散文精选网直流接触器
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深圳市高斯宝电气技术有限公司新能源事业部
01直流接触器的工作原理
直流接触器的工作原理理解起来很简单：当接触器线圈通电(通常是加上12V或24V电压)后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，带动了触点动作：常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，动铁心在“压簧”作用下释放，使触点复原：常开触点断开，常闭触点闭合。如图一所示:
图一 接触器工作原理示意图
直流接触器和交流接触器原理基本一致。很多资料上给出的交流接触器的图示更清晰，上图是一例，下面是另外两张说明交流接触器原理的图片。 图一有常开和常闭触点，都是主触点，没有辅助触点。 图二和图三有辅助触点。
图二 交流接触器结构图
（摘自《低压电器开关电弧运动机理及仿真》（科学出版社，2013版））
图三 交流接触器电磁系统和触头系统的结构原理图
（摘自《常用低压电器原理及其控制技术》（机械工业出版社，2017年版））
摘录多个图片可以更加直观感性地理解接触器的原理。
使用交流接触器的原理图片来解释直流接触器的原理不会带来误导。二者在原理上的区别对于应用者来说是少有人愿意理解透彻的。
如果只是理解原理，下面这张动画更加直观：
图四 接触器工作原理动画图
接触器原理简单， 难在产品的可靠性。涉及到材料和工艺难题。真实的直流接触器产品包括了电磁系统、主触头系统、辅助触头系统、灭弧系统、释放弹簧机构、接线端子、绝缘外壳及基座等组成。
电磁系统包括吸引线圈，动铁心和静铁心。线圈电流产生磁场（“右手定则”），使导磁片产生电磁吸力吸引动铁芯，并带动动触点动作。当线圈断电时，电磁吸力消失，铁心在释放弹簧的作用下弹开，使动触点复原，从而常开触点断开。电磁力大小为：
其中，I=电流、N=线圈匝数、x=铁芯长度、r=铁芯半径、l=骨架长度。
触头系统包括用于接通和切断主电路大电流容量的主触头和用于控制电路的小电流容量的辅助触头。对主触头系统而言，动触点与静触点不接触时，两静触点间形成间隙，从而断开回路中的电流。当动触点与静触点接触时，触点处于闭合状态，两静触点通过动触点而形成通路，从而接通回路中的电流。触点材料一般采用特殊的合金材料（电导率高、热导率高、熔点高）和特殊的加工工艺，使得接触器触点寿命长，不易粘连（机理：加入少量其他元素，使熔焊处的凝固面变为强度低的脆性材料，在凝固面处断裂，不伤底层，且易拉断）；
辅助触点系统包括微动开关、PCB、开关顶杆。当动触点动作时带动开关顶杆动作，由开关顶杆推动微动开关的摆杆，使微动开关闭合，从而实现主触点与辅助触点的同步。
灭弧装置主要用于迅速切断触头断开时产生的电弧，以避免电弧对触头造成伤害。直流接触器产生的直流电弧比交流电弧难以熄灭，因为在直流分断时感性负载存储的磁场能量瞬时释放，产生高能电弧。直流接触器带载断开时在动、动静触头间产生的电弧实为气体电离而形成的高温离子流，运用“左手定则”原理，带电粒子在磁场中发生偏转，使得电弧被永磁体形成的磁场“拉断”，从而实现永磁灭弧的效果。
电磁机构理论，电接触理论，电弧理论，发热理论，电动力理论是直流接触器涉及到的理论基础。有兴趣深入研究的朋友可阅读《电器理论基础》。
02接触器吸合瞬间的电流到底有多大？
1，控制电路的电流：
接触器在控制电路上电时，磁极气隙为最大值，而吸合后气隙为零，因此接触器的线圈刚得电时，会出现较大的电流，其最大倍率可达15倍之多。接触器的起动吸合电流会对供电电源产生影响。若起动时间过长，电源电压有可能发生波动，继而影响到其它的电器。国家标准在这里做了规范。
2，主触头电路的电流：
主触头电路的电流大小取决于整个回路的状态。如果是有大电容，接触器闭合瞬间相当于短路了，电流远大于接触器能够承受的最大电流，将造成触点熔焊。 触点这样被烧一次，接触器就不能用了。
在电动汽车的应用中，接触器接入的主回路有大电容（如图五所示） 。如果电容起始电压和电池之间的压差太大，直接闭合接触器，瞬间电流非常大，所以，需要通过预充电阻先将电容上的电压充电到一定大小，使得电池和电容之间压差，也就是接触器两端压差小于10V。
有一种说法是，主接触器两端压差应控制在电池电压的10%以内。 如果两端电压是电池电压的20%，电流大小将是压差10%时电流的2倍。
图五 电动汽车和电机控制器主回路
因此需要有预充电阻，先通过预充电阻将电容电压升上来。 预充电阻，预充时间，预充电流的计算公司如下：
预充电阻计算公式：RPC = t / (C * LnX)
预充时间计算公式：t = RC*Ln[(V1 – V0)/(V1 – Vt)]
预充电流计算公式：i = [(V1-V0)/R]e-(t/CR)
如果预充电阻过小，电流将超标。如果预充时间过长，主接触器闭合太早，就会烧接触器。
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