交流接触器电气操作试验及其电寿命分析

交流接触器电气操作试验及其电寿命分析

郑天云,第二作者：徐可强，第三作者：李晓庆

德力西电气有限公司325604

德力西电气有限公司325604；

浙江正泰电器股份有限公司325603；

摘要：近年来，随着我国社会发展脚步逐渐加快，各行各业对电力能源的需求持续上涨，不仅电气系统的运行负荷越来越大，其结构也愈发复杂，因此，交流接触器的使用频率也明显提高，很容易因长期反复使用而存在故障问题，从而导致交流接触器的安全性、可靠性以及寿命受到影响。交流接触器是一种常用于电力行业的低压控制电器，它的主要作用是频繁开启或者关闭用电设备，其运行动作的可靠程度将直接影响到用电设备及用电控制系统整体的运行安全，因此，深入研究交流接触器电气操作试验及其电寿命对于提升用电控制系统的运行质量具有重要意义。

关键词：交流接触器；电气操作；电寿命

引言：虽然交流接触器在实际使用过程中很容易因使用次数的增加而产生磨损甚至损坏，从而导致其电寿命受到影响，但是，对于质检合格的交流接触器产品而言，其电寿命除了与使用频率相关之外，触头系统因负载电流而失效也是致使交流接触器电寿命降低的原因。交流接触器触头系统失效主要包括两种类型，一种是触头点因受到电弧的侵蚀而损毁失效，另一种则是因接通或者断开时触头受热融化而引发触头焊熔失效，而不同的触头系统失效类型对交流接触器的电寿命影响也各不相同，因此，为了进一步提高交流接触器的安全性和可靠性，本篇文章将从分析交流接触器的结构及其工作原理入手，针对交流接触器电气操作试验机电寿命展开探究。

1. 交流接触器的结构及工作原理分析

1.1交流接触器的结构

交流接触器主要由电磁系统、触头系统、绝缘外壳以及附件这四部分构成。动静铁芯和线圈是电磁系统的主要构件，在电圈通电的条件下，动静铁芯会在电磁吸力的作用下相互吸合到一起，而在电圈未通电的条件下，动静铁芯则会自动分离。触头系统主要由触头和辅助触头共同组成并经由支架与动铁芯连接到一起，而辅助触头中通常还包含常开及常闭触头[1]。绝缘外壳一般是指交流接触器的外壳部分，而附件则是指反力弹簧和分磁环，它们分别位于线圈和动铁芯之间以及铁芯处。此外，在部分大容量交流接触器产品中通常还会额外配备由陶瓷材料制成的灭弧装置，以便在确保电弧切断实效的同时进一步加强对于主触头的保护效果。

1.2交流接触器的工作原理

交流接触器的接通原理如下：由于在接通电压时电磁圈中的电流强度相对较小，交流接触器所产生的电磁力会比动铁芯所承受的反作用力小得多，所以，在此阶段动铁芯将会处于静止状态，而随着电压接通时间的延长，电磁线圈中的电流强度逐渐增大，电磁吸力也越来越强，因此，动铁芯就会因电磁力大于反作用力而由静止状态转变为运动状态，直至动静铁芯完全闭合，动铁芯的速度归零。交流接触器的分断原理如下：由于当电源断开时线圈所产生的电磁吸力会慢慢消失，所以，在断电条件下，动铁芯和动触头会在反力弹簧及触头系统所产生的反力作用下逐步返回，直至动静铁芯完全分离并回归原始位置[2]。此外，由于交流接触器产品缺乏过电流保护功能，因此，在实际应用过程中常常还需要额外使用相应的过电流保护电器来进一步保障交流接触器的使用安全。

