交流接触器的作用

交流接触器的作用（共6篇）

1.交流接触器的作用 篇一

电弧是开关电器工作中产生的一种必然现象,为了减小甚至消除电弧,近年来,国内外已有不少电器工作者在电弧研究领域开展了广泛的研究工作。

由于电弧是温度极高的游离气体,因此要想准确的测试分析电弧十分困难。目前,常见到的测试装置大多采用高速摄像机或CCD测试系统完成电弧的图像拍摄和信号采集,进而对电弧进行分析和研究[1]。对高压开关电器和低压断路器的短路电弧的研究工作已经全面展开。但是,这些装置大都价格昂贵,难于应用在产品的开发检验中[2]。低压空气式交流接触器是一种量大面广的控制电器,其工作过程尤其是AC-4工作状态产生的电弧直接影响接触器的电寿命。为了进一步提高产品的性能指标、优化触头系统、分析触头材料,必须对交流接触器的运动电弧特性进行分析和研究。因此,设计了基于智能交流接触器的电弧检测试验装置。

该装置充分利用了智能交流接触器吸合和分断时刻可控的特点,完成了触头分断时的控制和检测方案。智能交流接触器产品采用了智能控制模块与接触器本体相结合的控制方案,通过智能控制模块实现接触器起动、吸持、分断全过程的动态控制。在分断过程中,可以灵活的控制接触器触头的分断时刻,为研究接触器分断过程中的电弧提供良好的测试平台。

本文利用了智能交流接触器可以实现过程控制的特点,设计了一套基于智能交流接触器控制电路的电弧检测装置,使用两片单片机对电弧电流和电压同时进行采样并完成上位机的控制和显示,具有控制简单、操作灵活、价格便宜等特点,而且为高速摄像机提供了输入接口,方便对电弧特性进行进一步分析和研究。

1 电弧检测装置的工作原理

1.1 智能交流接触器

介绍智能交流接触器的工作原理,以单台接触器本体加智能控制模块的控制方案为例,其工作原理框图如图1所示。

在吸合过程中,电压采样电路对控制电路电压进行采样,当采样电压高于最低吸合电压后,单片机发出吸合信号给控制电路1,而后主控元件1接通,线圈强激磁吸合。待线圈吸合后,单片机给控制电路2发出保持信号,主控元件2接通,同时主控元件1退出,接触器低电压保持。在分断过程中,电流采样电路对主电路电流进行采样,当采样到电流零点时,单片机给控制电路2发出分断信号,线圈失电,接触器零电流分断。通过主控计算机控制,可以实现接触器吸合和分断过程的智能控制[3]。

1.2 电弧检测装置的检测方案

电弧检测装置是以智能交流接触器为基础,实现对电弧电流和电压的采集。由于接触器分断过程中所产生的电弧是动态电弧,最终测量结果与采样精度有关。如果采样点数越多,则采样精度越高,但这种情况下单片机的采样速度要提高,存储容量要增加。而这样的单片机价格较高。故采用PIC系列单片机,该系列单片机具有精简指令集、外接电路简洁、可靠性高、开发方便、品种丰富、价格便宜等特点,方便用于电弧检测装置中对接触器进行控制以及对电弧电流和电压的采样存储。由于对电弧电流和电压的采集必须尽量同步,可采用两种检测方案。

第一种方案可以通过两片PIC16F877单片机同时对电弧电流和电压进行采样。PIC16F877单片机自带的RAM中,理论上有512个8位宽的地址空间,实际可用的有368个RAM单元,通过该单片机自身的ADC模块对电弧信号进行采集。而后,将采样结果存于两片单片机自带的RAM里面。该方案硬件电路简单、控制方便。但是,采样精度和数据存储量受到一定限制。

第二种方案可以通过外扩高速A/D和外扩存储器。外扩A/D可采用Microchip公司生产的MCP3004数据采样芯片,它提供4路单端输入10位A/D转换,A/D转换速度最高可达200 kHz。外扩存储器可以采用UTRON公司生产的UT6264C存储器,其存储容量达到8 KB。通过一片单片机进行控制,对电弧电流和电压交替进行高速采样,可以实现更快速的采样和更多数据量的采集,采样精度较高。但采用这种方案则硬件电路较复杂。本设计采用第一种检测方案进行电弧电流和电压的采样。

1.3 电弧检测装置的工作原理

交流接触器工作在AC-4重任务时,主要对象为电动机负载,而电动机为感性负载。在感性负载下,电流滞后电压90。,当电流过零时电压处于峰值。而阻性负载下,电流和电压同相位,电流过零时电压也过零[4]。在交流电路中,电流每个周期都有两个过零点,而交流电弧在零点附近会出现“零休”现象,很多开关电器正是利用零休时间来实现触头零电流分断。零休时间越长,电弧越容易熄灭,零休时间越短,电弧越不容易熄灭。在感性负载下电弧的零休时间较阻性负载中的短,电弧比较不容易熄灭。其交流电弧电压和电流的波形如图2所示。

图中,u为主电路电压,i为主电路电流,ih为电弧电流,is为剩余电流,Uh为电弧电压,Urh为燃弧尖峰,Uxh为熄弧尖峰,uhf为实际恢复电压,t0为触头分开时刻。通过对智能交流接触器的控制,可以采集触头吸合和分断时刻的电弧信号。但由于吸合过程所产生的电弧主要是触头弹跳引起的,电弧较小,而分断时所产生的电弧较大,故而首先对分断时刻产生的电弧进行研究。触头分断时刻的具体控制时间如图3所示。

