电气设计中低压交流接触器的选用论文

电气设计中低压交流接触器的选用 摘 要 ：本文分析了在不同负载下选用低压交流接触器的要求，给出了选用原则，并对一些特殊用途低压交流接触器的选用做了说明。 关键字 ：低压交流接触器 选用 低压交流接触器主要用于通断电气设备电源，可以远距离控制动力设备，在接通断开设备电源时避免人身伤害。交流接触器的选用对动力设备和电力线路正常运行非常重要。 1、 交流接触器的结构与参数 一般使用中要求交流接触器装置结构紧凑，使用方便，动静触头的磁吹装置良好，灭弧效果好，最好达到零飞弧，温升小。按照灭弧方式分 为空气式和真空式，按照操动方式分为电磁式、气动式和电磁气动式。 接触器额定电压参数分为高压和低压，低压一般为 380V， 500V，660V， 1140V 等。 电流按型式分为交流、直流。电流参数有额定工作电流、约定发热电流、接通电流及分断电流、辅助触头的约定发热电流及接触器的短时耐受电流等。一般接触器型号参数给出的是约定发热电流，约定发热电流对应的额定工作电流有好几个。比如 CJ20-63，主触头的额定工作电流分为 63A， 40A，型号参数中 63指的是约定发热电流，它和接触器的外壳绝缘结构有关，而额定工作电流 和选定的负载电流、电压等级有关。 交流接触器线圈按照电压分为 36、 127、 220、 380V等。接触器的极数分为 2、 3、 4、 5 极等。辅助触头根据常开常闭各有几对，根据控制需要选择。 其他参数还有接通、分断次数、机械寿命、电寿命、最大允许操作频率、最大允许接线线径以及外形尺寸和安装尺寸等。接触器的分类见表 1 表 1 常用接触器类型 使用类别代号 适用典型负载举例 典型设备 AC 1 无感或微感负载，电阻性负载 电阻炉，加热器等 AC 2 绕线式感应电动机的启动、分断 起重机，压缩机，提升机等 AC 3 笼型感应电动机的启动、分断 风机，泵等 AC 4 笼型感应电动机的启动、反接制动或密接通断电动机 风机，泵，机床等 AC 5a 放电灯的通断 高压气体放电灯如汞灯、卤素灯等 AC 5b 白炽灯的通断 白炽灯 AC 6a 变压器的通断 电焊机 AC 6b 电容器的通断 电容器 AC 7a 家用电器和类似用途的低感负载 微波炉、烘手机等 AC 7b 家用的电动机负载 电冰箱、洗衣机等电源通断 AC 8a 具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机的电动机 压缩机 AC 8b 具 有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机的电动机 压缩机 2、 交流接触器的选用原则 接触器作为通断负载电源的设备，接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压与被控设备的额定工作电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据。选用原则如下： （ 1）交流接触器的电压等级要和负载相同，选用的接触器类型要和负载相适应。 （ 2）负载的计算电流要符合接触器的容量等级，即计算电流小于等于接触器的额定工作电流。接触器的接通电流大于 负载的启动电流，分断电流大于负载运行时分断需要电流，负载的计算电流要考虑实际工作环境和工况，对于启动时间长的负载，半小时峰值电流不能超过约定发热电流。 （ 3）按短时的动、热稳定校验。线路的三相短路电流不应超过接触器允许的动、热稳定电流，当使用接触器断开短路电流时，还应校验接触器的分断能力。 （ 4）接触器吸引线圈的额定电压、电流及辅助触头的数量、电流容量应满足控制回路接线要求。要考虑接在接触器控制回路的线路长度，一般推荐的操作电压值，接触器要能够在 85 110的额定电压值下工作。如果线路过长，由于电 压降太大，接触器线圈对合闸指令有可能不起反映；由于线路电容太大，可能对跳闸指令不起作用。 (5) 根据操作次数校验接触器所允许的操作频率。如果操作频率超过规定值，额定电流应该加大一倍。 （ 6）短路保护元件参数应该和接触器参数配合选用。选用时可参见样本手册，样本手册一般给出的是接触器和熔断器的配合表。 