2. 交流接触器电气操作试验

2.1试验装置介绍

鉴于交流接触器的类型有很多，不同类型的接触器产品其使用场合、使用要求均有所差异，因此，要保障交流接触器的安全性和可靠性，就应通过开展电气操作试验的方式来准确检测其对于负荷应力的承载效果，以免因负荷应力过大而导致交流接触器在实际投入使用过程中出现故障问题。正常情况下，交流接触器电气操作试验和电寿命试验主要包括接通试验、分断试验、恒载试验、变载试验以及机械试验这五项内容[3]。结合各项试验内容的实际要求来看，交流接触器电气操作试验装置应当具备以下三种功能：第一，试验装置应当具备故障诊断和记录功能，故障诊断功能的主要作用是通过对电源电压、触头两端电压、触头电流、燃弧能量以及相关硬件进行检测来测试试验产品在使用过程中是否存在故障问题，故障记录功能指的是详细记录试验产品在电气操作试验过程中的电压电路波形，以便为后续开展性能分析工作提供强有力的数据支撑。第二，在试验装置中应当配备两组试品柜，并在每组试品柜中设置三个工位，这样做的目的主要是为了能够在不同负载电流条件下同时对多个不同规格的试验产品展开测试，从而大幅提高电气操作试验的效率。第三，试验装置应当具备选相合分闸控制功能，该项功能的主要作用是在特定相角条件下对交流接触器接通及分断效果进行准确评估，有利于进一步提高试验结果的科学性和有效性。

2.2试验方法分析

在开展电气操作试验时，由于交流接触器所产生的电弧会腐蚀触头，并且触头的受腐蚀程度会随着试验操作次数的增多而逐渐增大，从而导致触头电阻、吸合时间以及超程时间产生变化，再加之交流接触器的铁芯出现磨损、弹簧及线圈发生老化也会对交流接触器的性能造成影响，因此，在试验过程中应当注意详细记录交流接触触头在接通和分断过程中产生的电压电流波形，以便顺利获取交流接触器的特性参数信息，从而为电气操作试验结果提供良好的数据支持。

2.3试验参数及计算方法分析

交流接触器电气操作试验的主要参数包括电源电压值、试验电流值、触头的电压值、燃弧的能量值、动静铁芯的吸合时间及释放时间、试验通电时长、燃弧时长以及动静铁芯闭合的同步情况等。交流接触器电气操作试验的计算方法为利用差值法和积分法对试验电压、电流的动态变化波形进行计算。

3. 交流接触器电寿命试验

3.1试验条件分析

本次试验选取三台适用范围为额定工作电压660伏、交流50-60赫兹的交流接触器作为试验对象，在额定电压接通4-6倍额定电流及断开2-3倍额定电流的条件下开展试验，本次选取的所有试验产品均为合格产品，并且其设计和制造工艺均非常完善。

3.2试验结果

本次试验在完全相同的条件下同时对三台试验品进行试验，通过记录并存储试验品在分断和闭合过程中所产生的电压、电流波形来获取此次试验的相关数据，并利用工控机对交流接触器的操作波形图进行采集，经统计分析得出以下结果：一号试验品的电寿命为三万五千六百八十八次，二号试验品的电寿命为三万七千五百七十五次，三号试验品的电寿命为三万九千七百次。

结束语：交流接触器电气操作试验和电寿命试验是分析交流接触器性能的重要手段，随着交流接触器电气操作次数的不断增加，交流接触器的损耗逐渐积累，其电寿命必然会呈现出下降趋势，从而引发触头系统失效问题，而触头系统是交流触电器达成控制效果的关键所在，一旦触头系统无法正常运转，不仅会对用电设备构成极大的威胁，整个用电控制系统的安全性和可靠性也都会受到严重影响。因此，要保障用电控制系统的运行质量，就应认真落实交流接触器电气操作试验并深入分析其电寿命，以便准确评估交流接触器的剩余电寿命，在交流触电器的电寿命完结前及时进行更换处理。

参考文献：

[1] 郭树财,马彦深,王喜莲. 交流接触器电磁特性分析[J]. 电器与能效管理技术,2021(2):14-18.

[2] 周煜源,刘向军. 交流接触器结构创新与智能控制技术综述[J]. 电器与能效管理技术,2021(2):1-7.

[3] 王天阳,郑哲,张旭,等. 新型交流接触器电寿命试验分析系统的设计[J]. 电器与能效管理技术,2021(2):48-53.

第一作者：

姓名：郑天云；出生年月：1979年11月；性别：男；籍贯：温州乐清；民族：汉；学历：本科；

现有职称：中级；研究方向：低压电器产品设计；

单位及邮编：德力西电气有限公司325604

单位所在地：浙江省乐清市柳市镇德力西高科技工业园区