图3中,i为通过电流互感器检测到的主电路电流,t1为单片机检测到电流零点后的延时时间,t2为交流接触器固有的分断过程动作时间。当单片机采样到电流零点时,可以通过控制t1的时间,使接触器触头在不同的时刻分开。由于交流电弧具有过零分断的特点,在一定的电源电压和电流情况下,电弧极易熄灭。若使触头在t3区间的A区域中打开,则电弧容易在电流过零后就熄灭。若使触头在t3区间的B区域中打开,此时电流离过零的时间较长,电弧重燃的几率较大。

电弧检测装置的主电路如图4所示。

通过电流互感器和电压互感器对主电路电流和电压进行采样,实现控制电路与主电路的隔离。通过调节可调电阻,将主电路电流调节到一定数值,此时分断电路,触头两端将产生电弧。由于交流电压有正有负,故电弧电流和电压都需经过电压提升电路将其值提高到正值再输入到单片机,保证输入到单片机的电压处于正常工作范围。装置的试验电路板如图5所示。

2 电弧检测装置的软、硬件电路设计

2.1 电弧检测装置的硬件设计

本装置通过两片单片机进行整体测试控制,其中1号单片机为主控单片机,负责对接触器进行控制和电弧电流的采样,2号单片机负责电弧电压的采样。其硬件框图如图6所示。

在图6中,强激磁起动电路包括主控元件1和起动电路,当单片机发出吸合信号时,起动电路通电,线圈得电,接触器强激磁吸合。低电压保持回路包括主控元件2和保持电路,当单片机发出保持信号后,保持回路通电,同时强激磁起动电路退出,接触器低电压保持。当单片机发出分断命令时,保持回路退出,接触器分断。

2.2 软件设计

下位机采用PIC16F877单片机对智能交流接触器进行控制,其软件框图如图7所示。

通过主控计算机对单片机进行控制,当主控计算机发出吸合命令后,1号单片机对控制电路电压先进行采样,当采样得到的电压大于75%额定电压时,1号单片机发出信号,强激磁电路接通,接触器吸合,而后,强激磁电路关断,低电压保持电路接通,接触器低电压小电流保持。当主控计算机发出分断命令后,1号单片机先检测主电路电流零点,检到零点后,延时一定时间发出分断信号使接触器在某一时刻分断,1号单片机即刻对电弧电流进行采样,同时发出信号通知2号单片机对电弧电压同时进行采样。采样一个周期后,1号单片机的采样数据发送至主控计算机,而后2号单片机的采样数据也发送至主控计算机,完成电弧电流、电压及电弧伏安特性曲线的绘制显示。

上位机采用可视化软件Visual Basic 6.0设计控制界面,该软件具有良好的人机交互能力,操作简单,控制方便。其程序框图如图8所示。

3 试验研究

自行设计了试验装置,开距调节装置如图9所示。

调节杆通过绝缘件顶住接触器的动触头,防止支架导电。通过上面的旋转杆,可以调节调节杆的长度,进而对触头开距进行控制。旋转杆旋转一圈为1 mm,因此可以方便的改变触头的开距。

电弧检测装置的试验样机如图10所示。

由于主电路电压、电流的大小、触头的开距、触头分断速度、带载情况都会影响分断时刻电弧的产生及所产生的电弧能量的大小。当电流和电压大小固定时,调节触头开距和分断时刻,触头开距变小,容易产生电弧,触头在电流过零后分断,也较容易产生电弧。当触头开距固定时,调节电流大小,电流增大时,所产生的电弧也较大,电流减小时,所产生的电弧较小。

该装置进行带载实验验证,在阻性负载下,所测电弧电流和电压波形如图11所示。

从图11中可以看出,在电流正半波产生电弧,半个周期后电弧熄灭,电路分断。由试验结果可知,电弧燃弧时间为9 ms左右,当电流和电压都过零时,电弧熄灭,触头完全断开。

若通过单片机接口接入高速摄像机,还可以对整个系统进行扩展,借助高速摄像机和有限元分析软件对电弧的能量场、温度场、电流场等进行分析,对于优化触头系统具有指导意义。

4 结语

介绍了一种新型交流电弧检测装置,在智能交流接触器控制原理的基础上,使用两片单片机同时对电弧电流和电压进行采样,并将采样数据经过处理后送至上位机,完成交流电弧的特性采集与特性曲线的绘制显示。具有操作简单、控制方便、价格便宜等特点,为低压电器产品的电弧研究和新型触头系统的设计提供了思路。

参考文献

[1]李志鹏,陈德桂,李兴文,等.具有图形组态功能的电弧快速光纤测试系统[J].西安交通大学学报,2003(10):1039-1051.

[2]刘洪武,陈德桂,李兴文,等.采用自聚焦透镜的开关电弧运动形态光纤测试系统[J].中国电机工程学报,2003(9):126-131.

[3]许志红,张培铭.智能交流接触器零电流分断控制技术[J].电工电能新技术,2002(21):54-57.

