电气百科：接触器的选型与使用，低压断路器控制器设计
电气百科：接触器的选型与使用
接触器是一种通用性很强的自动电磁式开关电器，是电力拖动与自动控制系统中重要的低压电器。它可以频繁地接触和分段交直流主电路及大容量控制电路。其主要控制对象是电动机，也可以控制其他设备，如电焊机、电阻炉和照明器具等电力负荷。它利用电磁力的吸合和反向弹力作用使接触点闭合和分断，从而使电路接通和断开。它具有欠电压释放保护和零压保护，控制容量大，可用于频繁操作和远距离的控制。且工作可靠，寿命长，性能稳定，维护方便。接触器不能切断短路电流，因此通常与熔断器配合使用。
接触器的工作原理与结构组成
接触器主要由电磁系统、触点系统、灭弧系统及其它部分组成。
(1)电磁系统：电磁系统包括电磁线圈和铁心，是接触器的重要组成部分，依靠它带动触点的闭合与断开。
(2)触点系统：触点是接触器的执行部分，包括主触点和辅助触点。主触点的作用是接通。
(3)分断主回路，控制较大的电流，而辅助触点是在控制回路中，以满足各种控制方式的要求。
(4)灭弧系统：灭弧装置用来保证触点断开电路时，产生的电弧能可靠的熄灭，减少电弧对触点的损伤。为了迅速熄灭断开时的电弧，通常接触器都装有灭弧装置，一般采用半封式纵缝陶土灭弧罩，并配有强磁吹弧回路。
(5)其它部分：绝缘外壳、弹簧、短路环、传动机构等。
工作原理：当线圈通电时，静铁心产生电磁吸力，将动铁心吸合，由于触头系统是与动铁心联动的，因此动铁心带动三条动触片同时运行，触点闭合，从而接通电源。当线圈断电时，吸力消失，动铁心联动部分依靠弹簧的反作用力而分离，使主触头断开，切断电源。
电气百科：交流接触器的选用原则
接触器作为通断负载电源的设备，接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压与被控设备的额定工作电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据。选用原则如下：
(1)交流接触器的电压等级要和负载相同，选用的接触器类型要和负载相适应。
(2)负载的计算电流要符合接触器的容量等级，即计算电流小于等于接触器的额定工作电流。接触器的接通电流大于负载的启动电流，分断电流大于负载运行时分断需要的电流，负载的计算电流要考虑实际工作环境和工况，对于启动时间长的负载，半小时峰值电流不能超过约定发热电流。
(3)按短时的动、热稳定校验。线路的三相短路电流不应超过接触器允许的动、热稳定电流，当使用接触器断开短路电流时，还应校验接触器的分断能力。
(4)接触器吸引线圈的额定电压、电流及辅助触头的数量、电流容量，应满足控制回路接线要求。要考虑接在接触器控制回路的线路长度，一般推荐的操作电压值，接触器要能够在85％～110％的额定电压下工作。如果线路过长，由于电压降太大，接触器线圈对合闸指令有可能不起反映；由于线路电容太大，可能对跳闸指令不起作用。
(5)根据操作次数校验接触器所允许的操作频率。如果操作频率超过规定值，额定电流应该加大一倍。
(6)短路保护元件参数应该和接触器参数配合选用。
(7)接触器和其它元器件的安装距离要符合相关国标，要考虑维修和走线距离。
(8)有特殊要求情况下交流接触器的选用
①防晃电型交流接触器
电力系统由于雷击、短路后重合闸以及单相人为短时故障接地后自动恢复等原因使供电系统晃电，晃电时间一般在几秒以下。
在有连续性生产要求的情况下，工艺上不允许设备在电源短时中断(晃电)就造成设备跳闸停电，可以采用新型电控设备：FS系列防晃电交流接触器。
FS系列防晃电接触器不依赖辅助工作电源，不依赖辅助机械装置，具有体积小、可靠性高，它采用强力吸合装置，双绕组线圈，接触器在吸合释放时无有害抖动，避免了电网失压时触头抖动引起的燃弧 熔焊，因此减少了触头磨损。接触器线圈带有储能机构，当晃电发生时，接触器线圈延迟释放，其辅助触点延迟发出断开的控制信号，由此躲开晃电时间，晃电时间由负载性质和断电长短决定，接触器延时时间可调。
