引言
控制电器广泛应用于大型工矿设备、冶金、钢铁、石化、起重、机床、造纸、风电、光伏、电动汽车等行业。根据中国电器工业协会通用低压电器分会统计，2017年我国传统交流接触器年产量已经达到了1．4亿台。伴随着“中国制造2025”和“工业4．0”的推进以及电气化水平的不断提高，国内乃至全世界衍生出多种多样的新型控制电器以针对不同细分市场的特殊工况要求。应用层面需求的拉动、工业自动化的普及以及适应智能制造的要求必将促进整个控制电器产业的长足发展。
1接触器的运行特点与智能控制思路
1.1交流合闸相角对电磁机构动态特性的影响
电磁机构合闸相角的随机性导致了起动过程中激磁电流、铁心速度等均随机变化，在某些相角下将出现合闸困难的现象，影响接触器工作的可靠性;而在另一些相角下虽能可靠合闸，但会造成动静铁心冲击能量过大，产生严重的触头弹跳，影响其电寿命。因此，采用直流起动工作模式能够有效规避合闸相角带来的影响，优化动作过程，消除或减小吸合过程中的铁心撞击与触头弹跳;同时，针对触头系统进行选相合闸的定相控制，可拓展智能接触器的应用领域，形成新一代专控接触器。
1.2工作电压范围
传统接触器电磁机构的工作电压在国家标准规定为85%～110%额定电压内能够正常工作，在临界吸合电压时易产生持续的铁心振动，造成触头熔焊;电压过高时可能引起线圈及铁心的温升，功耗增加，甚至导致线圈烧损。因此，宽电压输入、交直流通用的控制模式在智能接触器中被普遍采用。这种工作模式可大量减少电磁机构的规格、拓展电磁机构的应用范围，尤其适应电压不稳定或电动汽车等恶劣工作环境。
1.3运行噪声、损耗与温升
交流接触器在吸持阶段会产生铁心振动与交流噪声，传统的解决方案是采用短路环，但会给线圈和铁心带来附加损耗和工作隐患，并且短路环的设计和可靠性也是交流单相电磁机构的薄弱环节。在电磁机构的铁心中，交流供电模式在铁心中将产生磁滞涡流损耗，即使采用硅钢片，也存在较大的铁心损耗与运行温升，大容量接触器中这种现象更加明显。
2大容量接触器简要分析
大容量接触器产品既有空气式也有真空式，超过1000A(AC-3)电流等级一般由2台空气式或者真空接触器并联而成，相邻的多个灭弧室组成一相，可有两套或多套电磁系统，通过全电子控制使多套电磁系统同步工作，从而带动每相的多组触头同步开合，达到扩大电流等级的目的。当前交流接触器的产品规格正在不断扩大，部分公司大容量产品在原630、800A基础上，电流规格扩展到2600～3000A(AC-1类别)。
3汽车用高压直流继电器技术要求差异化分析
高压直流继电器简单理解就是用较小的电流去控制较大电流的一种控制电器。在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆高压直流继电器控制的主要目的是保证电池系统上下电的正常进行，在汽车起动时闭合高压直流继电器上电，在汽车停车熄火时断开高压直流继电器下电。高压直流继电器控制属于汽车电子电气系统，其失效形式可能会对驾驶员的生命安全造成伤害，因此应该按照ISO26262标准进行开发，以满足功能安全要求。新能源汽车上有4个功能模块会用到高压直流继电器:(1)直流电压控制主继电器。这类产品一般为大电流规格(80～500A)，主要用于电池断开控制;(2)正常/快速充电继电器。一般电流规格为32～300A;(3)隔离保护/安全控制、高压辅助应用的继电器。主要用在空调、加热、DC/DC逆变等，典型负载在20～40A;(4)高压预充继电器(HVPre-ChargeＲelay)。应用于预充电路中。电动汽车和电力系统的差异为此“高压”非彼“高压”，都对人体都具备强伤害性。电力系统对线路和设备的高压划分。首先，把标称电压1kV及以下的交流电压等级定义为低压，把标称电压1kV以上、330kV以下的交流电压等级定义为高压。在新版《电力安全工作规程》规定:电压等级在1000V以下者为低压设备，电压等级在1000V及以上者为高压设备。其次，电动汽车高压，就是B级电压(电动汽车安全要求第3部分:人员触电防护)。A级电压:最大工作电压小于或等于AC30V(rms)，或等于DC60V电压组件或电路。B级电压:最大工作电压大于AC30V(rms)且小于或等于AC1000V(rms)，或大于DC60V且小于或等于DC1500V的电力组件或电路。
4新型控制电器发展与展望
随着技术进步，采用高压直流分断技术、微电子技术、电力电子技术和现代通信技术的控制电器产品大量涌现。纵观国内外各大公司的产品发展，控制电器的技术发展趋势紧跟时代潮流。未来的产品门类也将越来越丰富，特别是针对细分市场的定制化产品，同时满足相应的产品标准与工况要求。以风电用大容量接触器为例，众多企业开发的专用接触器是基于原有AC-3使用工况下的800A/690V壳架，采用触头并联的型式进行扩容，目前能够达到3000A/690V的额定电流(风电使用工况为AC-1)。在风电系统的标准下满足运行温度、介电、耐盐雾等严苛要求，并带有“低电压穿越”功能。随着风力发电系统单机容量的倍增(10MW以上)，未来肯定会有更大壳架的接触器推出以适应风力发电的需要。新能源汽车市场方兴未艾，大大推动了高电压直流继电器的发展，技术指标也越来越高，结合智能控制技术的产品拥有更高的电气寿命与更低的线圈能耗。储能技术的发展，电压等级的不断提高，甚至达到了DC1000V，新的DCLevel3定义的充电峰值功率高达240kW(400A)。高电压平台的应用也会对整个高压系统部件的设计提出新的要求，又反过来带给高电压直流继电器更大的挑战，同时推动高电压直流灭弧技术的发展。由于车载平台的限制，对高压直流继电器单位体积的载流能力提出了更高的要求，同样对高压直流继电器能耗水平也较为敏感。这些应用层面的需求必将推进整个控制电器产业对于新材料、结构散热设计以及电磁线圈节能技术的不断改进。TB/T3219—2010《机车车辆继电器和接触器可靠性试验规则》的发布，将铁路设备可靠性工作延伸到新的领域，符合当前铁路高速安全发展的需要，有着重要意义。以ABB公司推出的铁路专用接触器为例，不仅满足相应的冲击振动和火灾烟雾规约要求，而且具有模块化的紧凑结构，可节约高达20%的安装空间，减重高达45%，降低车辆能耗;同时线圈保持能耗最大降幅达68%，利于节能。
结语
综上所述，控制电器长期以来得到了广泛关注与研究，特别是交流接触器。相对于传统的工业控制领域，一些细分市场的新型控制电器也开始井喷式的发展，并呈现出技术特点的差异化，例如风电用大容量接触器与高电压直流继电器等。希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。
参考文献
[1］汤龙飞．大容量交流接触器闭环实时控制技术的研究［D］．福州:福州大学，2015．
[2］庄杰榕，许志红．交流接触器集成控制与仿真［J］．电器与能效管理技术，2014(19):1-6，59．
论文作者:李维
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/26
标签：接触器论文; 电压论文; 继电器论文; 高压论文; 铁心论文; 电器论文; 相角论文; 《中国西部科技》2019年第24期论文;