2.交流接触器的常见故障及其预防 篇二

关键词：交流接触器；故障；预防

中图分类号：TM572.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）20-0105-02

1 接触器简介

接触器是一种自动化控制电器，主要用于频繁接通或者分断交流电路、直流电路，控制容量大，可以实现远距离操作，配合继电器能够实现定时操作、联锁控制、各种定量控制和欠电压保护。广泛应用于自动控制电路，主要控制对象是电动机，也可以用于控制其它电力负载，如电阻器、电焊机、电容器等。接触器按被控制的种类可以分为交流接触器和直流接触器两种，本文主要介绍常用的交流接触器。

交流接触器根据使用可分为两类，第一类是工业用接触器，多为通用型号，常见型号主要有CJ系列中的CJ10系列，CJ20系列；第二类是建筑及家用接触器，常见的有ABBESB系列、悍客HBC1系列、正泰NCH8系列、西门子3TF系列、施耐德ICT系列等，本文主要介绍常用的工业用交流接触器。

2 交流接触器基本组成

交流接触器主要由四部分组成：

第一部分是电磁系统：主要包括线圈、动铁芯和静铁芯。电磁系统是接触器的重要组成部分，依靠它的动作带动接触器触点的闭合与断开。接触器线圈工作电压有多种可供选择，工业接触器常见的线圈工作电压有交流36 V、交流220 V、交流380 V等几种。

第二部分是触头系统：触头系统是接触器的执行部分，包括主触头和辅助触头，主触头的作用是接通和分断主回路，控制较大的电流，使所控制的电器工作或者停止。辅助触头接在控制回路中，以满足各种控制方式的要求，执行控制指令。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。

第三部分是灭弧装置：一般容量较大的交流接触器（额定电流20 A以上）都设有灭弧装置，其作用是利用断开电路时产生的电磁力，快速拉断电弧，用来保证主触头在断开电路时，产生的电弧可靠的熄灭，减少电弧对触点的损伤，以及防止弧光飞溅造成相间短路。

第四部分是绝缘外壳及附件，各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。

交流接触器制作成一个整体，外形和性能在不断提高，但是功能始终不变。无论技术的发展到什么程度，普通的交流接触器始终有其重要的地位。

3 交流接触器的工作原理

交流接触器的线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将动铁芯吸合，由于触头系统是与动铁芯联动的，因此动铁芯带动接触器主触头动触头同时动作，主触头闭合，与主触头机械相连的辅助常闭触点断开，辅助常开触点闭合，从而接通电源。当线圈断电时，吸力消失，动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离，使主触头断开，和主触点机械相连的辅助常闭触点闭合，辅助常开触点断开，从而切断电源。

4 交流接触器的选择

交流接触器选用应根据负荷类型和工作参数进行合理的选用，具体按以下几方面进行。

4.1 交流接触器类型选择

交流接触器按照负荷种类的不同，一般分为一类、二类、三类、四类四种类型，分别记为AC1、AC2、AC3和AC4。

一类接触器对应的控制对象是无感或者微感负荷，例如：白炽灯、电阻炉等。

二类交流接触器用于绕线式异步电动机的启动和停止。

三类交流接触器最典型的用途是鼠笼式异步电动机的运转和运行中分断。

四类交流接触器主要用于笼型异步电动机的启动、反接制动、反转和点动。

4.2 交流接触器额定参数选择

①交流接触器线圈电压选择：交流接触器线圈电压应该根据工作现场的控制电压进行适当选择，尽量选择电网电压，如交流220 V、交流380 V。如果对操作电压有安全要求时，应尽量选择电压36 V及以下的安全电压。

②交流接触器额定电流选择：交流接触器的额定电流根据所控制的对象不同，以及所控制对象的负荷电流选择，并且要留有一定的裕度。

5 交流接触器常见故障及其原因分析

5.1 电磁系统故障

5.1.1 接触器线圈故障

主要是交流接触器线圈额定工作电压与接入的控制电压不相符合造成，有两种可能后果，一是接触器不能启动，二是接触器在启动舜间损坏线圈。

实例1：

2013年4月28日，我公司前池操作人员在进行清污操作过程中，清汅机主栅电动机突然停止运行，无法正常运行，清汅机升、降操作全部正常。通过现象初步判断造成主栅无法正常运行可能是如下原因：主栅运行电动机故障、主栅运行接触器故障或者是电动机线路和接触器控制线路故障。在办理好安全措施及停电手续后，电气维修人员进行了全面检查，最终确认是主栅运行电动机接触器线圈由于受潮损坏，更换接触器线圈后进行操作，主栅接触器不动作。

再次办理安全措施及停电手续进行检查，首先检查操作手柄行走按钮，在确认按钮接触和操作线路没有问题的前提下，拆下接触器线圈。结果发现新安装的接触器线圈额定工作电压为交流220 V，而实际操作电压为交流36 V。

通过事故原因分析，造成此次事故原因主要是接触器线圈绝缘受潮造成线圈损坏，无法正常使用。但是在更换接触器线圈过程中维修人员粗心大意，没有认真核实所更换接触器线圈电压与操作电压不相符合，致使造成清污延迟和电气维修2人不能按时下班。

5.1.2 接触器出现异常响声

主要是接触器铁芯表面脏污、卡塞异物或者铁芯端面短路环（又称磁环）断裂，造成颤动发出异常响声。

实例2：

2012年7月8日公司一号机组一号压油泵在启动后，交流接触器发出“呜，呜，呜”的异常响声。运行当班人员手动停下油泵后，外观检查没有发现异常情况，重新手动启动一号压油泵，故障没有消除，立即通知维修人员进行检查处理。

维修人员进行了全面的检查，不管是接触器线圈工作电压还是接触器触头都没有什么异常，但是送电启动后故障一直没有消除。最后对接触器进行解体，解体后明显看见铁芯上的磁环断裂，故障原因查明。更换接触器后，油泵启动正常。

