主要产品结构型式分析

1.总体布局型式

接触器的总体布局主要有转动式和直动式两大类（见图14-1～图14-3）。转动式结构又分为单断点和双断点两种型式。直动式结构都是双断点型式，根据触头灭弧系统与电磁系统的位置关系不同，直动式结构又分为正装直动式和倒装直动式两种型式。图14-4、图14-5分别表示转动式和直动式接触器的触头闭合过程。图14-4a、b、c分别为转动式交流接触器的触头打开位置、触头刚接触位置和触头闭合到底位置三种状态。图14-5a、b、c分别为直动式交流接触器的触头打开位置、触头刚接触位置和触头闭合到底位置三种状态。

图14-1 转动式单断点交流接触器的结构示意图

a）触头灭弧系统剖视图 b）电磁系统剖视图

1—反力弹簧 2—线圈 3—铁心 4—衔铁 5—支架 6—安装条板 7—绝缘座 8—串联磁吹线圈 9—多纵缝灭弧室 10—静触头 11—动触头 12—触头弹簧 13—绝缘转轴 14—软连接线

图14-2 转动式双断点交流接触器的结构示意图

a）顶部结构示意图 b）触头灭弧系统剖视图 c）电磁系统剖视图

1—转轴 2—反力弹簧 3—缓冲弹簧 4—缓冲件 5—线圈 6—铁心 7—衔铁 8—停挡（缓冲件） 9—片状弹簧 10—支架 11—辅助触头 12、13—杠杆 14—动触头支架 15—静触头 16—灭弧室 17—动触头 18—片状弹簧 19—触头弹簧

图14-3 直动式交流接触器的结构示意图

1—铁心 2—线圈 3—反力弹簧 4—衔铁 5—静触头 6—桥形动触头 7—灭弧室 8—躯壳 9—底座 10—滑块（卡轨用）

图14-4 转动式交流接触器的触头闭合过程

a）触头打开位置 b）触头刚接触位置 c）触头闭合到底位置

2.触头型式

接触器的触头有双断点直动式桥式触头和单断点转动式指形触头两类。

单断点转动式指形触头常采用铜质或铜基合金材料制成，价格便宜，且易于加工。该型式触头的优点：

1）闭合与断开过程中有滚动和滑动摩擦，能清除触头表面的氧化物，可保证接触电阻的稳定性。

2）触头接触压力大，电动稳定性高。

图14-5 直动式交流接触器的触头闭合过程

a）触头打开位置 b）触头刚接触位置 c）触头闭合到底位置

3）触头参数比较容易调节。

单断点转动式指形触头的主要缺点：

1）仅一个断口，触头开距大，从而导致接触器的体积较大。

2）触头闭合时冲击能量大，并且有软连接，不利于机械寿命的提高。

3）由于采用铜基触头，触头压力较大，所需电磁系统的控制功率大。

双断点直动式桥式触头常采用银质或银基合金材料制成，也可以用银铜复合材料制成。该型式触头的优点：

1）具有两个串联的断口，有两个有效的灭弧区域，触头开距小，使接触器结构紧凑，接触器的体积较小。

2）触头闭合时冲击能量小，不用软连接，有利于机械寿命的提高。

双断点直动式桥式触头的主要缺点：

1）闭合与断开过程中没有滚动和滑动摩擦，不能自动清除触头表面的氧化物。

2）触头材料由于大部分采用银基合金，价格较贵。

3）每个触头的接触压力小，电动稳定性较低。

4）触头参数不易调节。

3.电磁系统传动及布局

根据电磁系统的运动方式可分为直动式和转动式两种：

（1）直动式电磁系统 电磁系统的衔铁通过触头支持直接带动触头做直线运动，用于直动式接触器，如图14-3所示。

（2）转动式电磁系统 电磁系统的衔铁通过支架使轴转动，轴通过带动杠杆使触头运动，用于转动式接触器，如图14-1和图14-2所示。

根据电磁系统与触头系统的位置布局关系，可分为正装式和倒装式两种电磁系统：

（1）正装式电磁系统 触头系统在前面，电磁系统在后面（靠近安装面），其优点为更换、维修触头比较方便。

（2）倒装式电磁系统 电磁系统在前面，触头系统在后面（靠近安装面），其优点是更换线圈方便，便于安装多种附件，可扩大使用功能，而且触头系统的接线端靠近安装面，使接线距离缩短。

4.灭弧系统

（1）绝缘材料灭弧罩 利用接触器自身导电回路的自生电动力拉长电弧或加装U形铁磁性吹弧件吸引电弧，使之与灭弧罩接触，电弧因被拉长和冷却而熄灭。交流接触器也可以利用近阴极效应熄弧，这是一种最简单的灭弧装置，适用于容量较小的交流接触器，操作频率可以比较高。

