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交流接触器寿命测试系统设计
摘要根据交流接触器线圈温升的产生原理，通过对温升产生的主要因素仿真分析，利用计算机仿真系统，得出对交流接触器电磁系统的最佳改进方案、并通过产品改进前、后的对比试验验证，取得了满意的效果，为解决接触器线圈温升过高问题提供参考。
关键词交流接触器；电磁系统改进；测试分析
交流接触器是一个成熟的电气控制执行器件，广泛用于远距离、频繁地接通与分断电路，所以交流接触器的寿命就成为大家所关注的问题。影响交流接触器寿命的一个主要因素就是磁系统寿命，而影响磁系统寿命的一个重要指标就是线圈温升。本文通过使用仿真技术对影响线圈温升的几个方面进行仿真分析，并通过对比测试，取得满意效果，为交流接触器磁系统的改进提供依据。
1接触器线圈温升产生原理
电磁式交流接触器主要由灭弧系统、触头系统和电磁机构组成。交流接触器的电磁机构一般可分为双u转动式、单u直动式和双e直动式；交流接触器的工作过程可分解为：上电吸合过程、带电保持、断电释放过程。吸合、保持、释放的过程都是一个机电能量转换的过程。
接触器的动作特性，要满足吸、反力特性的配合。电磁吸力是指通电后线圈产生的电磁力；反力则主要包括反力弹簧、触头弹簧的反用力以及各动作机械部件之间的摩擦力等。
接触器的动作过程包含了电磁、发热、机电能量转换的过程。对于交流电磁线圈系统，接触器损耗划分为铜耗和铁耗两大部分；磁导体中由于存在磁滞和涡流现象导致的功率损耗，称之为铁损。此损耗与磁感应强度有关，感应强度越大，铁损越大，且其关系是非线性的。
交流接触器的线圈大多都是由铜质漆包线线绕制，这些铜导线在有电流流过是由于其具有电阻而消耗部分功率，这部分损耗通常会以发热形式而消耗掉，这种损耗称之为“铜损”。
铜耗和铁耗是影响线圈温升的两个主要因素。要降低线圈温升就要在电磁机构的吸力和反力特性配合的允许范围内对线圈、铁芯、弹簧进行参数调整。
2仿真分析
1）仿真模型的磁感应强度。为了分析以某产品的磁系统特性，首先建立该产品的仿真模型，从仿真模型的磁感应强度分布图上看出，电磁铁处于吸合位置时，电流最大处磁轭和衔铁上磁感应强度b的分布情况，如图1所示。
图1磁轭和衔铁上b的分布图
从仿真图中我们可以看出有三处出现了磁感应强度过大现象。磁感应强度增大，铁损增大，从而升高了线圈温升。
衔铁磁感应强度过大的原因为此处存在一个较大区域的通孔，导致磁感应强度b在该处必须沿着通孔两侧流通，由于通孔两侧空间较窄，导致b增大。
磁轭两处磁感应强度过大处为短路环包围区域，而磁极表面被短路环包围面积占总磁极表面的最佳比例应在0.85~0.95之间，现在该比例为0.625。
2）仿真线圈参数变化对线圈温升的影响。首先根据出现有状态下的线圈温升曲线，通过仿真计算得出该产品的电磁吸力远大于弹簧可以输出的最大反力。为我们更改线圈参数提供了余量空间。
在现有状态的基础上只把线圈线径增大6%后仿真得出的线圈温升数据，此时仿真得出的电磁吸力比现有状态要小20%，但是仍然大于弹簧可以输出的最大反力。
如果在现有状态的基础上只把线圈匝数增加10%后仿真得出的线圈温升数据，此时仿真得出的电磁吸力比现有状态要小35%，但是仍然大于弹簧可以输出的最大反力。
3设计改进
1）铁芯设计改进。通过图1对磁感应强度的仿真中我们可以看出，有三处的磁感应强度过大，所以我们对导致磁感应强度过大的原因进行设计改进。图2为设计改进后的磁轭。
将衔铁通孔的位置下移，避开磁感应强度过大的区域，并在磁感应强度过大的拐角处增加斜面设计，加大磁感应强度b的流动空间，使磁感应强度b流通顺畅。
图2改进后的磁轭
将磁轭两磁极表面被短路环包围面积加大，加大磁感应强度b的流动空间。
2）线圈参数设计改进。经过计算绕线空间的余量，最后确定把线径增大3%。线径变化导致电磁吸力的变化，经过计算变化后的吸力仍然可以满足电磁机构的吸力和反力特性试验要求。
3）试验验证。为了验证我们经过上述仿真以后，对铁芯和线圈的设计改进后的效果，把原产品和改进了铁芯和线圈后的产品一起进行了线圈温升实验验证。所有实验产品都一起进行，保证了实验条件的一致性。实验结果见表1。
通过对实验数据分析，使用改进后的铁芯和线圈的产品，线圈温升降低效果显著，温升下降达了40k。充分说明了使用仿真技术在交流接触器电磁系统改进中的设计是可行和有效的。
4结束语
本文介绍了仿真技术在交流接触器设计中对于降低线圈温升方面的应用，对其进行了详细阐述。在仿真分析的基础上进行试验验证，从试验结果可以看出采用改进后的铁芯和线圈的产品，线圈温升降低效果显著。目前在交流接触器的设计改进中，主要凭借以往的经验以及大量的实验，如果采用仿真技术后，就能节约大量的人力、物力以及宝贵的时间，大大缩短产品设计改进周期，效益是非常可观的。通过对仿真方法和试验结