文章编号:1004 289X(2006)02-0024-03
眭晓泉
(昆山瑞普电气有限公司，江苏 昆山 215316)
摘 要：论述了永磁机构的工作原理，分析了采用不同机构的真空接触器的反力特性。永磁机构是一种用永磁力作稳态保持、由电磁线圈提供动作能量的机械系统。
关键词：真空接触器；操作机构；反力特性；永磁
中图分类号:TM572 文献标识码:B
Spring Load Characteristic of Vacuum
Contactor Adopting Permanent-magnet Mechanism
SUI Xiao-quan
(Kunshan Ruripu Electrical Co,ltd.,Kunshan Jiangsu215316,China)
Abstract:The operating principle of a permanent-magnet mechanism is expounded.The spring load characteristics of vacuum contactors of different mechanism are analysed.The permanent-magnet mechanism is mechanical system which is used by per manent-magnet force as steady-state hold and acction energy is offered by magnet coil.
u交Key words:vacuum contactor;operating mechanism;spring load characteristic;permanent magnet
1 引言
交流接触器是一种用于电路作频繁通断操作的开关电器，就其工作原理看，其操作机构是一种具有合闸、分闸两个稳态和吸合、释放两种运动的机械系统，系统的驱动能量一般来自于电磁铁，驱动目标是触头的开、合。
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真空接触器采用真空灭弧室作为分合电流的开关元件，由于真空灭弧室的优异性能，真空接触器正越来越多地取代空气接触器。真空接触器操作机构与空气式有所不同，除行程较小外，由于真空触头间具有自闭力(该力为空气负压与波纹管弹力之合)，吸合时所需能量较小而释放时所需能量较大。目前真空接触器操作机构大都是电磁-弹簧机构，吸合时直流电磁铁通电产生吸力，此吸力与真空管自闭力合为吸合力，吸合力克服反力驱动触头闭合，并给分闸弹簧储能；当电源被切断或电压降低而导
致电磁吸力小于反力时，接触器在弹簧作用下分断。其反力特性如图1。图中粗线段为总反力，总反力分为两段：触头闭合前即开距阶段，反力为分闸弹簧弹力与真空管自闭力的合力(二者方向相反)；触头闭合后即超行程阶段，反力为分闸弹簧与触头弹簧的弹力之合。总反力曲线下方的阴影面积表示吸合时电磁力为克服反力需要做的功，虚线表示指向吸合方向的力。
随着永磁技术的发展，近年来永磁操作机构在断路器和空气接触器中的应用已取得成功并得到迅速推广。与传统机构相比，永磁机构具有结构简单、可靠性高、状态稳定、噪声小、能耗低、寿命长等优点。
一般说来，永磁机构可大致分为双稳态和单稳态两种形式。所谓双稳态机构是指在机构的两个稳态都用永磁力保持，而单稳态实际上也有两个稳态，只不过永磁力只保持一个稳态；另一个稳态由其它形式如弹簧或电磁力保持。图2所示的是双稳态永磁机构的一般结构，它由7个零件组成：用以提供磁通路的静铁心、两个极性相对的永磁体、用低碳钢制造的动铁心、对外传动的驱动杆和合闸分闸两个线圈。有的机构只用一个线圈，通过变换线圈中的电流方向来实现两个线圈的功能，称为单线圈机构。当线圈中没有电流通过时，永磁体的磁场通过动静铁心及其之间的气隙在A、B两端形成两个回路，气隙越小的回路磁通量越大，引力也越大，从而将动铁心吸持在一端极限位置上，如图中A端。此时在动铁心中只有永磁体的磁场，而这个磁场在动铁心两端的方向是相反的。当在B线圈
中通以设定的电流时,B 线圈的磁场在B 端与永磁磁场方向相同而在A 端方向相反，此消彼长,B 端的合成磁场远大于A 端，动铁心在此合成磁场作用下加速向B 端运动，并最终被吸持在B 端，此时切断电流，动铁心依靠永磁体的磁力保持在B 端极限位置。当A 线圈通电时，情况与此相同，动铁心向A 端运动并被保持在A 端。由此可见，永磁机构是由永磁体提供合闸、分闸状态的保持力，这两个稳态不需要消耗能量，也不需要机械锁扣，电磁线圈只需提供吸合、释放动作所需的能量。双稳态永磁机构真空接触器的反力特性如图3。比较图1和图3，永磁机构的反力特性与弹簧机构有很大不同，弹簧机构的反力是单向的，吸合时需要电磁力给弹簧储能，合闸状态需要电磁力来保持，释放时电磁铁断电，弹簧储存的能量释放，不需要电磁力参与。永磁机构的反力方向是变化的，可分为四个阶段，当吸合过程刚开始时总反力是阻力，电磁力需克服此力，使动铁心开始运动；当动铁心运动了一定距离后，由于永磁吸力随气隙的增加而迅速减小，总反力方向反转，成为吸合的动力；当真空管触头闭合后，真空管自闭力消失，触头弹簧开始压缩，总反力方向又反转为吸合阻力；当动铁心运动到接近行程终点时，维持合闸的永磁吸力迅速增大，总反力方向再次反转，指向吸合方向。释放过程与此相似。图3中粗实线下方的阴
