交流接触器与直流接触器的异同及代换使用
摘要:接触器分交流接触器和直流接触器,分别专门用于交流电路和直流电路中,在特定的条件下,增设辅助电路后两者可代换使用。
关键词:接触器;交流;直流中图分类号:TM572 文献标识码:A
接触器是电力拖动中最主要的控制元件,也是自动化控制常用的执行元件。
常见的接触器分交流接触器和直流接触器两类。
它们分别用于交流和直流电路中,远距离分断与接通电路。
一般情况下,两类接触器不可直接代换使用。
1 交流接触器与直流接触器的异同交流接触器与直流接触器结构大体相同,都有电磁动作机构、触点系统和灭弧装置三大部分构成;其工作原理完全相同,均是通过电磁机构带动触点系统动作实施主电路通断;另外,控制方式也完全相同,都是通过线圈回路小电流控制负载回路大电流。
但从具体结构和用途讲存在如下不同:
1.1 电磁机构不同: 交流接触器电磁铁由一个分体E型铁芯和线圈构成,如图(一)。
因为铁芯中通过交变磁通,铁芯中有磁滞损耗和涡流损耗,所以会产生热量。
为此,一方面铁芯用硅钢片叠压而成,以减少铁芯损耗。
另一方面将线圈制成短粗形状,并用骨架将线圈与铁芯隔离,以免铁芯的热量传给线圈。
另外,交流接触器的动铁芯端面处装有分磁环(短路环),其作用是消除铁芯振动,降低噪声。
直流接触器电磁部分如图(二)所示,它与交流接触器电磁部分有如下差别:
(1)交流接触器动铁芯(衔铁)沿直线动作属直动式,而直流接触器动铁芯动作是转动式。
(2)铁芯中磁通恒定,没有磁滞损耗和涡流损耗,工作中不产生热量。
为此,铁芯用软铁直接做成。
(3)线圈绕成细长形状且与铁芯接触较紧密,不用骨架,目的是将线圈的热量通过铁芯散发出去。
1.2 灭弧方式不同。
交流接触器的触点系统特别是主触点均采用双断口桥式触点,这种双断口结构形式在有限空间内可增大触点间距。
因此,对触点处电弧的形成和持续有一定削弱作用。
容量20A以上的交流接触器都装有陶瓷灭弧罩, 200A以上的交流接触器装有栅片结构灭弧罩, 其灭弧方式采用窄缝灭弧和栅片灭弧。
1 磁吹线圈
2 绝缘套
3 铁心
4 引弧角
5 导磁夹板
6 灭弧罩
7 动触头
8 静触头对于直流接触器而言,主触点断开电路的瞬间,触点处的电弧更强烈也更稳定。
如果不采取措施,仅有交流接触器的结构完全达不到灭弧的目的。
为此,直流接触器中又增加了灭弧线圈,如图(三)所示。
在触点电路中串入一个磁吹线圈。
负载电流产生的磁场方向如图所示,当触头断开产生电弧时,在电动力作用下,电弧被拉长并吹入—7—灭弧罩6中,电弧立即冷却且被熄灭。
这种灭弧方式的主要动力来源于负载电流,电流越大吹弧能力越强。
1.3 选用方法不同选用接触器一般是依据电源电压和负载电流选择。
选交流接触器时在电压参数合适的前提下,接触器电流参数选择越大,电路工作越可靠,寿命越长。
但选择直流接触器时,电流参数应等于或接近负载电流数值,不可降容太多。
否则,触点处灭弧效果不能保证。
1.4 自身耗能的差异接触器耗能是由线圈本身阻抗决定的。
对于交流接触器来讲,线圈电流为: i=u R2 KM+X2 KM式中Rkm为线圈直流电阻,Xkm= 2 πfL是线圈交流感抗,该数值受铁芯气隙影响很大,在线圈刚通电瞬间,气隙最大,其感抗值Xkm很小,电流i很大。
而吸合后,感抗Xkm增大,电流减小,如图(四)曲线1所示。
刚通电瞬间的电流称起动电流,吸合后的电流称维持电流。
对于直流接触器,线圈通稳定直流电,因f=0,x=0线圈电流I=U/Rkm恒定不变。
如图(四)中曲线 2 。
该电流数值能满足起动和维持双重需要。
因此,直流接触器自身耗能大于交流接触器。
2 交流接触器线圈直流无声节电运行交流接触器线圈通交流电吸合运行,这不仅会产生磁滞损耗和涡流损耗,而且还会有交流噪声。
若改交流接触器线圈通直流电运行,则上述损耗和噪声即可消除。
图五是交流接触器线圈直流无声节电运行实例。
图中C1和C2实现无损耗限流,整流桥D1———D4将交流整直流后送给接触器线圈。