5.2 触头系统故障

5.2.1 辅助触头故障

辅助触头常见故障主要是接触位置调整不正确，致使在接触器启动时常闭辅助触头接触不良，造成接触器无法启动。以及常开辅助触头在接触器启动后不能正常接触，造成接触器无法自保持运行。出现上述情况，需要根据主触头行程，辅助触头接触情况，进行适当调整，便可以消除故障。

5.2.2 主触头故障

接触器主触头故障主要有两类，一是主触头粘接，需要断开电路时无法断开电路；二是主触头不同期，在启动时产生非常大的启动电流，造成短路故障。

实例3：

2009年4月2日公司二号机组压力油罐油位计炸裂（材料是有机玻璃），造成机组被迫停机处理。

正常工作时，调速器一号压油泵在压力油罐内压力降低到2.2 MPa时，压力信号器常闭接点闭合，启动接触器工作线圈，线圈得电后交流接触器动作，接触器主触头闭合，压力油泵电动机运行，直至油压达到压力油罐停止压力。当压力油罐内压力达到停止压力2.50 MPa时，压力信号器常开接点闭合，交流接触器线圈失电，交流接触器主触头断开，从而断开电动机电源，压力油泵电动机停止运行。

出现故障时控制回路和主回路动作如下所述：

调速器一号压油泵在压力油罐内压力降低到2.2 MPa时，启动压力油泵电动机。当压力油罐内压力达到停止压力2.50 MPa时控制回路断开。此时交流接触器A相主触头粘接无法断开，由于交流接触器三相主触头是同轴传动，A相主触头粘接后造成B、C相触头也无法断开，交流接触器主电源回路一直导通，压力油泵电动机始终运行向压力油罐内补油，最终造成压力油罐油位计炸裂。

进行此次故障分析，结果确认造成故障的主要原因是压力油泵接触器主触头粘接，在压力达到停止压力时，操作回路断开，主回路由于主触头粘接没有断开。致使压力油罐内压力不断上升，而压力油罐油位计在达到压力油泵安全阀动作压力之前，其有机玻璃强度由于使用时间稍微有点久其强度降低而炸裂。

由于本次故障造成停机处理时间较长，使机组发电量减少，经济损失非常大。为了避免类似故障再次出现，公司采取了积极的应对措施。首先从制度管理方面着手，要求维修人员每星期五对设备进行定期检查，在做定期工作时，主要检查接触器触头表面烧伤情况，必须表面良好，接触可靠。另外新安装接触器和在更换接触器主触头时必须对三相主触头同期性进行严格检查，以保证三相同期性在规程允许值以内。第三对于重要设备，主用、备用设备每半月进行一次切换，避免某一台设备长期运行，以减少事故发生。第四及时组织技术人员进行考查、咨询，对香水电站、石龙嘴电站进行实地考查后，决定将公司使用的有机玻璃管油位计更换为磁翻板油位计，以减少故障发生几率。

6 结 语

本文针对实际工作中交流接触器出现的故障进行了原因分析，以及实际使用中可能出现的故障从预防方面进行了探讨。当然由于交流接触器使用面广，出现的故障也是千差万别，除了在接触器选择时多方面考虑外，在使用中还要加强维护检查，才能使交流接触器在自动控制中发挥更大的优势。

参考文献：

3.眼神交流在演讲中的重要作用 篇三

Why Eye Contact Is So Important In Public Speaking There are a lot of things that can make someone an effective public speaker.They can play to their audience, speak clearly with an authoritative tone, or even simply possess natural charisma like Steve Jobs or Richard Branson.One thing that is universal is eye contact.All of the best public speakers use eye contact for a myriad of reasons and we’ll go over some of those now.很多因素都能让公共演讲更高效。他们可以和听众互动，用很专业的语气清楚地表达自己，甚至还会有和乔布斯、理查德一样的个人魅力。唯一不变的就是眼神的交流。几乎所有的最佳演讲家不管是基于什么原因都会使用眼神交流，现在我们就一起来看看吧。

1.Eye contact helps you concentrat 眼神交流能帮你集中注意力

When your eyes are just scanning a room you end up taking in a lot of imagery.All those colors and shapes actually slow your brain down because it’s trying to concentrate on what you’re saying and also on all of this other stuff that your eyes graze over.By making eye contact every now and then, it allows your brain to focus on just one thing which clears it out to focus on what you’re trying to say.眼睛看过整个房间之后会有很多种画面。所有的这些色彩、形状都会减慢头脑的反应速度，因为你既要试着注意你说话的内容，还要留心你眼睛所看见的东西。时不时的眼神交流会让你的大脑只关注你正在说的那件事。2.It helps others pay attention 帮助别人集中注意力

Making eye contact with somebody is a good way to get them to pay attention to you.These days with smartphones, readily available WiFi for laptops, and other distractions, it’s really easy for a crowd to start to lose focus.You can help restore this focus by making eye contact with people.If you look at them they will also look at you.This is especially effective for smaller crowds.It’s a simple formula.If you look at them then they will look at you and if you cannot then they probably won’t.和别人进行眼神交流也是一种让别人注意你的好方式。现在的智能手机，预先为电脑准备好的无线网，以及其它的一些容易让人分心的东西，这些都很容易让人注意力不集中。你可以通过眼神交流来改变这一情况。要是你看着他们，他们也会看着你。这种方法对那些小群体尤其有效。这是一个很简单的道理。要是你看着他们，他们也肯定会看着你，要是你不看他们，那么他们也可能不会看着你。3.It gives you authority 会让你显得更专业

