別墅電梯控制系統(tǒng)用交流接觸器問(wèn)題解決方案*

李 懂，王有萍，米 亮

(天水二一三電器集團(tuán)有限公司，甘肅 天水 741000)

0 引 言

在國(guó)外，別墅內(nèi)和自建房?jī)?nèi)安裝一部別墅電梯是比較普遍的，在我國(guó)，別墅電梯發(fā)展速度迅猛，消費(fèi)者對(duì)別墅電梯的認(rèn)識(shí)和需求也不斷上升，電梯對(duì)于別墅來(lái)說(shuō)已是一個(gè)必備的家用設(shè)備，現(xiàn)代別墅電梯的設(shè)計(jì)遵從了以安全性為基礎(chǔ)、從個(gè)性化出發(fā)、以節(jié)能環(huán)保為核心的設(shè)計(jì)理念，對(duì)其配套使用的交流接觸器提出更高的要求?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)所配套別墅電梯控制系統(tǒng)的交流接觸器主要為額定工作電壓AC380V、額定工作電流09～63A的傳統(tǒng)交流接觸器，該類(lèi)接觸器在電梯行業(yè)中主要用于有機(jī)房電梯，其對(duì)交流接觸器的體積、噪音等問(wèn)題要求較低，但別墅電梯為無(wú)機(jī)房電梯，其電控柜安裝在空間狹小的電梯井道內(nèi)，因此接觸器的體積要盡可能小，且工作時(shí)需要無(wú)噪音、節(jié)能、過(guò)壓保護(hù)等，為住戶創(chuàng)造安靜、舒適、節(jié)能、安全可靠的居住環(huán)境，傳統(tǒng)交流接觸器已不適用。

筆者通過(guò)重點(diǎn)分析傳統(tǒng)交流接觸器在別墅電梯控制系統(tǒng)中應(yīng)用和選型所存在的問(wèn)題，以筆者公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的GSF5系列交流接觸器為例，介紹了通過(guò)模數(shù)化設(shè)計(jì)、觸頭的多樣化設(shè)計(jì)、內(nèi)置整流和過(guò)壓保護(hù)功能的直流雙線圈電磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)、封星方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、抱閘回路接觸器的應(yīng)用和選型方案優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)交流接觸器在別墅電梯應(yīng)用中遇到的體積大、噪音大、線圈無(wú)過(guò)壓保護(hù)、封星觸點(diǎn)易粘連、抱閘回路接觸器觸點(diǎn)易燒損、信號(hào)檢測(cè)回饋不可靠等問(wèn)題，滿足了別墅電梯的特殊要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)別墅電梯的可靠控制，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和高效管理有著重要的意義。

1 傳統(tǒng)交流接觸器在別墅電梯控制系統(tǒng)的應(yīng)用中存在的問(wèn)題

交流接觸器在別墅電梯的控制系統(tǒng)中主要用于主驅(qū)動(dòng)回路控制、封星回路控制、制動(dòng)抱閘回路的控制、控制檢測(cè)回路，傳統(tǒng)交流接觸器在選型和使用中存在的問(wèn)題概括如下。

1.1 噪音大、體積大的問(wèn)題

因別墅電梯均為無(wú)機(jī)房電梯，對(duì)其主驅(qū)動(dòng)回路、制動(dòng)抱閘回路、封星回路等用的接觸器都要求具有靜音功能，同時(shí)體積越小越好；但是目前市場(chǎng)上體積小的無(wú)靜音功能，有靜音功能的體積較大，很多別墅電梯生產(chǎn)廠家采用的是線圈交流控制的交流接觸器，雖然解決了體積大的問(wèn)題，但接觸器在吸合瞬間的明顯撞擊聲和工作中因交流電產(chǎn)生的低頻嗡嗡聲無(wú)法消除，經(jīng)常受到消費(fèi)者的投訴。

1.2 線圈斷電時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓燒損主控板繼電器觸點(diǎn)的問(wèn)題

