淺談消弧旁路電路在電磁接觸器上的應(yīng)用

李國(guó)強(qiáng)，陳宇江，代茂江

(貴州振華電器群英電器有限公司，貴州貴陽(yáng)，550018)

1 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)電磁接觸器行業(yè)向高壽命、高可靠性的方向發(fā)展，接觸器的滅弧性能提升也在隨之不斷的改進(jìn)，出現(xiàn)很多的滅弧方式，如氣隙滅弧、磁吹滅弧、充氣滅弧、柵隔滅弧、真空滅弧等，本文根據(jù)接觸器的工作特性結(jié)合半導(dǎo)體電子器件特性，提出一種旁路消弧電路，使接觸器觸頭在閉合、斷開(kāi)過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生電弧，以供大家參考。

2 消弧旁路電路構(gòu)思

電磁接觸器在閉合和釋放時(shí)都存在一個(gè)時(shí)間參數(shù)即閉合時(shí)間和釋放時(shí)間，閉合時(shí)間指接觸器線圈加電開(kāi)始直至接觸器觸點(diǎn)閉合所需的時(shí)間；釋放時(shí)間指接觸器線圈斷電開(kāi)始直至接觸器觸點(diǎn)斷開(kāi)所需的時(shí)間。

電子半導(dǎo)體器件導(dǎo)通響應(yīng)時(shí)間迅速，當(dāng)接觸器電磁線圈和電子半導(dǎo)體器件同時(shí)供電，電磁接觸器線圈在上電瞬間觸點(diǎn)還未閉合，電子半導(dǎo)體器件已導(dǎo)通，使觸點(diǎn)短路提前閉合，隨后觸點(diǎn)閉合，電子半導(dǎo)體器件斷開(kāi)；同樣當(dāng)電磁接觸器線圈在斷電瞬間觸點(diǎn)還未斷開(kāi)，電子半導(dǎo)體器件已導(dǎo)通，使觸點(diǎn)提前短路直至接觸器觸點(diǎn)完全分離斷開(kāi)后，電子半導(dǎo)體器件才斷開(kāi)，使接觸器觸頭在閉合、斷開(kāi)時(shí)無(wú)電弧產(chǎn)生。

3 消弧旁路電路的應(yīng)用

3.1 消弧旁路電路應(yīng)用機(jī)理

消弧旁路電路與電磁接觸器配套使用為接觸器配套零部件，可以裝配在接觸器內(nèi)部，如圖1所示(件1為接觸器本體、件2為滅弧旁路)，亦可外置在接觸器外部。

圖1 消弧旁路內(nèi)置電磁接觸器示意圖

消弧旁路可以分為3個(gè)部分，分別由消弧旁路控制輸入端、隔離端、消弧旁路輸出端三部分組成，如圖2所示。其中件1為接觸器電磁線圈，件2為消弧旁路輸入端，件3為消弧旁路隔離端，件4為接觸器消弧旁路輸出端，件5為接觸器觸點(diǎn)。消弧旁路控制輸入端并聯(lián)連接在接觸器的線圈兩端；消弧旁路輸出端并聯(lián)連接在接觸器的負(fù)載觸點(diǎn)兩端；隔離端用于隔離接觸器的線圈與負(fù)載觸點(diǎn)。

圖2 消弧旁路示意圖

消弧旁路控制輸入端在接觸器的線圈上電和斷電時(shí)產(chǎn)生短時(shí)脈沖，通過(guò)隔離端將消弧旁路控制輸入端產(chǎn)生的短時(shí)脈沖傳遞至消弧旁路輸出端，消弧旁路輸出端瞬時(shí)短路負(fù)載觸點(diǎn)。接觸器的負(fù)載觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)瞬間，消弧旁路輸出端將負(fù)載觸點(diǎn)進(jìn)行短時(shí)導(dǎo)通，使負(fù)載觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)瞬間觸點(diǎn)間的電壓被拉低，起到抑制電弧和消弧作用。

接觸器觸點(diǎn)閉合過(guò)程，如圖3所示，線圈在上電瞬間，并聯(lián)連接的消弧旁路輸入端產(chǎn)生短時(shí)脈沖1，通過(guò)隔離端將短時(shí)脈沖傳遞至消弧旁路輸出端，接觸器負(fù)載觸點(diǎn)被消弧旁路輸出端短時(shí)短接(短時(shí)脈沖1)，接觸器負(fù)載觸點(diǎn)閉合波形下降沿2正好落在導(dǎo)通短時(shí)脈沖1時(shí)間脈寬內(nèi)，接觸器負(fù)載觸點(diǎn)在閉合時(shí)，觸點(diǎn)間電壓已經(jīng)被拉低，觸點(diǎn)閉合時(shí)無(wú)電弧產(chǎn)生。

圖3 觸點(diǎn)閉合與消弧旁路觸發(fā)波形示意圖

接觸器觸點(diǎn)斷開(kāi)過(guò)程，如圖4所示，線圈在斷電瞬間，并聯(lián)連接的消弧旁路輸入端產(chǎn)生短時(shí)脈沖1，通過(guò)隔離端將短時(shí)脈沖傳遞至消弧旁路輸出端，接觸器負(fù)載觸點(diǎn)被消弧旁路輸出端短時(shí)短接(短時(shí)脈沖1)，接觸器負(fù)載觸點(diǎn)斷開(kāi)波形上升沿2正好落在導(dǎo)通短時(shí)脈沖1時(shí)間脈寬內(nèi)，接觸器負(fù)載觸點(diǎn)在斷開(kāi)時(shí)，觸點(diǎn)間電壓已經(jīng)被拉低，觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)無(wú)電弧產(chǎn)生。

