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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(shí)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(guó)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(tái)計(jì)，其操作電磁系統(tǒng)在吸持時(shí)消耗的有功功率在10W～100W之間；消耗的無(wú)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(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)正處于工業(yè)化、城市化進(jìn)程加快的交流接觸器使用大國(guó)，且能源需求日趨緊張，節(jié)約電力資源已成為當(dāng)務(wù)之急。

　　如對(duì)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(jì)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(guò)改造還可降低或消除噪音，降低線圈溫升并延長(zhǎng)接觸器的使用壽命。

交流接觸器節(jié)電標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行情況

　　為了適應(yīng)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整需要，我國(guó)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)重新進(jìn)行了修訂，并頒布GB 8871---2001《交流接觸器節(jié)電器》。在新標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)噪聲及噪聲試驗(yàn)、節(jié)電率及節(jié)電率的測(cè)量、電磁兼容EMC及試驗(yàn)條款都列入強(qiáng)制執(zhí)行條款，這無(wú)疑對(duì)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(duì)比情況如表1所示。

　　表1傳統(tǒng)型與節(jié)電型接觸器對(duì)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(shí)通電吸合、脈動(dòng)保護(hù)、斷電釋放
設(shè)計(jì) 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(yùn)行方式為直流吸合，直流保持運(yùn)行方式，節(jié)能平均達(dá)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(dòng)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(dòng)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(shí) 功能	接觸器本身常閉輔助觸點(diǎn)來(lái)完成自動(dòng)轉(zhuǎn)換延時(shí)。缺點(diǎn)占用接觸器本身常閉輔助觸點(diǎn)。	可應(yīng)用電子延時(shí)轉(zhuǎn)換電路，使由高吸動(dòng)電壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換至低吸持電壓，可與所配用交流接觸器固有閉合時(shí)間相適應(yīng)。不需要使用交流接觸器常閉輔助觸點(diǎn)，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(hù) 功能	缺相不吸合，只局限工作相出現(xiàn)缺相狀態(tài)下	通過(guò)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(hù)功能：如欠壓、過(guò)壓、相序保護(hù)以及漏電保護(hù)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?yàn)榻佑\|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(yùn)行成本。	采用低損耗控制電路，直流供電方式將無(wú)功損耗變?yōu)橛泄敵?，使?jié)能達(dá)95%以上，節(jié)省大量電力資源，也為用戶帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)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(dāng) Fat < Fr 時(shí)銜鐵開(kāi)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(dòng)并發(fā)出噪音。此時(shí)鐵芯在交變磁化產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗會(huì)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(kāi)一小槽嵌入相應(yīng)的短路環(huán)，其作用就是把通過(guò)鐵芯磁通分為兩部分，即不穿過(guò)短路環(huán)的磁通Φ1和穿過(guò)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(dòng)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(dòng)瞬間功耗較大，但時(shí)間很短（幾十 ms ）；工作時(shí)間一直處于吸持保持狀態(tài)（此時(shí)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(dá)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(yùn)行，從而達(dá)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(yùn)行時(shí)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(guò)交流電后，會(huì)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(shí)感抗很小，會(huì)通過(guò)很大的電流，這也是造成線圈在吸合時(shí)功率為最大的原因所在。當(dāng)交流接觸器由吸合轉(zhuǎn)為吸持時(shí)，由于處于長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)間工作可以產(chǎn)生50℃～60℃度高溫，夏季時(shí)再加上30℃～40℃度環(huán)境溫度，線圈溫度上升更快。線圈長(zhǎng)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(huì)縮短。

　　根據(jù)交流接觸器線圈功耗大溫升快的特點(diǎn)，通過(guò)降低功耗和溫升以達(dá)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(dòng)直流吸持運(yùn)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(dòng)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(jī)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(duì)比如表2所示。

　　以傳統(tǒng)CJ10、CJ12、CJ20交流接觸器為例，對(duì)節(jié)能前后的耗能數(shù)據(jù)對(duì)比，反映其節(jié)能效果。

　　以CJ20/400A/3計(jì)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(fèi)單價(jià)按平均電費(fèi)按1元/ Kwh計(jì)，工作時(shí)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(fèi)用：762Kwh×1元/Kwh = 762元

　　目前我國(guó)節(jié)電型交流接觸器已經(jīng)有一定的市場(chǎng)，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(jià)格較貴，用戶在一次性投入上還不能接受，有待于國(guó)家在節(jié)能型接觸器的推廣上加大政策力度，促進(jìn)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(duì)比

節(jié)能前后對(duì)比接觸器型號(hào)	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

來(lái)源：樂(lè)清市環(huán)洲電氣有限公司

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