作者：Art Pini

　　供暖、通風(fēng)和空調(diào) (HVAC)、壓縮機(jī)、泵、物料搬運(yùn)和包裝等應(yīng)用需要安全部署和控制在高電壓和電流下運(yùn)行的大型電機(jī)。控制這些大型電動機(jī)給設(shè)計人員帶來了一個問題，因為它們必須在電機(jī)和控制電路之間提供足夠的隔離。此外，高電壓和電流會產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁瞬變，從而損壞電子控制裝置。

　　電磁繼電器提供隔離遙控器，但有其自身的局限性。打開和關(guān)閉與大功率電機(jī)的電源連接會產(chǎn)生電弧，這些電弧會磨損繼電器觸點(diǎn)表面，從而縮短觸點(diǎn)壽命。

　　這個問題的解決方案是電磁接觸器，這是一種用于電機(jī)控制的特殊類別的繼電器。除了比繼電器更堅固的結(jié)構(gòu)和更大、更堅固的觸點(diǎn)外，它們還采用電弧抑制技術(shù)，包括特殊材料和更快的觸點(diǎn)閉合和斷開。

　　本文探討了電磁電機(jī)接觸器的基礎(chǔ)知識及其相對于其他電機(jī)控制方法的優(yōu)勢。然后，它使用來自 施耐德電氣 簡易特西斯家族.

　　接觸器的工作原理

　　電磁接觸器由構(gòu)建在“E”芯上的電磁鐵組成。具體來說，電隔離線圈同心纏繞在磁芯的中心支腿上。線圈由控制電壓源(可以是交流或直流)激勵。當(dāng)線圈通電時，電磁力拉入位于磁芯開口端的電樞(圖 1)。

　　圖 1：接觸器的簡化功能圖，顯示了處于斷電和通電狀態(tài)。(圖片來源：Art Pini)

　　電觸點(diǎn)以機(jī)械方式耦合到電樞。觸點(diǎn)布置因接觸器型號而異：它們可以是常開 (NO) 或常開和常閉 (NC) 的組合。可能有多個隔離的觸點(diǎn)。例如，三相接觸器將有三組電源觸點(diǎn)，每相一個。當(dāng)電樞拉入時，NC 觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合。此外，許多接觸器包括一組輔助的低功率觸點(diǎn)，用于監(jiān)控接觸器通電或斷電的狀態(tài)。

　　選擇接觸材料具有高強(qiáng)度、優(yōu)異的導(dǎo)電性以及抗電弧和氧化效應(yīng)。接觸幾何形狀設(shè)計用于處理預(yù)期的功率水平并抑制電弧。

　　接觸器的所有元件都包含在一個外殼中，該外殼對觸點(diǎn)進(jìn)行電氣絕緣，同時提供了一種連接電源、負(fù)載和線圈布線的簡單方法。外殼還提供安裝支撐，可以是面板或 DIN 導(dǎo)軌安裝形式(圖 2)。

　　圖 2：典型接觸器外殼示例;面板安裝(左)和 DIN 導(dǎo)軌安裝(右)。(圖片來源：施耐德電氣)

　　施耐德電氣Easy TeSys(DPE系列)接觸器安裝在僅45毫米(mm)寬的緊湊型外殼中，可安裝在面板或DIN導(dǎo)軌上。外殼的防護(hù)等級為 IP20，表明對手指的保護(hù)。該系列中的所有接觸器都包括一個常開輔助觸點(diǎn)。該系列三相接觸器已通過 UL/CSA 認(rèn)證，額定電流高達(dá) 32 安培，480 伏交流電 (HP/480 VAC) 和 25 HP/600 VAC 時功率為 20 馬力，具有各種控制線圈激勵電壓(表 1)。

　　表 1：施耐德電氣 Easy TeSys DPE 接觸器系列的精選示例顯示了該線路提供的工作電流和控制線圈電壓選擇范圍。(表源：藝術(shù)品尼)

　　這些設(shè)備的使用壽命約為 100 萬次電氣操作。Easy TeSys 接觸器適用于標(biāo)準(zhǔn) IEC 60947 中規(guī)定的使用類別中描述的應(yīng)用。各個接觸器的額定電流取決于利用率類別。例如，AC-1類別描述了負(fù)載為無感或僅略帶電感的應(yīng)用，例如基于電阻的爐子。這些應(yīng)用主要具有阻性負(fù)載，其瞬態(tài)電壓和電流問題較少。

　　AC-3 類涵蓋鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的應(yīng)用，其中電機(jī)已啟動，有時可能會斷開電源以停止電機(jī)。電機(jī)是電感裝置，啟動和停止操作會導(dǎo)致感應(yīng)瞬變，從而對接觸器施加更大的壓力。

　　AC-4 類別中的應(yīng)用對接觸器施加了更大的壓力。此類別包括鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)和滑環(huán)式電動機(jī)，可進(jìn)行反向電流制動和點(diǎn)動或點(diǎn)動。點(diǎn)動或寸步是“快速重復(fù)施加動力以從靜止?fàn)顟B(tài)啟動電機(jī)，以實現(xiàn)電機(jī)的小運(yùn)動。點(diǎn)動通常是指在全電壓下以短脈沖功率啟動電機(jī)。同樣，點(diǎn)動意味著以降低電壓的短脈沖啟動電機(jī)。多種功率應(yīng)用對接觸器產(chǎn)生最高水平的應(yīng)力。

