宽电压电子线圈接触器与抗晃电的探讨

来源：低压电器杂谈；作者：宾昭平

晃电，是电网电压暂降的一种表现，通常晃电时系统电压会突降到额定电压的10%～90%，经过短时间10 ms～1min后电压又恢复到正常数值。

传统机械线圈交流接触器，完全依靠外部控制电压在线圈绕组内产生的电磁力来保证接触器吸合，电磁力会随着外部电压的降低而减小，当线圈产生电磁吸力小于反力弹簧的力值时，接触器开始释放。

传统机械线圈的结构如图1 ，由缠绕在塑料骨架上的漆包线组成，漆包线的耐热等级一般为H级，可以耐受上百度的温度。

线圈的可靠吸合电压范围为85%~110%，释放电压范围为75%~20%，所以在“晃电”的情况下，当控制电压低于可靠吸合电压值时，接触器大概率会产生抖动甚至释放，见图2。

图1 常规机械线圈接触器吸合释放电压范围

根据某石化公开论文里显示的测试数据，常规交流接触器的实际释放电压在控制电压的46.4%~68.2%之间，这取决品牌系列和电流档差异。

国内石油石化系统内的专家曾对某企业内1010个晃电事件进行过统计采样，见图3，分析数据后发现：

1、电压暂降到额定电压50%以上，且持续时间在0.5 s以下的晃电事件有790个点，占总数的78.22%；持续时间在1s以下的有830个点，占总数的82.18%；持续时间在2s以下的有849个点，占总数的84.06%；

2、电压暂降到额定电压50%以下，且持续时间在0.5 s以下的晃电事件有152个点，占总数的15.05%；持续时间在0.5 s以上的有7个点，占总数的0.7%；

图3 国内石油石化企业晃电事件统计图

图3中，绝大多数晃电事件为电压暂降到50%以上的轻微晃电（约占84%），电压暂降到50%以下的严重失电压情况概率较低（约占16%）。

对于电压暂降到50%以下的晃电，传统机械线圈接触器几乎无法维持吸合状态。

宽电压电子线圈的工作原理与传统机械线圈略有不同，除了线圈绕组以外还有一块PCBA电路板，其内置的MCU可以实时监控线圈的状态，PWM动态调节线圈内部电流，保证接触器稳定吸合，有效应对控制电压波动，见图4。

图4 Tesys G接触器电子线圈控制原理简图

实际上，电子线圈接触器的吸合功率会很高，但是吸合完毕以后的保持功率很低。

例如某宽电压电子线圈的吸合功耗为540VA，但是吸合完毕以后维持接触器吸合状态的保持功耗才12.4VA，见图5，所以可以通过电路板的PWM动态调节线圈内部电流，来保证稳定吸合的最小电磁力。

图5 Tesys G接触器线圈功耗

施耐德电气在2017年上市的Tesys D Green 09~80接触器，2021年7月上市的Tesys G205~620接触器，以及2024年上市的Tesys D115~170全新大电流接触器，都是宽电压电子线圈交直流通用接触器。

图6 Tesys D&G宽电压电子线圈接触器

例如对于线圈代号为KUE系列的接触器，其额定工作电压范围为100V~250V AC/DC，加上85%~110%的国标要求范围，实际吸合电压范围为85V~275V，即最低吸合电压为85V。

释放电压范围为0.1Ucmax~0.45Ucmin，即0.1*250V=25V，0.45*110V=45V，所以接触器的最大释放电压是45V，见图7。

图7 Tesys G接触器线圈工作电压范围

对于Tesys D和Tesys G系列宽电压电子线圈接触器，稳定吸合以后，如果线圈端控制电压跌落至25%（例如AC220的25%就是55V），还可以保持长期稳定的吸合状态，见图8。

图8 KUE电子线圈的工作电压特性

前面我们提到石化企业统计的1010个晃电事件，如果以电压跌落到25%作为一条界线，会发现只有30个晃电事件落在额定电压百分比25%以下，占比约为3%，见图9。

由此，我们可以得出这样一个结论：97%以上的晃电事件几乎都可以用宽电压电子线圈接触器解决。

对于其余3%左右电压跌落至额定电压25%以下的晃电事件，可以考虑通过马保或抗晃电模块再启动等方案解决。

图9 电压跌落25%以下的晃电划分

有人担心Tesys D&G宽电压电子线圈接触器，会不会像依靠电容模块实现抗晃电功能的接触器那样，电子元器件的可靠性存在问题。

首先，作为控制电动机负载的接触器，机械寿命和电寿命是其主要考核项，跟线圈电路板可靠性相关的验证主要有机械寿命测试和EMC测试，Tesys D&G的机械寿命为1500万（小电流）和600万（大电流）；

其次，最早的Tesys D Green接触器上市时间是2017年，即使是Tesys G205~620上市也有5年时间，在通用行业内已经积累的大量可靠地运行数据和经验；

再者，Tesys D&G宽电压电子线圈接触器面向的行业是通用行业，比如MMM、HVAC暖通空调、起重行车、电梯、铁路机车、风电、充电桩等行业，只不过其抗电压跌落的性能恰好能满足石化行业的特殊需求；

所以，宽电压电子线圈接触器虽然不能100%解决抗晃电问题，但是相对于传统机械线圈接触器，其抗电压跌落的深度可以低到25%（传统机械线圈可能到60%左右）。

从行业统计数据看，可以有效应对97%以上的晃电问题，再搭配具备再启动功能的马保或者抗晃电模块，补齐最后一块抗晃电方案短板。