影面积表示吸合时电磁力为克服反力需做的功，粗虚线下方的阴影面积表示释放时电磁力为克服反力需做的功。显然，配永磁机构的真空接触器吸合时所需能量较小，而释放时则要消耗一定的电磁能量，原因是吸合的阻力主要来自触头弹簧，释放的阻力主要是真空管的自闭力。
单稳态永磁机构的结构和工作原理与双稳态基本相似，图4所示是用永磁作合闸保持、弹簧作释放及分闸保持的单稳态永磁机构真空接触器反力特性，图5所示是用电磁力作合闸保持、永磁作分闸保持的单稳态永磁机构真空接触器反力特性。图4所示的反力特性与弹簧机构较为相似，但在接近合闸位置时，由于永磁力的参与，反力迅速减小并最终反转为合闸保持力，系统储存的能量也较少，且释放时同样需要电磁力给予动铁心初始动力，以脱离永磁保持力的束缚，在弹簧的推动下完成释放动作。图5所示的反力特性较接近于双稳态机构，但在接近合闸位置时，缺少了永磁保持力的参与，总反力等于触头弹簧的压力，需要大于此压力的电磁力作合闸保持。与电磁-弹簧机构相比，同样是电磁力作合闸保持，这种机构所需的电磁能量和保持力都要小得多。释放时与双稳态永磁机构几乎相同,
仍然需要较大的电磁力推动。
∀总反力#分闸弹簧∃触头弹簧%=&+∋：真空管反力&真空负压∋波纹管弹力(永磁吸力
1：静铁心;2:B 线圈;3：动铁心;4、5：永磁体;6:A 线圈;7：驱动杆
图1 图2 图3 图4 图5
永磁机构还有其它的实现方式，其基本结构和工作原理差别不大。究其根本，永磁机构是利用永磁体拼接地图
的磁力这一既不消耗能量又不会磨损的方式作系统一个或两个稳态的保持，由于永磁力的参与，系统的反力不再是单向的，因而在吸合和释放两个动作过程中都需要电磁力的驱动，这就要求控制电路能够提供两个
方向的驱动能量。
采用永磁机构的真空接触器除了具有可靠性高、状态稳定、能耗低、寿命长等优点外，其动作时间非常稳定。据验证，机构的动作时间分散性可控制在)1ms 以内，这就使选相操作成为可能。另外，接触器的动作
(下转第46页)
载之间的传动比。适当加大传动比，可减轻电动机轴上的阻转矩，避免出现带不动的情况。如无法加大传动比，则应考虑增大电动机和变频器的容量。 2.4 升速或降速中过电流
这种现象是由于升速或降速过快引起的，可采取如下措施:
1)延长升(降)速时间：首先了解生产工艺要求是否允许延长升(降)速时间，如允许，则可延长升(降)速时间;
2)准确预置升(降)速自处理(防失速)功能：变频器对于升、降速过程中的过电流，设置了自处理(防失速)功能。当升(降)电流超过预置的上限电流时，将暂停升(降)速，待电流降至设定值以下时，再继续升(降)速。
3 过载跳闸及原因分析
电动机能够旋转，但运行电流超过了额定值，称为过载。
过载的基本特征是：电流虽然超过了额定值，但超过的幅度不大，一般也不形成较大的冲击电流。
3.1 过载的主要原因
1)机械负荷过重，其主要特征是电动机发热，可从显示屏上读取运行电流来发现;
2)三相电压不平衡，引起某相的运行电流过大，导致过载跳闸，其特点是电动机发热不均衡，从显示屏上读取运行电流时不一定能发现(因显示屏只显示一相电流);
3)误动作，变频器内部的电流检测部分发生故障，检测出的电流信号偏大，导致跳闸。
3.2 检查方法
1)检查电动机是否发热，如果电动机的温升不高，则首先应检查变频器的电子热保护功能预置得是否合理，如变频器尚有余量，则应放宽电子热保护功能的预置值。
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如果电动机的温升过高，而所出现的过载又属于正常过载，则说明是电动机的负荷过重。这时，应考虑能否适当加大传动比，以减轻电动机轴上的负荷。如能够加大，则加大传动比。如果传动比无法加大，则应加大电动机的容量。
2)检查电动机侧三相电压是否平衡，如果电动机侧的三相电压不平衡，则应再检查变频器输出端的三相电压是否平衡，如也不平衡，则问题在变频器内部。
led压边机如变频器输出端的电压平衡，则问题在从变频器到电动机之间的线路上，应检查所有接线端的螺钉是否都已拧紧，如果在变频器和电动机之间有接触器或其它电器，则还应检查有关电器的接线端是否都已拧紧，以及触点的接触状况是否良好等。
如果电动机侧三相电压平衡，则应了解跳闸时的工作频率：如工作频率较低，又未用矢量控制(或无矢量控制)，则首先降低U/f比，如果降低后仍能带动负载，则说明原来预置的U/f比过高，励磁电流的峰值偏大，可通过降低U/f比来减小电流；如果降低后带不动负载了，则应考虑加大变频器的容量；如果变频器具有矢量控制功能，则应采用矢量控制方式。
4 结论
变频器在煤矿应用刚刚起步，但由于煤矿生产环境相对于其它行业较为恶劣，湿度大，有淋水，灰尘多，并且安装条件狭窄，操作人员应认真仔细操作，制定专门的变频器操作规程!予以指导，才会从根本上杜绝或减少变频器发生事故。
收稿日期:2006-02-09
(上接第25页)
特性可以通过控制电路非常方便地进行调整，这样就
可以根据使用要求设定接触器的性能。随着永磁技术的发展和控制电路的进一步改进，永磁机构真空接触器将有可能使许多电气设备的运行方式发生改变。收稿日期:2006-02-05
不锈钢肥皂盒作者简介：眭晓泉(1967-)，男，江苏徐州人,1989年毕业于中国矿业大学，工程师，现供职于江苏昆山瑞普电气有限公司，从事电器设计工作。
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