　　將特定的Easy TeSys DPE接觸器與電機(jī)或類似的大功率應(yīng)用相匹配主要基于所處理的電流。施耐德電氣Easy TeSys目錄包含基于電機(jī)功率、利用率類別和所需使用壽命的選擇輔助工具(圖3)。

　　圖 3：基于 AC-3 使用類別電機(jī)的 Easy TeSys DPE 選擇指南，基于電機(jī)功率和所需的接觸器使用壽命。(圖片來源：施耐德電氣)

　　圖 3 是與被控制設(shè)備的利用率類別相關(guān)的三個選擇指南之一。它適用于使用類別AC-3，基本上是一種可能不經(jīng)常停止的電機(jī)。當(dāng)電機(jī)停止時，電流等于工作電流。例如，考慮為一臺 5.5 千瓦 (kW) 的 3 相電機(jī)尋找一個 Easy TeSys DPE 接觸器，工作電壓為 400 伏，工作電流為 11 A，所需的使用壽命為 200 萬次循環(huán)。從 400 伏電壓線開始，設(shè)計人員需要定位 5.5 kW，然后從那里向上投影一條線，直到它與 200 萬條操作線相交。最近的DPE模型軌跡(藍(lán)色)是DPE 18。

　　AC-4 使用類別的一個例子是，電機(jī)頻繁停止和重新啟動，處理較大的最壞情況電流?？紤]一個 3 相 5.5 kW 電機(jī)，在 AC-4 應(yīng)用中以 400 伏電壓運(yùn)行，工作電流為 11 A，其中電機(jī)在電機(jī)停止時斷電。所需的使用壽命為 300，000 次操作。

　　該電機(jī)的停滯電流是工作電流的六倍，需要額定電流水平更高的接觸器(圖 4)。

　　圖 4：AC-4 利用率類別的簡易 TeSys DPE 選擇指南。請注意，由于電機(jī)失速時可能會從電機(jī)中斷開電源，因此最壞情況下的電流可能會大得多。(圖片來源：施耐德電氣)

　　要找到推薦的接觸器，請從 66 A 的停滯電流開始，它是 11 A 工作電流的 6 倍，從電流軸向上投影，直到它與代表 30 萬次操作的線相交。最近的產(chǎn)品位點(diǎn)是DPE32。

　　Easy TeSys DPE 系列接觸器涵蓋最常見的電機(jī)配置和應(yīng)用，例如輸送機(jī)、包裝機(jī)、泵、壓縮機(jī)、加熱和通風(fēng)、空調(diào)、制冷等。

　　Easy TeSys 系列還包括一系列互補(bǔ)的熱過載繼電器，旨在保護(hù)交流電路和電機(jī)免受過載、相位故障、延長啟動時間和轉(zhuǎn)子失速的影響。這些繼電器監(jiān)控電機(jī)電流，當(dāng)電流超過電流限制設(shè)置時，觸點(diǎn)打開并停止電機(jī)。有十五種不同的型號，每種型號都有一系列可設(shè)置的當(dāng)前行程級別。過載保護(hù)型號與選定的 Easy TeSys 接觸器 DPE09 至 DPE38 兼容。它們使用接觸器的螺釘夾端子直接連接到三相接觸器的底部端子。該組合具有常見的 45 mm 寬度，可以安裝在 DIN 導(dǎo)軌上或使用 DPE 接觸器安裝座擰到面板上(圖 5)。

　　圖 5：過載保護(hù)繼電器直接安裝在 DPE 接觸器下方，并使用接觸器的螺釘夾連接固定。(圖片來源：施耐德電氣)

　　簡單的特西斯 DPER32 額定電壓為 32 A/690 V 的熱過載繼電器具有 23-32 A 的可調(diào)熱設(shè)置跳閘范圍，跳閘等級為 10(過載為預(yù)設(shè)水平的 6 倍，過載保護(hù)器將在 10 秒內(nèi)跳閘)，用于保護(hù)額定電壓為 15 kW@400 伏的三相電機(jī)。它是一種具有相位故障和負(fù)載不平衡檢測功能的差分器件。它具有熱調(diào)節(jié)撥盤、手動/自動復(fù)位選擇器、用于模擬跳閘的測試選擇器、復(fù)位和停止按鈕、標(biāo)志指示器和兩個用于故障信號的輔助觸點(diǎn)(1 NO + 1 NC)。用戶設(shè)置由可鎖定的透明蓋保護(hù)。整個熱過載保護(hù)器系列都通過了多項標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，包括 IEC、UL 和 CUL。

　　結(jié)論

　　具有高工作電壓和電流的電機(jī)應(yīng)用的設(shè)計人員需要一種可靠的方法來隔離相關(guān)控制電路并保護(hù)它們免受電磁輻射。Easy TeSys 三極 DPE 接觸器與 DPER Easy TeSys 熱過載繼電器一起設(shè)計用于切換和保護(hù)最常見的電機(jī)用例。涵蓋多種電流和電壓水平的廣泛型號使其易于根據(jù)特定應(yīng)用的要求進(jìn)行配置。