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解析交流接觸器節(jié)能技術(shù)
發(fā)布者：huanzhoudq  發(fā)布時間：2012-02-09 15:34:37
　　交流接觸器廣泛應(yīng)用于低壓電路中，是一種使用安全、控制方便、量大而面廣的工業(yè)必需品。我國現(xiàn)在普遍使用的額定電流在63A及以上的大、中容量交流接觸器應(yīng)以上億臺計，其操作電磁系統(tǒng)在吸持時消耗的有功功率在10W～100W之間；消耗的無功功率則在數(shù)十乏爾至數(shù)百乏爾之間。所耗有功功率的分配大致為：鐵芯65%~75%、短路環(huán)25%~30%、線圈3%~5%。對于我國這樣一個正處于工業(yè)化、城市化進程加快的交流接觸器使用大國，且能源需求日趨緊張，節(jié)約電力資源已成為當務(wù)之急。
　　如對上述交流接觸器的操作電磁系統(tǒng)采用相應(yīng)的節(jié)電技術(shù)，將其操作電磁系統(tǒng)由原設(shè)計的交流吸持改為直流吸持，可以節(jié)省鐵芯和短路環(huán)中絕大部分的損耗功率，從而取得較高的節(jié)電效率（一般有功節(jié)電率>90%以上）。不僅如此，通過改造還可降低或消除噪音，降低線圈溫升并延長接觸器的使用壽命。

交流接觸器節(jié)電標準執(zhí)行情況

　　為了適應(yīng)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整需要，我國在原有GB 8871-----1998《交流接觸器節(jié)電及其應(yīng)用技術(shù)條件》基礎(chǔ)上，對標準重新進行了修訂，并頒布GB 8871---2001《交流接觸器節(jié)電器》。在新標準中，對噪聲及噪聲試驗、節(jié)電率及節(jié)電率的測量、電磁兼容EMC及試驗條款都列入強制執(zhí)行條款，這無疑對交流接觸器節(jié)能技術(shù)的研究推廣起到積極作用。傳統(tǒng)型與節(jié)電型接觸器對比情況如表1所示。
　　表1傳統(tǒng)型與節(jié)電型接觸器對比
　　
​ 傳統(tǒng)型交流接觸器 節(jié)電型交流接觸器
工作方式 通電吸合、帶電保持、斷電釋放 瞬時通電吸合、脈動保護、斷電釋放
設(shè)計
結(jié)構(gòu)		 鐵芯和短路環(huán)中的磁滯損耗占能耗90%以上，噪音大、功率因數(shù)低、線圈溫升高，降低了接觸器線圈的使用壽命。 采用線圈和元件組合結(jié)構(gòu)，改變其交流運行方式為直流吸合，直流保持運行方式，節(jié)能平均達85%以上。噪音低（<25dB）、功率因數(shù)高（COSφ=1）、線圈溫升低，使用壽命提高。
吸合
吸持
電壓		 接觸器能夠在85% ~110%US的額定電壓值吸合；在20%~75%US的額定電壓值釋放。 動作電壓值可調(diào)整，改變脈沖直流電路其脈沖寬度，或者調(diào)整吸合、吸持線圈阻抗，就可調(diào)節(jié)高吸動電壓值和低吸持電壓值，使之調(diào)整為所配交流接觸器操作電磁系統(tǒng)要求最佳值。
延時
功能		 接觸器本身常閉輔助觸點來完成自動轉(zhuǎn)換延時。缺點占用接觸器本身常閉輔助觸點。 可應(yīng)用電子延時轉(zhuǎn)換電路，使由高吸動電壓自動轉(zhuǎn)換至低吸持電壓，可與所配用交流接觸器固有閉合時間相適應(yīng)。不需要使用交流接觸器常閉輔助觸點，最主要的是可大大提高交流接觸器閉合操作的可靠性。
保護
功能		 缺相不吸合，只局限工作相出現(xiàn)缺相狀態(tài)下 通過電子技術(shù)應(yīng)用使得節(jié)電電路中很方便地增加主電路保護功能：如欠壓、過壓、相序保護以及漏電保護等功能，極大拓展節(jié)能接觸器的應(yīng)用。
節(jié)能
方面		 不節(jié)能。而且因為接觸器線圈的溫升導(dǎo)致接觸器使用壽命的下降，增加企業(yè)運行成本。 采用低損耗控制電路，直流供電方式將無功損耗變?yōu)橛泄敵觯构?jié)能達95%以上，節(jié)省大量電力資源，也為用戶帶來可觀的經(jīng)濟效益；采用節(jié)電技術(shù)，使原接觸器使用壽命增加2倍，為企業(yè)節(jié)省使用接觸器的成本。