This one is easy to understand once you’ve seen an example.Parents and police officers especially know this.If your child can’t look at you in the face when they tell you something, chances are they are lying or are ashamed about what they’ve done.The same can be said for public speaking with small variations.If you can’t make eye contact with your listeners, your listeners will subconsciously lose faith that you know what you’re talking about.This is why tech companies typically find the most charismatic person to give presentations.看完一个例子之后，这点就很容易理解了。警官和那些为人父母的人都知道这一点。要是你的孩子在对你说什么的时候不看着你的脸，那就有可能是撒谎或者是害羞。公共演讲也可以这样说。要是你不能和你的听众有眼神交流，听众就会下意识的对你的演讲内容失去信心。这也是科技公司会选择让那种富有个人魅力的人来做演讲的原因。

4.Sustained eye contact can give you confidence 持续的眼神交流会增加你的信心

In the movies, you’ll see something akin to this in action.The man and the woman stare at each other for about 30 seconds and then they start kissing uncontrollably.Now we’re not saying that people are going to rush the stage and kiss you because that’s absurd.However, when you have eye contact with an individual you can give yourself more confidence.在电影里，你会看到类似的情形。男人和女人互相盯着看30秒，然后他们情不自禁的就会互相亲吻。我们不是说那些人会冲上来亲吻你，因为那很无理。但是，当你和某个人进行眼神交流的时候，你会变得更自信。5.It turns your listeners into participants 能让你的听众逐渐参与进来

When your audience notices that you’re look at them, it encourages them to respond using facial gestures.If you’re speaking and you look at someone who then frowns then you know something isn’t going right.This gives you a chance to change tactics.Looking at people, reading their expressions, and adapting after the fact turns your speech into a conversation with your audience.当你的听众注意到你正在看他们，那就是鼓励他们用一些肢体语言来回应你。要是你正对着某人在说，或是看到某人皱着眉头，你就意识到你弄错了什么。这也会给你一些机会去应变。看着他们，看看他们的面部表情，慢慢地将你的演讲调整为和你的听众互相交流。

6.It will help you talk at a more pleasing pace 会改变你的说话速度

4.交流接触器的作用 篇四

交流耐压测试与直流耐压测试的区别和作用

耐压测试（Withstanding Voltage Test）又称作高压测试（Hipot Test）或介电强度测试（Dielectric Test），可能是大家熟悉和在产品流程安全测试中用的最多的。

耐压测试是一种无破坏性的测试，它用来检测经常发生的瞬态高压下产品的绝缘能力是否合格。它在一定时间内施加高压到被测试设备以确保设备的绝缘性能足够强。

测试电压，大部分的安全标准允许在耐压测试中使用交流或直流电压。若使用交流测试电压，当达到电压峰值时，无论是正极性还是负极性峰值时，待测绝缘体都承受最大压力。因此，如果决定选择使用直流电压测试，就必须确保直流测试电压是交流测试电压的 倍，这样直流电压才可以与交流电压峰值等值。例如： 1500V 交流电压，对于直流电压若要产生相同数量的电应力必须为 1500 × 1.414 即 2121V 直流电压。

使用直流测试电压的其中一个好处在于在直流模式下，流过耐压测试仪报警电流测量装置的是真正的流过样品的电流。采用直流测试的另一个好处在于可以逐渐的施加电压。在电压增加时通过监视流过样品的电流，操作者可以在击穿发生前察觉到。需要注意的是当使用直流耐压测试仪时，由于电路中的电容充电，必须在测试完成后对样品进行放电。事实上，无论是测试电压是多少、其产品特点如何，在操作产品前对其放电都是有好处的。

直流耐压测试的不足在于它只能在一个方向施加测试电压，不能像交流测试那样可以在两个极性上施加电应力，而多数电子产品正是在交流电源下进行工作的。另外，由于直流测试电压较难产生，因此直流测试比交流测试成本要高。

交流耐压测试的优点在于 , 它可以检测所有的电压极性，这更接近与实际的实用情况。另外，由于交流电压不会对电容充电，因此大多数情况下，无需逐渐升压，直接输出相应的电压就可以得到稳定的电流值。并且，交流测试完成后，无需进行样品放电。

交流耐压测试的不足在于，如果测试中的线路中有大的 Y 电容，在某些情况下，交流测试将会误判。大部分安全标准允许使用者在测试前不连接 Y 电容，或者改为使用直流测试。直流耐压测试在加高电压于 Y 电容时，不会误判，因为此时电容不会允许任何电流通过。

交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度最有效和最直接的方法。

电力设备在运行中，绝缘长期受到电场、温度、和机械振动的作用会逐渐发生劣化其中包括整体劣化，形成缺陷。例如由于局部地方电场比较集中或者局部绝缘比较脆弱就存在局部的缺陷。各种预防性试验方法，各

有其长，均能分别发现一些缺陷，反映出绝缘的状况，但其他试验方法的试验电压往往都低于电力设备的工作电压，作为安全运行的保证还不够有力。直流耐压试验虽然试验电压比较高，能发现一些绝缘的弱点，但是由于电力设备的绝缘大多数都是组合电介质，在直流电压的作用下，其电压是按电阻分布的，所以交流电力设备在交流电场下的弱点使用直流作试验就不一定能够发现。交流耐压试验符合电力设备在运行中所承受的电气状况，同时交流耐压试验一般比运行电压高，因此通过试验后，设备有较大的安全裕度，所以这种试验已经成为保证安全运行的一个重要手段。