（2）多纵缝灭弧室 电弧在回路电动力的作用下被迅速拉长并被驱入由绝缘材料制成的纵缝中，电弧被分成多条细弧，并且迅速冷却而熄灭，用于操作频率比较高和额定电流较大的接触器中，既可用于熄灭直流电弧，也可用于熄灭交流电弧，灭弧能力较强，如图14-6所示。

图14-6 多纵缝灭弧室示意图

1—电弧 2—绝缘隔板 3—灭弧室壁 4—钢夹板

（3）栅片灭弧室 电弧在回路电动力及铁栅片吸力的作用下，进入栅片之间，被栅片分割成多个串联的短弧，由于直流电弧的近极压降或交流电弧的近阴极效应而熄灭电弧。栅片一般是用钢片制成，它对电弧电流有吸引作用，在电弧产生时，栅片将电弧吸引到灭弧室内，当电弧越出灭弧室时，栅片又将电弧朝灭弧室回拉，因此这种灭弧室的喷弧距离较小。由于它利用电流自然过零而熄灭电弧，所以分断时过电压低。栅片灭弧室常用于交流接触器，尤其适用于工作电压较高的交流接触器。

（4）串联磁吹和绝缘材料灭弧室 磁吹线圈是装在直流接触器或交流重任务接触器各极主电路中的特殊线圈，绕有一定的匝数。当触头断开时，电流流经磁吹线圈产生磁场，它将电弧吹入灭弧室，电弧在灭弧室中受到冷却，以致最终熄灭，从而断开电流。如果磁吹线圈产生的磁场太弱，不足以将电弧从触头吹入灭弧室，则由装在灭弧室中的永久磁铁来担负这一任务。对于交流接触器来说，借助各极电路中的回路来实现类似的效应；电弧的熄灭在这里的重要性并不能与直流灭弧时的等量齐观，因为交流在每次半波后都实现过零。这种方法也可称为磁吹。图14-7是串联磁吹线圈引弧结构示意图。串联磁吹线圈在弧区产生较强的磁场，电弧在磁场中受到较强的电动力作用，而被拉长和迅速进入绝缘材料灭弧室中，被灭弧室壁冷却而熄灭。灭弧室由陶土或耐弧塑料制成，有多纵缝、横隔板、窄缝和迷宫式等多种结构。这种灭弧室的热量易于散出，灭弧室的耐热性好，故可以用于较高的操作频率。直流接触器常用这种灭弧装置，但是它的喷弧距离大，声光效应大，过电压较高且用铜量大。此外，用于交流接触器时，由于吹弧线圈的铁心和铁夹板（铁轭）中有铁损耗耗，使其磁通落后于电流一个相位差角，而产生使电弧反吹的电动力等缺点，因而交流接触器中很少采用这种灭弧室。接触器在分合电路时产生的电弧，使灭弧室中充满游离气体，并逸出灭弧室外。因此灭弧室外与其它带电元件或地应有一定的距离，防止电弧或游离气体喷出后，通过其它带电元件造成放电或短路。

图14-7 串联磁吹线圈引弧结构示意图

5.电磁系统

交流接触器的电磁系统常采用单U形直动式、双E形直动式和双U形转动式等。直流接触器的电磁系统多采用拍合式、直动式。近年来直动式结构已在中小容量直流接触器中广泛应用。

电磁系统的结构及特性对接触器的寿命影响很大，主要有以下几个方面：

（1）静态吸力特性与反力特性配合 虽然静态吸力特性只能反映静止状态下电磁吸力与衔铁行程的关系，但其与机械反力特性的配合仍然至关重要，其配合应在保证接触器可靠工作的前提下，使衔铁与铁心碰撞能量最小。图14-8是静态吸力特性曲线与反力特性曲线配合示意图，为避免衔铁在运动过程中积聚过多动能而加剧与铁心的碰撞，通常使静态吸力特性曲线与反力特性相交。一般认为，只要满足2的面积大于1的面积，衔铁即可顺利闭合。

（2）铁心缓冲零件 用硅橡胶、弹簧等制成缓冲零件，放在衔铁（或触头支持）、静铁心和线圈等零部件的上面或下面，以吸收衔铁的动能，减少与铁心、壳体或其它零件的撞击力，缓解铁心的二次振动，避免触头的二次或多次弹跳。

（3）交流电磁系统的分磁环（短路环） 交流电磁系统的分磁环是影响交流接触器机械寿命的重要因素，在衔铁与铁心碰撞时，分磁环悬伸部分的根部及转角处应力最大，常常容易断裂。如果将分磁环的两个长边均嵌紧于铁心或衔铁极面的槽内，并用胶粘剂将分磁环粘牢在铁心或衔铁上，就可以减少断裂现象的产生，或者由壳体固定分磁环，避免分磁环与铁心和衔铁的接触，则也可有效地避免分磁环的断裂。