②节能型交流接触器
交流接触器的节电是指采用各种节电技术来降低操作电磁系统吸持时所消耗的有功、无功功率。交流接触器的操作电磁系统一般采用交流控制电源，我国现有63A以上交流接触器，在吸持时所消耗的有功功率在数十瓦至几百瓦之间，无功功率在数十乏至几百乏之间，一般所耗有功功率铁心约占65％～75％，短路环约占25％～30％，线圈约占3％～5％，所以可以将交流吸持电流改为直流吸持，或者采用机械结构吸持、限电流吸持等方法，可以降低短路环中所占的大部分功率损耗，还可消除、降低噪声，改善环境。
根据原理一般分为三大类：节电器、节点线圈、节电型交流接触器。电磁系统采用节电装置，可使电磁无噪声及温升低，并解决了使用节电装置有释放延时的问题，如国产的CJ40系列。
③带有附加功能的交流接触器
电子技术的应用可以很方便的在接触器中增添主电路保护功能，如欠、过电压保护、断相保护、漏电保护等。电动机烧毁事故中，接触器一相接触不良的占11％，所以选择带有断相保护的断路器、接触器等电气器件也是十分必要的。
接触器加辅助模块可以满足一些特殊要求。加机械连锁可以构成可逆接触器，实现电动机正反可逆旋转，或者两个接触器加机械连锁实现主电路电气互锁，可用于变频器的变频／工频切换；加气延时触头和辅助触头组可以实现电动机Y／△启动；加空气延时触头可以构成延时接触器。
可以选用交流接触器的电磁线圈做电动机的低电压保护，其控制回路宜由电动机主回路供电，如由其他电源供电，则主回路失压时，应自动断开控制电源。
接触器的安装方法
(1)接触器安装前应检查线圈的额定电压等技术数据是否与实际使用相符，然后将铁心及面上的防锈油脂或锈垢用汽油擦净，以免多次使用后被油垢粘住，造成接触器断电时不能释放触电。
(2)接触器安装时，一般应垂直安装，其倾斜度不得超过5°，否则会影响接触器的动作特性。安装有散热孔的接触器时，应将散热孔放在上下位置，以利于线圈散热。
(3)接触器安装与接线时，注意不要让杂物落到接触器内，以免引起卡阻而烧毁线圈，同时应将螺钉拧紧，以防振动松脱。
(4)检查接线正确无误后，应在主触头不带电的情况下，先使吸引线圈通电分合数次，检查产品动作是否可靠，然后才能投入使用。
(5)用于可逆转换的接触器，为保证联锁可靠，除装有电气联锁外，还应加装订装机械联锁机构。
日常使用管理
(1)定期检测接触器线圈的电源电压，并防止电压过高线圈将过热，磁系统闭合时冲击力大，容易损坏有关的零部件；电压过低，则接触器闭合速度慢，易使运动机械卡阻，触头易烧结在一起，在变速或换向时产生不良效果，以致自动控制线路出现故障。
(2)定期用高质量清洁布或毛刷对它进行清洁除尘；如果用干燥的压缩空气吹灰，则空气压力不得超过O.2MPa，在使用前应先放气，将管路中的水汽和灰尘吹净后再用，这两点常被忽视而带来不应有的麻烦。
在导电部分附着导电尘埃或油灰时，会引起绝缘不良，甚至引起相间短路，而且也会导致可动的机械部件受到卡阻，机械磨损增大。
(3)要定期检查铁心工作面，清除油污、灰尘和锈。因为它们的存在可引起起噪声和当断电后接触器不释放，或者释放动作滞迟。
(4)要定期检查运动部件的磨损状况，防止机械磨损卡阻等而造成故障范围扩大。
(5)定期检查各紧固连接件是否松动，特别是当接触器安装面承受振动时更应注意此问题。由于连接紧固件的松动会造成机械部分卡阻，磨损增大；而导电部分的松动会造成导电接触不良，增大了接触电阻，引起过热，使金属件变色，使绝缘材料烧焦等。而过热点可直观的通过金属件变色状况、绝缘件烧焦程度来判定，也可以用毫伏表测量压降而确定过热点。发现过热后，应将该控制系统断电进行处理。金属件最好不要用锉刀、金钢砂布等处理，这样会缩短使用寿命。建议用金相砂纸处理，当然处理后要进行清洁；对于绝缘件进行修补时，要彻底清除烧焦处。
