一种采用交流接触器作开关主触点的新型ATSE产品

摘要：必较了目前常见各种ATSE的优缺点，阐述了以单片机为核心的新型控制器加两个接触器的新型ATSE产品的优点，以及接触器可以作为ATSE开关主触点元件的依据，从而说明这一新型ATSE产品具有的广阔应用前景。
关键词： ATSE 接触器 可靠性 接触器线圈 触点粘联 使用寿命

在国家的设计规范中规定了消防负荷要采用两路电源供电，并且要在最末一级配电处实现切换，所以双电源切换开关（ATSE）在目前的建筑工程中使用逐渐增多，许多中小厂家看到有利可图，纷纷上马推出了各种ATSE产品，全国目前有几百家厂家都在生产ATSE产品，这些ATSE产品的质量参差不齐，一些有缺陷的ATSE产品的大量使用，存在着很大的安全隐患。目前在消防负荷配电箱内实现双电源切换主要有以下几种方法：
1.用两个接触器作为开关主触点元件、用搭接的控制线路来实现两路电源自动切换的形式：这是最早出现的双电源切换的作法，用两个接触器的常闭辅助触点在接触器线圈回路中互锁，保证只有一个接触器吸合，用中间继电器的线圈作为常用电源的检测元件，当常用电源失电时，接在常用电源上的中间继电器失电释放，中间继电器的触点使常用电源接触器释放、备用电源接触器吸合，从而实现两个电源之间的切换。这种方式有以下的缺点：用一个中间继电器的线圈来检测电源的方法过于简单，由于中间继电器只能接在常用电源三相中的一相上，如果恰好是未接中间继电器的相线出现断线后引起电源缺相的故障，由于中间继电器所在相的电压是正常的，所以中间继电器不会动作，也就不会切换；这种检测方式只能检测到电源电压过低的电源故障，对于电源电压过高的情况不能检测到，所以这种方式不能实现在常用电源出现所有故障情况时都能切换到备用电源上，这种方案还有一个很大的缺陷，就是接触器线圈容易烧毁，由于处于接通状态的接触器处于长期带电工作的状态，线圈发热量比较大，如果电压再偏高的话，接触器的线圈就容易烧坏，由于以上的缺点，这种方式已经趋于淘汰，用的比较少了，但这种方式具有价格低、接触器动作简单可靠的优点。
2.采用断路器作为开关主触点元件的电动操作的CB级ATSE：采用电动机操作两个断路器，实现双电源切换的一种CB级ATSE。这种ATSE由于是是采用电动机来操作断路器，而电动机是一种适合于做连续的圆周运动的动力源，并不适合于做一个短距离往复式的直线运动来实现一个扳动断路器手柄的动作，所以要增加一套复杂的机械结构才能实现通过电动机操作断路器的手柄，这种ATSE的机械机构复杂，运动部件多，容易出现脱扣、卡阻等机械故障。ATSE的主要作用是可靠的切换电源，短路保护并不是ATSE必备的功能，CB级ATSE增加了短路保护这种可有可无的功能，反而会使ATSE的可靠性降低。普遍认为这种CB级的ATSE的可靠性较低。
3.采用负荷开关作为主开关元件的电动操作的PC级ATSE：这种ATSE的缺点也是由于采用电动机作为动力源，机械结构会复杂些。
4.一体化电磁操作的PC级ATSE：这种ATSE的开关本体由模具专门制造，主触点类似于断路器，由励磁线圈通电后产生的电磁力带动杠杆机构动作，从而使常用电源触点分断，备用电源触点闭合，完成从常用电源到备用电源的切换。由于励磁线圈通电后产生的运动是一种距离短的直线型往复运动，适合于实现主触点的闭合与分断的动作，所以这种ATSE的机构简单，运动部件少，可靠性较高。
以上是目前国内常见的几种ATSE的类型，深圳市强电通科技有限公司（www.szqdt.com）近期推出了一种不同于以上四种类型的另外的一种国内首创的新型PC级QTS1系列ATSE产品，这种ATSE是由一台装在配电箱面板上的以单片机为核心的高性能控制器和两个装在配电箱内的接触器组成的，两个接触器作为常用电源和备用电源的开关主触点元件，这种ATSE看似与第1种方式相同，其实两者完全不同，在第1种方式中没有控制器，只是靠搭接一个简单的继电器线路来实现的，在QTS1型ATSE产品方案里，一台以单片机为核心的高性能控制器是整个ATSE的核心，控制器不仅能完成对接触器的手动控制和自动控制，还能实现对常用电源、备用电源的共六路电压信号的实时监测和灯光显示，三相电源中任何一相的欠压、过压、缺相均能检测到，并执行相应的操作；控制器具有RS485通讯接口，能向上位机传送各种信息；接触器采用了励磁调节电路节能驱动，接触器线圈功耗很低，长期带电工作无明显温升。在这种ATSE产品方案里，两个接触器仅仅是起到两个开关的作用，起到一个执行控制器命令的作用。这种ATSE产品方案保留了第1种方式的接触器动作简单可靠、价格低的优点，克服了第1种方式的检测简单、功能不完善，接触器线圈容易烧毁的缺点，是一项填补国内空白的新型ATSE产品。