图14-8 静态吸力特性曲线与反力特性曲线的配合示意图

（4）铁心的硬化处理 对交流接触器的铁心极面和直流接触器的转动式电磁铁作为支点的棱角及转动摩擦部位进行硬化处理，可以提高其耐磨性。

（5）合理选材，以减少机械磨损 对衔铁沿轴转动的电磁铁，应选用合理的轴及轴承材料，如金属-塑料或塑料-塑料，轴承或直动式电磁系统的导轨可以选用含有少量二硫化钼或石墨的塑料，以减少机械磨损。另外，合理选择铁心材料的冲制方向也可有效地提高机械寿命。

（6）新型节能运行电磁系统

1）传统电磁系统的局限。

①交流电磁系统。电磁吸力是依靠分磁环形成的两个交变磁场的磁力叠加的直流分量来做功的，因而效率低、铁心体积大、线圈能耗高；功率因数低，线圈电流大，发热严重，既浪费能源，又使线圈易于老化、损坏，同时线圈电流大，线圈体积就大，进而导致铁心体积大，浪费铜材、铁材；当衔铁发生机械嵌卡、超载、或低电压工作带载困难时，线圈容易烧毁；通常具有工频振动噪声，这种振动在低电压时会产生触头电弧，烧毁触头，降低产品可靠性及使用寿命。

②直流电磁系统。因直流电磁系统工作全过程中线圈电流不变，使得保持状态时95%以上的能耗被浪费，这些被浪费的能耗加热了线圈，使线圈发热而过早老化、损坏；为了减少线圈发热，常常采用增大线圈线径的方法，导致铜材的浪费；直流电磁系统体积大、能耗大，极大地提高了材料成本和生产成本。

2）利用双线圈技术实现电磁系统的节能。实现电磁系统的节能有多种方法，其中双线圈技术应用得较多。所谓双线圈技术系指线圈分为起动、保持两部分，使用一个电源供电，分时工作在起动吸合阶段和保持闭合阶段。图14-9a中的节能降噪线圈的结构为一个特殊设计的双线圈和一个桥式整流堆，当按下起动按钮SB₁，线圈1和线圈2同时通电，线圈1中流过交流电流，线圈2中流过的电流为经过全波整流的直流电流，两个电流产生的合成磁通使操作电磁系统的衔铁开始吸合，当接触器的主触头已接通且衔铁吸合到位时，接触器KM的常闭辅助触头KM-1断开，接触器转换为保持状态，即实际上已转换成图14-9b的简单等效电路。此时，一次线圈1接交流电源，二次线圈2接整流器。在线圈1和线圈2合成磁动势的作用下，铁心中产生脉动直流的磁通和电磁吸力，使衔铁保持于闭合位置上，接触器进入正常工作状态。由于这时接触器线圈中流过的为直流电流，所以接触器铁心中基本上不存在涡流损耗，功耗及发热量都很小，而且由于直流电流产生的电磁吸力方向恒定，因此接触器衔铁也不会产生振动。

与上述方案不同，图14-10中所示的双线圈节能技术方案也是一种比较可靠的方案。在该并联控制中，开关S（属于接触器本身，可以是接触器的常闭辅助触头也可以是独立的转换触头）在接触器吸合过程的初期先处于闭合状态，线圈1和2同时导通，都有电流流通，从而产生大的电磁吸力，保证接触器可靠吸合；接触器吸合后，S处于分断状态，使线圈1断开，线圈2独自工作，电磁吸力减小，实现大电流吸合、小电流保持的目的。

图14-9 双线圈节能技术方案一

a）结构原理电路 b）等效电路

3）利用电子线路实现线圈节能。双线圈技术中通常会存在以下问题：①双线圈起动与保持的原始切换方法是应用常闭辅助触头，即起动到位后将起动线圈切换到保持线圈。该方法在衔铁被嵌卡或供电电压过低时容易出现起动不到位现象，导致切换失效，使得线圈在大电流下烧毁；②起动与保持电流随外部供电电压的变化而变化，当低电压工作合理时，高电压就会浪费能源并可能烧毁线圈；反之，低电压则不能工作且烧毁线圈；③获得保持电流的方法通常是变压器降压、电容或电阻或电感限流等。这些方法的缺点是体积较大、功率因数较低、可控性较差；④没有断电后切断续流的措施，断电衔铁释放滞后严重；⑤辅助触头切换易产生电弧、切换可靠性差。

为弥补上述不足，20世纪90年代中，在发达国家开发了一种电子式节能技术，如图14-11所示。其优点表现为：①起动定电流，能保证电磁系统在较宽的电压范围内可靠地起动、节能效果好；②采用脉宽调制方法限制保持电流，使产品体积小；③采用集成电路（甚至单片机）、厚膜电路技术，使产品体积小、可靠性高；④解决了断电后的切断续流难题。