(6)定期检查接触器触头有无黑色烟灰、金属颗粒、表面平整状况以及触头压力、开距和超程情况，进行清洁整理触头以及调整触头压力、开距和超程在允许范围内。对触头进行清洁整理时，最好不要用锉刀平整触头接触工作面(工作点或线)，这样会缩短触头的使用寿命。
其压力调整应包括初压力和终压力调整。初压力是指动、静触头刚刚接触时作用在触头上的压力；而终压力是指触头完全闭合后作用在触头上的压力。初压力测量是在触头断开时测量；终压力是在触头完全闭合时测量。在测量时应注意使拉力方向垂直于触头接触线。测量方法有许多，其中之一是用弹簧测力计测量触头刚分开和完全闭合时弹簧安装空间高度的相应压力，它们分别为初压力和终压力。而触头开距和超程可用卡尺、内卡钳以及专用样板等均可测量。当然测量触头弹簧的高度变化也可以。
对带有铜触头多相转动式的接触器，应调整使各触头能同时接触。如各相不同时接触，一般不大于O.5ram。而且还应调整触头的位置，使其在闭合过程中具有一定的滚动与滑动。擦破触头表面的氧化膜，以便减少接触电阻。而对于含有银的直动式触头，切忌锉撩已形成的氧化银，这样会缩短使用寿命。因为氧化银受热后能分解出银，这类触头接触电阻小而且稳定。
(7)定期检查接触器线圈是否牢固地装在铁心上以及温升变化情况。
(8)定期检查灭弧室的情况，以防发生短路故障。由于接触器的通、断电动作，使灭弧室壁和灭弧栅板上附着有黑色烟灰和(或)金属颗粒，使灭弧性能变坏，易产生短路故障故应清洁整理。如果用溶剂清洗，则应在烘干后再使用，否则造成电弧短路故障。对于陶土灭弧室、石棉灭弧室，性脆易碎，应特别注意不要碰撞，如果碎裂则应更换。更换灭弧室后，应干燥后再使用，而且应换用同型号、同规格的灭弧栅板；灭弧栅板数不应少。
(9)定期检查绝缘。在系统中线圈热态时对地绝缘电阻不得低于2MΩ。若低于此值则应查明原因再处理。线圈在冷态下，其值不得低于O.5MΩ。
(10)在通电运行前，用手检查接触器可动机构的灵活性，并按期在轴承中注入适量润滑油当发现运动机构有卡阻等不灵活现象时，应在恢复正常后再投入使用。
(11)测量衔铁闭合时线圈中的工作电流或损耗功率；测量线圈的直流电阻。
(12)接触器更换注意事项。
①新接触器在控制电路额定电压下，磁系统的损耗及在主电路工作电流下导电部分的损耗，不能比原接触器大很多，以免温升超过规定值。
②更换后接触器与周围金属体之间的沿喷弧方向的距离，不得小于产品说明书的规定。
③更换后的接触器，它若是用于自动可逆转换电路时，当其可逆转换时的动作时间，应大于接触器断开时电弧燃烧时间，以防止可逆转换电路时发生短路故障。
④更换后的接触器，其额定电流及闭合和分断能力，均不应低于原接触器。
⑤在更换接触器前，要检查电磁线圈工作电压是否与控制电路电压一致；有无因运输搬运等因素造成紧固连接件的松动；要清除铁心工作面上的防锈油。
电气百科：交流接触器测试方法
试验条件
（1）试品应符合经规定程序批准的图样及技术文件。
（2）每一试验项目应在匹配有适用和典型交流接触器的新的节电器上进行，在不影响其等效性的情况下，允许有些试验项目可在同一台试品上进行。
（3）在试验前允许在空载或负载条件下操作节电器数次。
（4）试验量允差
除在试验方法中已规定之外，试验参数允许误差规定如下：
电压：±5%；
功率因数：±0.05；
电流：±5%；
在制造厂同意的前提下为试验方便，用比规定更严酷的试验参数和试验方法时同样有效。
验证结构要求
（1）标志检查及标志耐久性试验
检查铭牌、标牌及有关技术文件标志的内容是否符合第5章的要求。
对节电器外壳上或铭牌上的标志，用手拿一块浸湿蒸馏水的脱脂棉花在大约15 s内来回各擦15次，接着再用一块浸湿汽油的脱脂棉花在大约15 s内来回各擦15次，标志仍应能容易辩认。
