电子式零投切接触器—无功补偿专用接触器

电子式零投切接触器—无功补偿专用接触器
摘要：详细介绍了涉及一种融合了电力电子技术的全新电子式交流接触器产品的工作原理和使用效果，与目前大量使用的专用接触器或固态继电器来投切电力电容的方式相比较，这种新型的电子式接触器是一种功耗低，无谐波的环保型绿色电器产品。关键词：浪涌电流；零投切；接触器
1问题的提出在电力系统的配电网中，为了减少线路的电压降落和提高电力线路的功率因数，以降低网损节约电能和改善供电电压质量，大都安装无功功率自动补偿装置。由于是自动投切，而电力负载又是一个不断变化的动态过程，因此造成电容器的投切频率要大大高于手动投切。这种情况导致了一个技术难题的产生，这就是电容器在投入瞬间的浪涌电流过大，必须加以抑制。
因此，在使用普通接触器投入电容器时，往往会在接触器触点处产生极大的火花，在切断电容器时，又容易粘住触头，造成咬死，松不开现象。之所以出现这些问题，是因为电容器固有的物理特性：电容两端的电压不能跃变。在电容器投入电网的瞬间，由于其初始态端电压为零，一下子投到电网中，将造成巨大的浪涌电流，其幅值在不加其他措施时，通常为器件额定电流的数十或数百倍以上，因此导致交流接触器和电容器本身受到大电流冲击而损坏。
此技术方案的 大优点是：从根本上解决了接触器在通电时产生的巨大浪涌电流以及断开时产生的拉弧问题。由于电容器投切接触器量大面广，在低压线路中缺它不可，因此这种接触器的生产、使用，可以解决接触器电寿命短的问题并提高其可靠性。
2工作原理该器件的工作原理是：
（1）在接触器通电之前，先由电力电子元件将接触器触点两端短接，使负载浪涌电流经由双向晶闸管通过。然后接通接触器电源，使触点闭合，延迟一段时间后，晶闸管退出。接触器断电时与上述类似，也是先接通并联于接触器触头两端的双向晶闸管，再使接触器断电，延迟一段时间后，晶闸管退出运行。
（2）每一相的强电执行部分都设计成过零触发电路。当晶闸管导通控制指令发出后，该相并不立即动作，而要到本相电压过零点时，才开始导通，浪涌电流几乎与额定电流相等。
（3）作为接触器的单体产品，控制方式要简单化。为此，该产品采用由电子元件组成的硬件数字逻辑电路，完成电路所要求的工作时序，并实现了单一化指令触发。其触发和工作时序图及工作框图见。
整个电气原理图由三大部分组成：指令触发系统、接触器稳态接入系统和晶闸管瞬态接入系统。这三部分电路的接配顺序是：指令触发电路的输出端与晶闸管接入电路的输入端相接，指令触发电路的另一输出端与接触器稳态接入电路的输入端相接。
当电子型过零投切接触器接收到投入指令时，控制逻辑首先启动双向晶闸管使之导通，这时接触器的触点尚未接通，浪涌电流从晶闸管一侧通过，随后，控制逻辑再接通接触器，使之触点闭合，由于在此之前触点两端已有晶闸管处于导通态，因此接触器的触点间电压仅为双向晶闸管的导通电压0．8V左右。所以接触器触点几乎是处于空载操作，而不会产生触点火花使触点受损。当接触器接入后一段时间，晶闸管退出运行，此后的稳定工作状态由接触器来承担。因此不会如晶闸管导通时那样产生谐波，干扰电网。当控制逻辑发出切断接触器的指令时，与投入时类似，先由晶闸管投入运行，再使接触器触点退出，同样道理，由于接触器退出瞬间，晶闸管仍处于导通态，因此，不会使接触器触点产生断电时的拉弧现象。然后，延迟一段时间，再使晶闸管退出。由于接触器在投和退出运行时刻，其触点均处于零负载状态，故称之为“零投切接触器”。
为电子式零投切接触器在投切 后一组电容时（通常这时的涌流 大）的浪涌波形记录，由可见，几乎没有浪涌电流。
以上的工作时序，既可以供给单相回路工作，又可以供给三相回路工作。
3使用意义该项产品具有广阔的应用前景：
（1）在电力电工行业，它将以机电一体化的新型电子型接触器淘汰传统的带预投电阻的CJ19型电力电容专用接触器以及固态继电器，并取而代之。（2）在国产电梯行业中，大量使用传统接触器，它由于频繁启动投切，触点烧损严重，常常造成电梯故障。如将此新型的接触器用于电梯行业，可望结束国产电梯工作不可靠的历史。
（3）因为浪涌电流在电工行业是一个普遍现象，任何电气的瞬态电流常常是稳态电流的几倍到几十倍，采用本项技术做成的电子型接触器，将可使现有接触器的电气寿命延长五倍以上，即使其电器寿命达到与机械寿命一样长（通常的接触器规范：电气寿命为其机械寿命的1／5）。
（4）如果我国电工行业广泛采用本项专利技术，将可大规模的节能和节省成本。因为使用本项专利后，接触器的选型可按额定电流的1／2～1／5来选用。这是因为，在传统接触器的设计中，由于要兼顾其承受瞬态和稳态的两方面工作，不得不加大设计容量。例如，一般交流接触器在投入运行时的触点电流，通常设计成其额定稳态电流的10～12倍。现在本项专利，采用电力电子元件取代
常规接触器承担了电气的瞬态工作过程。一个额定电流为10A的接触器，即使用于50A额定电流的工作场所，也无触头烧损之虑。另外，由于晶闸管仅处于短时间的瞬态导通状态，几乎不用考虑采用散热措施。在容量规格的选型上也可以“小材大用”，降低成本。更重要的是，不像采用固态继电器那样会产生谐波，从而造成“电污染”。
4结论任何使用接触器的场合，这类新型零投切接触器将以它的功耗孝不产生谐波、成本低、工作可靠等种种优点取代传统的交流接触器和固态继电器。它是新一代环保型绿色电器产品，从而受到电力电工行业的普遍欢迎。
目前，该产品已获技术专利，并小批量投入试生产。
参考文献
［1］JB／T7113－19993，低压并联电容装置．国家机械行业标准［S］．
［2］接触器技术规格．电工简明使用手册（第二版）［M］．上海：上海科技出版社．