一種采用交流接觸器作開關主觸點的新型ATSE產品
深圳市強電通科技有限公司技術開發部 魏明
摘要：比較了目前常見各種ATSE的優缺點，闡述了以單片機為核心的新型控制器加兩個接觸器的新型ATSE產品的優點，以及接觸器可以作為ATSE開關主觸點元件的依據，從而說明這一新型ATSE產品具有的廣闊應用前景。
關鍵詞： ATSE 接觸器 可靠性 接觸器線圈 觸點粘聯 使用壽命
在國家的設計規范中規定了消防負荷要采用兩路電源供電，并且要在最末一級配電處實現切換，所以雙電源切換開關（ATSE）在目前的建筑工程中使用逐漸增多，許多中小廠家看到有利可圖，紛紛上馬推出了各種ATSE產品，全國目前有幾百家廠家都在生產ATSE產品，這些ATSE產品的質量參差不齊，一些有缺陷的ATSE產品的大量使用，存在著很大的安全隱患。目前在消防負荷配電箱內實現雙電源切換主要有以下幾種方法：
1.用兩個接觸器作為開關主觸點元件、用搭接的控制線路來實現兩路電源自動切換的形式：這是最早出現的雙電源切換的作法，用兩個接觸器的常閉輔助觸點在接觸器線圈回路中互鎖，保證只有一個接觸器吸合，用中間繼電器的線圈作為常用電源的檢測元件，當常用電源失電時，接在常用電源上的中間繼電器失電釋放，中間繼電器的觸點使常用電源接觸器釋放、備用電源接觸器吸合，從而實現兩個電源之間的切換。這種方式有以下的缺點：用一個中間繼電器的線圈來檢測電源的方法過于簡單，由于中間繼電器只能接在常用電源三相中的一相上，如果恰好是未接中間繼電器的相線出現斷線后引起電源缺相的故障，由于中間繼電器所在相的電壓是正常的，所以中間繼電器不會動作，也就不會切換；這種檢測方式只能檢測到電源電壓過低的電源故障，對于電源電壓過高的情況不能檢測到，所以這種方式不能實現在常用電源出現所有故障情況時都能切換到備用電源上，這種方案還有一個很大的缺陷，就是接觸器線圈容易燒毀，由于處于接通狀態的接觸器處于長期帶電工作的狀態，線圈發熱量比較大，如果電壓再偏高的話，接觸器的線圈就容易燒壞，由于以上的缺點，這種方式已經趨于淘汰，用的比較少了，但這種方式具有價格低、接觸器動作簡單可靠的優點。
2.采用斷路器作為開關主觸點元件的電動操作的CB級ATSE：采用電動機操作兩個斷路器，實現雙電源切換的一種CB級ATSE。這種ATSE由于是是采用電動機來操作斷路器，而電動機是一種適合于做連續的圓周運動的動力源，并不適合于做一個短距離往復式的直線運動來實現一個扳動斷路器手柄的動作，所以要增加一套復雜的機械結構才能實現通過電動機操作斷路器的手柄，這種ATSE的機械機構復雜，運動部件多，容易出現脫扣、卡阻等機械故障。ATSE的主要作用是可靠的切換電源，短路保護并不是ATSE必備的功能，CB級ATSE增加了短路保護這種可有可無的功能，反而會使ATSE的可靠性降低。普遍認為這種CB級的ATSE的可靠性較低。
3.采用負荷開關作為主開關元件的電動操作的PC級ATSE：這種ATSE的缺點也是由于采用電動機作為動力源，機械結構會復雜些。
4.一體化電磁操作的PC級ATSE：這種ATSE的開關本體由模具專門制造，主觸點類似于斷路器，由勵磁線圈通電后產生的電磁力帶動杠桿機構動作，從而使常用電源觸點分斷，備用電源觸點閉合，完成從常用電源到備用電源的切換。由于勵磁線圈通電后產生的運動是一種距離短的直線型往復運動，適合于實現主觸點的閉合與分斷的動作，所以這種ATSE的機構簡單，運動部件少，可靠性較高。
以上是目前國內常見的幾種ATSE的類型，深圳市強電通科技有限公司（www.zggrain.com）近期推出了一種不同于以上四種類型的另外的一種國內首創的新型PC級QTS1系列ATSE產品，這種ATSE是由一臺裝在配電箱面板上的以單片機為核心的高性能控制器和兩個裝在配電箱內的接觸器組成的，兩個接觸器作為常用電源和備用電源的開關主觸點元件，這種ATSE看似與第1種方式相同，其實兩者完全不同，在第1種方式中沒有控制器，只是靠搭接一個簡單的繼電器線路來實現的，在QTS1型ATSE產品方案里，一臺以單片機為核心的高性能控制器是整個ATSE的核心，控制器不僅能完成對接觸器的手動控制和自動控制，還能實現對常用電源、備用電源的共六路電壓信號的實時監測和燈光顯示，三相電源中任何一相的欠壓、過壓、缺相均能檢測到，并執行相應的操作；控制器具有RS485通訊接口，能向上位機傳送各種信息；接觸器采用了勵磁調節電路節能驅動，接觸器線圈功耗很低，長期帶電工作無明顯溫升。在這種ATSE產品方案里，兩個接觸器僅僅是起到兩個開關的作用，起到一個執行控制器命令的作用。這種ATSE產品方案保留了第1種方式的接觸器動作簡單可靠、價格低的優點，克服了第1種方式的檢測簡單、功能不完善，接觸器線圈容易燒毀的缺點，是一項填補國內空白的新型ATSE產品。