对有压印、模压等方法制造的标志可以不进行本试验。
在本标准规定的所有试验之后外壳或铭牌上标志应仍能容易辨认，而且没有任何翘曲现象。
（2）耐湿热性能试验
本试验采用Db试验方法。
试验时试品应按正常工作位置安装。
试验条件按7.1.1.1规定的严酷等级及GB/T 2423.4—1993第5章的要求进行操作。
关于试品的检测：检测工作应在条件试验过程中的“低温高湿”阶段的最后1 h～2 h内进行。此时试验箱中的温度为25℃±3℃，相对湿度在95%～98%之间，并避免在产品上出现凝露以致影响测试结果。
测量工作应先从测量绝缘电阻开始，然后进行工频耐压试验，测得的绝缘电阻值应不低于1.0 MΩ，耐压试验的电压值应为2000 V，施加电压的时间为1 mm。
（3）绝缘材料的相比漏电起痕指数（CTI）的测定
节电器所用的绝缘材料按GB/T 4207规定的试验方法、试验设备和试验程序等来验证相比漏电起痕指数。
绝缘材料的相比漏电起痕指数（CTI）值不应小于100。
如果制造厂从绝缘材料制造厂或其他可靠方面获得的数据确实能证明绝缘材料的CTI值大于100，可不进行本试验。
（4）耐非正常热和着火危险试验
对有关耐非正常热和着火危险而言，应优先在节电器上或节电器中取出的合适部件上进行试验。然而，在某些情况下可以允许用预选材料上的试验来取代节电器或其部件的试验。
节电器的绝缘材料（陶瓷材料除外）制作的部件，应按GB/T 5169.4的规定进行耐非正常热和着火危险试验。灼热丝顶端的温度如下：
（a）用以将载流部件和接地电路部件保持在正常位置所必须的绝缘材料部件，在960℃±15℃温度、试验持续时间为30 s±1 s下进行试验；
（b）不是用以将载流部件和接地电路部件保持在正常位置所必须的绝缘材料部件，即使与其接触，均在650℃±10℃温度、试验持续时间为30 s±1 s下进行试验。
如果几种绝缘材料零件由同一种材料制成而试验温度要求又不同时，只对其中一个零件按较高温度进行试验。
本试验仅在一台试品的零件上进行试验。
在试验仅在一台试品重复进行本试验。
施加灼热丝一次，试验时间为30s±1s。
试验时，试品应放置在预期使用的最不利的位置（被试表面在垂直位置）。
考虑预期使用的发热元件或灼热元件可能与试品接触的条件，应把灼热丝的顶端施加到试品上规定的表面。
如果条例下列条件，则认为灼热丝试验合格：
1) 无可见的火焰和无持续的辉光；
2）灼热丝移开30s内，试样上的火焰熄灭或辉光消失。
此外，试品下面的薄纸不应着火或松木板不能灼焦。
对有关耐非正常热和着火危险而言，应优先在节电器上或节电器中取出的合适部件上进行试验。然而，在某些情况下可以允许用预选材料上的试验来取代节电器或其部件的试验。
（5）测量电气间隙和爬电距离
电气间隙和爬电距离的计算和测量方法按GB/T 14041—2000的附录A，其测量值应符合基本要求。
（6）接线端子的机械性能试验
1）试验的一般条件
每一试验应先在完好的和新的节电器的接线端子上进行。当用圆铜导线进行试验时，圆铜导线应符合有关标准。
2）接线端子的机械强度试验
试验时，节电器的接线端子用1.0 mm2和2.5 mm2单芯硬铜导线，导线接上和拆下各5次，拧紧力距为1.2 Nm。
每次试验后，将拧紧螺钉（母）松掉。第二次试验时换用新导线试验。试后拧紧装置不得有损坏或变化。
3）导体的偶然松动和损坏试验（弯曲试验）
节电器的接线端子上连接导线最多根数为2。最小截面积为1.0 mm2，最大截面积为2.5 mm2。导线类型为单芯硬铜线。
按GB/T 14041—2000中的规定进行试验。
4）拉出试验
节电器的接线端子上连接导线最多根数为2。最小截面积为1.0 mm2，最大截面积为2.5 mm2。导线类型为单芯硬铜线。
按GB/T 14041—2000中的规定进行试验。