但是由于交流耐压试验所采用的试验电压比运行电压高得多，过高的电压会使绝缘介质损失增大、发热、放电，会加速绝缘缺陷的发现，因此，从某种意义上讲，交流耐压试验是一种破坏性试验。

5.交流接触器的作用 篇五

关键词：交流接触器,节能芯片,研发应用

交流接触器如今已经广泛应用到各种工业生产及人们的日常生活中, 作为一种强电开关, 主要就是要起到能安全控制大电流负载工作的作用。由于现今投入使用的交流接触器数量庞大, 因此研究交流接触器的节能技术具有很大的经济和社会效益。现在对交流接触器进行节能设计的一般方法就是安装节能器, 这种方法安装简单, 只需把交流电源与节能器电源输入相连即可。本文主要以一种专用节能芯片ZDLX的设计、测试与实现为例论述了交流接触器节能芯片的一些研发与应用。

1 交流接触器节能原理

交流接触器的工作原理是利用线圈通交流电产生强磁场, 磁场力控制接触器触头的闭合, 以此来控制大电流负载的得电失电。因为通电线圈一般都是由铜导线构成, 是有一定电阻的, 因此当线圈通交流电时, 会消耗一定的功率产生能耗, 即我们通常所说的“铜损”。此外还有感应电势产生的涡流损耗, 两者的能耗加起来是一个很大的数字, 因此交流接触器的节能显得尤为重要。

交流接触器节能的一般原理是改交流运行为直流运行。由于铁磁物质中磁微粒特殊的极性排列方式, 当采用交流电充磁时, 会发生正反交替的充磁行为, 导致额外的能量损失, 再加上铜损、涡流损耗等能量损失, 严重降低了接触器的效率, 增大了能耗。但利用直流电流就可以很好地解决这个问题, 接触器在吸合后铁芯间隙极小, 只需通入很小的直流电流就可以达到控制开关闭合的作用, 实现节能的目的。

本文提出的ZDLX节能专用芯片的节能原理是通过改变芯片输出脉冲的宽度来改变节能器的占空比, 以此达到节能目的。在铁芯吸合阶段, 提高输出脉冲的宽度可以得到吸动力高的电压, 高效的完成吸合过程;吸持阶段, 再减小输出脉冲宽度, 使得铁芯在低电压下也能保持吸持状态, 达到了节能的目的。

2 芯片设计

本文所提出的ZDLX节能专用芯片的设计采用的是数模混合设计方法。整个系统分为两个部分:模拟部分和数字部分。模拟部分包括电源、缓冲、振荡器、基准等模块以及上电复位电路, 主要完成一些辅助电路、接口电路的信号产生和前段处理工作;数字部分包括分频、延时、脉宽调整、信号合成、输出缓冲等模块, 主要完成外部信号的终处理工作。

2.1 应用电路设计

芯片进行系统定义后, 需要与节能器系统连接使用, 这就必须要先进行应用电路的设计, 电感、电容、电阻、二极管等主要的元器件构成了整个应用电路, 其中电感和安规电容构成应用电路的输入, 能够使电源滤波, 提高电路抗磁能力;压敏电阻控制电路中的过压现象和电阻与高压电容一起保护可控硅;二极管可以为接触器的线圈在失电后提供续流作用。

2.2 模拟电路设计

模拟电路的设计主要包括带隙基准源电路、电压偏置电路、振荡器电路、电压缓冲电路及上电复位电路的设计。其中带隙基准源电路主要是为应用系统提供一个参考电压来影响电路的性能, 但电压对温度和电源电压依赖性很小, 可以采用自偏置的基准源结构;电压偏置电路的作用是为振荡器电路提供电压, 可以采用运算放大器与两个电阻构成闭环负反馈的结构形式;振荡器电路是为了实现调节脉宽和延时功能, 一般采用将电流控制振荡器集成到芯片内的结构形式;电压缓冲电路与电压偏置电路一样也是为了给振荡器供电, 提高整个供电系统的稳定性与抗干扰性;上电复位电路, 顾名思义, 是为了提供复位信号的电路模块, 可以利用二极管形式达到结构设计的目的。

2.3 数字电路设计

数字电路的设计按逻辑功能不同可以分为组合电路设计与时序电路设计两大部分。组合电路的设计需要有具体的逻辑问题, 再计算出该逻辑问题的实现电路, 根据计算出的逻辑函数式选定合适的元器件组合成所需逻辑电路的连接图;时序电路对输入信号的依赖性很大, 包括最初的输入信号, 常见时序电路有存储器、寄存器电路等。值得注意的是, 时序电路中通常也包含有组合电路。

3 芯片外围电路工作原理

外围电路与应用电路实现的功能各有不同, 其工作原理也有所区别。结合芯片外围电路图可以得到节能器的工作原理如下:

