永磁式接觸器與傳統電磁式接觸器相比具有：節能， 可靠性高， 無噪音污染等優點。 本文對電磁式接觸器和永磁式接觸器的靜態磁場特性進行了計算分析， 計算結果可為永磁式接觸器的開發提供了強有力的技術支援， 並大大縮短產品的開發週期， 降低開發成本。
1前言接觸器是一種用於遠距離頻繁接通與斷開交直流主回路及大容量控制回路的主令電器。
主要應用工礦業主電路的控制，
在自動控制系統中、工業用電中具有廣泛的應用。
由於傳統的電磁式接觸器在長期工作制中依靠電磁線圈通電產生的電磁力來保持供電的持續性。
永磁式接觸器是一種新型的接觸器， 它採用永磁保持， 電磁操動， 電子控制的方式來實現接觸器所有功能， 具有無能耗、無噪音保持， 快速操動， 智慧控制等特點。 是新一代節能降耗的電器產品[4-5]。
2永磁式接觸器的工作原理與特點2.1永磁式接觸器的結構特點
如圖1所示， 永磁式接觸器與傳統電磁式接觸器在結構外形上沒有本質上的區別。
由於永磁式接觸器在保持階段不需要通電， 因此， 接觸器的動、靜鐵心不需要價格相對較貴的矽鋼片， 而是採用普通的軟磁鋼即可。 好處是材料價格較低、加工工藝簡單。
圖1 永磁式接觸器的操作機構圖
2.2永磁式接觸器的工作原理
永磁式接觸器不工作時， 動靜鐵心處於釋放狀態， 這種狀態靠反力彈簧來維持。 因此， 永磁式接觸器按照永磁機構的工作方式來看， 單穩態永磁機構最適合於接觸器的工作。
一旦給電磁線圈通電， 線圈電流在動靜鐵心的端面產生磁場， 使動鐵心從釋放位置快速運動到吸合狀態， 由於在吸合過程中， 氣隙變小， 電磁力和永磁力越來越大，
在電磁吸合過程中， 一方面要完成接觸器由釋放狀態變成吸合狀態的功能， 同時， 在吸合運動過程中電磁力和永磁力合力還為接觸器的反力彈簧儲能， 以備接觸器的釋放[6-8]。
接觸器釋放時， 電磁線圈通電產生與永磁體磁場方向相反的磁場， 削弱永磁體產生的永磁力， 配合反力彈簧驅使接觸器斷開。 釋放速度快， 有效減少釋放期間觸頭電弧的燃燒時間。 提高可靠性和觸頭的電氣壽命。
2.3永磁式接觸器的特點
2.3.1高節能
在長期工作制中， 動靜鐵心吸合後， 永磁式接觸器的電磁線圈不需要通電，
表1永磁式接觸器與傳統電磁式接觸器耗能一覽表
2.3.2可靠性高，免維護
由於永磁式接觸器在吸合階段的保持力僅靠永磁體提供的永磁力，不需電磁線圈通電產生電磁力來保持。因此，永磁接觸器在吸合保持階段不受系統電壓的穩定性影響，永磁體為吸合保持提供恒定的壓力。永磁式接觸器配用電子式控制可實現高可靠、免維護的效果。
2.3.3無溫升
傳統的電磁式接觸器靠電磁線圈通電產生電磁力克服彈簧的反作用力來保持主回路的長期閉合。因此，電磁式接觸器運行一段時間後，必然造成溫度升高，一旦線圈散熱不良就將造成線圈燒毀的現象。然而，永磁式接觸器吸合後，電磁線圈中電流被截止，線圈中沒有電流流過。因此，在接觸器保持階段，沒有溫升，更不會導致電磁線圈燒毀。這也是提高可靠性的重要方面。
2.3.4無噪音污染
由於傳統的電磁式接觸器在吸合階段的電磁力以電源頻率的2倍做週期性的變化。從而造成動靜鐵心產生振動並發出噪音。同時，也會造成動靜鐵心之間發熱。
永磁式接觸器在接觸器的保持階段不需要通電。因此，系統電壓的波動不會對永磁式接觸器的工作產生影響[9]。
3接觸器的靜態磁場計算3.1傳統電磁式接觸器的靜態磁場計算
傳統電磁式接觸器中不含永磁體。因此，在吸合和與保持階段的力主要由電磁線圈通電來提供。圖2是接觸器接到吸合命令，電磁線圈通電產生電磁力驅使動鐵心帶動觸頭閉合過程的磁場分佈圖。電磁式接觸器不含永磁體，整個吸合過程僅靠電磁力來完成，並完成給反力彈簧儲能的任務。可見，電磁式接觸器的吸合速度難以提高，同時，吸合過程中電弧預燃的時間較長。對觸頭的燒蝕嚴重，影響觸頭的電壽命。
