電子式零投切接觸器—無功補償專用接觸器

電子式零投切接觸器—無功補償專用接觸器
摘要：詳細介紹了涉及一種融合了電力電子技術的全新電子式交流接觸器產品的工作原理和使用效果，與目前大量使用的專用接觸器或固態繼電器來投切電力電容的方式相比較，這種新型的電子式接觸器是一種功耗低，無諧波的環保型綠色電器產品。關鍵詞：浪涌電流；零投切；接觸器
1問題的提出在電力系統的配電網中，為了減少線路的電壓降落和提高電力線路的功率因數，以降低網損節約電能和改善供電電壓質量，大都安裝無功功率自動補償裝置。由于是自動投切，而電力負載又是一個不斷變化的動態過程，因此造成電容器的投切頻率要大大高于手動投切。這種情況導致了一個技術難題的產生，這就是電容器在投入瞬間的浪涌電流過大，必須加以抑制。
因此，在使用普通接觸器投入電容器時，往往會在接觸器觸點處產生極大的火花，在切斷電容器時，又容易粘住觸頭，造成咬死，松不開現象。之所以出現這些問題，是因為電容器固有的物理特性：電容兩端的電壓不能躍變。在電容器投入電網的瞬間，由于其初始態端電壓為零，一下子投到電網中，將造成巨大的浪涌電流，其幅值在不加其他措施時，通常為器件額定電流的數十或數百倍以上，因此導致交流接觸器和電容器本身受到大電流沖擊而損壞。
此技術方案的 大優點是：從根本上解決了接觸器在通電時產生的巨大浪涌電流以及斷開時產生的拉弧問題。由于電容器投切接觸器量大面廣，在低壓線路中缺它不可，因此這種接觸器的生產、使用，可以解決接觸器電壽命短的問題并提高其可靠性。
2工作原理該器件的工作原理是：
（1）在接觸器通電之前，先由電力電子元件將接觸器觸點兩端短接，使負載浪涌電流經由雙向晶閘管通過。然后接通接觸器電源，使觸點閉合，延遲一段時間后，晶閘管退出。接觸器斷電時與上述類似，也是先接通并聯于接觸器觸頭兩端的雙向晶閘管，再使接觸器斷電，延遲一段時間后，晶閘管退出運行。
（2）每一相的強電執行部分都設計成過零觸發電路。當晶閘管導通控制指令發出后，該相并不立即動作，而要到本相電壓過零點時，才開始導通，浪涌電流幾乎與額定電流相等。
（3）作為接觸器的單體產品，控制方式要簡單化。為此，該產品采用由電子元件組成的硬件數字邏輯電路，完成電路所要求的工作時序，并實現了單一化指令觸發。其觸發和工作時序圖及工作框圖見。
整個電氣原理圖由三大部分組成：指令觸發系統、接觸器穩態接入系統和晶閘管瞬態接入系統。這三部分電路的接配順序是：指令觸發電路的輸出端與晶閘管接入電路的輸入端相接，指令觸發電路的另一輸出端與接觸器穩態接入電路的輸入端相接。
當電子型過零投切接觸器接收到投入指令時，控制邏輯首先啟動雙向晶閘管使之導通，這時接觸器的觸點尚未接通，浪涌電流從晶閘管一側通過，隨后，控制邏輯再接通接觸器，使之觸點閉合，由于在此之前觸點兩端已有晶閘管處于導通態，因此接觸器的觸點間電壓僅為雙向晶閘管的導通電壓0．8V左右。所以接觸器觸點幾乎是處于空載操作，而不會產生觸點火花使觸點受損。當接觸器接入后一段時間，晶閘管退出運行，此后的穩定工作狀態由接觸器來承擔。因此不會如晶閘管導通時那樣產生諧波，干擾電網。當控制邏輯發出切斷接觸器的指令時，與投入時類似，先由晶閘管投入運行，再使接觸器觸點退出，同樣道理，由于接觸器退出瞬間，晶閘管仍處于導通態，因此，不會使接觸器觸點產生斷電時的拉弧現象。然后，延遲一段時間，再使晶閘管退出。由于接觸器在投和退出運行時刻，其觸點均處于零負載狀態，故稱之為“零投切接觸器”。
為電子式零投切接觸器在投切 后一組電容時（通常這時的涌流 大）的浪涌波形記錄，由可見，幾乎沒有浪涌電流。
以上的工作時序，既可以供給單相回路工作，又可以供給三相回路工作。
3使用意義該項產品具有廣闊的應用前景：
（1）在電力電工行業，它將以機電一體化的新型電子型接觸器淘汰傳統的帶預投電阻的CJ19型電力電容專用接觸器以及固態繼電器，并取而代之。（2）在國產電梯行業中，大量使用傳統接觸器，它由于頻繁啟動投切，觸點燒損嚴重，常常造成電梯故障。如將此新型的接觸器用于電梯行業，可望結束國產電梯工作不可靠的歷史。
（3）因為浪涌電流在電工行業是一個普遍現象，任何電氣的瞬態電流常常是穩態電流的幾倍到幾十倍，采用本項技術做成的電子型接觸器，將可使現有接觸器的電氣壽命延長五倍以上，即使其電器壽命達到與機械壽命一樣長（通常的接觸器規范：電氣壽命為其機械壽命的1／5）。
（4）如果我國電工行業廣泛采用本項專利技術，將可大規模的節能和節省成本。因為使用本項專利后，接觸器的選型可按額定電流的1／2～1／5來選用。這是因為，在傳統接觸器的設計中，由于要兼顧其承受瞬態和穩態的兩方面工作，不得不加大設計容量。例如，一般交流接觸器在投入運行時的觸點電流，通常設計成其額定穩態電流的10～12倍。現在本項專利，采用電力電子元件取代
常規接觸器承擔了電氣的瞬態工作過程。一個額定電流為10A的接觸器，即使用于50A額定電流的工作場所，也無觸頭燒損之慮。另外，由于晶閘管僅處于短時間的瞬態導通狀態，幾乎不用考慮采用散熱措施。在容量規格的選型上也可以“小材大用”，降低成本。更重要的是，不像采用固態繼電器那樣會產生諧波，從而造成“電污染”。
4結論任何使用接觸器的場合，這類新型零投切接觸器將以它的功耗孝不產生諧波、成本低、工作可靠等種種優點取代傳統的交流接觸器和固態繼電器。它是新一代環保型綠色電器產品，從而受到電力電工行業的普遍歡迎。
目前，該產品已獲技術專利，并小批量投入試生產。
參考文獻
［1］JB／T7113－19993，低壓并聯電容裝置．國家機械行業標準［S］．
［2］接觸器技術規格．電工簡明使用手冊（第二版）［M］．上海：上海科技出版社．