具有串阻式電路分合系統的交(直)流無弧接觸器的製作方法

2023-07-09 04:31:31 3

本發明涉及負載開關控制電器領域，具體是一種具有串聯電阻式電路分合系統的交流(直流)CWJ(Z)無弧接觸器。

背景技術：

接觸器是工業電氣自動控制中極其重要的基礎元件，其功能是根據傳入的控制信號，對交、直流主線路頻繁地進行遠距離的自動切換。

現今普遍使用的是傳統的機械式接觸器，其核心結構就是觸頭滅弧系統。該系統由動、靜觸頭和滅弧室組成。當負載電路需要接通電源時，接觸器中的電磁鐵通電吸合，銜鐵帶動動觸頭與靜觸頭發生壓力接觸，完成接通任務。當需要分斷負載時，電磁鐵失電，吸力消失，銜鐵復位，觸頭分離。而在觸頭剛分瞬間，其間的介質(通常是空氣)被高電壓(u＝L*di/dt)所擊穿便引發了電弧。直到電弧在滅弧室中熄滅，負載電路才算徹底分斷。如果運行的負載是強容性的，則由於容性電壓不能突變，因而在接通瞬間會發生超過額定值數十倍的衝擊電流，這就必須附設抑流裝置加以限制。

傳統的機械式接觸器在運行中難以避免如下缺陷：

1、分斷負載電路時總會引發電弧。反覆引發電弧會使觸頭不斷受到燒灼而產生熔蝕凹點和表面積炭，導致接觸的可靠性不斷下降而產生運行故障。因此，設計人員在採用新合金和新工藝提高觸頭耐弧抗熔性能的同時，還對滅弧室的器壁材料和弧腔設計不斷改進以增強其滅弧性能。可是滅弧能力過強，分斷時熄弧過快甚至不能起弧，便成了截流，而截流所產生的反向過電壓對運行線路同樣具有危險性。這一矛盾一直困擾著國內外接觸器、斷路器的設計者和製造商。

2、對於交流，還由於分斷初相角的不確定性，即使設計的滅弧能力適度，也無法根本杜絕截流現象的發生。所以在運行的線路中，時有電容器、半導體及線路絕緣被擊穿的情況出現。

3、在接通強容性電路時，必須增加投資和安裝空間用於附設抑流裝置。

上世紀後期，由於半導體器件的迅猛發展，電子電力開關(固態接觸器)應 運而生。這種開關對控制信號反應迅速，有極高的操作頻率，無觸點、無機械運動，實現了無弧分斷。儘管固態接觸器有如此優異的技術性能，可是它至今也不能取代傳統接觸器在電器市場中的霸主地位，原因是它的不足之處也是十分突出的：

1、通態熱耗很大，其運行功耗是傳統接觸器的10-20倍。

2、因需要足夠容量的散熱器，其安裝體積是傳統接觸器的8-15倍。

3、負載分斷時，與電源沒有電氣絕緣間隔，這給設備檢修帶來不便。

4、易受電網擾動的影響，其運行也能對電網產生幹擾。

5、價格貴，是傳統接觸器的10-15倍。

因此，固態接觸器一直只能局限於某些特殊需要的場合，且一般是定製或自製的。

技術實現要素：

本發明的目的，是在普通接觸器的價位上提供一種能夠無弧分斷的接觸器，以代替百年不變的滅弧分斷的傳統接觸器。

為達上述目的，本發明所採用的技術方案為：

具有串阻式電路分合系統的CWJ交流無弧接觸器，包括有底座、固接於底座中心上的電磁鐵、沿電磁鐵外圍呈120度均布且與底座垂直固接的三組絕緣導筒、三組輸入輸出端子、三組固定阻值的耗能散熱電阻和安放在電磁鐵上方的輔助觸點模塊。而對於CWZ直流無弧接觸器，只需二組對稱於電磁鐵安放的絕緣導筒、一付輸入輸出端子、一組固定阻值的耗能散熱電阻。其特徵在於：每組絕緣導筒內分別設置一組匹配於額定容量的動、靜觸頭。靜觸頭墊以緩衝彈簧安置在導筒底部，動觸頭則通過導電桿與銜鐵連接板鉸接，可隨銜鐵的升降而沿導筒內壁上下滑動。各絕緣導筒壁上均設置有等量的多個彈性電觸點。每個彈性觸點分別通過相應阻值的耗能散熱電阻與所在導筒內的靜觸頭有固定的電氣連接，且能與滑行時的動觸頭逐次發生可靠的電接觸。如此便構成串阻式電路分合系統。

所述絕緣導筒壁上的一組彈性電觸點按螺旋軌跡等距分置，且豎向間隔略小於動觸頭的有效厚度；最接近底部的彈性觸點在動、靜觸頭徹底分開前必須和動觸頭稍為超前電接觸。

所述每組耗能散熱電阻，其各段阻值必須保證接觸器在額定電壓等級額定 負載容量的分斷過程中，線路電流的下降速率不得引發超過線路絕緣所允許的反電勢；且在額定狀況下的一次分斷，各段電阻的溫升均不超過5K。

