技术培训系列_接触器剖析

1、武汉HLPD技术培训系列-接触器 Helpdesk-WH, QCS China 魏东山 Schneider Electric 2 HLPD WH Date 目录 施耐德接触器简介 接触器原理 接触器的结构 接触器的附件 接触器的应用 施耐德接触器简介 Schneider Electric 4 HLPD WH Date 1924年，世界上 第一台接触器 1935年，世界上第 一只单体接触器 1960年，全球第一 套电动机起动器 1973年，全 球第一只模 块化接触器 1993年，GV2 实现两元件电 动机起动方案 2000年，TeSys系 列华丽登场，延续 D2系列的辉煌之路 1990年，传奇的 D2系列，垄断全 球市场超过10年 2003年，TeSys U 无所不包 无所不能 施耐德电气电动机起动器产品发展之路 Schneider Electric 5 HLPD WH Date Model GV : GV2 0,06 15 kW GV3P/L 5.5 30 kW TeSys U Starter 0.0615 KW Circuit breaker Model D 0,06 75 kW M

2、odel F 15 450 kW Model K 0,06 5,5 kW Contactors Thermal relay Model D 0,06 18,5 kW 18,5 45 kW 55 75 kW Model F 18,5 315 kW Model K 0,06 5,5 kW Model B 220 900 kW TeSys U Controller 0.06450 KW EOCR 0.1 37KW Vario 345 KW LT6 5/25A Tesys 接触器 Schneider Electric 6 HLPD WH Date Tesys 接触器 6A150A620A115A9A800A1800A16A95A750A TeSys K TeSys D TeSys F TeSys B TeSys E C model Price Current 完 整 产 品 线 接触器原理 Schneider Electric 8 HLPD WH Date 接触器原理 Schneider Electric 9 HLPD WH Date 线圈通电时产生电磁吸引力将衔铁吸下，使常开触点闭合，常闭触

3、点断开 。 线圈断电后电磁吸引力消失，依靠弹簧使触点恢复到原来的状态。 接触器结构 l整体结构概览 l主触头 l线圈及其保护模块 11 交流接触器主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置和辅助 部件等组成。 Schneider Electric 12 HLPD WH Date 触头压力弹簧片 反作用弹簧 静铁心 缓冲弹簧 桥式动触头 动铁心 短路环 线圈 底座 Schneider Electric 13 HLPD WH Date 主触头 点接触 线接触 面接触 1静触头 2动触头 3触头压力弹簧 15 开距是触头处于断开状态时其动静触头间的最短距离，其值是由它能 否耐受电路中可能出现的过电压以及能否保证顺利熄灭电弧来决定的 。 超程是触头运动到闭合位置后、将静触头移开时动触头还能移动的距 离，其值取决于触头在期限内遭受的电侵蚀。 初压力是触头刚闭合时作用于它的正压力。 终压力是触头闭合终止位置的压力，其值由许多因素，诸如温升、熔 焊等所决定。 研程触头间研磨的行程 触头的参数 16 触头的接触电阻 一、接触电阻的产生 接触电阻包括收缩电阻和表面膜电阻。 二、影响接触电阻的因素 影响接触电阻的

4、因素有接触压力、触头材料、触头温度 触头表面情况、接触形式及化学腐蚀等。 三、减小接触电阻的方法 1增加接触点数目。 2采用本身电阻系数小，且不易氧化或氧化膜电阻较小的材料作为接 触导体，或作为接触面的覆盖层。触头一般由铜、黄铜和青铜等材 料制成。为防止触头表面被氧化，一般需要采取镀锡、镀银和涂防 腐漆和凡士林油等措施加以防护。 3触头在开闭过程中应具有研磨过程，以擦去氧化膜。 17 一试验表明，导体接触处的整个面 积只是个视在面积，真正接触着的 是离散性的若于个被称为a斑点的 小点(图2-25)。这种斑点的面积仅 为视在接触面的很小一部分。就是 a斑点本身也只有一小部分是纯金 属接触区，其余部分是受污染的准 金属接触区和覆盖着绝缘膜的不导 电接触区因此，实际的金属导体接 触面非常小。 实际接触面缩小到局限于少量 的斑点，引起束流现象 图3-1 18 影响接触电阻的主要因素 接触形式 表面上看似乎面接 触的接触电阻最小，但也不尽然。 若接触压力不大，面接触时a斑点 多，每个斑点上的压力反而很小， 以致接触电阻增大很多。因此，继 电器和小容量电器的触头普遍采用 点-点及点-面接触形式，大