由于接觸器的控制線圈有電感，線圈突然斷電時(shí)，由于電感的電流突變，線圈會(huì)產(chǎn)生反電勢(shì)，該電勢(shì)最大可達(dá)線圈工作電壓的8倍左右，極易燒損周?chē)男⌒屠^電器和主控板上的電子元器件，同時(shí)也會(huì)使接觸器的銜鐵產(chǎn)生較強(qiáng)的剩磁，由于銜鐵剩磁的作用，可能導(dǎo)致觸頭不能及時(shí)分?jǐn)唷?/p>

1.3 繼電器封星時(shí)觸點(diǎn)易粘連

不同電梯廠家的封星方案各不相同，基本分為輔助觸頭組封星、接觸器式繼電器封星(見(jiàn)圖1)、兩開(kāi)兩閉的接觸器或者三常閉的接觸器封星(見(jiàn)圖2)、封星接觸器封星(見(jiàn)圖3)。

圖1 接觸器式繼電器封星方案

圖2 兩開(kāi)兩閉的接觸器封星方案

圖3 封星接觸器封星方案

目前無(wú)機(jī)房的客梯和貨梯中，應(yīng)用最多的是專(zhuān)用的封星接觸器封星或者是兩開(kāi)兩閉的接觸器封星方案；在別墅電梯中多用接觸器式繼電器封星，這種方案成本不高，從運(yùn)行接觸器斷開(kāi)到封星接觸器式繼電器接通，直流線圈轉(zhuǎn)換時(shí)差一般在85 ms左右，交流線圈轉(zhuǎn)換時(shí)差一般在25 ms左右(實(shí)測(cè)數(shù)據(jù))，因此不會(huì)發(fā)生變頻器輸出短路，該類(lèi)接觸器觸點(diǎn)的約定發(fā)熱電流為10A，在AC-15/AC380V時(shí)，其額定工作電流為0.95A，承載電流能力不夠，在0速0流的情況下封星沒(méi)有問(wèn)題，但在急?；蛘咄蝗粩嚯姷忍厥馇闆r封星時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)較大，同時(shí)封星連線比較復(fù)雜。

1.4 制動(dòng)抱閘回路接觸器選型不當(dāng)容易造成觸點(diǎn)燒損

電梯的制動(dòng)回路是通過(guò)制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)電梯的松閘啟動(dòng)和抱閘停止，制動(dòng)器的抱閘線圈電磁鐵可以等同于一個(gè)RL器件，屬于直流感性負(fù)載(DC-3)，由于制動(dòng)器的功率小(一般為500 W/DC110V)，因此目前普遍用交流接觸器來(lái)控制直流回路，而交流接觸器通常是在AC-3使用類(lèi)別下工作，因此，在選型時(shí)應(yīng)降容使用，如果選型不當(dāng)，則容易造成觸電燒損，接觸器使用壽命減少。

1.5 控制檢測(cè)回路中的信號(hào)回饋不可靠問(wèn)題

在運(yùn)行、抱閘、門(mén)開(kāi)關(guān)、安全、封星以及救援等控制回路中，回饋信號(hào)如果沒(méi)有有效傳遞，電梯就會(huì)報(bào)相應(yīng)的故障。目前，電梯中接觸器產(chǎn)品回饋信號(hào)的觸點(diǎn)為本體自帶的輔助觸點(diǎn)或加掛的輔助觸點(diǎn)，該觸點(diǎn)能夠可靠接通的最小負(fù)載容量為24V/10mA，而電梯控制回路反饋信號(hào)容量為5V/10mA，甚至更低。

2 解決方案

通過(guò)以上分析，別墅電梯接觸器選型和應(yīng)用的制約因素，主要是由于市場(chǎng)上暫無(wú)一款小型化、無(wú)噪音、節(jié)能、有過(guò)壓保護(hù)、觸頭型式多樣、觸點(diǎn)容量大的接觸器，來(lái)滿足別墅電梯的特殊需求。天水二一三電器集團(tuán)有限公司針對(duì)別墅電梯行業(yè)的特殊需求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出GSF5系列微型接觸器可完全解決以上問(wèn)題。

