如何校验电动机回路断路器和接触器的选型

一、电动机电气参数信息

例如某空压机额定功率11.2即±7%,工作电流为23.5A+20%/-10%,起动电流（有

效值）为185.6A+20%,冲击电流（峰值）为341.2A+20%,如图1。

电机功率11.2kw±7%

视在功率15.4kVA+20%/-10%

工作电流23.5A+20%/-10%

功率因数0.82电机额定负裁

启动电流（有效值）185.6A+20%

环境温度204c

冲击电流（峰值）341.2A+20%

电机转速1450rpm±3%

电机防护等哪IP55

图1电动机电气参数

冲击电流（Inrushcurrent）、起动电流（startcurrent）、额定电流（rated

current）的定义如下图2所示，需要说明的是冲击电流是峰值（Peakvalue）,

起动电流和额定电流是有效值（RMS）。

C

①

t

n

o

图2电动机起动过程电流波形

一般情况下，电动机的电气参数信息获取来源是电机铭牌，如图3所

示，但是电机铭牌上的电气参数有限，只有额定电压、额定电流，不会体现

起动电流和冲击电流参数，但后两者对于元器件选型相当重要。

尤其要注意电动机的能效等级代码IE3,正3电动机属于高效电机，相对

于常规电机正1/IE2,其运行电流更低更节能，但是起动时的冲击电流和起动

电流更大，所以对低压元器件的性能有更高的要求。

C€IE3IEC60034-1

3MotorIE3M2BAX160MLA4IMB3/IM10012079

No.Ins.cl.FIP55

VHzkWr/minAcoscpDuty

690Y5011147712.30.82S1

400△501114772120.82S1

660Y5011147412.70.83S1

380△5011147422.00.83S1

440△6011177818.80.83S1

460△6011177718.20.82S1

50Hz:IE3・91.4(100%)・91.8(75%)・91.1(50%)

60Hz:IE3-92.4(100%)

图3电动机铭牌参数

不过，电动机起动电流的参数可以通过样本获取，如图4中额定功率为

11kw的电动机，其额定电流为22.5A,起动电流为7.8倍额定电流，即

175.5A，但冲击电流在样本上是查不到的。

IP55-IC411-InsulationclassF,temperatureriseclassB

IE3efficiencyclassaccordingtoIEC60034-30-1;2014

Efficiency

IEC60034-30-1:2014CurrentTorque

Full3/41/2Power

OutputSpeedloadloadloadfactorT”

kwMotortypeProductcoder/min100%75%50%Cosq>A14Nm

1000r/min=6poles400V50HzCENELEC-design

3M2BAX132SMA63GBA133210-D96885,686,：84,90,687,46,729,59

4M2BAX132SMB63GBA13322O-D97286,886,884.90,6510,17,039,3

5,5M2BAX132MLA63GBA133410-D97488,087,486,00,6713,57,354,2

7,5M2BAX160MLA63GBA163410-F97989,189,588,90,7515,97,673,39

11M2BAX160MLB63GBA163420-F97690,391,391,30,7822,57,8108

15M2BAX180MLA63GBA183410-F97191,291,891,20,7531,89,4146

图4电动机样本参数

电动机起动时的冲击电流可以参考IEC60034-12单速三相笼型感应电动机起动性

能标准的要求计算。电动机接通电流时会有一个（）.5周的不对称瞬时峰值电流，为

稳态堵转电流有效值的1.8~2.8倍，此电流的峰值和衰变时间与电动机设计及合闸

相角呈函数关系，见图5,所以额定功率为UkW的电动机，起动时的冲击电流大

约为316"491.5Ao

NOTE4Thevaluestabledforlockedrotorapparentpowerarebasedonr.m.s.symmetricalsteadystatelocked

rotorcurrents;atmotorswitchontherewillbeaone-halfcycleasymmetricalinstantaneouspeakcurrentwhich

mayrangefrom1,8to2,8timesthesteadystatelockedrotorvalue.Thecurrentpeakanddecaytimearea

functionofthemotordesignandswitchingangle.

