化也会使线圈输入的能量偏小或者偏大、吸力特性偏低或者偏高。二是交流吸持的弊病，即交流电压会使电磁系统产生磁滞损耗和涡流损耗，使线圈功率损耗大、浪费电能（有功功率损耗少则几瓦多则几百瓦）、线圈发热严重（温度升高往往超过60K甚至100K）、线圈绝缘易老化、易产生交流噪声（噪声往往超过40分贝，铁芯极面污染或磨损后、或者分磁环断裂后会超过60分贝甚至上百分贝）；在接触器交流吸持接通电路运行的过程中，由于电网故障造成电压瞬间较大幅度波动或者短时断电又恢复的现象称为“晃电”，会使接触器释放产生跳闸停机，对连续生产中要求大量设备在工艺流程上不允许电动机跳闸停机的企业是灾难性的，轻者几十万、上千万经济损失，严重的还会发生火灾、爆炸乃至人身安全。
为消除交流操作存在的弊病，应将交流操作改为直流操作，近年来国内外有四种方案：
（一）上世纪70年代就有接触器外附的无声节电器（如WJD-Ⅱ无声节电器），将交流操作改为直流操作，先用高电压直流 “起动-吸合” 、后用转换电路转换到低电压直流吸持。虽能消除交流吸持的弊病，能够节电、降低线圈温升和噪声，但无智能控制功能，对交流“起动-吸合”的弊病却无能为力，也无抗“晃电”功能，此外转换电路有的还需要占用接触器的常闭辅助触头。由于功能少、性价比不高、转换电路不可靠，应用不广。
（二）上世纪90年代日本富士电机公司推出了“超级电磁系统”（日本富士电机公司ＳＣ系列接触器）,采用专用集成电路控制接触器电磁系统, 将交流操作改为直流操作，用高电压直流 “起动-吸合”并自动转换到低电压直流吸持，能判别吸合门槛电压, 当交流电压低于吸合门槛电压时，线圈无起动-吸合电压，接触器静止不动；当交流电压高于门槛吸合电压时，线圈有起动-吸合电压，接触器起动-吸合并吸持。既能消除交流吸持的弊病，又能消除交流电压偏低导致吸力特性偏低的弊病（抖动），但智能控制功能不全对交流电压偏高导致吸力特性偏高的弊病还无能为力。
（三）美国西屋公司推出的A系列智能化电磁接触器和电磁起动器，将交流操作改为智能控制的直流操作，其核心是带微处理器的ＳURＥ线路板，与接触器组成智能式电磁系统，实现了电磁系统的能量平衡（线圈输入的能量与接触器起动-吸合的能量平衡）和线圈功率的智能化功率控制（无论线圈电压如何变化线圈功率均保持恒定值）。其智能控制功能完全解决了接触器操作存在的问题，使动态吸力特性与反力特性配合良好，触头弹跳时间不超过2毫秒，此外还增加了双向通讯功能和多种保护功能。据称耗费66000个工时才研制成功，其价值不菲、售价高因成本原因在我国应用少。
（四）国内不断有人研究采用单片机系统的智能接触器，也是将交流操作改为智能控制的直流操作，与美国西屋公司推出的Advantage智能化电磁接触器大同小异，智能接触器的核心是由单片机系统与传统接触器组合而成的智能式电磁系统, 其智能控制的基本功能是:（1）能检测并判别正常门槛吸合电压,使电磁系统从电源吸收足够大的功率以克服初始反力,保证可靠吸合。（2）根据电压值变化自动选择最佳合闸相角合闸，实现电磁系统的能量平衡和线圈功率的智能化功率控制，实现动态吸力与反力特性的最佳配合，消除触头的二次弹跳。（3）触头闭合后，自动转换到低电压和续流环节控制，给电磁系统提供一很小的功率输入，使衔铁（即接触器的动铁芯）维持吸合状态，实现最佳节能运行。此外还可增加双向通讯功能和多种保护功能，是接触器操作智能控制高档产品的发展方向。但该单片机系统或微处理器为数字信号控制，与模拟信号控制相比较，需要增加模-数转换、数据存贮、程序存贮、数字运算、数-模转换、外接辅助电源等电路单元 ，不仅使成本增加（增加的成本往往超过所控制的接触器），还存在电磁干扰，接触器往往运行于有各种干扰源的恶劣的工作环境中，虽采取多种抗干扰措施也难确保可靠性。特别是针对不同型号、不同规格的接触器需要设计不同的程序软件(因为接触器的型号不同、规格不同，起动-吸合和保持所需的参数不相同)、并存贮固化，用户使用时难变更，因而不能制成通用型的智能无声节电器产品，不能供用户与不同型号、不同规格的接触器配用，这些都限止了它的应用，既有技术原因，更有成本原因使其无产品面市。
上述四种方案都不能改变我国的交流接触器以交流操作为主的现状。
本人认为只有采用一种简单的模拟控制电路制成智能无声节电器，同样是将交流操作改为智能控制的直流操作，只是将数字信号控制改成模拟信号控制，它能够让与之匹配使用的接触器具有智能控制的基本功能。它应具有电路简单、成本低、性价比高、工作可靠、通用性强等优点。才能得到广泛应用，来改变我国的交流接触器以交流操作为主的现状，才能使我国的交流接触器产品智能化。
产品智能化，要求交流接触器产品具有高可靠性、高抗干扰性，还要求触头断开时不能干扰电子电路的正常运行。对交流接触器器提出了高性能、智能化的要求，并要求产品具有保护、监测、试验、自诊断、显示等功能。相比于断路器和空气开关，交流接触器的智能化已落后，既有技术原因，更有成本原因。但交流接触器的进一步发展，必须依靠智能化来实现。
交流接触器的智能化功能主要以提高可靠性、寿命、节电和自保护方面。其内容包括：
（一）智能控制电磁系统选相合闸。检测控制电源电压、选相、合闸，使吸反力特性良好配合，既使触头可靠闭合，又降低衔铁撞击能量，减少触头弹跳，提高机、电寿命。
（二）合闸运行时智能控制电磁系统应节电运行并具有抗“晃电”功能。
（三）自保护功能。一是交流接触器吸合故障保护 — 当交流接触器因卡滞或其它机械故障不能吸合时，智能控制电磁系统会快速降低线圈电流至安全值（即使在故障下持续通电也不会损坏交流接触器的线圈），排除故障后线圈和控制电磁系统都可正常工作；二是操作过速保护 — 操作频率过快（例如停止操作后立即再起动，又如采用继电器控制时其触点非正常频繁的通断）, 智能控制电磁系统将拒绝执行过快的“起动-吸合”指令, 确保交流接触器断电操作后触头和灭弧装置有足够长的冷却恢复时间；三是智能控制电磁系统应有通电延时起动-吸合功能，在可逆交流接触器和“Ｙ－△”转换器中，可防止正反转接触器转换时和Ｙ起动-△运行交流接触器转换时发生电源相间电弧短路故障。
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