可保证断电分闸的具有电磁反力的永磁式接触器的实现与分析

福州大学机械工程及自动化学院的研究人员陈德为、黄烨洋、吕伯钦、李鸿扬，在20174年第11期《电气技术》杂志上撰文，根据永磁体同极磁场相斥异极磁场相吸的原理以及钕铁硼永磁体极高的磁能积和矫顽力，本文提出一种新型的可保证断电分闸的具有电磁可控反力的永磁式智能交流接触器的设计方案，并对其动态特性进行了测试与分析。

分析结果表明该新型永磁式智能交流接触器可保证在断电的常态下触头永远处于分断状态，而且可实现快速合、分闸。

交流接触器是一种常用于电气控制与低压配电系统中的电磁电器，在大容量的控制电路以及需要反复通断交流或直流电路的远距离集中操控场合有着很好的适用性[1]。

交流接触器的非正常运行不仅会严重影响生产线的正常运作，还可能导致严重的事故危及人生安全[2]。因此保证交流接触器的可靠运行对整个系统稳定性至关重要。随着现代工业步伐的逐步加速，市场对交流接触器的产量和工作性能的要求也在不断提高。

传统交流接触器是以线圈通电产生的电磁力驱动的，在这样的工作方式下，接触器的触头部分极易受电网电压起伏不定因素的影响而导致损坏。同时接触器为了维持稳定的合闸状态而持续高压通电将导致线圈温升，这些将增加接触器工作过程的耗能。

相比之下永磁接触器的最大优势在于吸持阶段的节电工作，这大大降低了接触器在工作过程中的电能消耗，并实现了免维护运行。永磁机构原理这一革命性原理于二十世纪八十年代被提出[3-4]。

永磁体能提供稳定的磁场，这是个优点，但是常态下也是缺点，会使接触器在未通电的情况下无法分闸。现阶段大部分的永磁接触器主要凭借永磁力来保持合闸，关于突然断电情况下能够可靠分闸的接触器的研究成果还不够成熟。

因此本文为了解决这一问题设计了一个非线性弹簧来抵消永磁体的磁力，使接触器在常态下能正常分闸。传统交流接触器的分闸主要依靠弹簧的弹力，这使得分闸时速度慢且动静触头间易产生电弧，本文在动铁心上增加永磁体，利用永磁体具有较大矫顽力的特性，由系统控制整流回路接通线圈产生和永磁体磁力相当但方向相反的电磁力，利用同极磁场间的斥力和弹簧弹力使接触器快速分闸。

图1 永磁式智能交流接触器机构简图

图3 永磁式智能交流接触器智能控制原理图

图4 永磁式智能交流接触器单片机控制流程图

结论

本文提出了一种新型的永磁式智能交流接触器，重新设计其控制系统，并采用本研究室自主研究的基于单目视觉技术的智能交流接触器的三维动态测试装置对改造后的永磁式智能交流接触器进行动态测试，获得以下结论：

1、永磁式智能交流接触器可在非线性弹簧反力的作用下保证断电常态分闸。

2、永磁式智能交流接触器可在STM32单片机的控制下能够克服弹簧反力稳定合闸并低压吸持，相比于传统接触器更为节能节材，且线圈在低压条件下不易发热烧毁，延长接触器的使用寿命，减少接触器的更换与维修。

3、永磁式智能交流接触器的分闸可在弹簧反力和可控电磁反力的共同作用下快速完成，可有效缩短燃弧时间，延长触头寿命。