節(jié)電產(chǎn)品分類

　　交流接觸器節(jié)能方案主要取決于其工作原理及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)工藝。交流接觸器內(nèi)產(chǎn)生電磁吸力Fat由恒定分量F0和交變分量F~組成。其中：
　　恒定分量： F0 = Fatm / 2 （ Fatm =107 B2 MS /8π ）
　　交變分量： F~ =F0 cos 2ωt 。
　　在工作中，由于銜鐵始終受到反力彈簧、觸頭彈簧等反作用力 Fr 的作用，電磁吸力平均值 Fat > Fr ；當 Fat < Fr 時銜鐵開始釋放，F(xiàn)at > Fr 銜鐵又呈吸合狀態(tài)，如此周而復(fù)始，銜鐵產(chǎn)生振動并發(fā)出噪音。此時鐵芯在交變磁化產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗會引起鐵芯發(fā)熱（疊加的硅鋼片可以起到減少渦流損耗作用）。為降低工作噪音通常在小容量的電磁系統(tǒng)磁軛端部開一小槽嵌入相應(yīng)的短路環(huán)，其作用就是把通過鐵芯磁通分為兩部分，即不穿過短路環(huán)的磁通Φ1和穿過短路環(huán)的磁通Φ2 ，且Φ2滯后Φ1 ，使合成吸力始終大于反作用力，從而降低了振動噪音，但也增加了相應(yīng)銅損。
　　交流接觸器的功率主要由吸持功耗和吸合功耗兩部分，雖然線圈在吸合起動瞬間功耗較大，但時間很短（幾十 ms ）；工作時間一直處于吸持保持狀態(tài)（此時能量損耗主要集中在吸持狀態(tài)鐵損上）。正因如此如能降低交流接觸器工作中的吸持功耗就可以達到節(jié)能目的，根據(jù)此原理，目前節(jié)能接觸器大致分類如下：
　　1.節(jié)電器
　　節(jié)電器分為：電容式、變壓器式、占空比（改變）式。交流接觸器與相應(yīng)節(jié)電器配套使用，使接觸器在直流狀態(tài)吸持運行，從而達到節(jié)能目的。節(jié)電器因交流接觸器電磁線圈電磁能以及節(jié)電器內(nèi)部器件限制，一般適用于額定電流60~600A交流接觸器，低于60A的交流接觸器因其電磁線圈所貯有電磁能在直流運行時不能維持其吸合；大于600A的交流接觸器產(chǎn)生的電磁能極易使節(jié)電器內(nèi)部器件損壞。
　　2.節(jié)電線圈
　　接觸器線圈中通過交流電后，會產(chǎn)生相應(yīng)感抗，感抗的大小影響線圈中電流的大小，交流電磁鐵中線圈的感抗，在鐵芯未閉合時感抗很小，會通過很大的電流，這也是造成線圈在吸合時功率為最大的原因所在。當交流接觸器由吸合轉(zhuǎn)為吸持時，由于處于長期工作狀態(tài)再加之線圈功耗大，溫升也隨之上升。通常交流接觸器長時間工作可以產(chǎn)生50℃～60℃度高溫，夏季時再加上30℃～40℃度環(huán)境溫度，線圈溫度上升更快。線圈長期處于高溫工作中，將加快老化甚至燒毀，交流接觸器的使用壽命也會縮短。
　　根據(jù)交流接觸器線圈功耗大溫升快的特點，通過降低功耗和溫升以達到節(jié)能目的。按內(nèi)部結(jié)構(gòu)，節(jié)電線圈分為：雙繞組式、限流電阻式、雙繞組自轉(zhuǎn)換式和定位轉(zhuǎn)換式。節(jié)電線圈的工作原理通常將在其線圈上采用脈動直流吸持運行方案：吸合繞組一般線徑較大，匝數(shù)較少，因而阻抗較低，產(chǎn)生的吸合電流大；吸持繞組一般線徑較小，匝數(shù)較多，阻抗大，故而吸持電流小。增加相應(yīng)整流器件及壓敏電阻和薄膜電容，使交流接觸器通電工作處于直流狀態(tài)，較大的起動電流保證電磁系統(tǒng)的可靠吸合，較小的吸持電流降低了吸持功耗，從而降低了電磁系統(tǒng)的電損耗和線圈溫升。

