双线圈真空接触器的低EMI驱动器设计文档格式.docx
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在这种结构中，分闸操作需要一个脱扣电磁铁来实现。
有的真空接触器还设有手动脱扣装置。
真空接触器的电磁铁和脱扣器的工作电流均为直接电流，因而在真空接触器的内部附有整流器，所以交流供电也可操作，使用十分方便。
由于真空接触器常用来控制的电动机和电容器是一类若绝缘设备，由于真空接触器在开断过程中di/dt突出，其中di/dt经过寄生电感迸发脉冲电压，会生成高频振荡。
产生尖峰电压，如何考虑降低动作时产生的感应过电压，抑制电磁干扰。
是本文研究的重点。
真空接触器在开断过程中di/dt突出，产生尖峰电压引起电磁干扰，电磁噪声能量通过近场和远场藕合构成传导EMI和辐射EMI，周围电磁环境和电网产生了十分突出的危害，致使周围电气系统的工作异常、电机受损。
真空接触器产生的EMI主要由第三类尖峰电压造成的。
真空接触器的快速通断产生了突出的di/dt，不仅造成突出的尖峰电压Ldi/dt叠加接触器两边，而且电路中存在寄生参数和di/dt彼此影响生成了高频噪声电流，产生严重电磁干扰。
2.2真空接触器的驱动原理
机械保持型接触器驱动原理
下图一所描述，合闸线圈接电后，真空接触器主触头完成合闭动作在绝缘翘板由驱动合闸电磁铁作用下，合闸后，在合闸锁扣装置的作用下真空接触器处在合闸状态;
分闸弹簧在合闸电磁铁作用下被紧缩;
使脱扣线圈带电在分闸时，驱动分闸电磁铁完成了合闸锁扣装置脱扣动作，使得分闸弹簧完成分闸动作。
电气保持型接触器动作原理
下图所描述，在合闸时，合闸保持继电器和合闸继电器的瞬时切换在合闸动作中实现，失去电后的合闸继电器，立即转变成了合闸保持继电器带电，因而使合闸线圈一直处在带电状态;
带电后的合闸线圈，真空接触器主触头关闭并维持在合闸状态通过驱动合闸电磁铁带动了绝缘翘板实现;
分闸弹簧在合闸电磁铁在进行动作过程中被压缩;
分闸时，合闸保持继电器的电源被断开，使得合闸线圈失电，接触器主触头实现快速分开在分闸弹簧作用下。
永磁保持型接触器动作原理
如下图所描述，合闸时，由于合闸线圈产生励磁，迸发了电磁力，真空接触器主触头实现闭合通过作用衔铁带动拐臂;
合闸线圈失电在合闸完成后，真空接触器一直维持在合闸位置通过永磁力独自作用在衔铁上;
分闸时，由于分闸线圈励磁，产生的电磁力与永磁力完全方向相反，减弱了永磁铁对衔铁的影响，与分闸弹簧一同作用完成分闸动作。
2.3真空接触器线圈等效电路的建立及参数计算
真空接触器线圈等效的R、L、C参数是分析建立接触器线圈等效电路的重要参数。
针对各种真空接触器，通通可以利用相似原理求出。
不仅可以求出真空接触器线圈的基本参数，等效电感、等效电阻、电容、匝数等，而且还可计算通电线圈的电流等。
下面为具体的计算方法。
交流线圈
电压分有24V,48V,110V,220V,380V等多挡，频率常用为5OHz,60Hz，
假若没有相似原理，通过自己计算的话。
由
求得电压值
，最后求剩下参数。
设计步骤:
（1）据铁心截而积选取线圈匝数
选取线圈匝数的曲线
图1曲线为
与电压值
曲线。
可求得电压值
，根据这个可以求得不同电压下线圈的匝数值。
（2）线径尺寸大小可由绕线槽面积求出。
通常槽满率在0.5到0.6之间，假若绕线槽的截面积为s，那么导线总截面在（0.5s到0.6s之间），单根导线截面=导线总截面/匝数，半径
根据下式求出:
d=
（3）计算导线直流电阻
R=p
式中，R为线圈电阻;
d为线圈导线直径;
p为导线材料电p=0.0171Ωm
/m;
L为线圈平均匝长;
N为线圈匝数。
（4）计算闭合电感