接下起动按钮SB1时,C1和C2并联通过整流桥给线圈提供很大的起动电流,接触器吸合起动,随后触点KM4断开KM5吸合。
其后只有C1提供较小的维持电流供接触器维持吸合。
这里C1的大小刚好满足线圈维持电流要求,而C2比C1约大十倍。
C1+C2能满足吸合起动电流要求。
本电路中,接触器线圈通直流电运行,彻底消除了铁芯损耗,同时实现无声运行。
对于直流接触器,线圈因兼顾起动和维持双重需求,在原设计中选择的电流数值较大,对于吸合后的维持过程来讲,有较大的节能空间。
图六是直流接触器线圈节能运行的实例,图中使用了DC/DC交换器,它将直流电源降压。
当按下起动按钮SB1时,全部直流电源电压加在线圈上,线圈可得到一较大的吸合起动电流。
待接触器吸合后,其常开辅助触点KM1接通DC/DC电源。
DC/DC输出一较低直流电压,并通过二极管D通向接触器线圈,因此,当松开按钮SB1后线圈获得维持电流。
保持吸合状态不变。
主触点KM2和KM3接通负载。
按下按钮SB2后,接触器线圈断电,触点释放。
实验表明,DC/DC输出电压取电源电压1/3时。
接触器就可以保持良好的吸合维持状态,因此本电路有显著的节电效果同时工作电流减小后,线圈发热减小寿命相应延长。
对于150A以上的大型直流接触器来讲有较高的使用价值。
3 交流接触器与直流接触器的代换使用在特殊场合中,交流接触器与直流接触器可以相互代用,但代用时需增设辅助电路,且是有条件的应用。
3.1 交流接触器在直流电路中使用图七和图八是两个应用实例。
两例中都设置了辅助电路,在接触器起动时能提供较大的起动电流。
吸合后能提供较小的维持电流。
在图七电路中,选择R2>10R1,起初电容C通过R1充得足够的电量,端电压接近电源电压。
按下起动按钮SB1时,电容C向线圈KM放电,为其提供起动所需大电流。
接触器起动吸合,触点KM1———KM3接通,接触器吸合后线圈KM通过R1限流,经触点KM3得到一较小电流维持其吸合状态。
当按下按钮SB2时,线圈断电,接触器释放,电容C经R1重新充电,电路恢复到初时状态。
图八电路中,按下起动钮SB1时,仍然是电容C向接触器线圈提供较大起动电流。
而接触器吸合后,KM3接通DC/DC电源,DC/DC输出一较低直流电压,并通过二极管D向接触器线圈提供较小电流,维持接触器吸合状态不变。
按下按钮SB2时,线圈断电,接触器释放,电路恢复初始状态。
因DC/DC变换器效率可达95%,因此图八和图七相比,有更好的节能效果。
交流接触器配上辅助电路后,可以实现在直流电路中的起动与稳定吸合,但它还不能完全替代直流接触器使用,因为直流电路(特别是电感性负载)断电时,触点处更容易形成电弧,而且电弧更稳定、更强烈,交流接触器的灭弧装置根本无法灭掉电弧。
因此,交流接触器在直流电路中的应用是有条件的:它只能应用于纯电阻性小功率负载和不直接带负载通断的中间环节中。
3.2 直流接触器在交流电路的使用直流接触器比交流接触器相比,有更有力的灭弧措施,因此,其触点系统可直接应用于任何交流负载,但线圈—8—中不可通交流电运行,仍需增设辅助电路。
图(九是一个应用实例:图中,变压器B整流桥D1———D4和电容器C的作用是将交流电变换成适应直流接触器线圈运行的直流电压。
当按下起动按钮SB1时,变压器B初级通电,接触器线圈得电吸合触点KM1———KM3闭合。
此后,接触器线圈回路经KM3自锁,负载接通。
按下按钮SB2时,线圈断电,接触器释放。
4 结束语交流接触器和直流接触器分别用在交流和直流电路中专用,在直流电路中使用交流接触器和在交流电路中使用直流接触器,均需增加附助电路。
直流接触器应用于交流电路,有完全的可行性。
但直流接触器价格较同等容量交流接触器高,且直流接触器多是两组主触点。
因此,实际交流电路中并不选用直流接触器。
若是原有闲置的直流接触器,可采用这
种方法让其在单向交流电电路中发挥作用;交流接触器用于直流设备可减小体积、减轻重量、降低造价,但它在直流电路中切断负载时灭弧能力很差,只有在不带负载断电的特殊环节中才可选用。