圖3是電磁式接觸器閉合保持階段的磁場分佈圖。在閉合保持階段，電磁線圈通電產生的保持力必須滿足兩個方面的要求：一是滿足額定的觸頭壓力，避免系統電壓的波動造成接觸器釋放。二是克服反力彈簧的反力，為接觸器斷開提供動力。在電磁線圈通電保持的過程中，會發生溫度升高、電壓不穩定造成的噪音等不利因數。溫度升高導致線圈燒毀僅僅是一個方面，溫度升高還可能影響觸頭的載流能力。也就是說，電磁線圈通電發熱可能會引起電氣故障。
圖2 電磁機構吸合過程中磁場分佈圖
圖3 接觸器保持階段磁場分佈圖
3.2永磁式接觸器的靜態磁場計算
永磁式接觸器與電磁式接觸器不同。不管是在閉合過程、釋放過程還是保持過程中，都有永磁體產生磁場的參與。
在吸合運動過程中，由電磁線圈通電產生的電磁力和永磁體產生的永磁力共同作用，驅使動鐵心帶動觸頭完成閉合運動。在這個過程中，電磁場與永磁場的方向相同，兩者產生的電磁力與永磁力相加。而且，觸頭之間的距離越近永磁力增加得越快，有利於提高吸合速度，減少電弧預燃時間，達到有效保護觸頭受燒蝕得目的。增加觸頭得電壽命。吸合過程中的磁場分佈圖如圖4所示[10]。
在保持階段，電磁線圈斷電，其保持力由永磁體單獨提供的永磁力來實現保持。這個階段就是永磁式接觸器的最大特點：節能。同時，也不存在傳統電磁式接觸器帶來的噪音、溫升等環境污染。保持狀態的磁場分佈圖如圖4所示。
圖4 吸合過程電磁與永磁產生的合成磁場分佈圖
圖5 永磁式接觸器單獨由永磁體產生的磁場分佈圖
在接觸器釋放階段，電磁線圈方向激磁，抵消永磁體磁場所產生的力，在反力彈簧的作用下接觸器斷開。在釋放過程中，隨著鐵心之間的氣隙越來越大，永磁力越來越小。因此這種特性有利於提高接觸器的斷開速度，減少電弧燃燒時間。圖6給出了釋放過程中，電磁線圈反向激磁與永磁體磁場合成的分佈圖。
圖6 永磁式接觸器釋放反向激磁的磁場分佈圖
值得注意的是：在永磁式接觸器電磁線圈的設計過程中一定要考慮反向過激磁的問題。因為反向過激磁是不利於提高釋放速度的。因此，既要保證電磁線圈正向激磁能夠快速完成吸合運動，又要滿足在釋放過程中不能反向過激磁的要求。
4 結論傳統電磁式接觸器因其保持階段主要靠電磁線圈通電產生的電磁力來實現。因此，長期通電必將浪費許多電能，改變這種靠電磁線圈通電產生保持力的方式是達到節能的根本方法。同時，噪音污染、可靠性低也是需要改進的重要方面。
永磁式接觸器採用永磁保持、電磁操動，電子控制的方式可完全實現傳統電磁式接觸器的所有功能。與傳統電磁式接觸器相比具有節能、可靠性高，無噪音污染、無溫升等優點。
由於接觸器作為一種主控電器在工農業的各個領域廣泛應用。因而，永磁式接觸器的推廣應用將會帶來巨大的節能效應。既緩解了電能供應的壓力，又給電能用戶帶來了經濟效應。
當然，永磁式接觸器還處於剛剛開發的階段，還有許多問題需要做進一步的理論研究，如：電子控制器與機構的合理配合；釋放階段電磁線圈反向激磁的問題等。
（摘編自《電氣技術》，原文標題為“微功耗永磁式接觸器的研究”，作者為譚東現、牟堅等。）
2.3.2可靠性高，免維護
由於永磁式接觸器在吸合階段的保持力僅靠永磁體提供的永磁力，不需電磁線圈通電產生電磁力來保持。因此，永磁接觸器在吸合保持階段不受系統電壓的穩定性影響，永磁體為吸合保持提供恒定的壓力。永磁式接觸器配用電子式控制可實現高可靠、免維護的效果。
2.3.3無溫升
傳統的電磁式接觸器靠電磁線圈通電產生電磁力克服彈簧的反作用力來保持主回路的長期閉合。因此，電磁式接觸器運行一段時間後，必然造成溫度升高，一旦線圈散熱不良就將造成線圈燒毀的現象。然而，永磁式接觸器吸合後，電磁線圈中電流被截止，線圈中沒有電流流過。因此，在接觸器保持階段，沒有溫升，更不會導致電磁線圈燒毀。這也是提高可靠性的重要方面。
2.3.4無噪音污染
