交流接觸器電磁系統(tǒng)改進(jìn)及效果測(cè)試分析

摘#8195;要 根據(jù)交流接觸器線圈溫升的產(chǎn)生原理，通過對(duì)溫升產(chǎn)生的主要因素仿真分析，利用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，得出對(duì)交流接觸器電磁系統(tǒng)的最佳改進(jìn)方案、并通過產(chǎn)品改進(jìn)前、后的對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證，取得了滿意的效果，為解決接觸器線圈溫升過高問題提供參考。

關(guān)鍵詞 交流接觸器；電磁系統(tǒng)改進(jìn)；測(cè)試分析

中圖分類號(hào) TM 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)031-0107-01

交流接觸器是一個(gè)成熟的電氣控制執(zhí)行器件，廣泛用于遠(yuǎn)距離、頻繁地接通與分?jǐn)嚯娐?，所以交流接觸器的壽命就成為大家所關(guān)注的問題。影響交流接觸器壽命的一個(gè)主要因素就是磁系統(tǒng)壽命，而影響磁系統(tǒng)壽命的一個(gè)重要指標(biāo)就是線圈溫升。本文通過使用仿真技術(shù)對(duì)影響線圈溫升的幾個(gè)方面進(jìn)行仿真分析，并通過對(duì)比測(cè)試，取得滿意效果，為交流接觸器磁系統(tǒng)的改進(jìn)提供依據(jù)。

1 接觸器線圈溫升產(chǎn)生原理

電磁式交流接觸器主要由滅弧系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和電磁機(jī)構(gòu)組成。交流接觸器的電磁機(jī)構(gòu)一般可分為雙U轉(zhuǎn)動(dòng)式、單U直動(dòng)式和雙E直動(dòng)式；交流接觸器的工作過程可分解為：上電吸合過程、帶電保持、斷電釋放過程。吸合、保持、釋放的過程都是一個(gè)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的過程。

接觸器的動(dòng)作特性，要滿足吸、反力特性的配合。電磁吸力是指通電后線圈產(chǎn)生的電磁力；反力則主要包括反力彈簧、觸頭彈簧的反用力以及各動(dòng)作機(jī)械部件之間的摩擦力等。

接觸器的動(dòng)作過程包含了電磁、發(fā)熱、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的過程。對(duì)于交流電磁線圈系統(tǒng)，接觸器損耗劃分為銅耗和鐵耗兩大部分；磁導(dǎo)體中由于存在磁滯和渦流現(xiàn)象導(dǎo)致的功率損耗，稱之為鐵損。此損耗與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，感應(yīng)強(qiáng)度越大，鐵損越大，且其關(guān)系是非線性的。

交流接觸器的線圈大多都是由銅質(zhì)漆包線線繞制，這些銅導(dǎo)線在有電流流過是由于其具有電阻而消耗部分功率，這部分損耗通常會(huì)以發(fā)熱形式而消耗掉，這種損耗稱之為“銅損”。

銅耗和鐵耗是影響線圈溫升的兩個(gè)主要因素。要降低線圈溫升就要在電磁機(jī)構(gòu)的吸力和反力特性配合的允許范圍內(nèi)對(duì)線圈、鐵芯、彈簧進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

2 仿真分析

1）仿真模型的磁感應(yīng)強(qiáng)度。為了分析以某產(chǎn)品的磁系統(tǒng)特性，首先建立該產(chǎn)品的仿真模型，從仿真模型的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖上看出，電磁鐵處于吸合位置時(shí)，電流最大處磁軛和銜鐵上磁感應(yīng)強(qiáng)度B的分布情況，如圖1所示。

圖1 磁軛和銜鐵上B的分布圖

從仿真圖中我們可以看出有三處出現(xiàn)了磁感應(yīng)強(qiáng)度過大現(xiàn)象。磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，鐵損增大，從而升高了線圈溫升。

銜鐵磁感應(yīng)強(qiáng)度過大的原因?yàn)榇颂幋嬖谝粋€(gè)較大區(qū)域的通孔，導(dǎo)致磁感應(yīng)強(qiáng)度B在該處必須沿著通孔兩側(cè)流通，由于通孔兩側(cè)空間較窄，導(dǎo)致B增大。

