直流接触器的设计

直流接触器主要由触头系统、灭弧系统和电磁系统组成。当接触器的电
会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触
,常开触头闭合，两者是联动的；当线圈断电时，电磁吸
,常开触头
,它的性能直接影响整个电器设备的分
使用寿命和运行的可靠性。由于触头磨损的主要形式是电磨损，它的主
触头熔焊和触头烧毁；这些失效模
减少电弧带来的负面影响是提高
通过在触头两端加装电力电子器件，使触头开合的瞬间的电
可以极大地减小了电弧的产生，从而减小了触头的烧蚀，显著提高触头
 
   直流接触器  触头系统  电力电子器件 

，arc extinguishing system and 
system. After exposure to the electromagnetic coil is energized, it 

armature, and promote the contact action, normally closed contact is open, 
open contact closes, the two are linked;
When the coil power, the 
force disappears, the armature in the release action of the spring 


Contact is one of the key components of the contactor, its performance directly 
the entire electrical equipment breaking capacity, service life and reliability.


the contact resistance exceeds the allowable range, contact welding and 

These failure modes are associated with the contact is switched on, or 

the contact life.
The contacts mounted on two ends of power electronic 
in the contact opening and closing moments that make the current shunt, 
reduce the occurrence of electric arc, thereby reducing contact ablation, 

   言 


直流接触器是一种适用于长距离频繁地接通和分断的低压电器，主要
1200V及以下的直流主电路及大容量控制电路中，用于控制直流电动机、
电照明、电加热以及其他的直流负载，在工业、农业、交通运输业、
文教、商业及人民生活设施等用电部门得到广泛运用。本文通过对直流接
利用分流法实现电流的转移，控制触点回路的电流小于生
 
 总体结构设计 
电弧的存在，会大大的缩短
MOSFET器件，实现少弧或无弧
 
当处于导通状态时，大电流导通损耗要低；  
当发生意外时，必须不经任何延迟立即由导通状态切换到高阻状态；  
控制回路切断后，绝缘强度必须达到可以阻止被触点两端电势再度击穿。 
从控制线圈上电到接触器触头完全
，不同的接触器，延时时
本文设计的接触器，吸合动作延时达到100ms左右，释放动作延
60ms左右。电弧的产生发生在吸合和分断的转化瞬间。如果选择合适的电
，与机械开关
让它在吸合和释放的这段时间内先导通电力电子器件，大部分的电流流过
经过机械开关固有的延时达到完全吸合或释放之后，再关闭电力

 
开关一般由电子开关、主触头开关以及辅助开关三

电子开关只是在机械开关吸合和释放时起作




主触头

MOSFET）

驱动电路

在小电压下分流能力相对较强，工作特性近似线性的，因此选择功
MOSFET这种电力电子器件与电触头并联，从而达到在开合瞬间分流的作用；
的通断通过驱动电路来实现精确控制。在设计功率场效应管驱动电路时，
  
触发脉冲要有足够快的上升和下降速度，脉冲前后沿要陡峭；  
开通时，以低电阻对栅极电容充电，关断时需要为栅极电荷提供低电阻
MOSFET的开关速度；  
为了使功率MOSFET可靠触发导通栅极，驱动电流电压应高于器件的开启
MOSFET截止时，最好提供负的栅源电压；  
功率MOSFET开断时，所需的驱动电流为栅极电容冲放电电流。 
不可避免的存在过电流和过电压现象。在
MOSFET突然切断电流或极快地升高电压时，将会出
du /dt问题。在高速开关情况下负载表现出极大的感抗，功率MOSFET
高漏极电压和寄生电容中的位移电流的作用，将导致功率
损坏。对这种情况可以采取在功率MOSFET并联压敏电阻，可以有效的防
di /dt问题。功率MOSFET实际运用中，因栅源间的阻抗很高，故漏源
而产生很高的电压过冲，这一电压会引
MOSFET永久性损坏。对这种情况采取的保护措
一般适当降低栅极间的驱动电路的阻抗，在栅源之间并接阻尼电阻或并联一
20V的齐纳二极管，特别要防止栅极开路工作。 
 触头系统设计 
，故

来增加触头系统的耐磨损、抗熔

①力的传动零部件应具有足够的强度，尽量避免加工时
②大、中容量的动触头与弧角分为双体，从而减轻动触头
③尽量减小辅助触头的冲击力；提高电寿命的措施有：①合理选用触头
②适当选用弹性系数较高材料做主触头弹簧；③增大触头的宽度；④选
 
①使用可靠，即能可靠地分合电路；②
即耐机械磨损和电磨损，寿命长；③具有足够的电动稳定性和热稳定
 
触头的工作参数 
触头开距（即触头行程） 触头开距是指触头在完全断开位置时动静
它是动静触头为断开电弧所需的最小间距。触头开距既不可过小，
其数值应随具体要求来定。一旦确定之后，使用中就不宜轻易改变
 
触头超程 触头超程是指当触头在闭合位置时，将静触头移开，动触
这是保证触头在其寿命终结之前仍能可靠地接触所必需的。超
1/3 以下时，触头便
 
触头材料的选用 
电寿命高；抗熔焊性好；具有

单断点的触点材料多采用铜、铜镉材料。静触头和动触头
 
触头设计 
1）确定触头参数 主触头开距β1=6mm，超程r1=3mm；辅助触头开距β
，超程r2=3mm；主触头初压力F1o=16N，终压力F1z=22N；辅助触头初压
F2o=1N，终压力F2z=1.2N。（2）触头尺寸 采用桥式双断点触头，材料选用银
氧化镉，选用矩形触头，动、静触头均为10×8mm，触头厚度取超程的0.6～1
d1=0.8×r1=0.8×3mm=2.4mm，辅助触头厚度d2=0.8×r2=0.8
3mm=2.4mm。选用锡青铜带QSn6.5- 0.1 作触桥，它具有较好的高温性能和较
周围环境温度取40℃，则允许温度Qmax=100℃，发热电流I
=45A。
头座截面按电流密度j=2～5A/mm2 选取，取为2.25A/mm2，则截面
，考虑机械强度等因素，触桥的宽度和厚度分别为
，a=2mm (满足触头厚度约为0.6～1.2倍超程)。（3）触头的稳定性校验，
计算出触头温升、接触桥温升和接
 
 线圈设计 

带动驱动机构推动接触系统切换电路。电流通过线圈
当温度过高(超过允许温度)时，会使线圈绝缘加速老化，严

由于直流
(一般大于6mm)，再加上触点超行程为2mm-3mm，因此磁路系

漏磁通非常少，磁路中磁阻也很小，吸力非常大。随着气隙的减小，
吸力特性非常陡峭。为了克服吸力特性非常陡峭而不能与反力特
们在设计时使用双线圈，通过一组辅助常闭触点来实现双线
当线圈供电时，吸合线圈工作，线圈工作电流很
即吸合线圈消耗功率很大，此时辅助常闭触点还没有断开，保持线圈还没有
在接触器吸合过程中，辅助常闭触点断开，吸合线圈和保持线圈串联并同
 
    结 
,吸合与分断过程中都要产生电弧,并且接触
,存在着线圈耗电大、通电运行
,这样既造成了大量的电能
,又大大降低了接触器的电寿命。本文通过对触头系统进行
,通过采用特殊的具有强弱电
,使可控硅先导通,
分断电路时,接触器触头先断开,可控硅的导通滞后于接触器
电路的分断由可控硅的截止来实现,这样就实现了无弧通断的功能,同时
,克服了无触点开关导通损耗高,过载小的缺点。