2.1 解決噪音大、體積大、節(jié)能等問(wèn)題

(1)GSF5系列接觸器屬于微型接觸器，外形尺寸與微型斷路器一致(18 mm倍數(shù))，相比傳統(tǒng)的接觸器體積減小30%，外形尺寸詳見(jiàn)表1。

表1 GSF5交流接觸器與傳統(tǒng)接觸器外形尺寸對(duì)比

(2)GSF5系列產(chǎn)品采用旋轉(zhuǎn)拍合式、直流電磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)，線圈內(nèi)置了整流模塊，可交直流通用，消除了傳統(tǒng)接觸器交流磁系統(tǒng)在吸合瞬間的明顯撞擊聲和工作中的低頻嗡嗡聲，工作時(shí)聲音更小，更適用于超靜音環(huán)境。電磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4、5所示。

圖4 傳統(tǒng)交流磁系統(tǒng) 圖5 拍合式直流磁系統(tǒng)

(3)接觸器在正常工作狀態(tài)下，需長(zhǎng)時(shí)間通電保持線圈吸合，在此過(guò)程中將會(huì)消耗大量電能，一般9-32A電流規(guī)格的傳統(tǒng)接觸器，其線圈保持功耗范圍為10～11VA；GSF5系列產(chǎn)品線圈采用KM1與KM2雙線圈組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，即線圈通電后先由KM1線圈吸合，之后由KM1和KM2雙線圈串聯(lián)保持，大幅減小了產(chǎn)品體積，產(chǎn)品功耗最高為4VA/W，相比同規(guī)格的傳統(tǒng)接觸器功耗低60%。

2.2 解決線圈斷電時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓燒損主控板繼電器觸點(diǎn)的問(wèn)題

通常情況下，解決接觸器線圈斷電所產(chǎn)生的過(guò)電壓影響，常規(guī)辦法是在線圈兩端加裝過(guò)壓抑制模塊，但因此不僅造成產(chǎn)品體積增大，同時(shí)成本增加。GSF5系列產(chǎn)品線圈內(nèi)置了過(guò)壓保護(hù)、浪涌抑制保護(hù)功能芯片，產(chǎn)品體積無(wú)變化，可解決線圈斷電產(chǎn)生過(guò)壓對(duì)主控系統(tǒng)的影響，同時(shí)線圈中內(nèi)置的浪涌保護(hù)電阻，可防止線路中產(chǎn)生的浪涌電流對(duì)控制線路板燒損。工作原理如圖6所示。

圖6 線圈工作原理圖

2.3 解決繼電器封星時(shí)觸點(diǎn)易粘連、信號(hào)回饋不可靠的問(wèn)題

在別墅電梯中，一般封星回路需要至少一開(kāi)三閉的觸頭組合，其中兩個(gè)常閉觸頭作為封星觸點(diǎn)、一個(gè)常閉觸點(diǎn)用于回饋信號(hào)的檢測(cè)回路、一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)用于線圈控制回路(見(jiàn)圖7)；由于傳統(tǒng)接觸器觸頭型式單一、數(shù)量不夠，多數(shù)用戶用二開(kāi)二閉的接觸器或繼電器加掛輔助觸頭組作為封星和信號(hào)反饋之用，但在電梯急停或停電情況下，由于輔助觸點(diǎn)觸點(diǎn)容量低，出現(xiàn)封星時(shí)觸點(diǎn)粘連的風(fēng)險(xiǎn)較大。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的GSF5-2513接觸器，能滿足一開(kāi)三閉主觸頭數(shù)量，且產(chǎn)品觸點(diǎn)容量為30A，遠(yuǎn)大于輔助觸點(diǎn)10A的容量，同時(shí)其外掛的輔助觸點(diǎn)，采用了彈片直動(dòng)式雙觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最小接通負(fù)載為5V/10mA，能滿足別墅電梯弱信號(hào)接通要求。

