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解析交流接触器节能技术

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解析交流接触器节能技术

发布日期:2017-09-04 作者: 点击:

交流接触器广泛应用于低压电路中,是一种使用安全、控制方便、量大而面广的工业必需品。我国现在普遍使用的额定电流在63A及以上的大、中容量交流接触器应以上亿台计,其操作电磁系统在吸持时消耗的有功功率在10W~100W之间;消耗的无功功率则在数十乏尔至数百乏尔之间。所耗有功功率的分配大致为:铁芯65%~75%、短路环25%~30%、线圈3%~5%。对于我国这样一个正处于工业化、城市化进程加快的交流接触器使用大国,且能源需求日趋紧张,节约电力资源已成为当务之急。

交流接触器

如对上述交流接触器的操作电磁系统采用相应的节电技术,将其操作电磁系统由原设计的交流吸持改为直流吸持,可以节省铁芯和短路环中绝大部分的损耗功率,从而取得较高的节电效率(一般有功节电率>90%以上)。不仅如此,通过改造还可降低或消除噪音,降低线圈温升并延长接触器的使用寿命。

交流接触器节电标准执行情况

为了适应能源结构调整需要,我国在原有GB 8871-----1998《交流接触器节电及其应用技术条件》基础上,对标准重新进行了修订,并颁布GB 8871---2001《交流接触器节电器》。在新标准中,对噪声及噪声试验、节电率及节电率的测量、电磁兼容EMC及试验条款都列入强制执行条款,这无疑对交流接触器节能技术的研究推广起到积极作用。传统型与节电型接触器对比情况如表1所示。

表1传统型与节电型接触器对比

节电产品分类

交流接触器节能方案主要取决于其工作原理及相应的结构工艺。交流接触器内产生电磁吸力Fat由恒定分量F0和交变分量F~组成。其中:

恒定分量: F0 = Fatm / 2 ( Fatm =107 B2 MS /8π )

交变分量: F~ =F0 cos 2ωt 。

在工作中,由于衔铁始终受到反力弹簧、触头弹簧等反作用力 Fr 的作用,电磁吸力平均值 Fat > Fr ;当 Fat Fr 时衔铁开始释放,Fat > Fr 衔铁又呈吸合状态,如此周而复始,衔铁产生振动并发出噪音。此时铁芯在交变磁化产生的磁滞损耗和涡流损耗会引起铁芯发热(叠加的硅钢片可以起到减少涡流损耗作用)。为降低工作噪音通常在小容量的电磁系统磁轭端部开一小槽嵌入相应的短路环,其作用就是把通过铁芯磁通分为两部分,即不穿过短路环的磁通Φ1和穿过短路环的磁通Φ2 ,且Φ2滞后Φ1 ,使合成吸力始终大于反作用力,从而降低了振动噪音,但也增加了相应铜损。

交流接触器的功率主要由吸持功耗和吸合功耗两部分,虽然线圈在吸合起动瞬间功耗较大,但时间很短(几十 ms );工作时间一直处于吸持保持状态(此时能量损耗主要集中在吸持状态铁损上)。正因如此如能降低交流接触器工作中的吸持功耗就可以达到节能目的,根据此原理,目前节能接触器大致分类如下:

1.节电器

节电器分为:电容式、变压器式、占空比(改变)式。交流接触器与相应节电器配套使用,使接触器在直流状态吸持运行,从而达到节能目的。节电器因交流接触器电磁线圈电磁能以及节电器内部器件限制,一般适用于额定电流60~600A交流接触器,低于60A的交流接触器因其电磁线圈所贮有电磁能在直流运行时不能维持其吸合;大于600A的交流接触器产生的电磁能极易使节电器内部器件损坏。

2.节电线圈

接触器线圈中通过交流电后,会产生相应感抗,感抗的大小影响线圈中电流的大小,交流电磁铁中线圈的感抗,在铁芯未闭合时感抗很小,会通过很大的电流,这也是造成线圈在吸合时功率为最大的原因所在。当交流接触器由吸合转为吸持时,由于处于长期工作状态再加之线圈功耗大,温升也随之上升。通常交流接触器长时间工作可以产生50℃~60℃度高温,夏季时再加上30℃~40℃度环境温度,线圈温度上升更快。线圈长期处于高温工作中,将加快老化甚至烧毁,交流接触器的使用寿命也会缩短。

根据交流接触器线圈功耗大温升快的特点,通过降低功耗和温升以达到节能目的。按内部结构,节电线圈分为:双绕组式、限流电阻式、双绕组自转换式和定位转换式。节电线圈的工作原理通常将在其线圈上采用脉动直流吸持运行方案:吸合绕组一般线径较大,匝数较少,因而阻抗较低,产生的吸合电流大;吸持绕组一般线径较小,匝数较多,阻抗大,故而吸持电流小。增加相应整流器件及压敏电阻和薄膜电容,使交流接触器通电工作处于直流状态,较大的起动电流保证电磁系统的可靠吸合,较小的吸持电流降低了吸持功耗,从而降低了电磁系统的电损耗和线圈温升。

节电型交流接触器

根据交流接触器的结构,增加如节电器、节电线圈、机械锁扣装置,电磁系统改为剩磁(永磁)吸持式等方式,可起到节能效果。传统接触器与节电后节能对比如表2所示。

以传统CJ10、CJ12、CJ20交流接触器为例,对节能前后的耗能数据对比,反映其节能效果。

以CJ20/400A/3计算一年节能情况:接触器节能前正常工作吸持功率为180W,电费单价按平均电费按1元/ Kwh计,工作时间为12h/天:

节能前总耗电:0.18Kw×12h×365 = 788 Kwh

节能后总耗电:0.006Kw×12h×365 = 26 Kwh

节能(年节电量):788Kwh - 26Kwh = 762Kwh

节电费用:762Kwh×1元/Kwh = 762元

目前我国节电型交流接触器已经有一定的市场,但还不够普及,传统型交流接触器目前在用户使用上占主导地位。主要原因是节电型接触器价格较贵,用户在一次性投入上还不能接受,有待于国家在节能型接触器的推广上加大政策力度,促进节能型接触器的广泛应用。


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