5、中容量 电器触头才采用线和面接触形式。 表2-4中关于铜触头的实验数据便 是实证 19 表面状况 接触面越粗糙，越易污染和氧化，Rj也 越大。其后果不仅是发热损耗增大，还会妨碍电 路正常接通，特别是当电压和电流均甚小时。 材料性能 影响Rj值的材料性能主要是电阻率和屈 服点。屈服点越小，即材料越软，越易发生塑性 形变，Rj值也越小。 20 接触压力 它是确定接触电阻的决定性因素。接触面受压后总有弹性及塑性 形变，使接触面积增大。压力还能抑制表面膜层的影响。但从黄 铜质球-平面接触触头通过20A电流时的试验结果来看(图2-27)， 接触压力越小，Rj越大，且分散性很大，可是过分增大接触压力 也并不佳。 弱电继电器接触压力甚小，为使接触电阻值稳定，压力不得 小于表2-5中的数值。 21 接触电阻与压力的关系 22 接触电阻与接触电压降 触头接触面温度上升时，由于接触电阻 Rj增大，接触电压降Uj也会增大。反之 亦然。 但实验所得,“Ri - Ui”特性并非全然 如此(图2-28)。 Rj由图可见，当Uj增大 时，Rj开始是增大的，但当Uj增大到Us 时,触点温度已高达能令触点金属材料机 械

6、性质发生变化-软化的地步，故Us称 为软化电压。这时，在接触压力作用下 ，接触面积增大，使Rj骤减。此后， Rj 仍将随Uj而逐渐增大，并于Uj增至Um时 再度猛降,因为此时接触面积因温度已达 熔点而增大很多。电压降Um称为熔化电 压。软化电压和熔化电压均为触点材料 的特性参数。 23 触头的振动 一、产生振动的原因 触头在闭合过程中，触头间的碰撞、触头间的电动斥力 和衔铁与铁心的碰撞都可能引起触头的机械振动。两个触头 在闭合时发生碰撞产生振动是不可避免的，所谓消除触头闭 合过程中的振动，是指消除触头的有害振动。 24 接通时动触头以一定速度朝静触 头运动，它们接触时就发生了机 械碰撞。结果，动触头被弹开， 然后再朝静触头运动，多次重复 发、碰撞。由于每碰撞一次都要 损失部分能量，故振动幅度将逐 渐减小(图2-31）。除触头本身的 碰撞外，电磁机构中衔铁与铁心 接触时的撞击以及短路电流通过 触头时生的巨大电动斥力，均可 能引起触头振动。 25 二、减小振动的方法 减小触头振动有如下几种方法： 1. 使触头具有一定的初压力。 2. 降低动触头的闭合速度，以减小碰撞动能。 3. 减小动触头

7、的质量，以减小碰撞动能，从而减小触头 的振幅。 4. 对于电磁式电器，减小衔铁和静铁心碰撞时引起的磁 系统的振动，以减小触头的二次振动。其方法是吸力特 性与反力特性有良好的配合及铁心具有缓冲装置。 26 三、熔焊的概念 触头的熔焊主要发生在触头闭合有载电路的过程中和触头 处于闭合状态时。 在触头闭合过程中，触头的机械振动使触头间断续产生电 弧，在电弧高温的作用下，使触头表面金属熔化，当触头最 终闭合时。这些熔化金属可能凝结而引起熔接，使动、静触 头熔焊在一起不能打开。 27 在触头处于闭合状态时，若通过过大的电流，会使触头接触处温度升 高，如果达到了熔化温度，两触头接触处的材料便熔化并结合在一起， 使接触电阻迅速下降，其损耗和温度都下降，熔化的金属可能凝结而引 起熔接。这种由热效应而引起的触头熔接，称为触头的“熔焊”。 还有一种触头熔接现象，产生于常温状态，通常称为“冷焊”。“ 冷焊”常常发在用贵金属材料制成的小型继电器触点中。其原因为贵金 属表面不易形成氧化膜，纯净的金属接触面在触头压力作用下，由于金 属原子间化学亲和力的作用，使两个触头表面结合在一起，产生“冷焊 ”现象。 28 触