一提起用接觸器作雙電源切換，許多人立即就會聯想到低性能，認為用接觸器作雙電源切換是不可靠的，其實這是一種誤解，用兩個接觸器搭接一個控制線路來實現雙電源切換的方式是不可靠的，但并不是所有的接觸器都是不可靠的，接觸器是一種使用歷史很長，制造技術非常成熟的電氣元件，接觸器主要用來頻繁的控制電動機的啟動和停止，電動機在啟動的瞬間有額定電流六～七倍的峰值啟動電流，只要選擇質量可靠、額定電流合適的接觸器來實現電動機的頻繁操作是絕無問題的，如果接觸器真的是一種不可靠的電氣元件，為什么不早就淘汰了，直到今天還在大量的使用接觸器呢？
說接觸器做雙電源切換是不可靠的主要有兩種觀點：
一種觀點說用接觸器做雙電源切換，接觸器的線圈容易燒壞，不錯，早期用兩個接觸器搭接一個控制線路來實現的ATSE方案確實存在這樣的問題，因為在這種方案里，接觸器的線圈是直接接在電源上的，電源電壓升高，接觸器線圈兩端電壓也升高，如果電源電壓持續偏高，接觸器線圈就有可能燒壞，但是，在QTS1型的ATSE產品方案里，接觸器線圈不是簡單的直接接在電源上，而是接在控制器的輸出端子上，接觸器由控制器內的一個特殊的勵磁調節電路來驅動，接觸器線圈功耗大幅降低，接觸器長期帶電工作無明顯溫升，接觸器線圈更不會因電源電壓升高而發熱燒壞了，所以，說接觸器做雙電源切換不可靠的這條原因，在QTS1型的ATSE產品里已經不成立了。（如圖1所示）
另外一種觀點說接觸器容易發生觸點粘聯，發生觸點粘聯有兩方面的原因，一種原因是接觸器制造方面的原因，一些小廠生產的劣質接觸器，觸點制造工藝不過關，觸點材料選用廉價的材料，觸點載流量低，容易發生觸點粘連，如果是正規大廠經過3C認證的合格接觸器是不會出現這樣的問題的。另外一種原因是接觸器選型不當造成的，觸點的電流余量過小，也容易造成觸點粘聯，如一臺22KW的電動機，額定電流約為44A左右，按AC-3的工作狀態選擇50A的接觸器即可，電動機實際工作時啟停過于頻繁，這時50A的接觸器就有可能會出現觸點粘聯的現象，如果選擇的是63A或者是80A的接觸器，就不會出現觸點粘聯的情況了。所以只要選擇正規大廠經過3C認證的合格接觸器，選擇接觸器的觸點額定電流時適當大一些，留有足夠的電流余量，就不會出現觸點粘聯的現象。
雙電源切換開關在觸點接通的瞬間，不承擔像啟動電動機那樣的一個峰值電流，或者即使有峰值電流，也比電動機啟動時的6～7倍峰值電流要低很多，因為雙電源切換配電箱下端所接的負荷多數為混合性負載，比如應急照明等，所以雙電源切換開關在觸點接通的瞬間的峰值電流不大，即使雙電源切換配電箱下端所接的是一個純電感性的電動機負載，比如一臺排煙風機（如圖2所示），雙電源切換開關也不承擔這臺排煙風機啟動的峰值電流，因為排煙風機的啟動和停止是靠接觸器KM3來控制的，不是靠排煙風機配電箱的進線雙電源開關來控制的，在排煙風機配電箱的進線雙電源開關剛接通的瞬間，排煙風機是處于停止狀態的，KM3主觸點也是斷開的，除了二次控制回路很小的電流外，基本可以看做是空載接通，所以不承擔排煙風機的峰值啟動電流。
所以，用作雙電源切換的接觸器的工作狀況比用作控制電動機啟停的接觸器的工作狀況要寬松的多，在接通的瞬間不承擔或承擔很小的峰值電流，所以發生觸點粘連的可能性很小，試想一下，既然接觸器能用來控制一個帶有六～七倍啟動峰值電流的電動機負荷，為什么就不能用來作一個不帶啟動峰值電流（或峰值電流較小）負荷的雙電源切換工作呢？
此外，在雙電源切換電器的國家標準GBT14048.11中，第21頁附錄A的A3條明確說明接觸器是可以作為ATSE的主觸點開關電器。所以用接觸器來做ATSE，不管是從國標中的規定、實際使用的效果、理論上的分析均是可行的。
此外，接觸器的機械壽命達到500萬次～1000萬次，電氣壽命50萬次～100萬次，而目前國內生產的各種CB、PC級ATSE的電氣壽命只有幾千次，所以用接觸器做主觸點開關的QTS1系列ATSE可以說是目前使用壽命最長的ATSE產品了。
綜上所述，以單片機為核心的新型ATSE控制器加兩個接觸器新型QTS1系列ATSE產品具有很高的性價比，必將得到廣泛的應用。
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