圖7 別墅梯主控回路、封星回路、控制回路接觸器工作原理圖

2.4 解決制動(dòng)抱閘回路接觸器選型不當(dāng)?shù)膯?wèn)題

電梯的制動(dòng)抱閘回路一般為DC110V/4A的直流回路，控制制動(dòng)器的接觸器最好選用直流接觸器，但目前市場(chǎng)上的直流接觸器體積大、價(jià)格高，電梯用戶一般不選用，通常的做法是選用交流接觸器降容使用來(lái)控制直流負(fù)載，但由于用戶接觸器選型不當(dāng)，容易造成設(shè)備故障報(bào)警。在這里為用戶介紹一種使用和選型方案。

(1)交流接觸器的觸頭串聯(lián)。一般抱閘回路選用的交流接觸器均為三極或四極，在觸頭接線時(shí)，按照?qǐng)D8的方式串聯(lián)接線，需要注意的是最好將負(fù)極兩極串聯(lián)，正極一極接線，原因是反向自感電動(dòng)勢(shì)電流最先流向負(fù)極。在條件許可的情況下，盡可能多的串聯(lián)主觸頭極數(shù)，是降低拉弧故障的有效措施。

圖8 觸頭串聯(lián)方式

試驗(yàn)驗(yàn)證：使用一只中間繼電器來(lái)控制一臺(tái)接觸器的直流線圈(此時(shí)中間繼電器模擬抱閘接觸器，接觸器電感線圈模擬抱閘電磁鐵)，繼電器觸頭通過(guò)串聯(lián)來(lái)驗(yàn)證觸頭拉弧的情況如下：①用繼電器的單極觸點(diǎn)控制電感線圈，在斷電瞬間，繼電器觸點(diǎn)拉弧明顯，弧光呈藍(lán)紫色；②用繼電器的兩極觸點(diǎn)串聯(lián)控制電感線圈，在斷電瞬間，繼電器觸點(diǎn)依然存在拉弧，但弧光較第一種明顯減弱，呈白色；③用繼電器的三極觸點(diǎn)串聯(lián)控制電感線圈，在斷電瞬間，繼電器觸點(diǎn)無(wú)拉弧，在頻繁斷電時(shí)偶爾可見(jiàn)及弱的弧光。

結(jié)論：對(duì)控制電感線圈的觸點(diǎn)串聯(lián)的數(shù)量越多，消弧的效果越明顯，從電弧的顏色可見(jiàn)，電弧的能量也依次減小，電弧對(duì)繼電器觸點(diǎn)的燒灼損傷也大大降低。

(2)交流接觸器控制直流負(fù)載的選型。在不同的使用類(lèi)別和額定工作電壓下，主觸頭為單極、雙極、三極串聯(lián)時(shí)，其最大的工作電流各不相同，詳見(jiàn)表2。

表2 GSF5系列交流接觸器主觸頭分?jǐn)嘀绷髫?fù)載技術(shù)數(shù)據(jù)

別墅電梯的抱閘回路額定工作電壓為DC110V，額定工作電流為4A，因此在選接觸器時(shí)，從表2中提供的技術(shù)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，可選擇GSF5-25/4P產(chǎn)品，并且采用觸頭雙極串聯(lián)的型式即可。

3 結(jié) 語(yǔ)

別墅電梯在設(shè)計(jì)中，接觸器被廣泛用于電梯控制回路、抱閘制動(dòng)回路、封星回路，本文重點(diǎn)分析了別墅電梯對(duì)接觸器的特殊要求及接觸器存在的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決措施；同時(shí)，在配置選擇接觸器時(shí)，還應(yīng)結(jié)合負(fù)載屬性、容量以及實(shí)際工況，考慮降容以降低接觸器觸點(diǎn)熔焊風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)接觸器的使用壽命。