磁軛兩處磁感應(yīng)強(qiáng)度過大處為短路環(huán)包圍區(qū)域，而磁極表面被短路環(huán)包圍面積占總磁極表面的最佳比例應(yīng)在0.85~0.95之間，現(xiàn)在該比例為0.625。

2）仿真線圈參數(shù)變化對(duì)線圈溫升的影響。首先根據(jù)出現(xiàn)有狀態(tài)下的線圈溫升曲線，通過仿真計(jì)算得出該產(chǎn)品的電磁吸力遠(yuǎn)大于彈簧可以輸出的最大反力。為我們更改線圈參數(shù)提供了余量空間。

在現(xiàn)有狀態(tài)的基礎(chǔ)上只把線圈線徑增大6%后仿真得出的線圈溫升數(shù)據(jù)，此時(shí)仿真得出的電磁吸力比現(xiàn)有狀態(tài)要小20%，但是仍然大于彈簧可以輸出的最大反力。

如果在現(xiàn)有狀態(tài)的基礎(chǔ)上只把線圈匝數(shù)增加10%后仿真得出的線圈溫升數(shù)據(jù)，此時(shí)仿真得出的電磁吸力比現(xiàn)有狀態(tài)要小35%，但是仍然大于彈簧可以輸出的最大反力。

3 設(shè)計(jì)改進(jìn)

1）鐵芯設(shè)計(jì)改進(jìn)。通過圖1對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的仿真中我們可以看出，有三處的磁感應(yīng)強(qiáng)度過大，所以我們對(duì)導(dǎo)致磁感應(yīng)強(qiáng)度過大的原因進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。圖2為設(shè)計(jì)改進(jìn)后的磁軛。

將銜鐵通孔的位置下移，避開磁感應(yīng)強(qiáng)度過大的區(qū)域，并在磁感應(yīng)強(qiáng)度過大的拐角處增加斜面設(shè)計(jì)，加大磁感應(yīng)強(qiáng)度B的流動(dòng)空間，使磁感應(yīng)強(qiáng)度B流通順暢。

圖2 改進(jìn)后的磁軛

將磁軛兩磁極表面被短路環(huán)包圍面積加大，加大磁感應(yīng)強(qiáng)度B的流動(dòng)空間。

2）線圈參數(shù)設(shè)計(jì)改進(jìn)。經(jīng)過計(jì)算繞線空間的余量，最后確定把線徑增大3%。線徑變化導(dǎo)致電磁吸力的變化，經(jīng)過計(jì)算變化后的吸力仍然可以滿足電磁機(jī)構(gòu)的吸力和反力特性試驗(yàn)要求。

3）試驗(yàn)驗(yàn)證。為了驗(yàn)證我們經(jīng)過上述仿真以后，對(duì)鐵芯和線圈的設(shè)計(jì)改進(jìn)后的效果，把原產(chǎn)品和改進(jìn)了鐵芯和線圈后的產(chǎn)品一起進(jìn)行了線圈溫升實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。所有實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品都一起進(jìn)行，保證了實(shí)驗(yàn)條件的一致性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，使用改進(jìn)后的鐵芯和線圈的產(chǎn)品，線圈溫升降低效果顯著，溫升下降達(dá)了40K。充分說明了使用仿真技術(shù)在交流接觸器電磁系統(tǒng)改進(jìn)中的設(shè)計(jì)是可行和有效的。

4 結(jié)束語

本文介紹了仿真技術(shù)在交流接觸器設(shè)計(jì)中對(duì)于降低線圈溫升方面的應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)闡述。在仿真分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出采用改進(jìn)后的鐵芯和線圈的產(chǎn)品，線圈溫升降低效果顯著。目前在交流接觸器的設(shè)計(jì)改進(jìn)中，主要憑借以往的經(jīng)驗(yàn)以及大量的實(shí)驗(yàn)，如果采用仿真技術(shù)后，就能節(jié)約大量的人力、物力以及寶貴的時(shí)間，大大縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)周期，效益是非?？捎^的。通過對(duì)仿真方法和試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證分析，可以找到合適的交流接觸器磁系統(tǒng)的改進(jìn)方法，為將來該類產(chǎn)品的改進(jìn)提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]夏天偉.電器學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.