作者：Art Pini

　　供暖、通風和空調 (HVAC)、壓縮機、泵、物料搬運和包裝等應用需要安全部署和控制在高電壓和電流下運行的大型電機。控制這些大型電動機給設計人員帶來了一個問題，因為它們必須在電機和控制電路之間提供足夠的隔離。此外，高電壓和電流會產生嚴重的電磁瞬變，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。打開和關閉與大功率電機的電源連接會產生電弧，這些電弧會磨損繼電器觸點表面，從而縮短觸點壽命。

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

　　本文探討了電磁電機接觸器的基礎知識及其相對于其他電機控制方法的優(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)

　　電觸點以機械方式耦合到電樞。觸點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。例如，三相接觸器將有三組電源觸點，每相一個。當電樞拉入時，NC 觸點斷開，常開觸點閉合。此外，許多接觸器包括一組輔助的低功率觸點，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度、優(yōu)異的導電性以及抗電弧和氧化效應。接觸幾何形狀設計用于處理預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，該外殼對觸點進行電氣絕緣，同時提供了一種連接電源、負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導軌上。外殼的防護等級為 IP20，表明對手指的保護。該系列中的所有接觸器都包括一個常開輔助觸點。該系列三相接觸器已通過 UL/CSA 認證，額定電流高達 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：藝術品尼)

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

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

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

　　將特定的Easy TeSys DPE接觸器與電機或類似的大功率應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 使用類別電機的 Easy TeSys DPE 選擇指南，基于電機功率和所需的接觸器使用壽命。(圖片來源：施耐德電氣)

　　圖 3 是與被控制設備的利用率類別相關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常停止的電機。當電機停止時，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(藍色)是DPE 18。

　　AC-4 使用類別的一個例子是，電機頻繁停止和重新啟動，處理較大的最壞情況電流。考慮一個 3 相 5.5 kW 電機，在 AC-4 應用中以 400 伏電壓運行，工作電流為 11 A，其中電機在電機停止時斷電。所需的使用壽命為 300，000 次操作。

　　該電機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，由于電機失速時可能會從電機中斷開電源，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。最近的產品位點是DPE32。

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

　　Easy TeSys 系列還包括一系列互補的熱過載繼電器，旨在保護交流電路和電機免受過載、相位故障、延長啟動時間和轉子失速的影響。這些繼電器監(jiān)控電機電流，當電流超過電流限制設置時，觸點打開并停止電機。有十五種不同的型號，每種型號都有一系列可設置的當前行程級別。過載保護型號與選定的 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 的可調熱設置跳閘范圍，跳閘等級為 10(過載為預設水平的 6 倍，過載保護器將在 10 秒內跳閘)，用于保護額定電壓為 15 kW@400 伏的三相電機。它是一種具有相位故障和負載不平衡檢測功能的差分器件。它具有熱調節(jié)撥盤、手動/自動復位選擇器、用于模擬跳閘的測試選擇器、復位和停止按鈕、標志指示器和兩個用于故障信號的輔助觸點(1 NO + 1 NC)。用戶設置由可鎖定的透明蓋保護。整個熱過載保護器系列都通過了多項標準認證，包括 IEC、UL 和 CUL。

　　結論

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