图14-10 双线圈节能技术方案二

图14-11 电子式节能运行电磁系统结构原理电路

随着技术的发展，互补金属氧化物半导体（CMOS）集成电路及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件开关技术被广泛应用，将上述方法及其它功能集成优化，设计出专门的CMOS集成电路，除了具备上述最小功耗性、宽电压性外，还有集成度高、抗干扰能力强、工作可靠、数字模拟互补等优点，此外，另具有如下优点：①可提高起动速度，在CMOS集成电路的电源尚未建立时，起动电压就能加到线圈上（即起动电压加到电子节电模块同时也加到了线圈上），有效提高了起动速度；②便于实现宽电压，CMOS集成电路的电源电压允许范围极宽（3～20V）、功耗极小（电子节电模块集成电路及其外围元器件功耗只有0.7W），输入电压范围变化不影响CMOS集成电路的正常工作，所以控制电路为实现宽电压提供了可能；③可减少元器件数量，电子节电模块中集成电路的功能还表现为外围元器件只有少量几个，加上芯片本身、整流桥、功率管、续流管、保护用压敏电阻等。元器件少、功耗小，带来了可靠性高的优点；④低功耗，IGBT开关既有晶体管开关低管压降节能的优点，又有场效应管（MOSFET）压控的控制电路低功耗的优点，这是电子节电模块低功耗的另一个原因，加上上述低功耗原由，电子节电模块自身功耗只有1.5W。IGBT与CMOS的有效结合还提高了电子节电模块的抗干扰能力。

通过脉宽调制电路或单片机脉宽输出控制电子开关，例如MOSFET，调节电磁铁线圈中的直流电或脉动直流电，实现电磁铁线圈的起动和保持，可达到更佳的节能效果。将图14-12所示的电子控制部分由专门的集成电路代替，并由IGBT代替MOSFET，加入去磁回路等功能电路，能够实现电磁铁线圈快速起动、快速释放，且电磁系统具有宽电压工作特点。

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图14-12 CMOS集成电路及IGBT开关技术结构原理电路

4）利用永磁技术实现电磁系统节能。目前比较普遍的一种，是将永磁体加入到传统的电磁系统中，利用永磁体维持电磁系统的吸合状态，从而实现节能的目的。永磁技术于20世纪80年代开始提出，通过将电磁铁与永久磁铁有机结合，实现传统电磁机构的功能。永磁电磁系统与传统电磁系统在结构上最大的区别在于合闸后线圈无需通电即可实现合闸位置的保持功能，受电网电压波动影响小，理论上具有非常高的可靠性，同时所需的操作电能非常小，并可实现免维护运行。

永磁电磁系统的动作过程如下：

闭合动作：电子控制器工作，提供永磁系统线圈瞬时电流，衔铁在电磁力的作用下产生机械运动，带动主电路触头闭合（对于常开接触器为主电路触头断开）。

永磁保持：触头闭合后（对于常开接触器为主电路触头断开），进入永磁力保持状态。电子控制器使电磁线圈断电，并进入采样待命状态。

分断动作：电子控制器提供永磁系统线圈反向电流，在电磁力和复位弹簧及永磁力的作用下，解除永磁保持，触头分断。

传统的电磁式接触器在长期工作中依靠电磁线圈通电产生电磁力保持接触器接通。因此，电磁式接触器在长期工作中要消耗大量电能，而且接触器的使用量大，耗能将更加严重。长期通电还会造成接触器铁心、电磁线圈的温度升高，甚至因为温升过高造成电磁线圈的烧毁。电网压降降低还会产生触头弹跳和噪声而污染环境。

永磁式接触器采用永磁保持、电磁操作的方式实现接触器的功能。因永磁体的存在，吸合电流小，无需维持电流；抗干扰，吸合后靠永磁体维持吸合，不受电网电压波动的干扰，无温升，无交流噪声；安全可靠，寿命长，因维持时仅需永磁体提供的磁力无需电磁线圈提供的磁力，当出现低电压时，主触头不抖动，消除了由电磁线圈烧毁、主触头抖动引起的烧损及熔焊故障。结构简单、零部件少、几乎无噪声、受电网电压波动影响小且节能效果显著。

虽然永磁式接触器优点颇多，但在工业领域尚未得到广泛应用，该永磁电磁系统存在一定的缺点，表现在分合闸频率受控制单元温升的限制、控制电路中的开关元器件而老化、电容失效和电气故障等，会在一定程度上影响永磁电磁系统的使用寿命。目前，国内外对永磁电磁系统都还处于进一步开发探索的阶段，但随着其性能的完善和智能控制水平的提升，向数字化与可通信化方向进一步的发展，永磁电磁系统将会有较好的工程应用前景。