5）最大规定截面的非预制圆铜导线的接入能力试验
节电器的接线端子上连接导线为2.5 mm2的单芯硬铜线。
按GB/T 14041—2000中1.5规定进行试验。
验证性能要求
（1）顺序（程序）试验项目
节电器有二个程序试验应承受顺受顺序试验的考核，每一个程序试验均应在新的同一组产品上按规定的（a）、（b）…的顺序试验项目进行。程序试验中的所有顺序试验项目均不应失败。
1）程序试验1的顺序试验项目
（a）温升试验；
（b）动作条件试验；
（c）介电性能试验。
2）程序试验2的顺序试验项目
（a）接触器的接通和分断能力试验；
（b）接触器的约定操作性能试验。
电气百科：低压断路器控制器设计
1、引言
低压断路器是低压配电系统中起同段控制及保护等作用的重要元件。目前，国外的低压断路器正朝着高性能、小型化、智能化和模块化方向发展，并且与现场总线系统相连，实现网络化。国内一些厂家也曾开发国际种职能断路器控制器，其主要缺点是采用大规模集成器件较少，故体积较大，易进入干扰。
本文介绍一种新型智能低压断路器控制器的设计。主要特点有：a注重模块化设计，采用大规模集成器件。不仅缩短了产品开发周期，提高了产品性能，而且减少了产品体积，降低了成本；b在实现基本保护功能的同时，增加了预警功能；c才参数测量上，除了电流、电压等常规参数外，增加了功率因数及功率测量等，并对参数进行显示；d注重产品的可靠性设计；e断路器带通信接口，引入CAN现场总线技术。
2、支能低压断路器控制器设计
2.1 总体方案简介
该断路器控制器的主要包括微处理器、信号采集电路、键盘和现实电路、外扩存储器、温度检测电路、输出执行电路和电源等。
2.2 微处理器的选择
智能断路器控制器既要实现各种功能又要有较好的是实时性和电磁兼容性，本期设计用了Dallas公司的DS80C390微处理器。其主要特点有：向下兼容80C52，使用80C51的指令集；高速的体系结构，每个机器周期只有4个时钟周期，最大系统时钟频率可达40Mhz，兼容80C52存储模式，内含4KB的SRAM，外部扩展4MB的程序存储器和4MB的用户数据存储器。内含两个CAN2.0B的控制口，集成度高。
DS80C390有2个串行口、3个定时器/计数器、7个附加中断、1个可编程狗定时器、6个8 bit /O口（其中两个与存储器接口），还有一个数据指针OPRT1。DS80C390有2种封装形式：68脚的PLCC和64脚的LQFP，本设计选用前者。
2.3 信号采集电路
常规信号输入通道的设计一般先滤波在隔离放大，然后经A/D转换等，但该设计方法难以满足实时性要求。本设计要求采集3路线电压和4路相电流信号，而且需要采集的信号范围很宽，若采用常规设计则需要很多的A/D转换通道，故采用了Cirrus Logic公司的电子是电能表芯片CS5460来设计信号输入通道。
（1）CS5460的特点。a高集成。内部继承了1个可编程的增益放大器，1个带固定增益放大器的电压通道，2个可选高通滤波器等；b高精度。转换精度可达0.1%；c易接口。CS5460是高速A/D器件，缺省状态下，瞬时A/D变换频率可达4kHz。其自带可编程增益放大器可测量150mV获30mV两城范围的信号，从而很好地解决了实时性、宽测量范围及测量精度低等问题。
（2）CS5460的硬件设计。电压电流互感二次侧感应电压值经分压后分别送入CS5460的UIN+、UIN--和IIN+、IIN-引脚。CS5460有4 个串行口：SDI为串行数据输入口，SDO为串行数据输出口，SCLK为串行时钟，CS是片选控制线。因为要采集4路电流、3路电压值，故选用了4片CS5460芯片。并用引脚p4.0、p4.1、p4.2和p4.3轮流选通每片CS5460。当CS=1时，SOD为高阻状态，故4片CS5460的引脚可以直接连在一起。又DS80C390的I/O口可以驱动4个门电路，故4片CS5460的SDI和SCLK引脚分别以线与的形式直接相连。