当电源两极通入220V的交流电后, 数个整流二极管对通入的交流电进行半波整流, 改变了交流接触器两端的实际电压, 同时整流后的电压经过两个限压电阻和稳压管进行分压最后得到所需的一个工频方波信号, 这个工频方波信号即是作为芯片的输入信号输入到芯片系统中。分压后的电压继续通过降压电阻、稳压二极管、滤波电容最后得到满足要求的稳定电压作为电源电压给芯片供电。方波信号输入后可以直接控制可控硅达到控压的作用, 最后实现交流接触器的吸合。在吸持阶段, 信号改变输入脉冲的宽度调整了节能器的占空比, 使电流保持在一个很小的峰值内, 因此实现了交流接触器的节能效果, 提高了电器的使用寿命和安全性。

4 芯片测试结果

对已经设计制造完成的芯片还要进行功能测试, 看是否满足性能要求。测试前首先应该制作芯片测试电路板, 电路板的一端与芯片相连, 一端与示波器相连, 在输入直流电压和整波滤波后产生得到的工频方波信号输入后, 在示波器上观察产生的波形, 看是否与理论结果一致。

设计芯片的目的是为了提高交流接触器的节能效果, 因此测试的主要目标应该是能代表节能效果的指标。即输出脉宽宽度。具体过程是在规定电源电压下输入指定方波信号, 观察输出是否是符合要求的窄脉宽方波信号, 若是, 则说明节能效果良好。

此外, 还有电磁兼容、噪音、寿命、动作电压范围等测试, 这里就不一一介绍了。

5 结束语

了解交流接触器的节能基本原理和节能芯片的应用能对创新出新的节能方案有所启示, 现在交流接触器节能器的节能方案仍然不够完善, 如对铜线发热等损耗仍然没有什么有效的控制办法, 这就需要设计者积累经验, 开拓创新, 设计出更实用的交流接触器。

参考文献

[1]彭成.交流接触器节能芯片的研发与应用[D].浙江大学, 2011.

6.交流接触器的作用 篇六

0 引 言

随着现代运输业的迅速发展，列车运行速度和载质量不断增加，由滚动接触而导致的钢轨表面裂纹已成为日益发展的高速铁路在安全方面的主要问题.实际上，由于轮轨接触而导致的钢轨裂纹是大量同时存在的，特别是钢轨表面斜裂纹，更是导致钢轨失效的主要缺陷形式之一.在对钢轨的巡视检查中发现，钢轨表面分布的斜裂纹多在钢轨踏面或是在转弯半径为400～2 000 m的钢轨外侧大量出现，并且可以在大范围内扩展.这种斜裂纹的间距大约为2～7 mm，沿与钢轨水平方向成15°～40°向钢轨深度方向扩展.[1-4]除这种特定形式的多裂纹缺陷以外，其他形式的疲劳缺陷，如表面剥离裂纹等，有可能同时存在于相邻的钢轨表面，虽然这种多裂纹缺陷的位置分布具有不确定性，但由于裂纹的萌生和扩展由该段钢轨线路上的载荷决定，裂纹的扩展往往也伴随着其他裂纹的萌生或扩展.当钢轨原有裂纹邻近位置萌生其他裂纹后，其所受载荷因为相邻裂纹的存在而重新分配，裂纹的扩展趋势也会发生一定的变化.这与新裂纹萌生的位置、裂纹尺寸、裂纹形状以及裂纹数量等因素都有很大的关系.[5-10]本文通过建立钢轨多裂纹的三维有限元模型，着重研究裂纹间距对轮轨滚动接触疲劳作用下的钢轨多裂纹扩展趋势的影响.

1 钢轨多裂纹有限元模型

建立轮轨滚动接触疲劳作用下的多裂纹有限元模型的思路见图1.假设两条裂纹均位于钢轨轨头表面，裂纹中心线与钢轨轴线重合.这里主要分析两条钢轨表面裂纹并存的情况，并可以就此进行一定的推广.令两钢轨表面裂纹半径分别为a1和a2，与钢轨表面所成倾角为α1和α2.在本文中假设两裂纹平行分布，故α1=α2=α.为便于与单裂纹条件下的裂纹扩展情况进行比较，多裂纹模型仍选用单裂纹模型的坐标系[11-12].图1中：t为裂纹间距；e为轮轨接触中心与原有裂纹的距离.

图1 轮轨滚动接触多裂纹模型建模思路

应用ABAQUS软件，根据UIC60轨道和S1002车轮的轮廓数据精确建立轮轨滚动接触的三维几何模型.裂纹的建模通过向ABAQUS模型中植入多个Zencrack裂纹块实现(见图2).裂纹块的三维网格划分及裂纹扩展方向的定义见图3.在裂尖前缘上共定义33个节点，各节点的初始裂纹扩展方向均定义为在原裂纹平面内，通过扩展角的计算判断裂纹的扩展方向是否发生改变.分析过程中综合考虑轮轨之间以及裂纹面之间的接触，通过定义不同的接触关系和摩擦因数，对两种不同形式的接触进行仿真.

图2 钢轨表面多裂纹三维有限元网格 图3 钢轨多裂纹块及裂纹扩展方向定义

2 裂纹间距对钢轨多裂纹扩展趋势影响

2.1 多裂纹有限元模型参数及计算结果

(a) t=20 mm

(b) t=10 mm

(c) t=5 mm

图4不同裂纹间距条件下的钢轨多裂纹模型网格划分

裂纹间距是影响钢轨多裂纹扩展的主要因素，随着裂纹间距的改变，相邻裂纹之间的作用程度会发生变化，轮轨滚动接触载荷在裂纹之间的分配也会发生变化.本文通过改变裂纹间距参数，分析等长多裂纹(a1=a2)在t分别为-20,-10,-5,5,10,20 mm时，在相同法向载荷条件下，裂纹深度方向尖端点C1和水平方向尖端点A1(B1)(见图1)的应力强度因子变化情况.t>0说明新裂纹位于原有裂纹后方，即车轮先经过原有裂纹，再经过新裂纹；t<0说明新裂纹位于原有裂纹前方，即车轮先经过新裂纹，再经过原有裂纹.t分别为5,10,20 mm时钢轨多裂纹的网格划分见图4.