上述节能型永磁式接触器，虽然节能效果比较明显，但是需要专门的装置实现失电压保护，实现方式较复杂，且失电压保护的可靠性受制于该专门装置的工作电源正常与否，当控制电路（专门装置）电源异常或无储能时，无法实现失电压分断。因此还有一种应用了永磁的接触器，其在吸合位置使永磁吸力小于反力弹簧的力，另一部分吸力由通电线圈产生的电磁吸力提供，这样减小了通电线圈提供的电磁力，即吸合位置的力由通电线圈和永磁体共同提供，具有一定的节能效果，且不需要失电压保护装置，自身具有失电压保护功能。也是一种低功耗的永磁式接触器。

图14-13 并联磁路永磁式接触器结构原理图

1—励磁线圈 2—永久磁铁 3—调节气隙 4—触头支持 5—触头弹簧 6—动触头 7—静触头 8—衔铁 9—反力弹簧 10—永久磁铁磁路静铁心 11—励磁电源 12—铜隔板 13—U型静铁心

下面就此种形式的永磁式接触器具体举例说明。图14-13是某专利中提到的一种并联磁路的永磁式接触器，当接触器处于分断位置时，励磁线圈中无电流流过，铁心与衔铁之间的调节气隙为最大，永久磁铁对动铁心的吸力很小，反力弹簧使接触器保持在分断状态。吸合时，线圈受到激励产生吸力克服反力弹簧的反力，使衔铁向静铁心靠近，最终完成吸合。接触器到达保持位置后，永久磁铁产生的永磁吸力和励磁线圈产生的电磁吸力的力，使接触器克服反力弹簧的反力，维持在保持位置。当线圈中的电流被分断时，由于永磁铁的永磁吸力小于反力弹簧的反力，在反力弹簧的驱动下，接触器分断。由于保持状态下永磁吸力的存在保持时线圈中的电流可以很小，因此达到降低能耗的目的。

图14-14 三气隙永磁式接触器原理结构

图14-14中的电磁铁是一种比较新型的电磁铁，这种电磁铁也是依靠永磁和电磁线圈共同提供保持力，当电磁线圈失电时，反力弹簧的反力大于永磁体的吸力使电磁铁释放。比较特殊的是，在此种电磁铁的工作过程中，气隙1和气隙2起到主工作气隙的作用，磁通通过这两个气隙产生吸力，气隙3用于产生保持在释放位置的力，其作用与反力弹簧产生的力相同。由于永磁体在释放时可产生反力作用，即可使反力弹簧的力减小，因此吸合时反力弹簧的力也相应减小，且吸合时永磁体也参与吸引，因此这种电磁铁在保证释放位置可靠性的同时，可大大地降低能耗。

采用了永磁技术的电磁铁相比传统的电磁系统，均大大降低了能耗，且随着技术的不断进步，正逐步弥补自身的不足，在提高节能效果的同时提高工作的可靠性。

不同方式的节能接触器各有优缺点，其与传统的电磁式接触器的对比详见表14-3。

6.反力弹簧

反力弹簧一般为双圆柱螺旋弹簧或单圆锥螺旋弹簧（又被称为塔形弹簧）。反力弹簧的力值和触头弹簧的力值为反力特性的主要组成部分。双圆柱螺旋弹簧所得到的反力是两个圆柱螺旋弹簧力值的叠加，所以相对比较陡峭；而单圆锥螺旋弹簧压并是从弹簧大径端开始，起始比较平缓，有利于降低起动时需要的吸力，减小电磁系统的尺寸。还有部分接触器采用扭簧作为反力弹簧，这种反力的优点是反力可调，容易得到较好的吸力-反力配合特性。

表14-3 不同类型的接触器对比

7.寿命预判

寿命预判，通常又称为剩余寿命指示，是指将产品的使用寿命、特别是触头的磨损情况，通过一定的途径反映出来告知用户，使用户对接触器的剩余使用寿命有所了解，增加系统的安全性和可靠性，基于此原因，开发剩余寿命指示单元将是今后发展的重点之一。

西门子公司的3RT1系列交流接触器即可在侧面安装剩余寿命指示单元，该单元内置在3RT1系列交流接触器中的通信模块中。

此剩余寿命指示单元可以用来指示主电路触头的磨损情况，通过内置的常开触头，也就是说通过通信模块可以提供报警信号，并进一步提高交流接触器的智能化水平。

如图14-15所示，当触头由于磨损降至仅剩余20%时，单元的指示灯会由原来的绿色变为红色，以提醒用户对此交流接触器进行必要的维护。

寿命预判的关键在于如何测定触头的磨损量，从而通过触头磨损量与剩余寿命的关系进行预判。类似的专利和产品已有不少，通过对专利的分析，判断触头磨损量的方法包括以下几种：