最麻烦的是计算电感，这个公式可借鉴L=1.256*
u
上式，平均匝长
。
铁心导磁率是u；
铁心级面积
；
线圈匝数
第二种方式只能是实测，工作量比较大，将线圈保持电流测出，阻抗=电压/电流。
Z=
=
L=
/2πf
L=Z/2πf
上式，线圈阻抗是Z;
电源频率是f，线圈电阻是R。
分别对线圈电流与线圈电压进行测量，阻抗=电压/电流。
计算阻抗:
线圈参数利用相似原理求得当线圈频率、电压变化时
对于直流线圈
对于如何求直流线圈参数可以参考交流线圈求法，方法基本相同。
考虑到不仅是直流，而且也为整流的，转化为直流后，全波整流的系数为0.9,半波整流的系数为0.45。
代入整流以后电压
按照上述系数求出相应值。
真空接触器线圈等效的RLC电路
真空接触器线圈具有一定的电感量，这个感性线圈可以等效成RLC电路，但会因此产生振荡。
通过将线圈等效成RLC电路来分析真空接触器在断开时产生电磁干扰的原因。
下图为真空接触器线圈等效的RLC电路。
真空接触器线圈等效的RLC电路
2.4真空接触器产生EMI及抑制EMI的措施
真空接触器的触点吸合，其线圈中必须有足够的电流。
在真空接触器断电时就会产生自感电动势，其大小为
=L*di/dt。
其中；
L是真空接触器电感量，di/dt是电流变化率。
因为线圈断电时间极短，因此di/dt非常大、自感电动势L*di/dt很大，从而产生的极高的电流瞬变引起的尖峰电压会导致严重的电磁干扰（EMI）。
di/dt经由寄生电感迸发脉冲电压，由线圈等效电路可知它将产生高频振荡。
因此我认为di/dt是真空接触器产生电磁干扰的重要根源。
真空接触器在断开时产生的突出的尖峰电压是引起电磁干扰的重要原因。
脉冲电压是di/dt经由寄生电感引起的,由线圈等效电路可知它将产生高频振荡。
所以突出的电流瞬变率引起的尖峰电压是真空接触器产生电磁干扰的原因。
降低di/dt抑制尖峰电压是减弱电磁干扰（EMI）的关键。
为了降低真空接触器断开时极高的di/dt引起的尖峰电压造成的电磁干扰,本文采用降低由断开引起的感应过电压曲线上升陡度的方法尽量使上升曲线平缓,通过降低感应过电压L*di/dt减小电流变化率,避免尖峰电压的产生,来使电磁干扰得到有效的抑制;
由此分别介绍了四种方法。
1在真空接触器线圈两端并联电阻。
2在真空接触器线圈两端并联压敏电阻。
3在真空接触器线圈两端反向并联续流二极管。
4在真空接触器线圈两端并联容阻网络。
2.5与真空接触器有关的操作过电压及分析
截流过电压
（一）感性小电流截流过电压
感性小电流截流过电压是高压真空接触器真空灭弧室内真空介质固有的特性和小电流电弧导电机理所决定的一种过电压。
在真空接触器开断如小容量电抗器和电动机。
由于真空介质固有的高绝缘强度，在动、静触头刚分离一段很小的距离尚未达到额定开距的瞬间，断口即获得极高的初始恢复强度，其数值之高足以使这一很小的间距成为绝缘体。
鉴于小电流电弧燃烧时弧柱中导电离子时依靠电极表面热电子发射产生的，但数安至几十安电流在自然过零点前瞬时值的热效应极差，无法发射出电弧导通所需的足够多的热电子，电弧于是提前在电流自然过零点前某一瞬时值i时不能继续燃烧，即强制遮断，这种现象称为截流效应。
（二）感性大电流截流过电压
一种感性大电流截流过电压常出现于切断正在加速中或者机械性故障转子被堵转的电机时。
当接触器触头断开时，电机由于堵转产生的极高电流被断开。
初次断开离子密度高，电流会熄灭当过零点这是高电流电弧的特性，因为电流滞后电压90度相位在感性电路里。
因而在瞬间会产生极大的恢复电压。
又由于感性负载L上储存大量能量，在相当一段时间内都会有高频电流。
行波在导体连接处发生多次反射、叠加，结果产生了陡度和幅度很大的过电压致使断口多次重燃；