8、头的磨损 一、触头磨损的原因 触头磨损包括机械磨损、化学磨损和电磨损。 触头的磨损主要取决于电磨损。电磨损主要发生在 触头的闭合和开断过程中，在触头闭合电流时产生的电 磨损，主要是由于触头碰撞引起的振动所产生的，在触 头开断电流时所产生的电磨损，是由高温电弧所造成的。 29 二、触头电磨损的形式 触头在分断与闭合电路过程中，在触头间隙中产生金 属液桥、电弧和火花放电等各种现象，引起触头材料的金 属转移、喷溅和汽化，使触头材料损耗和变形，这种现象 称为触头的电磨损。 触头的电磨损形式主要有两种，即液桥的金属转移和 电弧的烧损。 30 触头材料 对触头材料通常有下列要求: 低电阻率 低电阻温度系数; 高最小燃弧电压/电流 抗化学腐蚀能力 适当的硬度 良好的工艺性能。 触头材料一般有纯金属、合金和粉末合 金三类 31 纯金属材料 1)银 在金属材料中它具有最高的电导率和热导率。其氧化膜电阻率较低，且易去 除;其硫化膜电阻率虽较高，仍易破除。因此，银触头接触电阻小，而且稳定。 银的工艺性一般也优于其他材料。由于熔点和硬度均较低，故银的耐弧、耐侵蚀 和抗熔焊性能均较差，所以银触头多用于中小容量开

9、关电器。 (2)铜 铜的电导率和热导率均很高，仅次于银。其比热容大、工艺性好、价格低廉 ，铜易氧化，其氧化膜的电阻率非常大，又不易去除，故铜触头接触电阻大而且 不稳定。目前仅动静触头的接触面之间有相对运动(摩擦)的电器才使用纯铜质触 头。 (3)铝 其电导率和热导率在纯金属材料中居第三位，故亦属最常用的导电材料。铝 材极易氧化，其氧化膜的电阻率极大、并且非常稳定，极难去除。然而，铝材经 济电导 为铜材的二倍，价格又低廉，所以被广泛地用作母线材料及其他线材。 (4)钨它具有高的熔点、沸点和硬度，故耐弧、耐电侵蚀和耐熔焊。但其电阻率大 易氧化，且氧化膜几乎不导电，以致接触电阻特别大。工程上不采用纯钨触头。 (5)石墨 它是非金属材料，不易氧化和产生氧化膜。其电阻率高，机械强度低 ，但 耐弧和耐熔焊。它一般只用作开关电器的灭弧触头材料。 此外，继电器和弱电电器还常用金、铂等贵金属及其合金作为触头材料 32 合金材料 (1)铜钨合金 其含铜量在20% 80%。由于钨的熔点高，故此合金有非常高的耐弧、耐侵 蚀及抗熔焊能力。但因电阻率高，需要高接触压力，故主要用于高压及大电流断路器 。 (2)铜石墨合金 其石墨含量为4% 5%，性能与铜钨合金相近。由于它在很大的冲击电流 作用下也不致发生熔焊，故也常用于大中容量开关电器。总之，铜基合金虽然电阻率 高，但工艺性强、价格低廉，至今仍被广泛应用。 (3)银钨合金 其含钨量为30% 80%。它耐弧、基本上不熔焊，而在工艺性及电阻率方面 均优于铜钨合金。因此，它尤适用于大容量开关电器。 (4)银镍合金 其含镍量为5% 40%。镍熔点较高，加入后可提高抗硫化及抗熔焊性能。 它的接触电阻稳定，耐侵蚀，易作辗压加工，但抗熔焊能力仍很低，且价格较高。此 合金一般用于中小容量开关电器。 (5)银石墨合金 其含碳量与铜石墨合金相仿，具有高抗熔焊能力，但质地软，不耐摩擦， 一般用于非频繁操作的大中容量电器。 (6)银碳化钨合金 碳化钨的化学稳定性优于钨，耐腐蚀性也较高，故接触电阻较稳定，能 耐受大电流，适用于低电压大电流电器。含量达一半

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