图14-15 西门子公司交流接触器的剩余寿命指示单元

（1）检测传动装置中推压力的变化 图14-16是通过加装传感器等感应装置实现寿命指示，通过在接触器中增加压力传感器、位置传感器等不同类型的传感器实现对寿命的指示。此种方式因为比较直接，对寿命判断的准确度较高，但是由于增加了传感器等元件，会增加接触器的体积和成本。这种寿命指示装置采用的传感器为位置传感器，借助位置传感器可以根据触头闭合时刻推导出触头相对于位置传感器的相对位置，根据其与在新的产品状态下的触头相对位置变化的对比可以确定触头烧损程度。根据在使用状态和新的产品状态下触头的相对位置可以确定其剩余寿命。通过检测在接通时的衔铁运动开始时刻和在接通过程中检测触头闭合时刻，可根据所属预定的行程-时间曲线确定闭合行程，并根据该闭合行程的改变计算厚度的变化，并可根据预订的行程-时间曲线确定一部分衔铁行程，从而推导出接触弹簧的推压力变化。

图14-16 检测传动装置中推压力的变化实现寿命指示的示意图

1—接触器 2—衔铁 3—磁轭 4、5—电磁线圈 6—位置传感器

如图14-16所示，接触器的衔铁上连接一个位置传感器，通过该传感器可实现相关量的检测：首先确定在触头为新的产品状态下的传感器位置x_3new以及在触头使用过状态下的传感器位置x₃。此外另要确定三个位置x₁（t₁）、x₂（t₂）、x₄（t₄）。为了确定触头的位置，需要得知邻近位置x₁和x₂之间的速度以及x₁和x₄之间的平均加速度。

v=（x₂-x₁）/（t₂-t₁）

x₄-x₁=v（t₄-t₁）+b_m（t₄-t₁）²/2

其中，b_m=2/（t₄-t₁）[（x₄-x₁）/（t₄-t₁）-（x₂-x₁）/（t₂-t₁）]

x₃-x₁=v（t₃-t₁）+1/2·b_m（t₃-t₁）²

为了计算触头闭合位置的改变，在触头为新的产品状态下，借助微处理器基于位置传感器所测得的构件位置的时间值和触头接通时刻的时间值计算出这一新的产品状态下的行程即（x₃-x₁）_new。当触头机械磨损后，得到一个行程（x₃-x₁）的实际值。这时通过计算行程之差（x₃-x₁）-（x₃-x₁）_new就能够确定触头的磨损量。

（2）检测发光强度 触头磨损越多，在光源和光波导体中微粒越多，发光强度越小。图14-17所示的方案是通过加装传感器装置实现寿命指示的，该传感器为光传感器，即通过设置一个光波导体和一个检测器，由光源发出的光耦合到光波导体中，由光波导体传递给检测器，随着接触器触头在开断电流过程中的逐渐烧损，触头烧损微粒不断增加，检测器测量到的光源耦合到光波导体中的光强不断减小，触头磨损越多，在光源和光波导体中微粒也就越多，光强度越小，由此判定接触器的寿命。

图14-17 检测发光强度实现寿命指示的示意图

1—高通滤波器 2—二次方器 3—积分器 4—故障信号发生器 5—复位器

S—接触器 LWL—光波导体 D—检测器 Q—光源 K1/K1′—触头

（3）检测电弧电压的波动量（触头磨损量越大，电弧电压的波动量也就越大）。除了在接触器中加装传感器的方式实现寿命检测外，还有一种比较传统的检测方式即通过电压、电流进行检测，其工作原理如图14-18所示。

图14-18 检测电弧电压的波动量实现寿命指示示意图

由电弧理论可知，触头磨损量越大，电弧电压的波动量也就越大。根据电弧电压的波动量大小，就可作为触头磨损情况的判据。为了检测电弧电压的波动量，利用电弧电压的高频分量，尤其是1kHz以上的高频分量，电弧电压的高频分量经高通滤波器滤波后再经二次方器给予二次方，这些二次方值可以累加并与一阈值比较，从而实现借助检测电弧电压波动量来判断触头的磨损状况。该技术的关键在于波动量的测定与判断，波动量定义为所产生的最大与最小电弧电压之差，其起因一方面与电弧运动有关（电弧运动速度约为20～40m/s），另一方面与触头表面粗糙度有关（触头表面的粗糙度约为100～500μm）。例如当速度为20m/s和触头表面平均粗糙度为200μm时，产生的要评估的频率在100kHz内。所有的量均取决于触头类型和状态，但产生的频率无论如何均大于1kHz，所以应当研究电弧电压的这些高频分量。随着触头接触层被逐渐磨损，引起触头表面粗糙度和裂纹的增加，同时又会引起电弧电压产生更大的波动量，这种影响在触头几乎被磨损殆尽时表现得更为明显，此时电弧必然会在铜制的支撑上形成底点，这会引起为发射载流子所需的阴极电位降的突变，因此可以检测随触头磨损增加而提高的电弧电压波动量，并利用其来预估开关触头的磨损情况。