節(jié)電型交流接觸器

　　根據(jù)交流接觸器的結(jié)構(gòu)，增加如節(jié)電器、節(jié)電線圈、機械鎖扣裝置，電磁系統(tǒng)改為剩磁（永磁）吸持式等方式，可起到節(jié)能效果。傳統(tǒng)接觸器與節(jié)電后節(jié)能對比如表2所示。
　　以傳統(tǒng)CJ10、CJ12、CJ20交流接觸器為例，對節(jié)能前后的耗能數(shù)據(jù)對比，反映其節(jié)能效果。
　　以CJ20/400A/3計算一年節(jié)能情況：接觸器節(jié)能前正常工作吸持功率為180W，電費單價按平均電費按1元/ Kwh計，工作時間為12h/天：
　　節(jié)能前總耗電：0.18Kw×12h×365 = 788 Kwh
　　節(jié)能后總耗電：0.006Kw×12h×365 = 26 Kwh
　　節(jié)能（年節(jié)電量）：788Kwh － 26Kwh = 762Kwh
　　節(jié)電費用：762Kwh×1元/Kwh = 762元
　　目前我國節(jié)電型交流接觸器已經(jīng)有一定的市場，但還不夠普及，傳統(tǒng)型交流接觸器目前在用戶使用上占主導(dǎo)地位。主要原因是節(jié)電型接觸器價格較貴，用戶在一次性投入上還不能接受，有待于國家在節(jié)能型接觸器的推廣上加大政策力度，促進節(jié)能型接觸器的廣泛應(yīng)用。
　　表2 傳統(tǒng)接觸器與節(jié)電后的節(jié)能對比
　　
節(jié)能前后對比接觸器型號 節(jié)能前消耗功率 節(jié)能后消耗功率 節(jié)能效率 年節(jié)電量
Kwh
吸合 吸持 吸合 吸持 吸合 吸持
CJ10/40A/3 ​ 22 W ​ <2W ​ 90% 87
CJ10/60A/3 ​ 24 W ​ <2W ​ 90% 96
CJ10/100A/3 ​ 85 W ​ <3.2W ​ 96% 232
CJ10/150A/3 ​ 90 W ​ <3.8W ​ 96% 228
CJ12/150A/3 1.5KW 200W 0.5KW <6W 60% 96% 613
CJ12/250A/3 2-3KW 240W 0.5KW <8W 75% 97% 691
CJ12/400A/3 4-6KW 500W 1.6KW <8W 70% 98% 1840
CJ12/600A/3 8-10KW 600W 2KW <10W 75% 98% 2584
​
CJ20/63A/3 ​ 70W ​ <3.2W ​ 96% 292
CJ20/100A/3 ​ 76W ​ <3.2W ​ 96% 319
CJ20/160A/3 ​ 90W ​ <3.5W ​ 96% 379
CJ20/400A/3 ​ 180W ​ <6W ​ 96% 762
CJ20/500A/3 ​ 220W ​ <7W ​ 96% 933
CJ20/630A/3 ​ 260W ​ <8W ​ 96% 1104
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