接触器和空气断路器的配合要根据空气断路器的过载系数和短路保护电流系数来决定。接触器的约定发热电流应小于空气断路器的过载电流，接触器的接通、断开电流应小于断路器的短路保护电流，这样断路器才能保 护接触器。实际中接触器在一个电压等级下约定发热电流和额定工作电流比值在 1 1.38 之间，而断路器的反时限过载系数参数比较多，不同类型断路器不一样，所以两者间配合很难有一个标准，不能形成配合表，需要实际核算。 （ 7）接触器和其它元器件的安装距离要符合相关国标、规范，要考虑维修和走线距离。 3、 不同负载下交流接触器的选用 为了使接触器不会发生触头粘连烧蚀，延长接触器寿命，接触器要躲过负载启动最大电流，还要考虑到启动时间的长短等不利因数，因此要对接触器通断运行的负载进行分析，根据负载电气特点和此电力系 统的实际情况，对不同的负载启停电流进行计算校合。 3.1控制电热设备用交流接触器的选用 这类设备有电阻炉、调温设备等，其电热元件负载中用的绕线电阻元件，接通电流可达额定电流的 1.4 倍，如果考虑到电源电压升高等，电流还会变大。此类负载的电流波动范围很小，按使用类别属于AC-1，操作也不频繁，选用接触器时只要按照接触器的额定工作电流Ith等于或大于电热设备的工作电流 1.2 倍即可。 3.2控制照明设备用的接触器的选用 照明设备的种类很多，不同类型的照明设备、启动电流和启动时间也不一样。此类负载使用 类别为 AC-5a或 AC-5b。如果启动时间很短，可选择其发热电流 Ith等于照明设备工作电流 1.1倍。启动时间较长以及功率因数较低，可选择其发热电流 Ith比照明设备工作电流大一些。表 2 为不同照明设备用接触器选用原则。 表 2 不同照明设备用接触器选用原则 序号 照明设备名称 启动电源 功率因数 启动时间 接触器选用原则 1 白炽灯 15Ie 1 Ith1.1 Ie 2 混合照明 1.3 Ie 1 3 Ith1.1 1.3Ie 3 荧光灯 2.1 0.4 Ith1.1 Ie Ie 0.6 4 高压水银灯 1.4 Ie 0.40.6 3 5 Ith1.1 1.4Ie 5 金属卤素灯 1.4 Ie 0.40.5 5 10 Ith1.1 2Ie 6 带功率印数补偿的灯 20Ie 0.50.6 5 10 按补偿电容启动电流选用 3.3控制电焊变压器用接触器的选用 当接通低压变压器负载时，变压器因为二次侧的电极短路而出现短时的陡峭大电流，在一次侧出现较大电流，可达额定电流的 1520倍，它与变压器的绕组布置及铁心特性有关。当电焊机频繁地产生突发性的强电流，从而 使变压器的初级侧的开关承受巨大的应力和电流，所以必须按照变压器的额定功率下电极短路时一次侧的短路电流及焊接频率来选择接触器，即接通电流大于二次侧短路时一次侧电流。此类负载使用类别为 AC-6a。 3.4电动机用接触器的选用 电动机用接触器根据电动机使用情况及电动机类别可分别选用AC-2 4，对于启动电流在 6倍额定电流，分断电流为额定电流下可选用 AC-3，如风机水泵等，可采用查表法及选用曲线法，根据样本及手册选用，不用再计算。 绕线式电动机接通电流及分断电流都是 2.5 倍额定电流，一般启动时在转子中串 入电阻以限制启动电流，增加启动转矩，使用类别AC-2，可选用转动式接触器。 当电动机处于点动、需反向运转及制动时，接通电流为 6Ie，使用类别为 AC-4，它比 AC-3 严酷的多。可根据使用类别 AC-4 下列出电流大小计算电动机的功率。公式如下： Pe=3UeIeCOS , Ue：电动机额定电流， Ie：电动机额定电压， COS：功率因数， ：电动机效率。 如果允许触头寿命缩短， AC-4 电流可适当加大，在很低的通断频率下改为 AC-3 类。 根据电动机保护配合的要求，堵转电流以下电流应该由控制电器接 通和分断。大多数 Y 系列电动机的堵转电流 7Ie ，因此选择接触器时要考虑分、合堵转电流。规范规定：电动机运行在 AC-3 下，接触器额定电流不大于 630A 时，接触器应当能承受 8 倍额定电流至少10秒。 对于一般设备用电动机，工作电流小于额定电流，启动电流虽然达到额定电流的 4 7 倍，但时间短，对接触器的触头损伤不大，接触器在设计时已考虑此因数，一般选用触头容量大于电动机额定容量的 1.25 倍即可。