简单来说，该方法利用分断过程中触头之间形成的电弧作为指示，测量电弧电压，利用电弧电压的波动量作为触头磨损状况的判据。相关的设备如图14-18所示，至少由一个高通滤波器、一个平方器、一个积分器和一个故障信号发生器组成。

（4）检测不同操作循环的动作时间差 还有一种应用较多的检测寿命的方式是通过测量由于触头磨损造成的触头接通或分断时的时间变化及动作时间差进行判定。图14-19是通过检测电磁铁的电压波动时间点的变化来反映触头磨损情况。图14-19所示方案是通过测量在接触器分断时，从衔铁开始运动至触头开始断开的衔铁行程时间，作为等效判据确定触头的烧损情况，并转换成剩余寿命值。为了产生必要的衔铁闭合力，通过电磁线圈的电流在磁路中形成规定大小的磁通。在控制电路断开时，电磁线圈无电流以及在几ms之后闭合磁路中的磁通衰减至基本剩磁。当电磁闭合力低于反力时，衔铁在此瞬时开始断开，在衔铁升起时磁路的磁阻突然增大，在这种情况下剩余的磁通迅速衰减，以及磁通随时间的变化在电磁线圈上感应出电压信号。此电压信号用于时间的测量。感应出电压的时间点t₁同触头断开时刻t₂的时间差（t₂-t₁），通过判定当接触器刚使用时的时间差（t₂-t₁）_new同使用一段时间后的该时间差（t₂-t₁）的差别（即以新接触器的动作时间差为基准），反映出触头的磨损情况，进而判定寿命。

图14-19 检测电磁铁的电压波动实现寿命指示

1—接触器 2、2′—电磁线圈 3—衔铁 4—铁心 5—电磁系统 20—用电负载（电动机） 100—剩余寿命识别装置 101—第一计值模块 102—第二计值模块 103—微处理器 104—显示器

8.支撑和外壳

接触器的支撑和外壳大多数为塑料件，必须具有良好的机械强度、绝缘性能、耐老化性能和阻燃性能，支撑载流零件时还需要较高的耐热性能和耐电弧烧损能力等。国内外新一代中小容量交流接触器普遍采用环保型热塑性工程塑料，不含有害物质，产品寿命终了时，外壳材料可以回收。

9.附件

（1）辅助触头 辅助触头是接触器的重要组成部分，可实现多种控制功能。根据动作方式及作用的不同，可分为标准瞬动辅助触头、尘雾防护型瞬动辅助触头及延时动作辅助触头模块。辅助触头模块一般采用密封结构，防止灰尘进入，以保证工作的可靠性。采用大开距大超程的辅助触头，可具有较高的通断能力和系列通用性。标准瞬动辅助触头一般分为顶部安装和侧面安装两种形式。顶部安装的辅助触头模块简便滑插在接触器上，维护和更换十分方便。侧面安装的辅助触头模块可以减少设备的深度。尘雾防护型瞬动辅助触头（防护等级为IP54），保证了接触器和程序控制器在恶劣工作环境（水泥、塑料、木屑灰尘等）下的可靠接触。延时动作辅助触头模块的触头对下一级控制回路进行延时控制，其作用相当于延时继电器。按实现延时的控制方式不同，可分为电子式延时模块和气囊式延时模块。电子式延时模块有接线端头用于安装并直接接在线圈端子上，不用另外接线，分为通电延时和断电延时两种延时方式。气囊式延时模块也分为通电延时和断电延时两种延时方式，安装方式为沿滑轨滑插安装（如同瞬动辅助触头模块）。

（2）镜像触头 出于安全的考虑，国家标准GB 14048.4—2010（IEC 60947-4-1：2009，MOD）《低压开关设备和控制设备 第4-1部分：接触器和电动机起动器 机电式接触器和电动机起动器（含电动机保护器）》提出了镜像触头（mirror contact）的概念，标准中给出的定义为不能与接通（常开）主触头同时处于闭合位置的分断（常闭）辅助触头，而GB/T 4728.7—2008（IEC 60617：2007，IDT）《电气简图用图形符号第7部分：开关、控制和保护器件》中则补充说明该触头甚至不会像主触头那样在非正常情况下可能熔焊，其图形符号如图14-20所示。从定义可以看出，镜像触头是辅助触头，而且是常闭辅助触头，因此与辅助触头同样必须符合GB 14048.5—2008《低压开关设备和控制设备 第5-1部分：控制电路电器和开关元件 机电式控制电路电器》标准的性能要求，同时因常闭辅助触头常被用于实现电气联锁，因此其与安全性密切相关；GB 14048.4—2010同时指出镜像触头曾被称为“肯定安全触头”、“强制触头”或“肯定驱动触头”等，更加可见，该触头与电气安全性直接关联。