（3）CS5460的软件设计。本设计中软件设计的基本程序采用C51编写。CS5460的初始化和启动转换工作由主程序完成。设计要求每1.25ms在3路电压、4路电流上个采一点，采用软件定时中断方式。每1.25ms系统启动一次中断服务程序，完成对各路信号瞬时值的采集，每2s完成一次对各路信号有效值的采集。
DS80C390通过SDI、SDO、SCLK和CS信号线与CS5460接口。运用写操作对CS5460内部各寄存器进行设置；运用读操作，读出CS5460内部各状态寄存器和输出结果寄存器的值。
2.4 外扩存储器电路
传统单片机应用系统为一般以微处理器为核心外加必要的芯片组成。但所需外加零散芯片很多时，所得的系统结构将很复杂且不易与更新或修改。所以，本设计采用了PSD934F2芯片。
（1）PSD934F2的主要特点。美国WSI公司推出的PSD934F2芯片是专门为8bits微处理器设计的，实现了将多个外围芯片集成于一个芯片中。其主要特点有：可方便的使用复用和非复用的8bits微处理器接口；内置2MB的主FLASH存储器和256KB的第二FLASH存储器；具有64KB的SRAM；有19个输出的通用PLD（GPLD）;有译码PLD(DPLD)；具有27个可单个配置的I/O引脚；等待电流可以降至50μA；符合JTAG标准的串行口可对全芯片进行在系统编成；FLASH存储器的擦写次数至少可达100000次，PLD的擦写次数最少可达1 000次。
（2）PSD934F2与DS80C390的硬件电路。系统要求具有256KB的FLASH、125±8KB的SRAM和16KB的辅助FLASH，还要31路I/O输出及一些外设片选输出，故系统还扩展了一片128KB的SRAM。本设计中，DS80C390工作于22bits连续叶面寻址模式，配置为8bits的数据/地址复用方式。用程序选通允许信号PSEN访问PSD934F2的程序存储器，用WR、RD访问数据存储器。PSD934F2的27个I/O引脚，分成4个口（PA、PB、PC和PD），每个引脚可单独配制成不同的功能。
（3）PSD934F2的软件开发。PSD934F2由PSDsoft软件支持。系统设计时，不需要用硬件描述语言（HDL）来定义PSD934F2的引脚功能和分配存储器地址。PSD934F2支持Flashlink器件编程器，对PSD934F2进行编程。首先用PSDsoft软件定义PSD934F2的引脚功能及分配存储器地址，再通过PSDsoft将PSD934F2配置与用户HEX文件进行合并产生目标文件。HEX文件由用高级语言编写的植入PSD的应用程序经编译、链接产生，再将目标通过FLASHlink写入PSD934F2即可。
2.5 温度检测电路
传统的温度检测电路采用热敏电阻等温度敏感元件，热敏电阻成本虽低，但需要后续信号处理电路，且测量通道的标定麻烦，温度测量的准确度也相对较低。所以，本设计采用Dallas公司生产的数字温度传感器DS1620。
（1）DS1620的特点。数字温度传感器DS1620是Dallas公司推出的新型温度敏感器件。他以数字量输出温度测量值，具有测量范围宽，传输距离远，可靠、稳定等特点。DS1620的测量范围为-55~125℃，分辨率为0.5℃。温度以9位数字输出，能够在1秒内完成被测温度的数值转换，可独立工作，也可方便的与PC或单片机以串行方式连接。
（2）DS1620的软硬件设计。DS1620通过高温系数振荡器控制低温系数振荡器的脉冲个数，实现被测温度的数字输出。温度计数器和寄存器预置-55℃的基准值，若温度寄存器与技术起在脉冲周期结束前为0，则温度寄存器增至被测温度值。
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