图5IEC60034-12冲击电流描述

有了上述电动机额定目流、起动电流和冲击电流信息，我们就可以开始选择

断路器和接触器的参数。

二、低压断路器选型

低压断路器作为电动机回路过电流保护的元起件，其重要性不言而喻，要从

以下几个方面考虑断路器的选型：断路器短路分断能力、过载保护特性、磁

保护特性。

断路器的短路分断能力包括：

1、额定极限短路分断能力Lu，简单的讲，断路器经过一次短路“分断0”和

一次短路“通断C0”后，不需要它具备继续运行的能力，直接更换。“分断

0”是指断路器只分断短路电流，“通断C0”是指接通短路电流后立即分

断，前者只考核其短路分断能力，而后者同时考核短路接通和短路分断能

力。为何要考核短路接通能力J呢？因为假如在断路器合闸之前，线路上已

经存在预期短路故障，断路器合闸时会接通短路电流，如果短路接通能力不

够，短路电流产生的日动力会导致断路器触头怛跳厉害，造成触头粘连，严

重时断路器机械支撑断裂甚至爆炸。额定短路接通能力应不小于其额定极限

短路分断能力乘以表2中的系数n的乘积，例如某断路器额定极限短路分断

为50kA那么其短路接通能力至少为力5kA。

表2（交流断路器的）短路接通和分断能力之间的比值〃及相应的功率因数

短路分新能力/n要求的最小假

功率因数

kA（有效值）〃=短路接通能力/短路分断流力

I&1.50.951.41

1.5O430.91.42

3<Z<4.50.81.47

4.5</C60.71.53

6</<100.51.7

10</<200.32.0

20</<500.252.1

50</0.22.2

2、额定运行短路分断能力Ies,是指断路器经历一次短路“分断0”和两次短

路“通断C0”后,还可以继续运行的能力。

相比于前面的额定极限短路分断能力Lu，额定运行短路分断能力G多了一

次“通断C0”，并且还需要具备继续运行的能力，所以G参数对断路器的要

求更高。一般情况下，G参数可以用L的百分比来表示，但至少为25%.

说白了，某断路器的短路极限分断能力lOOkA,分断两次和接通一次lOOkA

的短路电流之后，断路器基本上就需要“报废”了，不建议再继续使用。同一

台断路器，其断路器运行短路分断能力为50kA（L的50%）,分断三次和

接通两次50kA的短路电流之后，断路器还可以继续使用。断路器选型时其

短路分断能力（J或Lu）要大于设备安装处的预期短路电流，如何计算设备

处的预期短路电流呢？对于设计院工程师来说，会有详细的短路电流计算

书，但对于元器件厂家的技术人员来说，需要有基本短路电流计算的概念。

我们以施耐德电气装置设计指南提供的简易计算短路电流公式为例

4・1中压/低压配电变压器二次侧的短路电流

一台变压器的情况

■用简化方法，高压系统的阻抗因为太小而可以忽略不计，这样

晨二哈丝，这里/n=詈箸：

Use。20V3

P——变压器额定功率，kVA；

/o——开路时的相/相二次电压，

4------标称电流，A;