对于在特殊情况下工作的电动机要根据实际工况考虑。如电动葫芦属于冲击性负载，重载启停频繁，反接制动等，所以计算工作电流要乘 以相应倍数，由于重载启停频繁，选用 4 倍电动机额定电流，通常重载下反接制动电流为启动电流 2 倍，所以对于此工况要选用 8 倍额定电流。 3.5电容器用接触器选用 电容器接通时电容器产生瞬态充电过程，出现很大的合闸涌流，同时伴随着很高的电流频率振荡，此电流由电网电压、电容器的容量和电路中的电抗决定（即与此馈电变压器和连接导线有关），因此触头闭合过程中可能烧蚀严重，应当按计算出的电容器电路中最大稳态电流和实际电力系统中接通时可能产生的最大涌流峰值进行选择，这样才能保证正确安全的操作使用。 选用普通型交流 接触器要考虑接通电容器组时的涌流倍数、电网容量、变压器、回路及开关设备的阻抗、并联电容器组放电状态以及合闸相角等，一般达到 50 至 100 额定电流，计算时比较烦琐，可以参见文献 1。 如果电容器组没有放电装置，可选用带强制泄放电阻电路的专用接触器，如 ABB公司的 B25C、 B275C系列。国产的 CJ19系列切换电容器接触器专为电容器而设计，也采用了串联电阻抑制涌流的措施。 选用时参见样本，而且还要考虑无功补偿装置标准中的规定。电容器投入瞬间产生的涌流峰值应限制在电容器组额定电流的 20 倍以下（ JB7113 1993低压并联电容器装置规定）；还应考虑最大稳态电流下电容器运行，电容器组运行时的谐波电压加上高达 1.1 倍额定工作时的工频过电压，会产生较大的电流。电容器组电路中的设备器件应能在额定频率、额定正弦电压所产生的均方根值不超过 1.3 倍额定电流下连续运行，由于实际电容器的电容值可能达到额定电容值1.1 倍，故此电流可达 1.43 倍额定电流，因此选择接触器的额定发热电流应不小于此最大稳态电流。 4、 有特殊要求情况下交流接触器的选用 4.1、防晃电型交流接触器 电力系统由于雷击、短路后重合闸以及单相人为短时 故障接地后自动恢复等原因使供电系统晃电，晃电时间一般在几秒以下。 在有连续性生产要求的情况下，工艺上不允许设备在电源短时中断（晃电）就造成设备跳闸停电，可以采用新型电控设备： FS 系列防晃电交流接触器。 FS 系列防晃电接触器不依赖辅助工作电源，不依赖辅助机械装置，具有体积小、可靠性高，它采用强力吸合装置，双绕组线圈，接触器在吸合释放时无有害抖动，避免了电网失压时触头抖动引起的燃弧熔焊，因此减少了触头磨损。接触器线圈带有储能机构，当晃电发生时，接触器线圈延迟释放，其辅助触点延迟发出断开的控制信号，由此躲 开晃电时间，晃电时间由负载性质和断电长短决定，接触器延时时间可调。 4.2、节能型交流接触器 交流接触器的节电是指采用各种节电技术来降低操作电磁系统吸持时所消耗的有功、无功功率。交流接触器的操作电磁系统一般采用交流控制电源，我国现有 63A 以上交流接触器，在吸持时所消耗的有功功率在数十瓦至几百瓦之间，无功功率在数十乏至几百乏之间，一般 所耗有功功率铁芯约占 65 75，短路环约占 25 30，线圈约占 3 5，所以可以将交流吸持电流改为直流吸持，或者采用机械结构吸持、限电流吸持等方法，可以节省铁芯及短 路环中所占的大部分功率损耗，还可消除、降低噪声，改善环境。 根据原理一般分为三大类：节电器、节点线圈、节电型交流接触器。 电磁系统采用节电装置，使电磁无噪声及温升低，并解决了使用节电装置有释放延时的缺点，如国产的 CJ40 系列。 4.3带有附加功能的交流接触器 电子技术的应用可以很方便的在接触器中增添主电路保护功能，如欠、过电压保护，断相保护、漏电保护等。电动机烧毁事故中，接触器一相接触不良的占 11，所以选择带有断相保护的断路器、接触器等电气器件也是十分必要的。 接触器加辅助模块可以满足 一些特殊要求。加机械连锁可以构成可逆接触器，实现电动机正反可逆旋转，或者两个接触器加机械连锁实现主电路电气互锁，可用于变频器的变频 /工频切换；加气延时头和辅助触头组可以实现电动机星三角启动；加空气延时头可以构成延时接触器。 可以选用交流接触器的电磁线圈做电动机的低电压保护，其控制