摘 要 傳統交流接觸器應該是一種很可靠的電器，但使用中也常發生線圈燒壞、觸頭粘接、鐵芯發響。本文針對國內使用已達到IEC標準的產品，出現不能可靠工作，進行了分析，并提出了用擴大線圈工作電壓范圍的方法，設計高可靠的交流接觸器，并簡介其設計要點。 關鍵詞 寬電壓工作 高可靠接觸器 傳統接觸器在使用中常發生線圈燒壞、觸頭粘接、鐵芯發響（三大頑癥）。產生的原因有產品本身的原因，也有使用及電網供電方面的原因。如何提高傳統接觸器的設計制造水平，滿足在電網電壓變化范圍較大時，仍能可靠工作是本文論述的目的。 為了設計并制造高質量的接觸器，首先必須弄清楚傳統接觸器產生三大故障的原因及其解決的途徑。 1． 鐵芯發響：究其原因，是交流電磁鐵在電流過零時，吸力減少到小于反力時，鐵芯吸合不牢，當鐵芯極面不平時，就會產生噪聲，這就是鐵芯發響。在制造廠發響的鐵芯是不會出廠的，盡管標準規定距離1m處，噪聲不得超過40分貝，但出廠的標準往往是靠人工手感來判定，超過“微麻”就判不合格，目前用手感測鐵芯是否合格，應該說是較嚴的。當然不是一個科學的標準，但是在生產車間環境噪聲較高，使用分貝儀測試鑒別的方法也有不便。當手感出現分岐時，有事先存放的樣品作為判據。在生產廠減少噪聲的方法，將鐵芯鉚牢、磨平，達到要求即可。在使用中，出現噪聲而停止使用的情況大致有： 1） 極面有污垢物（如鐵芯生銹、油污垢）； 2） 分磁環斷； 3） 有異物落在極面上（如細小固態顆粒）它們都會使鐵芯產生較強的噪聲。 2． 線圈燒壞的原因較多： 2.1 設計裕度不夠： 2.1.1 漆包線的選用不當：為了降低成本，選用耐溫130℃以下的漆包線。甚至選用油性漆包線。 2.1.2 線圈溫升：設計一般要求60K以下，高強度聚脂漆包線的耐熱一般選用155℃，有的設計人員為了降低成本減少線圈匝數，提高線圈溫升至70K～80K有的甚至達到90K，使線圈漆包線長期處在高溫下工作，降低了線圈絕緣強度。 2.1.3 吸力、反力配合不完好：電壓低時，吸合困難，動作時間長，線圈承受起動大電流的時間增加，更加使線圈發熱電阻增大，又驅使吸力更明顯欠缺，吸合更加困難，直至不能吸合。線圈在空心電抗下工作，線圈電流大很快會燒壞。 2.1.4 產品工作電壓范圍不夠寬，電壓低于85%可能出現熱態不能吸合，電壓高于110%時，線圈過熱燒壞。 2.2 生產過程中控制不嚴或失控： 2.2.1 進廠檢驗不嚴：漆包線漆膜不勻，局部露裸線存在針孔超標。 2.2.2 線圈繞制工藝存在缺陷，無漲力控制或控制不當；繞制線圈時，控制繞線漲力，是確保線圈不至繞制太松，更不要太緊，使漆包線拉長，造成絕緣耐壓降低。 2.3. 使用中的相關問題： 2.3.1 控制線圈的電源：由變壓器供電時，變壓器輸出的電壓，達不到額定電壓Us的要求值；電壓過高超過標準規定。 2.3.2 控制線圈電壓選用的影響：Us有380V、220V、110V直至12V可供選用，選用的一般原則： a、Us不宜太高，能用110V不應選用380V，因為高電壓匝數多，分斷時會產生很高的過電壓，損壞線圈絕緣，電壓高的線圈，用漆包線更細一些，細的漆包線繞制時漲力控制稍有偏差會使線圈產生層間、匝間絕緣強度的降低。 b 、Us也不宜太低，能用48V的不宜選12V，因為當電壓低于20V時，觸頭接通有時會出現接觸不可靠。低電壓線徑較粗，漆包線不會產生拉伸變細，但過粗的線徑不便于繞制，尤其是大容量（250A）以上的接觸器，最好不選用Us低于110V的電壓值。 3. 觸頭熔焊產生的原因： 3.1 設計選材不合理：有的設計人員，認為純銀觸頭在25A的電路中耐磨性能不如含銀量低的AgNi10，通過實踐證明AgNi20在32A電路中，也有較好的耐電磨損性能，為了節約用銀，有的企業技術人員選用含銀量低的AgCdo15觸頭，降低了產品性能。 3.2 生產過程中控制不嚴或失控： 3.2.1 進廠檢驗不能控制觸頭質量：觸頭制造材料、工藝或成份產生偏差，致使抗熔焊性降低； 3.2.2 為確保觸頭焊接質量，對于焊接的工藝參數：電流、時間、壓力等一定要嚴加控制，否則會造成觸頭焊接不良。 3.2.3 動觸頭焊接：因有兩個觸點，先焊點的熱量，會影響后焊點的焊接質量，保證后焊點焊接強度的工藝措施尤為重要。 3.3 使用中的相關問題： 3.3.1 控制線路中的故障（如線圈電路中，常閉觸頭超程小、振動時，觸頭時通時斷） 3.3.2 正、反向控制電路設計未考慮換接時的燃弧時間（尤其是連續具有反接制動、能耗制動的重任務工作，滅弧室溫升過高，滅弧時間會延長。），或由于使用者片面追求快速，將轉換延時單元棄用，而造成電弧短路，使觸頭燒蝕嚴重直至熔焊而不能分開。 