一提起用接触器作双电源切换，许多人立即就会联想到低性能，认为用接触器作双电源切换是不可靠的，其实这是一种误解，用两个接触器搭接一个控制线路来实现双电源切换的方式是不可靠的，但并不是所有的接触器都是不可靠的，接触器是一种使用历史很长，制造技术非常成熟的电气元件，接触器主要用来频繁的控制电动机的启动和停止，电动机在启动的瞬间有额定电流六～七倍的峰值启动电流，只要选择质量可靠、额定电流合适的接触器来实现电动机的频繁操作是绝无问题的，如果接触器真的是一种不可靠的电气元件，为什么不早就淘汰了，直到今天还在大量的使用接触器呢？
说接触器做双电源切换是不可靠的主要有两种观点：
一种观点说用接触器做双电源切换，接触器的线圈容易烧坏，不错，早期用两个接触器搭接一个控制线路来实现的ATSE方案确实存在这样的问题，因为在这种方案里，接触器的线圈是直接接在电源上的，电源电压升高，接触器线圈两端电压也升高，如果电源电压持续偏高，接触器线圈就有可能烧坏，但是，在QTS1型的ATSE产品方案里，接触器线圈不是简单的直接接在电源上，而是接在控制器的输出端子上，接触器由控制器内的一个特殊的励磁调节电路来驱动，接触器线圈功耗大幅降低，接触器长期带电工作无明显温升，接触器线圈更不会因电源电压升高而发热烧坏了，所以，说接触器做双电源切换不可靠的这条原因，在QTS1型的ATSE产品里已经不成立了。（如图1所示）
另外一种观点说接触器容易发生触点粘联，发生触点粘联有两方面的原因，一种原因是接触器制造方面的原因，一些小厂生产的劣质接触器，触点制造工艺不过关，触点材料选用廉价的材料，触点载流量低，容易发生触点粘连，如果是正规大厂经过3C认证的合格接触器是不会出现这样的问题的。另外一种原因是接触器选型不当造成的，触点的电流余量过小，也容易造成触点粘联，如一台22KW的电动机，额定电流约为44A左右，按AC-3的工作状态选择50A的接触器即可，电动机实际工作时启停过于频繁，这时50A的接触器就有可能会出现触点粘联的现象，如果选择的是63A或者是80A的接触器，就不会出现触点粘联的情况了。所以只要选择正规大厂经过3C认证的合格接触器，选择接触器的触点额定电流时适当大一些，留有足够的电流余量，就不会出现触点粘联的现象。
双电源切换开关在触点接通的瞬间，不承担像启动电动机那样的一个峰值电流，或者即使有峰值电流，也比电动机启动时的6～7倍峰值电流要低很多，因为双电源切换配电箱下端所接的负荷多数为混合性负载，比如应急照明等，所以双电源切换开关在触点接通的瞬间的峰值电流不大，即使双电源切换配电箱下端所接的是一个纯电感性的电动机负载，比如一台排烟风机（如图2所示），双电源切换开关也不承担这台排烟风机启动的峰值电流，因为排烟风机的启动和停止是靠接触器KM3来控制的，不是靠排烟风机配电箱的进线双电源开关来控制的，在排烟风机配电箱的进线双电源开关刚接通的瞬间，排烟风机是处于停止状态的，KM3主触点也是断开的，除了二次控制回路很小的电流外，基本可以看做是空载接通，所以不承担排烟风机的峰值启动电流。

所以，用作双电源切换的接触器的工作状况比用作控制电动机启停的接触器的工作状况要宽松的多，在接通的瞬间不承担或承担很小的峰值电流，所以发生触点粘连的可能性很小，试想一下，既然接触器能用来控制一个带有六～七倍启动峰值电流的电动机负荷，为什么就不能用来作一个不带启动峰值电流（或峰值电流较小）负荷的双电源切换工作呢？
此外，在双电源切换电器的国家标准GBT14048.11中，第21页附录A的A3条明确说明接触器是可以作为ATSE的主触点开关电器。所以用接触器来做ATSE，不管是从国标中的规定、实际使用的效果、理论上的分析均是可行的。
此外，接触器的机械寿命达到500万次～1000万次，电气寿命50万次～100万次，而目前国内生产的各种CB、PC级ATSE的电气寿命只有几千次，所以用接触器做主触点开关的QTS1系列ATSE可以说是目前使用寿命最长的ATSE产品了。
综上所述，以单片机为核心的新型ATSE控制器加两个接触器新型QTS1系列ATSE产品具有很高的性价比，必将得到广泛的应用。