对于开断启动中的电动机，虽然其瞬时电流达6—7倍额定电流，但一般也仅为几百安，例如被试电动机的额定电流约为19.3A，7倍的值是135A，因为小电流电弧有可能会产生截流，所以在这个过程中可能发生多次断口重燃，产生陡度和幅值极高的过电压，这时往往容易产生电磁干扰。
（三）投、切容性负载时的重燃过电压
当电容器被接在母线上，在通断时会产生电流幅值相比一个电容组更大的涌流，其原因是合闸瞬间已经接入的电容器组起了减小电源内阻的作用。
当闭合瞬间电源电压正好处在极大点，会产生极高的涌流造成极大危害。
真空接触器通断电容器组的过程表明，断口受威胁不是恢复电压的陡度，而是工频电源电压瞬时值与电压换向后向后电容器极板上残存的充电电荷共同的作用。
如果过零点时断开电容电流，系统电压会达到反向最大值在过了半个周期后。
这时因为电容器残存电荷的作用，施加于断口的恢复电压为峰值的两倍。
实践证明，真空接触器出现重燃与灭弧室真空度、触头合金材料成分、电极表面光洁度以及出厂前老练程度有关。
2.6本章小结
本章分别分析了真空接触器的驱动原理,真空接触器出现瞬态过电压及产生电磁干扰的原因,得出突出的电流瞬时变化率引起的极高的感应过电压可以产生严重的电磁干扰,降低EMI的关键在于降低di/dt引起的瞬变感应过电压的结论。
并且简单提出了与真空接触器有关的操作过电压及分析，提出了感性小电流截流过电压、感性大电流截流过电压、投、切容性负载时的重燃过电压这三个概念。
最后为下一章分别简单介绍了四种真空接触器低EMI驱动的方式。
第3章双线圈真空接触器的低EMI驱动器设计
真空接触器灭弧性能不俗，但不可避免的是同样会产生瞬态感性过电压L*di/dt陡度过大造成电磁干扰问题。
为了降低电磁干扰，改进真空接触器主触头材料是一项可行措施。
然而处于降低制造成本，国内有许许多多真空接触器采用含珞含量较低的合金，还有其他多元成分的合金材料，对于真空接触器抑制在断开时产生的电磁干扰问题，还应当将重点放在减小接触器断开时电流变化率di/dt。
我们知道真空接触器的触点吸合，其线圈中必须有足够的电流在真空接触器断电时就会产生自感电动势，其大小为
由于线圈断电时间极短，因而自感电动势L*di/dt很大，一方面任何大于耐压的电子装置都会被瞬间高压击穿，严重的使接触器线圈损坏。
另一方面由于尖峰电压的产生，从而发生严重的EMI问题干扰设备的正常运行。
3-1在真空接触器线圈两端并联电阻
并联电阻的作用是当真空接触器线圈断电时，并联电阻可以与接触器等效的R、L构成电流流通回路，构成的电流流通回路降低了di/dt，从而自感电动势L*di/dt降低。
自感电动势随着电阻的变小而越低。
利用并联电阻来平缓感应电压变化波形有个弊端，就是真空接触器正常工作时，许多电能都被电阻消耗掉了。
所以这种方法一般并联的是小电阻。
随着半导体器件的发展，这种做法基本上被完全淘汰了。
为了降低自感电动势数值L*di/dt，减小di/dt.避免尖峰电压的产生从而抑制因真空接触器断开时引起的电磁干扰。
通常在合闸接触器线圈上并联一小电阻，以减少回路总电阻，这样处理存在以下问题:
（1）在真空接触器通电过程中电阻抑制在浪费着电能，从而造成经济资源的白白浪费。
（2）通过并联电容我们所得到的等效电阻值与期望值存在差距，在线圈电阻值比规定值大（真空接触器的使用和选择有正规的规则:
接触器线圈电阻值应该配合闭合重合闸信号继电器线圈的动作电流与闸继电器的电流线圈，让分压降接触器线圈上的不大于15%，从而保证触点返回可靠.），降低的直流母线电压，将对重合闸得正确行动产生一定的影响。
（3）主变进线间隔，母线间隔缺少重合闸，当线圈电阻太大情况下，会对接触器返回产生影响，严重的还会烧坏线圈.