在车轮法向载荷FN=100 000 N(法向接触载荷半径约为5 mm)，轮轨接触表面摩擦因数μ=0.1，裂纹面间摩擦因数μc=0.2，裂纹半径为5 mm，裂纹水平倾角为30°条件下，计算在不同裂纹间距时的裂纹尖端应力强度因子，结果见图5～8.

图5t>0时C1点应力强度因子

图6t<0时C1点应力强度因子

图7t>0时A1(B1)点应力强度因子

图8t<0时A1(B1)点应力强度因子

从图5和6可以看出，当原有裂纹附近出现新的裂纹后，原裂纹深度方向上的尖端点C1所受的载荷低于单裂纹情况，且随着裂纹间距减小，C1点所受载荷的幅度不断降低.当新裂纹出现在原有裂纹前方(即t<0，新裂纹位于原有裂纹左侧)时，应力强度因子曲线左侧幅值降低比较明显；当新裂纹出现在原有裂纹后方(即t>0，新裂纹位于原有裂纹右侧)时，应力强度因子曲线右侧幅值降低比较明显.

从图7和8可以看出，当原有裂纹附近出现新的裂纹后，钢轨表面的A1(B1)点所受载荷情况与单裂纹时的状况也有所不同.随着裂纹间距的减小，A1(B1)点所受载荷的幅度也不断降低.当新裂纹出现在原有裂纹前方(即t<0，新裂纹位于原有裂纹左侧)时，应力强度因子曲线左侧幅值降低比较明显，而KII曲线右侧幅值略有升高；当新裂纹出现在原有裂纹后方(即t>0，新裂纹位于原有裂纹右侧)时，应力强度因子曲线右侧幅值降低比较明显，且A1(B1)点所受I型载荷由拉伸载荷变为压缩载荷，而KII曲线左侧幅值略有升高.

2.2 裂纹间距对多裂纹扩展方向和扩展速率的影响

对每一车轮位置对应的钢轨裂纹尖端点的应力强度因子Kσ和Kτ进行求解，比较车轮经过钢轨一个载荷循环过程中的应力强度因子最大值Kσmax和Kτmax，从而对不同裂纹间距条件下钢轨裂纹是否发生扩展以及裂纹的扩展方向作出判断.[13-15]

应用有限元分析所得的钢轨裂纹尖端应力强度因子，可以对C1点和A1(B1)点的裂纹扩展状态进行判断，从而了解裂纹向钢轨深度方向和水平方向的扩展情况.[16]将a1=a2=5 mm，α=30°，μ=0.1，μc=0.2，FN=100 000 N条件下计算所得的C1点和A1(B1)点的裂纹扩展情况分别见表1和2.

表1 C1点裂纹扩展情况

从表1和2可以看出，对于裂纹深度方向上的尖端点C1，随着相邻裂纹间距的减小，裂纹扩展模式和扩展方向会发生变化.当t=20,10 mm时，C1点裂纹的扩展方向与原裂纹方向相同，扩展模式为II型.当t=5 mm时，当相邻裂纹出现在原有裂纹的前方(即车轮先经过新裂纹，再经过原有裂纹)时，裂纹的扩展模式发生改变，以I型模式发生扩展，且扩展方向向邻近裂纹的方向弯曲.从裂纹扩展速率看，邻近裂纹的出现会抑制原有裂纹的扩展，且扩展速率随着t的不断减小而不断降低.对于相同的裂纹间距，当相邻裂纹出现在原有裂纹前方时，裂纹扩展速率大于其出现在原有裂纹后方的扩展速率.

表2 A1(B1)点裂纹扩展情况

对于裂纹水平方向上的尖端点A1(B1)，随着相邻裂纹间距的减小，其扩展角度不断增加，裂纹扩展方向与相邻裂纹出现的方向相同.裂纹扩展速率的变化与C1点的变化趋势相同，即随着相邻裂纹间距的减小裂纹扩展速率不断降低，且对于相同间距的相邻裂纹，当其出现在原有裂纹的前方时，原裂纹的扩展速率比其出现在原有裂纹后方时大.

3 结束语

研究钢轨表面裂纹在其附近萌生等长度新裂纹的情况，发现新裂纹的出现会导致原有裂纹扩展速率降低.在裂纹深度方向上，裂纹扩展方向随着裂纹间距的减小而发生改变，当裂纹间距足够小时，裂纹的扩展模式由II型变为I型，且扩展方向向新裂纹弯曲.对于钢轨表面水平方向上的点，新裂纹的出现也会导致原有裂纹的扩展方向向新裂纹弯曲.由此可见，新裂纹的萌生虽然可以在一定程度上降低原有裂纹的扩展速率，但容易导致两裂纹融合，从而形成新的表面剥离裂纹或其他形式裂纹，而新裂纹的扩展速率可能会远远大于原有裂纹的扩展速率.因此，建议重视钢轨表面出现的多条间距较小的裂纹，并采取相应的措施以防止上述现象的发生，从而避免发生钢轨断裂事故.

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