圖4 觸點(diǎn)斷開(kāi)與消弧旁路觸發(fā)波形示意圖

3.2 消弧旁路電路設(shè)計(jì)

消弧旁路電路如圖5所示。其中，1為接觸器，2為消弧旁路。消弧旁路輸入端4并聯(lián)連接線圈3(coil)兩端，消弧旁路輸入端由緩沖電路組成，接觸器線圈在上電時(shí)緩沖電路產(chǎn)生瞬時(shí)脈沖，接觸器線圈斷電時(shí)，線圈與緩沖電路共同作用產(chǎn)生瞬時(shí)脈沖；瞬時(shí)旁路隔離端5由光耦U1組成將接觸器控制端線圈電源與負(fù)載觸點(diǎn)輸出端電源進(jìn)行隔離，并感應(yīng)傳遞短時(shí)脈沖；消弧旁路輸出端6并聯(lián)連接在接觸器負(fù)載觸點(diǎn)7(K)，由延時(shí)電路、功率器件Q3、限流電阻R、二極管D2以及電容C2組成，消弧旁路輸出端通過(guò)延時(shí)處理將短時(shí)脈沖傳遞使功率器件Q3瞬時(shí)導(dǎo)通，短接接觸器負(fù)載觸點(diǎn)7(K)，使接觸器負(fù)載觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)時(shí)，觸點(diǎn)間電位差相等起到了抑制滅弧的作用，達(dá)到提高接觸器使用壽命目的。

圖5 消弧旁路電路示意圖

3.3 消弧旁路電路與接觸器匹配情況測(cè)試

消弧旁路電路與某型號(hào)接觸器匹配測(cè)試，將消弧旁路的輸入端、輸出端分別并聯(lián)在接觸器的線圈輸入端和接觸器觸點(diǎn)輸出端，然后通過(guò)雙通道示波器對(duì)接觸器觸點(diǎn)輸出以及消弧旁路輸出端進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)試狀態(tài)分為接觸器閉合狀態(tài)瞬間、接觸器斷開(kāi)狀態(tài)瞬間以及接觸器閉合、斷開(kāi)運(yùn)行狀態(tài)。

以下為3種狀態(tài)測(cè)試捕捉波形圖。圖6接觸閉合瞬間測(cè)試波形、圖7接觸器斷開(kāi)瞬間測(cè)試波形、圖8接觸器閉合、斷開(kāi)運(yùn)行測(cè)試波形。

圖6 接觸閉合瞬間測(cè)試波形

圖7 接觸器斷開(kāi)瞬間測(cè)試波形圖

圖8 接觸器閉合、斷開(kāi)運(yùn)行測(cè)試波形

通過(guò)消弧旁路電路與某型號(hào)接觸器匹配測(cè)試，接觸器觸點(diǎn)閉合瞬間的下降沿以及分?jǐn)嗨查g的上升沿均包絡(luò)在消弧旁路產(chǎn)生的短時(shí)脈沖內(nèi)。

3.4 產(chǎn)品壽命試驗(yàn)驗(yàn)證

將某型號(hào)接觸器270Vd.c.、100A(阻性)產(chǎn)品，并聯(lián)連接消弧旁路進(jìn)行電壽命驗(yàn)證，電壽命驗(yàn)證試驗(yàn)條件如下表1所示。

表1 電壽命驗(yàn)證試驗(yàn)條件

接觸器產(chǎn)品在裝配前觀察了觸點(diǎn)狀況，然后將接觸器裝配完后，在接觸器線圈引出端并聯(lián)連接消弧旁路控制輸入端，接觸器觸點(diǎn)輸出端并聯(lián)連接消弧旁路輸出端，然后按表1試驗(yàn)條件進(jìn)行電壽命試驗(yàn)，產(chǎn)品經(jīng)10000次壽命試驗(yàn)后，將接觸器接觸室部分拆開(kāi)檢查產(chǎn)品觸點(diǎn)狀況，并與試驗(yàn)前產(chǎn)品觸點(diǎn)狀況進(jìn)行對(duì)比，觸點(diǎn)無(wú)燒損與壽命試驗(yàn)前觸點(diǎn)狀況一致。

通過(guò)壽命試驗(yàn)驗(yàn)證，消弧旁路應(yīng)用在接觸器上可以對(duì)接觸器觸點(diǎn)閉合、分?jǐn)嗥鸬诫娀∫种坪拖∽饔谩?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)接觸器電壽命提升，提出了一種消弧旁路電路并聯(lián)應(yīng)用在接觸器上，對(duì)接觸器觸點(diǎn)閉合、分?jǐn)嗥鸬诫娀∫种坪拖∽饔?，解決電弧對(duì)觸點(diǎn)燒損，提高接觸器電壽命。通過(guò)某型號(hào)直流接觸器與消弧旁路匹配測(cè)試以及壽命試驗(yàn)，驗(yàn)證該旁路應(yīng)用的可行性，為接觸器滅弧設(shè)計(jì)、壽命提升提供了另一種解決途徑可供參考和借鑒。