所述絕緣導筒內的動、靜觸頭已無需使用耐弧抗熔的貴金屬合金製造，用黃銅和紫銅加工後於接觸面搪錫即可。

本發明中，其核心結構擯棄了傳統的觸頭滅弧系統，取而代之的是獨特的設計——串阻式電路分合系統。串阻式電路分合系統由絕緣導筒壁上的多個彈性電觸點及其各自連接的固定電阻構成，導筒內的動、靜觸頭分別與對應的輸入(電源)輸出(負載)端子有可靠的電氣連接。

在接觸器獲得接通指令時，電磁鐵得電吸合，動觸頭隨銜鐵在絕緣導筒內向下滑動。動觸頭在下滑過程中，其外側圓周面與導筒壁上的彈性觸點依次接通和分離，從而在動、靜觸頭之間串聯上逐次減小的電阻，藉助於緩衝彈簧，動觸頭在穩定壓合靜觸頭後才脫離最下面一個彈性觸點。

在接觸器獲得分斷指令時，電磁鐵失電復位，動觸頭隨銜鐵在絕緣導筒內向上滑動。同樣是藉助於緩衝彈簧，動、靜觸頭分離時，與最靠近的彈性觸點已稍微超前電接觸。其後，隨著同組彈性觸點的依次接通和分離，動、靜觸頭之間便串聯上逐次增大的電阻。

在電路分斷過程中，動、靜觸頭之間自動串聯上的逐段增大的電阻必然迫使線路電流按各段指數曲線規律快速下降，直至低於起弧電流值時才脫離電接觸。此時，原電路的儲能已通過各段電阻消耗殆盡，電弧自然不能發生。而在電路接通過程中，由於動觸頭的行進方向與分斷時反向，它和靜觸頭間自動串聯上的便是逐段減小的電阻，這會在一定程度上改善電路的啟動狀況。

本發明由於採用了串阻式電路分合系統，兼顧了性能提高和成本因素，因而與市場上的傳統接觸器相比，其優點是顯而易見的：

1、可實現負載的無弧分斷。動、靜觸頭的電接觸可靠性大大提高，運行故障率得以降低；同時已無需採用耐弧抗熔的貴金屬合金製造觸頭，可使材料成本下降。

2、由於分斷電流的下降速度被設計在合適的範圍，因而任意相角(交流)的分斷過程均不會出現操作過電壓。

3、對於強容性電路，只需置換一套專為容性接觸器使用的電阻，就可直接 接通而不必添置抑流裝置，不但抑流效果明顯，而且節省了投資。

4、結構緊湊，用材普通，工藝常規，安裝體積和製作成本均和同規格同容量的傳統接觸器相當。

5、交、直流均可採用串阻式電路分合系統。無弧接觸器不存在「直流電弧比交流電弧更難熄滅」的問題。

經過以上綜合比較，不難看出，本發明的性價比要明顯優於現有類型的接觸器。

附圖說明

附圖為本發明原理、結構(以一組串阻式電路分合為例)示意圖。

具體實施方式

參見附圖所示，無弧接觸器包括有底座8、固接於底座上的電磁鐵7、絕緣導筒16、一組耗能散熱電阻17、一組輸出輸入端子1和14。電磁鐵7為接觸器的運行提供動力，其中的銜鐵10頂端和銜鐵連接板11鉸接，銜鐵10的復位是依靠安置在彈簧座5上的復位彈簧12儲存的勢能。絕緣導筒16內安放一組動、靜觸頭——動觸頭15通過導電桿13鉸接於銜鐵連接板11並與輸入端子14電氣連接；靜觸頭3墊以緩衝彈簧4置於導筒底部，並與散熱電阻17共同電氣連接於輸出端子1。絕緣導筒16壁上按螺旋線軌跡分布一組彈性電觸點2，它們與阻值逐段變化的同組散熱電阻17一一對應進行電氣連接。

輔助觸點模塊9通過固接於底座8(或電磁鐵的磁軛)上的支架6固定在電磁鐵7的上方並與銜鐵10聯動。

當電磁鐵7線圈接到輔助觸點模塊9傳來的接通信號時，電磁鐵得電吸合。動觸頭15隨銜鐵10的下行而沿導筒16的內壁下滑，通過壁一組彈性觸點2接通阻值逐次減小的一組散熱電阻17後與靜觸頭3壓力閉合，負載接通。

當電磁鐵7線圈接到輔助觸點模塊9傳來的分斷信號時，電磁鐵失電復位。動觸頭15隨銜鐵10的上行而沿導筒16的內壁上移，在離開靜觸頭3的同時便通過壁上各個彈性觸點2接通阻值逐次增大的同組散熱電阻17，線路電流迅速下降，及至通過最後一隻高阻後，電流已降到起弧值以下，電路中的儲能亦消耗殆盡，如此便實現了無弧分斷。