3-2在真空接触器线圈两端并联压敏电阻
压敏电阻工作原理是两端的电压不高于敏感电压时，相当于开路、电阻无限大；
而当其上电压大于压敏电压时，它会被击穿，可以当做短路处理。
当线圈的电流小于压敏电阻正常的安全工作电流，压敏电阻被击穿后它的阻值又恢复到无穷大立刻相当于开路。
线圈正常工作情况下两端电压小于压敏电阻的击穿电压时，压敏电阻在线圈正常通电时就没有电流通过相当于开路。
因此，线圈两端的电压被并联的压敏电阻得到有效的抑制，避免了尖峰电压的产生从而起到抑制电磁干扰的作用。
这种方法不浪费电能比上述做法更节能经济，抑制过电压也更明显是非常优秀的选择。
另外，由于压敏电阻独特的双向特性基本对称，在交流接触器中也可抑制过电压的产生。
3-3在真空接触器线圈两端反向并联二极管
由电磁感应定律可知，通过感应电流会产生磁场，它永远阻止着原先磁场的变化。
在真空接触器的线圈失电时，感应电压与电流与原电压和电流方向相同。
此时通过在真空接触器线圈上并联反向续流二极管，就可以巧妙的利用二极管的单向导电特性，当真空接触器线圈断电时反向并联的续流二极管立刻导通，起到续流线圈中电流的作用，所以称“续流二极管”；
以此来降低电流变化率，使di/dt波形平缓，防止尖峰电压的产生以此来抑制电磁干扰。
由于二极管的特性，当真空接触器线圈通电正常工作时，二极管反向截止不通电相当于开路，也不浪费电能，在真空接触器线圈两端反向并联二极管的方法非常理想。
3-4在真空接触器线圈上并联容阻网络。
此做法主要用于交流电路中，在压敏电阻没有得到广泛使用前，它曾是交流电路的主要阻尼手段。
那为什么交流接触器不采用上述措施呢？
是因为电路里几乎没有与交流接触器连接的电子元件，只有控制其通断的接触器辅助触点。
真空接触器触点不可能被击穿，所以用不上。
可在我们看不到的地方，空气会冒火由于被电离导电。
如果线圈耐压至比空气击穿电压值还要大，这样限压措施就没有用武之地了。
然而还有一些交流接触器线圈电路里面没有采取限制过电压措施。
如果用双向可控硅或其它电子元件来控制线圈的通断电，就需要考虑其耐压值了。
最常用的方法是并联合适的R-C抑制器与压敏电阻在可控硅两端来实现对可控硅的保护。
从而保证现有真空接触器的最大价值利用。
R-C回路，其最大的特征是加速线圈失电。
在接触器失电后，其线圈储存的能量经由并联的R-C抑制器来释放同时也可以阻尼振荡，使真空接触器线圈失电动作加速，从而保证触点动作迅速。
在真空接触器处于平常工作状况下时，由于电容的作用使得R-C回路上没有大电流出现，因此不仅规避能量损耗还防止烧坏电阻。
，由于电容端电压不能突变、电阻可以能量吸收。
所以适当的电容值使得吸收器对陡波响应迅速，能平缓感性过电压L*di/dt的陡度，与电容并联的电阻在过电压波通过时可以吸收部分能量，加快震荡的衰减过程。
抑制瞬态感应过电压使di/dt平缓降低EMI影响。
其中电容器一方面可使感应过电压L*di/dt的变化波形得到有效减缓，另一方面也可使波阻抗减小，所以避免得尖峰电压的产生，实现真空接触器的低EMI驱动。
一些人对于交流接触器还有很多认识误区，想当然认为线圈失电时不会产生感应过电压，认为保护措施是多余的。
这种想法是错误的。
这时因为交流接触器线圈的感应电压不是固定的。
假若接触器在线圈电流过零时刚刚断开，这时它不会产生感应电压，所以任何保护措施都是多余的。
但在通常情下接触器随机断电的，不容易控制在刚过零断开。
接触器线圈断开时任何一点电流，由于di/dt都会产生感应电压。
如果接触器断开时候电流最大，这时的感应电压L*di/dt也是最大。
应用广泛的施耐德R-C抑制器和施耐德交流接触器（就以应用普遍的以LC1-D09来说）参数如下所示:
接触器线圈两端电压:
=220V,50Hz线圈内阻
=505Ω（20℃）,L=11.5H。
与线圈并联的R-C抑制器的电容C=0.22uf;
与电容串接电阻R=220Ω。
通过搜寻测试结果，得到在最糟糕的情况下（电流最大时线圈断开），实验所的感应过电压为330V（峰值）。
为了确定上述实验的准确性，不妨假设实验测得结果正确无误，由查曲线法重新确定R-C抑制器的参数:
过电压系数：
K=
/
=330/220=1.5,查K—P关系曲线，得：
/W=1.9,对应P=0.2。
由于
/W=1/（2πf*
）=1.9,因此，C=1/
=1/
=0.24*
F.