由於傳統的電磁式接觸器在吸合階段的電磁力以電源頻率的2倍做週期性的變化。從而造成動靜鐵心產生振動並發出噪音。同時，也會造成動靜鐵心之間發熱。
永磁式接觸器在接觸器的保持階段不需要通電。因此，系統電壓的波動不會對永磁式接觸器的工作產生影響[9]。
3接觸器的靜態磁場計算3.1傳統電磁式接觸器的靜態磁場計算
傳統電磁式接觸器中不含永磁體。因此，在吸合和與保持階段的力主要由電磁線圈通電來提供。圖2是接觸器接到吸合命令，電磁線圈通電產生電磁力驅使動鐵心帶動觸頭閉合過程的磁場分佈圖。電磁式接觸器不含永磁體，整個吸合過程僅靠電磁力來完成，並完成給反力彈簧儲能的任務。可見，電磁式接觸器的吸合速度難以提高，同時，吸合過程中電弧預燃的時間較長。對觸頭的燒蝕嚴重，影響觸頭的電壽命。
圖3是電磁式接觸器閉合保持階段的磁場分佈圖。在閉合保持階段，電磁線圈通電產生的保持力必須滿足兩個方面的要求：一是滿足額定的觸頭壓力，避免系統電壓的波動造成接觸器釋放。二是克服反力彈簧的反力，為接觸器斷開提供動力。在電磁線圈通電保持的過程中，會發生溫度升高、電壓不穩定造成的噪音等不利因數。溫度升高導致線圈燒毀僅僅是一個方面，溫度升高還可能影響觸頭的載流能力。也就是說，電磁線圈通電發熱可能會引起電氣故障。
圖2 電磁機構吸合過程中磁場分佈圖
圖3 接觸器保持階段磁場分佈圖
3.2永磁式接觸器的靜態磁場計算
永磁式接觸器與電磁式接觸器不同。不管是在閉合過程、釋放過程還是保持過程中，都有永磁體產生磁場的參與。
在吸合運動過程中，由電磁線圈通電產生的電磁力和永磁體產生的永磁力共同作用，驅使動鐵心帶動觸頭完成閉合運動。在這個過程中，電磁場與永磁場的方向相同，兩者產生的電磁力與永磁力相加。而且，觸頭之間的距離越近永磁力增加得越快，有利於提高吸合速度，減少電弧預燃時間，達到有效保護觸頭受燒蝕得目的。增加觸頭得電壽命。吸合過程中的磁場分佈圖如圖4所示[10]。
在保持階段，電磁線圈斷電，其保持力由永磁體單獨提供的永磁力來實現保持。這個階段就是永磁式接觸器的最大特點：節能。同時，也不存在傳統電磁式接觸器帶來的噪音、溫升等環境污染。保持狀態的磁場分佈圖如圖4所示。
圖4 吸合過程電磁與永磁產生的合成磁場分佈圖
圖5 永磁式接觸器單獨由永磁體產生的磁場分佈圖
在接觸器釋放階段，電磁線圈方向激磁，抵消永磁體磁場所產生的力，在反力彈簧的作用下接觸器斷開。在釋放過程中，隨著鐵心之間的氣隙越來越大，永磁力越來越小。因此這種特性有利於提高接觸器的斷開速度，減少電弧燃燒時間。圖6給出了釋放過程中，電磁線圈反向激磁與永磁體磁場合成的分佈圖。
圖6 永磁式接觸器釋放反向激磁的磁場分佈圖
值得注意的是：在永磁式接觸器電磁線圈的設計過程中一定要考慮反向過激磁的問題。因為反向過激磁是不利於提高釋放速度的。因此，既要保證電磁線圈正向激磁能夠快速完成吸合運動，又要滿足在釋放過程中不能反向過激磁的要求。
4 結論傳統電磁式接觸器因其保持階段主要靠電磁線圈通電產生的電磁力來實現。因此，長期通電必將浪費許多電能，改變這種靠電磁線圈通電產生保持力的方式是達到節能的根本方法。同時，噪音污染、可靠性低也是需要改進的重要方面。
永磁式接觸器採用永磁保持、電磁操動，電子控制的方式可完全實現傳統電磁式接觸器的所有功能。與傳統電磁式接觸器相比具有節能、可靠性高，無噪音污染、無溫升等優點。
由於接觸器作為一種主控電器在工農業的各個領域廣泛應用。因而，永磁式接觸器的推廣應用將會帶來巨大的節能效應。既緩解了電能供應的壓力，又給電能用戶帶來了經濟效應。
當然，永磁式接觸器還處於剛剛開發的階段，還有許多問題需要做進一步的理論研究，如：電子控制器與機構的合理配合；釋放階段電磁線圈反向激磁的問題等。
（摘編自《電氣技術》，原文標題為“微功耗永磁式接觸器的研究”，作者為譚東現、牟堅等。）