图14-21清晰地表达出在D相主触头熔焊的情况下（有一相常开主触头闭合则认为整体产品处于未断开即闭合状态，同时又有三相常开主触头处于断开状态，若此时与A相距离最近的常闭辅助触头为非镜像触头，则其状态极有可能为闭合位置），镜像触头则可以确保处于断开状态（标准规定触头间隙必须大于0.5mm），即未与主触头同时闭合，此时若镜像触头用于电气联锁，则可保证在该线路发生未完全分断的情况下，另一电气线路不能接通，由此保证了电气系统的安全性。

图14-20 镜像触头图形符号

图14-21 主触头熔焊情况下的镜像触头

由于镜像触头可有效保证电气线路的安全性，国外各大著名电器公司均在其接触器产品上提供了具有该功能的常闭辅助触头，该触头是今后的一个发展趋势。当然，标准未强制要求所有的产品必须提供镜像触头。

（3）机械联锁模块 机械联锁是指通过机械零部件实现两台接触器工作状态的联锁（并非电气联锁），例如用摇臂、连杆等操作的联锁。机械联锁模块可以使两台接触器相互机械联锁，在两台联锁的接触器中，有一台已处于接通状态后，另一台就不能接通，这样可以在负载换接时，防止两台接触器同时闭合而造成电源短路。机械联锁不允许接触器的延时后续运行。两台接触器在机械上的相互联锁也能防止由于机械振动使它们同时接通。

（4）自锁模块 接触器的自锁模块，相当于自锁继电器，装有自锁模块的接触器闭合后，就被自锁模块锁住，成为锁扣接触器，此时接触器的线圈可以断电，接触器仍处于闭合状态；若需断开时，只需将自锁模块再次通电，或推动手动推杆，使自锁模块的锁扣脱开，接触器的电磁铁释放，常开触头断开。可以达到交流接触器节能和无声运行的目的。

（5）接口模块 该模块是作为可编程序控制器（PLC）和接触器之间的接口，属于电流放大器，允许可编程序控制器直接控制接触器的线圈。

这些模块一般直接安装在接触器的线圈端子上，不需要连接线。通常有三种模式：

1）具有光耦合的固体电路模块。这种模块特别适合于低电平晶体管-晶体管逻辑TTL或CMOS电路控制接触器，它的控制电压范围为DC5～DC24V，并能给线圈提供AC250V电压。

2）继电器接口模块。这种模块主要用于DC24V或DC48V的控制接触器。

3）具有手动强制开关继电器接口模块。强制操作用于手动方式调整或检修等来控制接触器。

图14-22所示为Moeller公司的DIL M交流接触器直接从PLC控制，通过A1、A2直接与L1、N连接，再通过短接A10、A11，接触器通过A3、A4线圈端子连接DC24V来控制接触器的接通和分断。

图14-22 PLC控制的DILM交流接触器接线方式

（6）接触器的线圈浪涌抑制模块 接触器的浪涌抑制模块用来限制分断电感性回路（接触器的控制回路）时产生的操作过电压对控制回路的影响。浪涌抑制模块可以作为各类型和各制造等级的接触器附件供货，也可以装在接触器中，模块与接线端子并联，为了抑制过电压可使用以下不同的实现方法。

1）自振荡二极管模块。仅用于直流操作的电磁系统，电磁铁分断时，储藏的能量所产生的电流倾向于与分断前相同的方向流动，二极管允许它流过，由于导通门槛低（＜1V），可避免在线圈两端产生任何过电压，但必须保持正确的极性。当回路分断时，二极管将用于与各种过电压的线圈短接，过电压中具有与控制电压相反的极性。因自振荡二极管会延长接触器的释放时间，所以使用时需谨慎小心。

2）RC电路模块。欧姆电阻与电容器串接的电路，用于交流操作的电磁系统，削减分断过电压的高度与陡度（上升时间），电容器减少线路固有振荡频率大约到150Hz，并减少过电压最大只能到3U_s（U_s为控制电源电压），与电容器串联的电阻限制控制触头闭合时电容器的充电电流。RC电路特别适用于对du/dt敏感的电子式控制电器的输出级（例如双向晶闸管），对具有低通特性的输出级，并不很适用。

3）压敏电阻（可变电阻模块）或双向稳压管模块。可变电阻模块是非线性电阻（半导体），能用于交流或直流电磁系统，可变电阻是一个随着其两端电压上升而电阻值按照非线性比例下降的元件，可产生崩落效应，该效应能使过电压跌落，大约为2U_s，但不能改变线圈的固有振荡频率。可变电阻模块适用于保护具有低通特性的输出级，而并不适用于对du/dt敏感的输出级。双向稳压管模块是一个半导体器件，如同两尾对接的齐纳二极管，优于不能改变时间特性的可变电阻模块。