3.3.3 由于接線原因，造成接線處溫升過高：過高的熱量傳遞至觸頭系統，使動觸頭變軟或影響觸頭壓力變化，造成觸頭接通熔焊。同時高溫會使相間絕緣變壞，造成相間短路。 3.3.4 負載電路出現故障或短路：致使接觸器分開短路電流而造成熔焊或燒毀。 3.3.5 重載起動時，網絡電壓Us跌落到85%以下，甚至達到70%使起動接觸器不能可靠吸合，產生抖動。主觸頭在起動電流下連續通、斷，電弧熔化觸點，直到熔粘焊牢。 3.3.6 連續頻繁點動：點動對于要求運動機械產生很小的位移是一種常用的方法，例如，沖壓機對模，起重機械吊起時或吊重物要求輕放時。由于點動電動機只能轉動一個很小的角度，就立即分斷，連續頻繁的點動，使觸點處在大電流燃弧下工作，使觸點熔焊而粘牢，故障立即發生。 綜上所述，一個傳統的好接觸器，能保證做到符合GB、IEC、VDE等標準的要求，但仍然有出現故障的可能。因此如何改進設計，提高產品性能，使產品達到有較高可靠性已是一個課題。 4. 高可靠接觸器的設計 在95年前后，國內某空調大公司，使用近50萬臺已得到國外大公司許可證的接觸器。有200余臺產品（萬分之四）出現線圈燒壞，或觸頭熔焊。某空調大公司進行了驗證試驗，證明產品是符合標準的。這就提出了設計高可靠產品的必要性。筆者認為問題的出現是由于使用環境電網電壓存在差異所至，并提出以下設計要點： 4.1 線圈設計采用直流工作：消除噪聲，減少功耗。 4.2 設計具有寬電壓工作特性的接觸器：在傳統接觸器內加入一個寬電壓工作組件，使交流接觸器具有良好的寬電壓工作特性。其電路原理圖見圖1 4.3 圖解： 4.3.1 從圖中看出,盡管使用交流電源，但線圈工作在直流電路中,電磁鐵不會發響. 4.3.2由于直流工作,徹底根除了線圈繞組中短路匝的危害 。 4.3.3由于直流工作,保持吸合所需電壓（以9A接觸器為例）可減少至8V～10V。線圈實際功耗僅為0.3瓦左右線圈溫升很低, 線圈不會因過熱燒壞。 由于電容降壓，線圈繞組承受的工作電壓很低，線圈可避免高工作電壓擊穿損壞絕緣。 4.3.4從圖中可看出,當產品完成吸合后,自控開關K分開，使線圈從直流全壓起動,轉變為直流低壓保持，這種工作特性，為允許控制線圈電壓范圍增大留下了空間，當工作電壓增加至140%時，線圈的功耗大約接近2瓦。線圈溫升大約40K,比傳統接觸器還要少20%～30%。 4.4寬電壓工作特性： 寬電壓工作體現在允許線圈工作電壓從傳統接觸器的85%～110%擴大到70%～130%。上限到130%主要為確保網絡電壓偏高時線圈不燒毀。下限到70%為了確保當控制線圈電壓突然跌落至70%時，產品也能正常工作，根除傳統接觸器在這時出現的抖動吸合，使主電路不會在6倍起動電流時接通分斷電路，避免造成觸點熔焊。設計寬電壓工作特性的關鍵是： 4.4.1吸合電壓：設計調整線徑、匝數，增加啟動安匝數。必須達到65%～68%確保線圈在熱態下不出現抖動吸合。 4.4.2釋放電壓：在本設計中要求釋放電壓精選較低值，接近標準值（大于0.1Us），這樣，可獲得較好的釋放特性（一放到底）。釋放電壓的設計,主要根據自控開關的開距以及降壓電容器的容量大小來確定，自控開關開距大，降壓電容器的容量小，可獲得較高的釋放電壓，自控開關開距小，降壓電容器的容量大，可獲得較低的釋放電壓值。 4.4.3自控開關的分斷時機：自控開關的分斷應設計在主觸頭接通的前后，對于主觸頭開距大，動觸頭支持件及銜鐵運動系統的慣量大時，應設計在主觸頭接通前分斷，對于運動慣量小的系統，只能設計在主觸頭接通后斷開或同時完成。在同一系統中自控開關在主觸頭接通前分斷，比選擇在主觸頭接通后分斷好，磁鐵系統的剩余沖擊能量要小些，對于觸頭產生振動小，有益于產品提高機械壽命和電氣壽命。 5.性能對比： 以國內、外著名的傳統交流接觸器3TF40、3TF51、LC1-09、LC1-150F為例，和已采用寬電壓工作的接觸器BC98-9、BC98-140進行對比：（見表1） 表1 從以上對比情況可以看出：在傳統交流接觸器內安裝有寬電壓工作節能組件的BC98-交流接觸器，各項對比項目明顯高于國內、外著名的傳統交流接觸器。新一代BC98-交流接觸器克服了傳統交流接觸器容易燒線圈，容易造成觸頭接通熔焊，以及鐵芯發響等弊病，為提高交流接觸器的可靠性,開辟了一條新路。