交流接触器节能技术的应用

交流接触器节能技术的应用

廖功龙

（东莞市中汇瑞德电子股份有限公司，东莞市523711）

摘要：交流接触器采用节能技术来降低其操作电磁系统所消耗的电功率。介绍了节能交流接触器的主要技术指标，分析了交流接触器能量损耗机理，给出了节能运行方案及措施。指出应根据节能原理，结合微机控制技术进行智能型节能交流接触器的研究。

关键词：交流接触器；节能技术；节电率；剩磁式；直流运行

交流接触器是一种适用于远距离频繁地接通和分断交流电路的低压控制电器，其主要控制对象是电动机，也可用于控制电焊机、电容器组、电热装置、照明设备等其它负载。交流接触器的工作原理简单，品种繁多，工作性能好，使用量大，使用面广。电力系统中有相当比例的电能是通过交流接触器分配到各种用电设备上的。大、中容量的交流接触器在吸持时消耗的有功功率为几十瓦甚至上百瓦。国内正在运行的大、中容量交流接触器数量很大，随着工业和电力的发展其使用量还在不断增加，年耗电量是非常可观的。所以，对大、中容量的以不间断工作制、八小时工作制工作或不频繁操作的交流接触器应该采用节电技术。从长远的角度看，研究交流接触器的节能技术并推广应用交流接触器的节能运行方案具有重要的经济意义。

1交流接触器的节能原理

低压电器的节能技术主要是指通过对低压电器进行技术改造，使之在运行期间消耗的能量降低，最终使运行费用降低。通常用综合经济效益来衡量节能技术成功与否，通过技术改造，产品成本可能会略有增加，当成本增加量小于节能费用时，可认为该项节能技术是成功的。交流接触器的节能是指采用节能技术来降低其操作电磁系统所消耗的电功率。对交流接触器采用节能技术，是对交流接触器外附无声节电器或者制作节能型交流接触器。交流接触器的电磁系统采用交流控制电源。铁心交变磁化会产生振动和噪声，铁心交变磁化产生的磁滞损耗和涡流损耗会引起铁心发热，因此交流操作的交流接触器的衔铁和铁心用硅钢片冲制后铆装而成以减小铁损，并在极面上安装短路环以防止因交流电磁吸力周期变化而引起的铁心振动与噪声。交流操作时，交流接触器的损耗包括铁损ΔPFe(磁滞损耗ΔPh＋涡流损耗ΔPe)、铜损ΔPCu(电磁线圈的电阻损耗)和短路环损耗。其中，铁损ΔPFe是由磁滞和涡流产生，是交变磁化下铁心中的功率损耗。交流接触器的总损耗中，铁损ΔPFe占65%～75%，短路环损耗占25%～30%，铜损ΔPCu占3%～5%，光铁损ΔPFe和短路环损耗就占总损耗的90%以上。

交流操作时，交流接触器具有以下工作特性：(1)交流接触器在打开位置时需要较大的激磁功率才能产生使衔铁吸合的电磁吸力，而在吸合保持阶段(铁心气隙甚小，数量级仅为10-2mm)，只需要很小的激磁功率就可保证铁心的可靠吸合。(2)交流接触器的起动时间很短，仅为几十毫秒。以八小时工作制、不间断工作制和长期工作制工作的交流接触器长期处于吸合保持阶段。(3)交流接触器的操作电磁系统消耗的功率大部分集中在铁心和短路环上。如果吸持铁损很大，会引起铁心和线圈发热升温。(4)电磁吸力变化频率为激励频率的2倍。如果短路环安装不当或没有安装短路环，铁心会有振动和噪声出现。

2节能方案

交流接触器的节能运行方案较多，主要采取下列方法：(1)改造其电磁系统，包括改造线圈为节电线圈和改变铁心的材料或结构；(2)外附或加装无声节电器；(3)改造机械结构，加装锁扣脱扣器。节能运行方案可以采用其中的任意一种方法或同时采用其中的两种方法，甚至同时采用三种方法。但无论采用何种方法的节能运行方案，其目的均在于降低交流接触器吸持时消耗的功率。交流接触器的节能运行方案一般能取得较高的节电效益，并能降温降噪，因此受到用户的欢迎，得到推广和应用。但如果节能运行方案不合理，一般会使其电寿命比不采用节能技术的接触器的电寿命短一些，性能指标也要低一些，因此如何提高节能交流接触器的电寿命和性能指标是交流接触器节能技术研究的重点之一。此外，对交流接触器采用节能技术时，为了实现起动阶段向保持阶段的转换，一般需要占用辅助触头甚至增加继电器或接触器，这样就占用了用户的使用空间，增加了成本，甚至因没有安装空间而无法实现。交流接触器按吸持时的运行性质划分，其节能运行方案主要包括：直流运行方案，剩磁运行方案和机械锁扣运行方案。直流运行方案是指交流接触器吸合后将交流控制变为直流控制，这样使电磁线圈铁损和铜损很小，从而大大降低了电磁操作系统的电损耗及其线圈温升，最终达到节能降温的目的。同时，由于吸合保持状态电磁线圈通过的是方向不变的直流脉动电流，交流噪声也会随之消除，所以也称之为无声运行方案。剩磁保持式节能运行方案是指对交流接触器电磁系统的铁心采用剩磁大的磁性材料，同时设计专用的起动电路使交流接触器可靠吸合后能完全利用剩磁保持其吸合状态。采用剩磁保持式节能运行方案后，交流接触器吸持时电磁线圈的电流为0。采用直流运行方案后，交流接触器吸持时电磁线圈电流为脉动直流电流。所以，采用这两种节能运行方案的交流接触器不用安装短路环。机械锁扣运行方案是指因交流接触器加装锁扣机构和脱扣线圈，而使交流接触器一旦吸合，即被锁扣住。脱扣线圈有加压脱扣线圈和失压脱扣线圈两种形式。

3节能交流接触器的主要特点和技术指标

节能交流接触器的主要特点：(1)均是以降低交流接触器吸持时吸收的功率为目的，用转换部件或环节把交流接触器的起动电路和保持电路分断开；(2)一般能取得较高的节电效益，同时降低电磁系统的温升并消除噪声；(3)一般需要占用交流接触器的辅助触头，有时还需要调整交流接触器的辅助触头。节能交流接触器的主要技术指标：(1)动作性能方面，节能交流接触器的动作性能应符合原交流接触器产品标准规定的动作范围要求。(2)操作频率方面，操作频率指每小时内完成的操作次数。操作一次是一个完整的操作循环，即接触器闭合与断开一个循环。节能交流接触器比较适用于不频繁操作的场合。节能交流接触器动作的频繁程度可用操作频率来说明，推荐采用3～60次/h。(3)节电率方面，节电率包括有功节电率和无功节电率。

4结语

在考虑节电率、可靠性、使用寿命、噪声、用户是否使用方便等多方面因素的基础上，主要对交流接触器的工作性能和节能技术进行了详细介绍，并分析比较了几种典型的交流接触器的节能运行方案，介绍了它们的工作原理。随着微机控制技术、网络通信技术、电力电子技术的飞速发展，采用微处理器作为控制核心，实现交流接触器的智能节能运行具有更好的发展前景，并且可以很方便地实现总线网络通信功能，现场的运行数据可实时反馈到上位机，上位机也可对现场进行控制。进一步的工作是根据上述的节能原理，结合微机控制技术进行智能型节能交流接触器的研究。

参考文献

[1]交流接触器的节能研究[J].房德君.节能.2001(08)

[2]国外家用节能技术开发与应用的经验及启示[J].谢丽威,王喜红.南方职业教育学刊.2012(04)