接触器自励磁场对触头系统的影响

通用的交流接触器也是依靠触头系统的自励磁场对电弧产生磁吹，也即采用静导电回路下进线U形结构，现对图4-69所示的小容量接触器三种不同结构的触头系统进行分析，其中结构b和c依靠静触头U形导电板下的铁磁片来增强磁场，图4-70为磁场计算获得的不同触头系统中沿电弧中心轴线n-n′的磁场分布，由计算结果可以看出：结构b和c采用了铁磁片，因而使触头区的磁场有明显的增强，特别是结构c中的铁磁片不仅屏蔽了下导电板的反向磁场，并且增强了上导电板的正向磁场，因而效果更为显著。

图4-69 触头系统的三种结构

图4-70 磁场沿电弧中心轴线n-n′的分布

吹弧磁场对接触器的电弧停滞时间和重燃几率有重大影响，这两个因素决定接触器的电气寿命，研究工作以接触器CJ20-40A为研究对象，采用图4-69所示三种静触头回路，试验研究了吹弧磁场与电弧停滞时间和重燃几率的关系，试验在西安交通大学低压断流试验站上进行，试验条件如下：

试验电压：U_s=364V 试验电流：I=240A

功率因数：cosφ=0.35 分断相角：Φ_k=70°±10°

经多次反复测试，统计试验结果如图4-71，结构a的电弧停滞时间最长，结构b次之，结构c的停滞时间最短，这说明吹弧磁场越强，则电弧停滞时间越短，这有利于减少触头磨损。

图4-72为三种触头系统结构的电流第一次过零后重燃几率的试验结果，由图中可见，结构a的重燃几率最高，达37%，而结构c最低，由此可见，随着吹弧磁场的增强，电弧重燃几率也明显下降。

图4-71 电弧停滞时间统计几率直方图(www.xing528.com)

图4-72 三种方案电弧重燃几率直方图（I=240A）

接触器的吹弧磁场也可以通过灭弧栅片来增强，德国布郎斯瓦许（Braunschweig）技术大学的R.Amsinck等人对单栅片的灭弧系统做了研究，他们制作了四种放大的触头灭弧系统模型，把电弧做成圆柱形，如图4-73所示，四种方案中方案4是在触头前竖直放一片栅片，方案3是在方案4的基础上，把静触头回路做成U形，方案2是把方案1的平板栅片改为U形灭弧片，方案1是静触头U形回路加上U形灭弧片，对四种模型测量沿电弧轴向磁场分布，其结果如图4-73所示，图中设电弧有两个位置A和B，位置B因电弧接近栅片因而磁场强于位置A，四种方案中，方案1磁场最强，其次为方案2和3，方案4的磁场最弱，因而目前100A以下接触器广泛采用U形栅片结构。

为了验证吹弧磁场对电弧停滞时间和接触器开断性能的作用，制作了相当于额定控制功率为20kW的单极模型，在U=220V，I=240A条件下测量电弧停滞时间，经200次重复测量得到结果如图4-74所示，图中纵座标为停滞时间的统计几率，可见结构1磁场最强，因而停滞时间最短，而结构4磁场最弱，停滞时间也最长。开断试验在U=625V，I=50～350A条件下进行，通过50次操作获电流过零后重燃几率h_w与开断电流关系如图4-75所示，同样可见：结构1重燃几率最低，即开断性能最好，而结构2和3其次，而结均4最差。

图4-73 四种结构的吹弧磁场

图4-74 四种方案的电弧停滞时间

图4-75 重燃几率h_w与开断电流关系