电网频率变化对开关电器性能的影响

电网频率变化对开关电器性能的影响

按50/60HZ设计的开关电器如果用于其他额定频率时，下列特性必须进一步考核。

1、载流部件的负载能力

和直流电流不同，交流电流不能沿直导线的整个截面均匀分布，越靠近导体表面，电流密度越大，这种情况随频率的增加而愈加严重。这种集肤效应使得导体截面只有一部分承载电流，导体的阻抗也随频率的升高而增大。在1KHZ频率下，导体的截面的利用率仅为20%，而在10KHZ时又降为8%。同时，高频交流电还会造成磁滞损耗和涡流损耗，且这种损耗随频率的升高而迅速增加。

工作电流的频率对导体本身和邻近的铁磁零件的影响会对载流部件的负载能力产生下列作用：

按50/60HZ交流电压设计的开关电器在较低的频率下至少可按相同的额定电流使用；但在较高的频率（100HZ以上）时，工作电流便常须降低，以便保证不会超过允许温升。例如在400HZ时，开关电器的允许负载能力会随钢制零部件所占比例的不同而下降到50%~80%。

2、通断能力

和直流电路比较，交流电路在灭弧方面有一个优点，即电弧在电流每次过零时熄灭。为了成功地分断燃弧电流，交流灭弧过程通过反电离使电弧间隙延长到恢复电压不能再使电弧重燃来实现。

在高频条件下，电流过零点一个接一个出现很快，电弧在每个半周保持的时间较短，因而使灭弧室内反电离的条件比50HZ时更为不利。

1）控制电动机的通断能力

高频条件下电动机的起动电流通常比50HZ时要高得多，200HZ时的起动电流可达额定电流的15倍，400HZ时则会高达额定电流的20倍。这些电动机的功率因数还可能降低到0. 25程度。

接触器用于高频条件时，其热特性会有所改变，因而必须降低其额定工作电流见表。频率f 允许工作电流

100HZ 0．933Ie

200HZ 0．871 Ie

300HZ 0．836 Ie

400HZ 0．812 Ie

2)50/3HZ和低于50/3HZ时接触器的通断能力

接触器在50/3HZ频率条件下，需二极串联（380V）或三极串联（500V）才能通断其在50HZ时的三极额定工作电流。

3）断路器的通断能力

中频发电机一般只能发出较低的短路电流。因此在较高频率条件下断路器的通断能力与50HZ时相比，虽有所降低，但通常不会造成什么问题。

在单相电源时，如果三极断路器二极串联使用，样本中给出的220~380V条件下交流额定通断能力可以保持不变。在380V~500V的交流条件下，为达到额定通断能力，断路器必须三极串联使用，在这种情况下只有一个极起开关作用。

3、电器寿命

对适合于频繁操作的开关电器例如接触器，电器寿命高是其特点之一。当频率偏离50/ 60HZ时电弧腐蚀的速率将变化，电寿命也会变化，实际寿命须按具体情况确定。

4、脱扣器和热继电器的动作性能

1)热脱扣器和热继电

热脱扣器和热继电器通常有双金属片。双金属片可由负载电流直接加热或由电流互感器的输出电流加热。

在500HZ以下，直热式双金属片主要由电流加热，其他各种附加的感应温升都小得可以忽略，因此其动作特性只比50HZ时稍快一点。但在500HZ以上，感应温升变得不可忽略，对动作特性也有相当大的影响。

当双金属片热继电器与具有较高过流系数的电流互感器相连时，在50~400HZ的频率下的动作特性会比50HZ时要快。

用于重载起动条件的带有速饱和电流互感器的双金属热继电器具有延时动作特性。在4 00HZ以下的频率范围内，其动作特性就会变得很快。

2）电磁脱扣器

使电磁脱扣器动作的决定因素是所加电流的幅值和持续时间，50HZ时，电磁脱扣器的

衔铁可在电流半波峰值时动作。半周时间内所产生的吸力就可以将衔铁完全拉到其终端位置。在高频条件下，半周的时间过短，不能完成这个过程，所以衔铁只能按电流有效值动作，从

而使动作电流值提高。

例如：某电动机保护断路器的额定电流10A，其电磁脱扣器的动作电流整定值为120A，当频率提高到100HZ时，动作电流可增加约30%而达到155A。

动作电流的增大，可造成电磁脱扣器失去对直热式热脱器的正常保护作用。

3）欠电压脱扣器和分励脱扣器

欠电压脱扣器和分励脱扣器的动作方式和螺线管相似，都具有频率特性。根据我国标准，脱扣器在下列电压范围内必须保证动作：

欠电压脱扣器 0..7~0.35Ue 分励脱扣器0.7~1.1 Ue 当频率变化时,为保持这个工作电压范围不变,其线圈必须按额定工作电压和额定频率绕制.

5、螺线管机构和电动机的性能

1)螺线管机构

交流电磁铁的拉力与其磁通密度的平方成正比,同时又和线圈电压的频率成正比.为保持拉力不变,工作电压必需随频率的变化而相应增减.

例如:某接触器线圈铭牌上给出的数据为220V,50HZ,欲用于60HZ的频率条件,其工作电压应变为U=60/50X220V=264V线圈的功率也按60:50的比例增加.

上面这种换算关系在40~60HZ的频率范围内应用.对于再高或再低的频率,按50HZ设计的螺线管机构就不能再用了.

2)电动机机构

三相电动机在频率偏差±5%的情况下仍能保持额定输出.

通用式电动机选择表中给出的1000W以下的输出功率适用于在样本给出的电压和频率,即11 0,120和220V交流50HZ条件下连续工作.不过在电压频率偏离额定值±5%,频率处于40~60 HZ范围时,电动机仍可保持额定输出功率.和螺线管机构时一样,电动机机构的工作电压也

须随频率偏离50HZ的程度相应调节.

6、结论

从上面的叙述中可以看出,只要考虑频率的变化对通断特性的影响,交流开关电器在约500HZ以下的其他频率条件下一般仍可使用.但对于操作机构,包括接触器的电磁线圈和辅

助脱扣器(欠电压脱扣器和分励脱扣器),则推荐采用不受电网频率变化影响的辅助电源,以便保持标准规定的工作电压范围.电磁脱扣器必须按具体条件进行校验.