Q——短路故障电流，A；

4c——变压器的短路阻抗电压，％。

假如某变压器容量为1250kVA,短路阻抗电压为4%,那么通过上面式子计算的变压

器二次侧额定电流约为1804A,再用变压器额定电流除以阻抗电压百分比，计算得

出短路电流约为45kA,所以选择断路器的短路分断能力大于45kA即可，比如选择

短路分断能力为50kA的断路器。

第一步选择断路器短路分断能力搞定！再看过载保护选型。

我们一般会选择热继电器作为电动机过载保护元器件，但是如果不选过载继电器，

而是用断路器来做过载保护，我们就必须得选具备过载保护的“电动机保护型断路

器”（特别强调：不是I）曲线空开！）。电动机保护型断路器的过载保护曲线与热

继电器的保护特性完全一致！

回到文章前面，空压机额定功率1l.2kW±7%,工作电流为23.5A+20%/・

10%,即21A〜28A。我们选择过载保护整定电流范围为24〜32A的

GV2ME32C电动机保护断路器，保证电动机的额定电流落在断路器整定旦流

范围之内。按照GB50055-20U通用用电设备配电设计规范的要求，热过载

继电器或过载脱扣器的整定电流应接近但不小于电动机的额定电流。对于

11.2kW的电动机，GV2ME32C的整定电流可以调整到28A左右。

GV2ME电动机断路器带热磁保护

50/60HZ.AC-3类mtnrn5wt型号

三相电动机标准勘定功率设定范n电澹ime电该（按钮控制）

230V400V415V440VId±20%

KWkWkWkWAAAka

0.1...0.151.50.16GV2ME01C0.260

.0.16...02524025GV2ME02C0.260

0.25...04050.40GV2ME03C0.260

•.0.40...0.5380.63GV2ME04C0.260

0.370.C3...1131GV2ME05C0.260

GV2ME0.370.5522.51.6GV2ME06C0.260

0.370.750.751.116.2533.52.5GV2ME07C0.260

0.751.51.51.52.5...4514GV2ME08C0.260

1.12.22.234...6.3786.3GV2ME10C0.260

2.24446...101389GV2ME14C0.260

35.55.57.59...1417013GV2ME16C0.260

47.59913...1822317GV2ME20C0.260

5.511111117...2332721GV2ME21C0.260

5.5111111202522723GV?MF??C0.260

I24...32

7.515151541624GV2ME32C0.260

我们再看GV2ME32C的磁脱扣电流值是否能躲过该空压机的冲击电流，

上图中GV2ME32C的磁脱扣电流为416±20%,即333A〜499A,当冲击电

流低于333A时,断路器的磁脱扣一定不会动作。

额定功率为11.2kW的空压机，其冲击电流（峰值）为341.2A+20%,

即410A（峰值），需要特别强调这里是“峰值"需要除以1.414之后，再

和GV2ME32C断路器的磁脱扣值下限值比较，换算成有效值之后的冲击电

流为290A，低于333A,说明断路器的磁脱扣保护可以躲过空压机起动瞬间

的冲击电流。

三、低压接触器选型

先说答案！对于额定功率为11.2kW、额定工作电流为28A的空压机，32A接触器可

以满足要求，接下来我们从电气参数的角度分析下为什么。同样的道理，需要考虑

接触器的接通能力、堵转情况下的分断能力、起动电流下的耐受能力、以及电寿

命等性能。

接触器的接通能力和通断能力在GB/T14048.4中是必须测试的项目，其主要目

的是考虑到接触器在起停电动机时，主触头闭合瞬间会接通电动机冲击电流，如果

接触器的接通能力不够,意味着触头抵抗冲击电流妥生的电动力能力不够，容易导

致触头弹跳严重，触头粘连。接通能力按接触器额定电流的12倍考核，操作循环

50次，见下表7。“通断”能力考核的是接触器在起动电动机的过程中，如果电

动机堵转，此时热继电器动作，热继电器的常闭点断开，切断接触器线圈供电，接

触器主触头断开电动机主回路，此时接触器分断堵转电流。

对于常规的IE1/IE2电动机，对应AC-3使用类别，标准中给出电流倍数是8；对

于IE3/IE4高效电机，对应AC-3e使用类别，由于起动电流比IE1/IE2高，标准

给出的电流倍数是8.5。

无论是控制常规电机还是高效电动机，接触器都需要具备在堵转情况下分断堵转电

流的能力。

*7不同使用类别的接通与分断能力的接通和分断条件

接通W分断（通新）条件

使用类别L/R通电时间4断电时间

I./I.U./U,CO”操作循环次数

mss

AC-11.50.8

AC-24.0人0.65卜

AC-3,8.0

f

AC-318.51.05*0.0550

AC-4,10.0

接通条件

使用类别

1/1.U/U.co"通电时间、断电时间捷作循环次数

AC-310A

AC-3e12"1.05«o0.05(50

AC-412*

额定电流为32A的接触器,按照标准要求，其接通能力至少为384A

（12倍In）,通断能力至少为272A（AC-3e使用类别对应8.5倍Ie）。

额定功率为11.2kW的空压机，额定工作电流最大为28A,堵转电流

（大小等于起动电流）最大为185.6*1.2,223A,冲击电流（有效值）最大

为290A。

将电动机堵转电流和冲击电流（有效值），分别与接触器的通断能力、

接通能力比较，可以看出32A接触器的能力完全可以满足11.2kW空压机的

运行要求。

接触器在电动机起动过程中是否可以耐受起动时间内的起动电流？

GB14048.4标准也有定义，对于32A接触器，其热耐受电流值至少为

256A/10S,电流值高于空压机起动电流最大值223A,所以热耐受校验也没

有问题。

表11耐受过载电流要求

额定工作电流通电时间，

试脸电潦'