由P=（R+
）/（2*
）,得R+
=2*P*
=2*0.2*
=2746Ω。
通过上述数据可以看出，电容值C准确无误，可是电阻值出现差错为2746Ω，与R-C吸收器中电阻值220Ω产生极大偏差，究竟是如何造成这样偏差呢？
为何耐德选择小电阻值而不选择大电阻值，通过计算两种电阻下220Ω与2746Ω电阻消耗的功率:
因为正常工作时R-C支路一直有交流电流，会产生短暂的感应过电压，因此，电阻的功率可由长期发热情况确定。
*R=
*R/[
],
分别将R=220Ω和2370Ω。
220V,C=0.22uF代入解得，R=220Ω时功率为0.O5W,2370Ω时功率为0.53W后者功率是前者的十倍多。
考虑到R-C吸收器是一直接入电路的，所以考虑经济原因，功耗越小越好，因此施耐德R-C吸收器不选大电阻而用小电阻。
所以阻容回路里电阻一般选的较小。
3.4本章小结
本章分别介绍了在真空接触器线圈两端并联电阻，在真空接触器线圈两端并联压敏电阻，在真空接触器线圈两端反向并联续流二极管，在真空接触器线圈两端并联阻容吸收装置，四种通过减小电流变化率di/dt来避免尖峰电压的产生从而抑制EMI来实现真空接触器低EMI驱动的电路设计。
并且分别比较四种方法的优缺点，分析了第一种方法在实际应用中存在的三种问题分别是；
（1）在真空接触器通电过程中电阻抑制在浪费着电能，从而造成经济资源的白白浪费。
（2）通过并联电容我们所得到的等效电阻值与期望值存在差距，当线圈电阻值大于规定值时（真空接触器的使用和选择有正规的规则:
（3）主变进线间隔，母线间隔缺少重合闸，当线圈电阻太大情况下，会对接触器返回产生影响，严重的还会烧坏线圈.会影响接触器的可靠返回，有可能使合闸线圈烧坏。
建议采用后三种方法实现真空接触器的低EMI驱动。
鉴于以上原因，我们对于新换合闸接触器线圈电阻的要求是不大于450Ω。
最后虽然压敏电阻已大幅度削减过电压幅值，但它对抑制冲击压的波前陡度方面作用不明显，而RC保护能有效地降低波前陡度抑制瞬态过电压的尽可能产生避免尖峰电压，压敏电阻对过电压倍数较大时，效果较好。
第4章总结与展望
4.1工作总结与展望
真空接触器在工业生产中的普遍应用，由此带来的EMI干扰危害问题日益严重。
真空接触器研究的不断进步与成熟，真空接触器作为生产生活应用中重要器件，也会越来越重要。
真空接触器的低EMI驱动变得日益迫切，如何抑制真空接触器在快速通断过程中产生的电磁干扰有助于真空接触器的广泛应用。
本文首先介绍了真空接触器以及所带来的电磁干扰问题，阐述了EMI产生的原因和它带来的危害，
其次，第二章通过介绍真空接触器的驱动原理分析了EMI产生的原因，得出真空接触器高速开断动作会产生的极高的电压与电流瞬变能够导致严重的电磁干扰（EMI）的结论。
针对di/dt经由寄生电感迸生脉冲电压，由线圈的等效电路可知会产生高频振荡。
因此得出di/dt是真空接触器产生电磁干扰的重要因素。
第三章针对此提出了抑制EMI的方法，设计出相应真空接触器低EMI驱动的电路。
在有强干扰源的环境中，二次接线端子和真空接触器处增设保护续流二极管或压敏电阻。
对于电动机、脱扣器和并锁电磁铁等这一类感性控制元件，并联压敏电阻不但可削弱干扰电压的幅值，而且试验中还观察到，能使干扰电压中的高频震荡部分频率明显降低，这时因为压敏电阻结构中固有的等值大电容增大了线圈电感L组成谐振回路中并联电容C的缘故。
分别通过在真空接触器线圈两端并联电阻、在真空接触器线圈两端并联压敏电阻、在真空接触器线圈两端反向并联二极管、在真空接触器线圈上并联容阻网络这四种方法实现真空接触器的低EMI驱动。
第一种方法；
并联电阻的作用是当真空接触器线圈断电时，并联电阻可以与接触器等效的R、L构成电流流通回路，构成的电流流通回路降低了di/dt，从而自感电动势L*di/dt降低。
此种方法不经济不建议使用。
对于第二种方法；
压敏电阻工作原理是两端的电压不高于敏感电压时，相当于开路、电阻无限大；
这种方法不浪费电能比
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